城市无线网络部署

城市无线网络部署（精选8篇）

城市无线网络部署 第1篇

1无线Wi-Fi网络的整体架构

Wi-Fi网络部署结构与有线网层次结构类似,将Wi-Fi网络化分为三层:接入层、汇聚层、核心层。其中,接入层主要包括路由器、POE接入交换机和Wi-Fi基站设备:路由器提供网络接入和AP及接入终端的IP地址分发;POE交换机为Wi-Fi基站提供上行链路和供电功能;Wi-Fi基站为用户无线客户端接入广电数据网的桥梁,既可实现互联网宽带功能,也可实现专网、专线功能。汇聚层基于广电已有的IP城域网进行承载,可基于二层Trunk链路、IP层、MPLS、PTN等进行传输,汇聚层为接入层提供千兆接入链路,可根据用户需求配置成二层VPN或者三层VPN;汇聚层作为无线网络的骨干传输网络,城域网将从逻辑控制层划分出独立的Vlan资源承载无线网络的业务,在逻辑上与其他网内现行业务点播、宽带等保持相互独立,构成无线业务承载网,这样,为后期的扩容升级提供了便利。无线网络的核心层主要为核心交换及无线控制器(AP),无线数据业务由汇聚层汇总至核心路由,核心路由旁挂无线控制器设备作为Wi-Fi基站设备的管理、控制中枢。

架构如图1所示。

在完成无线网络整体架构后,并不是就能保证高质量的无线访问。根据场合的不同,接入的AP数量和性能也会发生变化。

2无线Wi-Fi网络物理设备部署规划

根据用户的数量和应用场景的不同,AP一般分为室内型和室外型,下面分别对这两种接入类型的物理部署进行介绍。

(1)室外宏站覆盖方式

室外宏站覆盖方式是利用双极化天线、高增益天线或波束成形智能天线等技术,这种方式大大改善了AP设备的接收灵敏度、覆盖距离、用户容量,很好实现广场、商业街等人流密集型室外公共热点区域的域覆盖。此方式用于无线信号可穿透场景。

(2)室内AP方式

根据实际的覆盖区域环境分布情况,按照用户需求,在室内热点区域内进行WLAN覆盖时,可采用室内放装型AP进行覆盖。这种方式适用于结构较简单、较为空旷的室内的场所,如写字楼、政务大厅、银行等候区、商场和超市等。由一台或多台AP设备在热点区域内发布SSID广播号进行覆盖,并具备漫游功能。

POE交换机对AP的供电距离,建议不超过100m;单AP的覆盖半径为20~25m,因此AP与AP之间的直线距离建议40~50m。

3无线Wi-Fi网络频率规划

在架设AP时,并不是越多越好,功率越强信号越稳定,因为不合理的AP频率设置会导致同频干扰,那么,到底在设置AP时要遵循什么规律呢?考虑到功耗小、健康环保因素,只有合理的架构,才能实现最小的投资达到最好的网络性价比。WLAN802.11b/g/n工作在2.4GHz频段,频率范围为2.400~2.4835GHz,共83.5M带宽,划分为13个子信道,每个子信道带宽为22MHz。子信道分配如图2所示。

WLAN 802.11a工作在5.8GHz频段,频率范围为5.725~5.850GHz,共125MHz带宽,划分为5个信道,每个信道带宽为20MHz。子信道分配如图3所示。

在使用2.4GHz频点时,为保证信道之间不相互干扰,要求两个信道之间间隔不低于25MHz。在一个覆盖区内,最多可以提供3个不重叠的频点同时工作,通常采用1、6、11三个频点,如图4、图5所示。5.8GHz的5个频点互不重叠,可在同一覆盖区域内使用。

Wi-Fi频率规划需综合考虑建筑结构、穿透损耗以及布线系统等具体情况。室内AP布置方式原则上只能采用2.4GHz频段;室内放装和室外布放方式优先采用2.4GHz频段,若无法避免2.4GHz频段同频干扰,或为增加系统容量,可引入5.8GHz频段。

在一个AP覆盖区内直序扩频技术最多可以提供3个不重叠的信道同时工作。考虑到制式的兼容性,相邻区域频点配置时宜选用1、6、11信道。频点配置时首先应对目标区域现场进行频率检测,对于覆盖区域内已有AP采用的信道,应尽量避免采用。对于室外区域干扰,宜采用调整天线方向角,避免天线主瓣对准干扰源的方式或调整功率。对于室内区域存在多套室内覆盖系统的情况,应充分考虑其他运营商使用的频段,设计时预留必要的保护频带,以满足干扰保护比的要求。室外AP覆盖区频点配置时,为了实现AP的有效覆盖,避免信道间的相互干扰,在信道分配时宜引入移动通信系统的蜂窝覆盖原理。对1、6、11信道进行复用。如图6所示。

同时,室内AP覆盖区频点配置时应充分利用建筑物内部结构,从平层和相邻楼层的角度尽量避免每一个AP所覆盖的区域对横向和纵向相邻区域可能存在的干扰。系统设计时也应注意避免干扰源的影响。

4结束语

无线城市是继水、电、气、交通之后的第五项城市公共基础设施,通过它,可以提高政府工作效率、优化地区投资环境、加强公共安全、改善人民生活水平,最终为促进经济发展、构建和谐社会、让人民生活更幸福创造有利条件。

当前,无线城市的业务正由早期狭义的普通上网业务,向高速移动互联网业务大局发展,未来还将拓展到物联网、云计算和三网融合等众多业务中。依靠这些层出不穷的新技术、新业务,“无线城市”会让每个人,企业和政府享受更加智慧、高效和安全的服务。无疑在智慧城市的建设中,无线城市的建设是最基础,也是重中之重的建设项目。

统一部署 简化网络管理 第2篇

Gigamon专注于提供专业网络设备，并提供跨数据网络基础设施的关键数据。在中国，该公司进入金融行业，如某些大型银行，还有医疗卫生领域的一些医疗机构。Gigamon希望通过合作伙伴的渠道，进入这些重要的领域。

“我们不会做直销。”袁伟鹏说，尽管Gigamon的技术实力足够强，但仍旧希望借助合作伙伴的技术力量深入到行业中，因为合作伙伴对行业的理解以及其他技术都是Gigamon所注重的。“除了侧重于技术之外，我们还看中合作伙伴的售后服务和团队实施能力等。”

Gigamon在今年8月与美国国家超级计算应用中心(NCSA)合作，为其“Blue Waters”项目提供强大的网络可视性产品。这是一款智能数据存取交换机，以便集中监控更高性能的网络。同一时间，Gigamon还发布了GigaSECURE系列的最新产品，可以达到单个设备就可以处理联机安全设备，并接受端口设备，而无需部署不同厂商的多分流器和旁路设备。

以G-SECURE-0216交换机为例，该产品可接收10G的信息，并将其分布到8个不同的1G安全工具中，如IPS、防火墙、DPI设备、NAC或Web过滤器等，使网络能够满足不断增多的信息需求。“这简化了网络管理，同时，通过在生产网络中以串联方式无缝连接网络安全工具，所具有的旁路保护功能保证网络即使在发生故障或断电的情况下仍然能够正常运行，使流量能够不断地从网络流向其他串联的安全与监控设备。”

城市台风内涝灾害救援力量部署优化 第3篇

1 城市台风内涝灾害分析

1.1 城市台风内涝灾害特点

城市内涝灾害的特点主要有持续时间长、受灾范围大、受灾区域集中。呈现上述特点的原因主要有:台风的移动速度约为10~20km/h,风圈范围较大,长时间在一地停留,降水持续时间长。再加上风暴潮使海水水位上升,多方面因素导致城市排涝设施无法及时将降水排出,最终导致城市大范围内涝,淹没道路及房屋,造成人员伤亡和经济损失。从近几年台风期间福州消防部队接警情况看,大部分警情是内涝导致的群众被困房屋、机动车内,往往同一时段内有大量人员需要及时转移。

1.2 消防部队台风内涝灾害救援力量调度

消防部队处置台风内涝灾害时的力量部署主要依托城市消防站,即由当地城市的消防支队指挥中心统一接警,收到群众的报警信息后,调度发生警情位置的辖区消防中队前往处置。这种力量部署和调度方式在处理台风城市内涝灾害时暴露出一些问题。由于台风造成的城市内涝主要集中在城市低洼地带,内涝点相对集中且面积较大,导致辖区内涝点数量多、人口集中的消防中队长时间、超负荷工作,且由于报警量大,较多出警时大部分时间花在路途中,救援效率较低。图1为福州主城区主要涝点和消防站分布图。五角星图形代表消防站,圆圈代表涝点,圆圈中数字代表该位置涝点的数量。从图1可以看出,部分消防站附近涝点较为集中,如遇到台风内涝灾害,抢险救援任务压力较大。与此相对的,部分消防站因为辖区地势较高或辖区内有城市水系,涝点较少,遇到台风内涝灾害时抢险救援任务较轻。

2 基于效用最大化的救援力量优化模型

城市遭遇台风洪涝灾害时,同一时段内,消防部队将面临大量警情需要处理。由于消防部队警力有限,必须使现有的警力在洪涝灾害发生期间得到最大化利用。根据历次台风灾害出警数据,对于每一个消防站,其单位时间内出警次数越多,说明该消防站管辖范围内灾情形势越严峻,需要更多警力应对警情。城市台风内涝灾害区域往往发生在地势较低区域,位置基本不会发生改变。为应对灾害重新划分警力时,应赋予这些区域的消防站更高的优先权。在城市可能遭受台风袭击的情况下,提前采用模型将人员部署进行优化。优化的过程中,在考虑目前执勤实力的基础上,在满足每个消防站基本运行条件下,将警力进行重新分配,以获得警力效用最大化。

2.1 模型假设

为更好地对警力部署进行研究,对问题进行假设和适当简化:

(1)设出警单位时间为台风登陆当天24h内;

(2)设警力调动后均有足够的车辆装备出警;

(3)设消防站单位时间内处理警情的能力只与人数相关。

2.2 参数定义

n为市区内消防站个数(以福州鼓楼、晋安、台江三区为研究对象,该范围内共有9个消防站,名称简化为A~I);ai为第i个消防站现有警力数量;ti为第i个消防站单位时间内的出警数量;λ为调节系数;xi为决策变量,表示第i个消防站应分配的警力数量;Wi为第i个消防站分配警力优先级权重。可以认为,一个消防站出警数量越多,该消防站辖区内洪涝灾害越严重,该消防站在警力分配上要赋予更高的优先权。各消防站警力分配优先权重大小与该消防站单位时间内出警次数成正比。定义第i个消防站的警力分配优先权重,如式(1)所示。

2.3 基本模型

通过往年灾害的出警数据计算出各消防站的优先权重。为了实现现有警力的效用最大化,对权重大的消防站优先分配警力,以所有消防站警力效用最大化为目标函数,建立如式(2)~式(5)所示的模型。

式(2)表示目标函数,为最大化警力效用;式(3)为约束条件,表示新的警力分配方案要保证总警力不超过实际的警力人数范围。其中,[Wi·C]表示不超过Wi·C的最大整数;式(4)为约束条件,表示在调节系数λ调节下每个消防站安排的警力上限。该模型核心思想是以往发生台风洪涝灾害的出警次数越多,则该消防站所辖区域灾害形势越严峻,应赋予更高的警力,而辖区受灾较轻的消防站可适当减少警力分配。根据此模型可以计算出每个消防站的最优警力分配数量。

3 实例分析

以福州市区鼓楼、晋安、台江内9个消防站为例进行分析计算,以2015年“苏迪罗”台风登陆当天出警数据计算各消防站警力分配优先权重,数据如表1所示。从表1可以看出,在台风登陆当天,大部分警情都集中在A、B、C、I消防站,尤其是C站,一天内出警次数达到57起,而该消防站仅有21人,警力超负荷运转。与此相对的,E消防站有22人,而台风登陆当天出警次数仅为3次,警力负担较轻。为了更加合理地分配警力,采用效用最大化模型对警力进行重新分配,并利用MATLAB(R2014a)软件进行计算求解。通过调整调节系数,最终计算结果如表2所示。

从实际情况考虑,每个消防站必须留有一定人员保证消防站正常运行,设定每个消防站留守人数不少于7人,即消防站最低人数限制为xi≥7。当λ=1时符合要求,其未分配的4人划至E站,符合最低人数要求。为了验证优化后的效果,将人均出警次数ti/xi作为警力负荷程度指标,衡量优化前后警力的负荷程度。结果如图2所示。

从图2优化前后人均出警人数对比可以看出,优化前各消防站人均出警次数相差较大,出警负担最小的消防站人均出警次数为0.176,出警负担最大的消防站人均出警次数为2.714,力量分配不均衡,部分警力使用效率较低。优化后除E站外,各消防站人均出警次数均保持在0.9左右,警力分配均衡,警力使用效率达到最大化。

4 结论

通过以往台风内涝灾害期间出警数据得到消防站警力分配优先权重,并根据各消防站权重建立警力分配优化模型。采用MATLAB软件对模型进行求解,并用实例检验了优化后模型的合理性。优化后,各消防站警力负荷均衡,避免了部分消防站长时间高负荷运转导致战斗力下降和延误救灾时机的问题。采用该模型分配通用性好,通过改变约束条件,可以适用于任意城市,为制定灾害预案提供参考。考虑救灾中的实际因素,未来需要通过实战反馈数据调整模型约束条件,使其更加符合现实情况。此外,也可通过收集城市消防站日常出动数据,参考该模型对城市消防队警力进行重新分配,达到优化警力分配的目的。

参考文献

[1]高建华,朱晓东,余有胜,等.我国沿海地区台风灾害影响研究[J].灾害学,1999,(2):74-78.

[2]魏应植,吴陈锋,孙旭光.福建台风灾害特征及其防御对策研究[J].海洋科学,2006,(10):7-14.

[3]方军,张秀明.基于Lingo软件的消防站布局优化[J].消防科学与技术,2006,25(6):809-812.

[4]汤卫华,黄勇.消防装备优化配置的模型建立与软件实现[J].消防科学与技术,2007,26(3):319-321.

井下无线传感器网络部署算法 第4篇

井下无线传感器骨干网络部署反映了安全监测和目标跟踪的质量和效果, 找出一种部署算法使得网络利用率最大、单个任务消耗量最小具有重要的意义。同时, 煤矿井下情况特殊、环境恶劣[1], 为了提升传感网络的健壮性和覆盖率, 部署算法优化问题也是当前井下无线传感器网络研究中的基本问题。

现有节点部署方法有很多种, 主要分为随机部署和确定性部署两大类, 过去无线传感器网络节点部署的研究大部分是基于假设节点是通过飞机或炮弹随机部署的[2], 近期人们正逐渐开展面向目标覆盖的确定性部署问题的研究[3]。因矿井的建设成本问题, 不可能大范围的布置传感器节点, 而在布置很少节点的情况下如果随机放置节点很可能导致中间存在通信链路有断点, 所以在井下定位系统中使用确定性部署。

陶丹等[4]介绍了一种针对可移动的无线传感器网络的虚拟势场 (Virtual Force Algorithm, VFA) 算法, 其十分适用于以二维网格建立为模型建立的传感区域。针对部署算法的优化问题, 徐淑丽[5]针对不可移动的节点的部署提出来一种利用冗余节点部署对网络进行优化的策略, 通过该策略, 当网络中出现有节点损坏的情况时, 可以利用已经部署的备用节点形成一条备用路径, 使网络继续保证通信。袁辉勇等[6]提出了一种基于矢量的中继无线传感器网络节点部署算法。该算法在感应源节点位置和中继节点数的基础上, 通过高效的部署中继节点的位置达到使整个无线传感器网络的能量有效配置。

在以上研究成果的基础上, 本文首先参照确定性部署的原则提出了一种基于最大通信距离的井下无线传感器网络部署算法, 然后通过部署冗余节点的方法提升无线传感器网络健壮性和覆盖率, 对部署算法进行优化。实验仿真结果表明, 优化后的网络寿命明显延长、覆盖率显著提升。

1 基于最大通信距离的井下无线传感网络节点部署算法

井下影响无线传感网络通信情况的因素主要是信号屏蔽和信号衰减[7]。

信号屏蔽是指由于矿车、建筑、矿井拐点等对节点的通信信号产生遮挡, 使得节点的通信范围受到限制, 在巷道中的折线节点处这种现象尤为明显。信号衰减是指信号在通信的过程中由于通信介质或其他环境因素的影响, 信号的强度将随时间和距离的增加而减弱的现象。井下传感器节点发出的信号的强度会随着距离的增加而逐渐减少, 所以在其通信半径的末端, 节点可能会因为信号的衰弱而失去通信能力。

下面本文将分别针对信号屏蔽和信号衰减这两种情况给出相应的无线传感网络节点部署策略。

1.1 针对屏蔽位置的节点部署策略

屏蔽, 是指在井下通信的过程中由于矿车、建筑、巷道拐点等对节点的通信信号产生遮挡, 节点的通信范围受到限制, 使得节点的实际通信距离小于节点的理论通信距离Rc, 这在部署巷道转角处传感器时表现的尤为明显, 如图1所示。部署在巷道L2上的节点由于受到L1的屏蔽, 实际的通信半径Rrc

由此可知, 巷道的部分转角处为传感器节点通信的信号屏蔽区, 为了防止在其附近部署的传感器节点由于信号屏蔽而导致网络发生通信障碍, 需要在这样的位置增加部署传感器节点, 这样可以有效减少屏蔽所带来的负面影响。

1.2 针对节点信号衰减的节点部署策略

在考虑传感器节点的通信信号随距离的增加而衰减等环境因素的基础上, 巷道中的通信节点的布置则应按照“一方面能够保持网络的通信, 另一方面使节点的数量达到最少”的平均布置原则进行布置, 节点之间的间隔和所需节点的个数可通过公式 (1) 和公式 (2) 求得。

在公式 (1) 和公式 (2) 中, S为需要布置通信主干节点的巷道的长度, Rc为传感器节点的通信半径, n为此条巷道段上应部署的节点个数, L为实际部署节点时两节点之间的距离。

下面以图2为例来进行详细说明。

图2为一个原部署图的一部分, 其中A为副井所在点、F为巷道上的折点, E为监测点库中的点, AF之间的距离为S, EF之间的距离为S′ (S′

对原部署图的每一条巷道利用主干网通信节点部署规则逐步进行节点的布置, 从而可以逐步形成一个可以通信的网络结构。

2 部署算法的优化策略

为了保证网络路由的长时间维持和信息采集时间上的连续性, 需要为矿井下主干网通信节点部署备用节点, 作为当网络中的某一个或几个节点由于某种原因不能正常工作时的替换节点。

考虑巷道主干网上的三个连续节点, 中间节点与左边节点之间的距离为R1, 中间节点与右边节点之间的距离为R2。Rc为传感器节点的通信半径, Rs为传感器节点的感知半径。下面给出备用节点部署策略[8], 该算法包含有四个规则, 分别如下:

规则1:当R1=R2=R3时, 在一条路径上至少有一个节点应在其左右长度为RS的范围内布置两个备用节点。

规则2:当R1=Rc, R2

规则3:当R1

规则4:当为巷道内的折点处时, 考虑巷道内的实际情况, 取该节点的感知半径Rs做弧, 取其与两侧巷道壁上的交点处部署备用节点。

设有一段巷道的主干网上有A、B、C三个连续节点, A与B之间的距离为R1, B与C之间的距离为R2。RC为传感器节点的通信半径, Rs为传感器节点的感知半径, 其中节点B为故障节点。现对以上四个规则分四种情况做详细说明。

情况1, R1=R2=Rc

如图3所示, 两个节点之间的距离正好等于通信半径。这时, 必须在损坏节点的感知范围内布置两个备用节点, 且必须同时开启这两个备用节点才能保证网络的继续畅通。此时B节点的备用节点的部署范围为节点的感知半径, 即B节点的左右两边距离为Rs的范围。

情况2, R1=Rc, R2

当R1=Rc, R2

情况三, R1

当R1

情况四, 考虑巷道的折点处

这种情况的节点如图6所示。为巷道中间的节点O部署备用节点, 取O的感知半径Rs为半径, 以O点所在出为圆心做弧, 取其与两巷道壁的交点A、B、C、D处为备用节点部署处, 在四个点中任取两个部署备用节点, 当O点由于某种原因不能正常工作的时候, 同时启用部署的两个备用节点, 可以形成一条新的通信路线, 使网络继续保证正常通信。图中QDAP即为一条备用通信网络。这样选取的备用节点的部署点, 可以在保证通信的同时使得传感器感知的范围和监测更为接近主干网的实际情况。

3 优化后的矿井无线传感网络部署算法步骤

该算法的目的是在矿井巷道拓扑图的基础上进行传感器节点部署, 在巷道内形成一个通信骨干网, 并构造出传感器节点的部署图。我们假设现已知矿井巷道拓扑图, 其中, V代表结点集;两相邻结点用弧段连接起来, E (i, j) 表示连接结点i和j的弧段;弧段上的数字代表该弧段的权值, 用W (i, j) 表示。这样图就可以表示成G=。

(1) 部署算法的描述

输入:矿井巷道拓扑图KPG= (V, E, W)

点集:V={V1, V2, V3, , Vn}

边集:E={E1, E2, E3, , En}

各条边的权值的集合:W={W1, W2, W3, , Wn}

输出:优化后的节点部署图DG= (V, E, W)

点集:V={V1, V2, V3, , Vn}

边集:E={E1, E2, E3, , En}

各条边的权值的集合:W={W1, W2, W3, , Wn}

步骤:

Step1:输入矿井巷道拓扑图的相关信息, 主要是点集、边集以及边的权重。

Step2:按照基于最大通信距离的部署算法深度优先遍历图中的每一个节点, 在符合要求处增加通信节点, 同时修改部署图的拓扑结构以及相应的权值;

Step3:判断得到的部署节点是否满足优化算法中的情况一, 如果满足, 则考虑到每一个节点都需要建立为其单独建立一个冗余节点, 优化代价太高, 算法终止。否则, 执行Step4。

Step4:从根节点开始, 深度优先遍历每一个节点, 并记录与节点相连的两条边的权值;

Step5:按照部署算法的优化规则逐情况寻找部署备用节点的合适位置, 并记录该位置;

Step6:生成新的备用节点, 在记录的位置添加节点, 同时修改部署图的拓扑结构以及相应的权值;

Step7:算法结束, 将优化后的节点部署图的结构返回。

矿井无线传感网络部署算法流程图下

4 仿真分析

为了更好的分析改进后网络的性能, 本文选择基于离散事件的网络仿真工具NS2[9]进行实验仿真。仿真环境的设置如下:仿真区域为5400m2, 区域内按照上述算法逐个的按照一定的规律增加传感器节点部署的个数, 每个节点的通信半径为100m传输带宽设置为1M, 每个节点的初始能量为1J, 发送数据包的能量为0.001J, 接受数据包的能量为0.001J。有一个汇聚节点不停地向目标区域发送请求数据包。仿真的过程中节点的密度随着部署数量的增加而改变, 当节点增加时, 网路覆盖范围面积也随之扩大。数据流是均匀产生的, 每秒发送5个数据包, 每个数据包长度为64byte。

对优化前后的网络的寿命进行仿真, 前后两次的网络寿命曲线的对比结果如图7所示。

从图中可以看处, 优化前后的网络都是在部署的节点数为5个左右才开始能够保持正常通信, 由于优化后的网络在进行网络的部署的时候为每个节点都进行了备用节点的部署, 在网络中有节点由于某种原因不能正常工作的时候, 备用节点被启用, 进而可以继续维持网络的通信。从图中可以看出备用节点部署改进的网络在生存时间上比未进行改进的网络延长了近40s, 说明这种网络的优化的方式还是有成效。

5 结论

本文采用确定性部署策略基于无线通信传感器最大通信距离提出了一种矿井巷道骨干网节点的部署算法, 这个算法可以使巷道内形成一个基本的带状无线传感器通信网络, 通过该网络井下的传感器节点监测的数据可以通过逐步单跳的方式传递到副井处的汇聚节点, 再由汇聚节点传递到井上。针对网络结构脆弱、单个节点的损坏容易导致整个网络瘫痪、节点的感知覆盖率不够高等缺点, 本文提出了一种对骨干网络部署备用节点的优化算法。最后, 仿真实验的结果表明该算法延长了网络的生存周期, 增加了网络的健壮性, 提高了网络的连通覆盖率。

本文根据通信节点间的位置关系通过部署冗余节点的方法来优化矿井巷道骨干网节点的部署算法, 取得了良好的效果, , 而这种改进的思想将会是井下无线传感器部署算法研究的一个新方向。

摘要：为了更为有效地进行矿井数据监测和采集, 保证安全生产, 本文提出了一种基于最大通信距离的矿井无线传感器网络部署算法。进一步地, 本文给出了一种通过部署备用节点优化无线传感器网络性能的策略, 以克服原部署算法导致地网络健壮性不强、覆盖率偏低等缺点。实验仿真结果表明, 优化后的无线传感器网络的健壮性和覆盖率都有了较大的提高。

关键词：矿山监测,无线传感器网络,部署,备用节点

参考文献

[1]王军号, 孟祥瑞物联网感知技术在煤矿瓦斯监测系统中的应用[J].煤炭科学技术.2011, 39 (7) , 64-69

[2]陆克中, 黄刘生, 万颍渝, 等.无线传感器网络中传感器节点的布置[J].小型微型计算机系统, 2006, 27 (11) :2003-2006.

[3]何欣, 桂小林, 安健.面向目标覆盖的无线传感器网络确定性部署方法[J].西安交通大学学报, 2010, 44 (6) :6-9.

[4]陶丹, 马华东, 刘亮.基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法[J].软件学报.2007 (05)

[5]徐淑丽.基于无线传感器网络的覆盖问题的研究[D]山东大学, 2007.

[6]袁辉勇, 阙清贤, 羊四清.传感器网络中基于能耗均衡的节点优化部署[J].计算机仿真, 2010, 27 (8) :100-102.

[7]孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究[J]煤炭学报, 2011, (01)

[8]王珂.矿井无线传感器网络节点部署关键技术的研究[D].中国矿业大学, 2012.

工厂部署展示无线标准 第5篇

新技术,通常是随着能使设备在现实的工厂环境中投入使用的示范项目而推出的。在可能是最快的一个部署项目中,ISA100.11a Wireless Compliance Institute(WCI)已按照阿科玛公司在美国得克萨斯的有机过氧化物工厂设立的新标准,安装了具有可操作性的、完整的无线仪表网络。

虽然新标准的批准时间不到1个月,但该项目已投入运行。该项目包括改建工厂中的一组特定的监测点。这些监测点上的仪表要么安装不当,要么公司希望将监测点的覆盖面扩展到新的区域。WCI将这些设备部署到以下几个区域内:

500,000加仑消防水箱:无线传感器可确保消防水箱在任何情况下均处于充满状态;

冷库:安装在冷藏仓库大门上的无线温度传感器,可向中心报告冷藏仓库的异常情况;

废水池:废水池上装有一个有线传感器,可将废水池的数据发送至废水池旁的卫星控制室(不是中央控制室)。为了能向中心提供具有能见度的信息,采用ISA100.11a适配器将数据发送到中央控制室;

气体传感器:在现有的有线传感器旁安装一个无线SO2传感器。试验成功后,可将无线气体传感器扩大。

阿科玛公司Crosby工厂的经理Didier Auber说,“这是一个很好的机会,能使我们发现新技术和了解其能为我们的业务带来哪些好处。ISA100.11a标准被批准后,我们就能得到多家供应商的支持,业界巨头也会前来与我们合作。所以我们应该开发这一技术,并扩大其在工厂中的应用。”

从2009年10月开始,由其它WCI供应商成员提供的传感器,将被添加到网络中,并作为阿科玛公司用户部署计划的一部分。Auber和他的团队正在探索能使用这些设备的地点。他们牢记这一点无需使单一用途和在同一无线网络中的操作之间具有关联性。甚至有机会根据需要,将一些设备(如温度变送器)移到不同地点记录读数。

将100.11a用作多供应商平台

在许多方面,示范设备本身的具体用途所具有的重要性,不如项目所展现的重要。WCI试图证明ISA 100.11a可成为一个完全具备互操作性的多供应商平台。霍尼韦尔、横河和Gastronics提供的设备,以及霍尼韦尔和Nivis提供的无线基础设施,可在这种情况下使用。

WCI成员指出,尽管这些设备基本采用手工制成,但通信栈和测试工具在得到最后批准之前均已完工,因此传送器已经过测试,并完全符合标准。

WCI的技术总监Jay Werb说“阿科玛工厂安装的传送器,已采用WCI的设备互操作性测试工具包(ITK)进行测试证明其符合ISA100.11a标准。ITK是一个使用XML脚本的硬件/软件工具。该脚本可用一种透明和独立于供应商的方式,模仿ISA100.11a系统管理员进行操作。ITK工具包将在今年实现商业发行。”

参与该示范工程的多家公司,都希望确保该系统能展示其所有具有可操作性的关键部件,包括设备上的啮合。虽然设备能通过啮合发送信号(如果不可能在任何时候都能与网关直接连接),但该网络被设计成单拓扑架构。通过与阿科玛的合作,参与者必须使用一些具有战略意义的钢制集装箱生成一个屏障,从而干扰无线电联系,但系统仍能按预期作出反应,并在障碍周围为信号传输设定路径。

目前,虽然无线设备可向独立的监测点发送信息,但阿科玛还是希望将这些设备完全集成到其主要控制体系中,并添加更多设备,使之具有可用性。

要了解更多信息,请登陆下列网站:

www.arkema-inc.com

www.gastronics.com

www.honeywell.com/ps

www.isaorg/isa100

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EDGE网络部署问题研究 第6篇

GSM演进增强数据速率 (EDGE) [1-4]朝着3G业务方向, 增强了GSM网络的数据能力。EDGE将当前GSM空中接口数据吞吐量提高了3倍, 并增强了电路交换 (CS) 和分组交换 (PS) 业务。美国 (US) 移动网络将EDGE作为本国向3G无线技术的演进阶段, 欧洲将EDGE作为基于WCDMA的UMTS 3G网络的辅助技术。

EDGE采用900M Hz、1800M Hz和1900M Hz GSM频率, 业务提供商对EDGE非常感兴趣, 因为它能够快速地、经济地提高系统容量和传输速率。EDGE能够在当前的200k Hz GSM承载上可提供较高的数据速率, 即ECSD (增强型电路交换数据) 速率可达43.2kbps/时隙, EGPRS (增强型通用分组无线业务) 速率可达59.2kbps/时隙, 每个承载的数据吞吐量可达473kbps。通过为实时业务分配两个32kbps的时隙, ECSD支持64kbps实时业务, 且误码率比较低。EDGE调制能够适应链路条件的变化, 从而在较好传播环境中提供最高的数据速率, 并在每个时隙中的低速率时段保证宽域覆盖范围。

二、EDGE调制与编码

如表1所示, 为了确保EDGE数据速率是GSM数据速率的3倍, EDGE引入了8PSK (8状态相移键控) , 这是一种除了当前GMSK (高斯滤波最小频移键控) 之外的线性高阶调制方案。在一个通过无线传输的8PSK信号中, 每个已调制符号携带3比特数据, 而在GMSK信号中, 每个已调制符号仅携带1比特数据。EDGE中的8PSK调制方案保持了GSM载波符号速率 (270.833ksps) , 且突发数据长度与当前的GMSK相同, 即相同的200k Hz载波间距, 如图1所示。

这样, 在同一起始时间内, 用户可以在每个无线时隙中发送更多比特的信息, 且在获取较高数据速率业务时, 不需要新的频段或牌照。

三、增强型电路交换数据 (ECSD)

在传输速率方面, 增强型电路交换数据 (ECSD) 不一定取代HSCSD (≈64kbps) , 但ECSD实现这些速率只需要较少的时隙, 如64kbps的提供方式是232kbps5, 而不是HSCSD的414.4kbps, ECSD足以提供透明和非透明的CS业务, 如表2所示。

28.8kbps数据速率可用于单时隙和多时隙配置下的透明和非透明6业务。32.0kbps业务仅在多时隙配置 (两时隙) 中是可用的, 主要用于提供64 kbps透明业务, 而43.2kbps数据速率仅适用于非透明业务。

ECSD使用HSCSD (高速电路交换数据) 传输与信令体系结构, 在这种体系结构中, 码型变换和速率适配器 (TRAU) 的帧格式相同, 且使用了16kbps的子信道。例如, 我们可以从基于216kbps子信道和14.4kbps TRAU帧的某个无线接口时隙获取28.8kbps业务。

四、增强型通用分组无线业务 (EGPRS)

EGPRS是建立在GPRS (即支持Internet/Intranet类型业务的GSM分组交换数据域) 基础之上的。它使用若干种调制和编码方案 (MCS) , 无线接口速率变化范围为8.8~59.2kbps, 如表3所示。

在表4中, GMSK调制应用于宽域覆盖范围, 而8PSK适用于较高速率。对于链路适配来说, 不同的MCS支持数据块的重新分割, 我们选择最符合信道条件保护机制来提供最大吞吐量, 尽管高保护意味着低吞吐量。

五、EDGE网络先决条件

通过EDGE空中接口来提高传输速率对现有GSM网络提出了新要求, 如支持EDGE的无线电收发器将传输要求包含在传输网和核心网中。较高的传输容量也意味着A-bis接口 (BTS和BSC之间的链路) 容量越高, 如图2所示。

1. ECSD网络链路控制特性

链路适配 (LA) 机制主要通过对传输信息保护进行调节来实现, 该过程与从信道质量测量结果得到的信道属性有关。

在EDGE中, 链路适配特征支持8PSK和GMSK调制信道之间的切换, 而在GSM中链路适配不是必备特征, 链路适配主要用于在大型覆盖区域提供具有高数据速率透明模式呼叫的理想业务。例如, 在不稳定的GMSK信道中, 两时隙28.8kbps透明连接靠近单时隙8PSK信道的中心。

另一方面, 对于非透明业务, 链路适配不是必需的, 因为后向差错控制 (BEC) 方法和可变比特率降低了不稳定性。

2. EGPRS链路质量控制特性

EGPRS中的链路适配机制随着传播信道 (如城市、农村、山区等) 的不同而变化, 在该机制中, 信息保护的有限集可定义为20ms数据块, 如EGPRS使用9种保护机制 (即MCS-17到MCS-9) , 这9种机制从高保护/低比特率到无保护/高比特率, 如表4所示, 我们对信息进行编码以避免信道性能下降, 并在空中接口传输前对信息进行调制。

EDGE中的所有MCS也都可以在两个数据块之间进行双向切换, 但在GPRS中切换只在一个方向上发生, 因而不会出现链路适配现象。

六、EDGE网络部署方案

EDGE通过使用高速电路交换数据 (HSCSD) 基础设施元素和标准的A/A-bis接口, 来支持ECSD数据速率。我们为不同模式的调制和多个时隙之间的链路适配选择多倍速率。同样, 在不进行较大修改的前提下, 我们可以通过GPRS基础设施来引入EGPRS。

8PSK调制不具备固定封装, 它对功率放大器的线性提出了要求, 尤其是对于高输出功率设备。8PSK具有2~3d B的平均功率衰减 (APD) 量。

1. 覆盖范围选项

对于用户移动和机动速率来说, 标准GSM/GPRS上的高比特率降低了系统对于时间弥散度的抗性。因此, 假定在准静态环境中, EDGE的覆盖范围要小于GSM。但是, 如果速度和时间弥散度超出使用8PSK调制模式的EDGE门限值, 用户将通过链路适配特征切换到GMSK调制模式, 且在覆盖范围不变的情况下得到较低的传输速率。

2. 容量选项

EDGE蜂窝能够同时为具有不同传输速率的用户提供支持。因此, 靠近基站的EGPRS用户将可以无缝地得到高比特率, 而位于蜂窝边缘的EGPRS用户将根据链路适配情况获得GPRS类型速率, 由8PSK调制模式切换到GMSK调制模式。现在, EDGE蜂窝边缘流量信道的频繁使用将会增加干扰的概率, 从而降低用户比特率, 提高C/I值。EDGE通过使用少量时隙可以降低干扰效应, 从而减小总的C/I值。

尽管未来业务 (IP话音) 要求实时分组流量信道, 但当前的GPRS类型主要为非实时业务提供服务, 在这种情况下, “尽力而为”的服务质量是可以接受的, 且非连续连接或传输停止不会造成呼叫丢失。因此, 增强型GPRS (即EGPRS) 在不改变频率规划的情况下, 通过支持动态多时隙连接, 也可以使用分配给用户的不同数量的无线资源。图3描述了在容量有限的环境中, 为什么上述要求意味着每个时隙内平均用户数据速率将达到40kbps, 且在C/I值理想的情况下, 每个时隙内平均用户数据速率将会超出40kbps。但是, 由于C/I值较低, 覆盖范围有限的蜂窝平均速率要小一些。

同样, 在ECSD中, 设计余量应当考虑系统运行于容量或覆盖环境的情况。例如, 为确保吞吐量稳定, 我们将衰落信息量加入到链路预算中, 并提高频率重用因子 (15~18) , 以得到足够大的网络C/I值, 在EDGE中运行8PSK调制方案。

3. 频率规划和BCCH利用

在GSM中, 如果我们使用跳频技术, 我们能够将平均频率重用因子限制在9~12范围内, EDGE也能够通过链路适配特征, 较好地支持跳频技术。因此, EDGE能够使用随机频率规划, 并从接近蜂窝中心的高C/I值中受益。

最后, 由于EDGE传输功率在蜂窝边缘经常受到限制, 因而8PSK仅适用于流量信道中。因此, BCCH载波可应用于使用固定功率传输的蜂窝选择中, 在流量信道中BCCH通常采用GMSK调制方案。

参考文献

[1]郎为民.UMTS中的LTE:基于OFDMA和SC-FDMA的无线接入[M].北京:机械工业出版社, 2010年1月, 12-36

[2]郎为民.未来UMTS的体系结构与业务平台:全IP的3G CDMA网络[M].北京:机械工业出版社, 2009年1月, 74-96

[3]郎为民.UMTS/HSDPA系统的TCP性能[M].北京:机械工业出版社, 2009年6月, 85-102

移动网络加速平台部署方案 第7篇

1 网络加速原理

网络加速原理主要是融合数据压缩、协议优化和智能缓存等技术, 有效减少无线及互联网侧的数据流量, 提高网络的使用效率, 改善用户的业务体验。

1.1 数据压缩

数据压缩技术主要是通过对网页的分类, 对文本、图片、网页标签等进行压缩和过滤。

(1) 文本压缩。利用GZIP和DEFLATE等技术对XHTML, HTML, CHTML, Text, XML, Java Script, CSS等的文本文件进行无损压缩。

(2) 图片压缩。图片压缩可以对JPG, JPEG, GIF, PNG等多种图片格式做压缩处理;可以只对静态请求的图片、且文件大小超过某一可设置下限的文件做压缩处理, 以避免对小图片的过度压缩, 影响用户体验。

(3) 网页标签做内容过滤。根据标签判断, 滤除部分广告类型的文件, 过滤的同时, 在网页内插入链接, 使用户可以点击访问被过滤的内容。

1.2 协议优化

综合应用传输层协议和应用层协议的优化提高网络使用效率。

(1) 应用层协议优化。应用层协议优化利用动态交织技术优化了网页浏览所采用的HTTP协议, 数据以并行的方式传输, 大大减少请求响应的处理和等待时间。利用动态复合技术优化了页面对象的解析和获取方式, 以统一的服务器代理一次性完成所有对象的下载和显示。

(2) 传输层协议优化。主要采用BTCP动态链接保持技术和并行管道传输技术, 在终端浏览器和加速服务器之间建立多条TCP连接使性能大大提高。

1.3 视频优化

综合多种方式对视频流进行优化。

流量整形:通过流量整形在保证业务体验的情况下避免少量用户占用大量带宽, 以尽可能的提供更多用户的接入服务。

按需下载:当用户在线观看视频时, 仅向用户端发送略多于实际播放所需的视频流, 最小程度减少多余的视频下载。

动态带宽适配:根据用户网络能力, 服务器动态调整视频流码率以适配当前用户带宽。

1.4 智能缓存

通过把静态内容保存在加速服务器上, 用户下次访问相同的内容源时, 加速服务器只从内容服务器上下载变化部分的数据, 从而减少传输的数据量, 提高访问的速度。

2 加速平台部署组网方案

网络加速平台组网如下图所示:

网络加速平台的部署基于移动分组域核心网, 两台加速服务器跨接在两台CE设备上, 通过PDSN和CE的参数设置, 需要加速的流量将经过加速平台, 不需要加速的流量将保持原路由。组网对现网架构改变不大, 对计费系统无任何影响, 仅需要在核心路由器上配置策略路由数据, 增加了核心路由器部分CPU的负荷, 对现有用户的终端不需作任何修改。而且一旦其发生故障, 也不会影响分组域核心网使业务中断, 只是没有了网络加速功能而已, 属于故障不扩散节点。

目前能提供成熟的网络加速平台的厂商主要有Bytemobile、Flashnetworks、Cisco、Bluecoat、上海贝尔 (阿郎) 、上海惠生等。加速平台现已被世界上如Vodafone、Orange、Sprint、T-Mobile、NTT Docomo等运营商商用, 中国移动、中国电信、中国联通三大国内运营商也在部分分公司的移动网络分组域进行部署或测试。

加速平台部署前后性能测试比较:

经过测试可知, 通过加速系统打开WEB网页有优化加速效果, 加速后平均流量压缩到原来的58.2%。

经过测试可知, 通过加速系统打开WEB网页有优化加速效果, 加速后平均时间节省到原来的68.8%。

根据测试和试商用的情况, 加速平台部署效果总结如下:

(1) 明显提高网页打开速度, 特别是首页打开速度可以提高2-4倍;

(2) 数据流量平均缩减30%-50%左右, 提高网络使用率, 在相同无线资源条件下, 可增加有效用户数量33%～50%;

(3) 能够提高多媒体视频播放流畅度, 流媒体数据流量可以压缩20%左右;

(4) 缩小1X与EVDO之间的体验落差:在1X上明显提升上网速度, 在DO上明显增加可承载的有效用户数。

3 网络加速平台部署还存在的问题

(1) 现有技术条件下, 只能作为增值业务对部分用户进行网络加速, 全网进行网络加速对设备能力要求很高, 代价很大。

(2) 从路由结构来说, 加速平台相当于串联在核心网中, 增加了故障点, 在部署的过程中需要考虑在加速平台故障的情况下, 用户业务流量的旁通处理。

(3) 对画面质量要求较高的网站页面进行有损压缩, 存在一定降低用户体验的风险, 需实时动态的对加速策略进行优化。

4 结语

随着3G业务的迅速发展, 分组域业务流量发生了爆炸式增长, 特别是P2P业务的流量占用了网络资源的90%以上, 网络需进行DPI (Deep packet inspection) 分析。通过部署网络加速平台, 在对用户进行钻、金、银分级基础上, 配合平等接入, 加速平台作为3G无线宽带精细化运营的辅助手段, 助力电信运营商精细化运营, 服务精彩移动互联网。

摘要：通过对网络加速原理的解析, 提出融合数据压缩、协议优化和智能缓存等技术, 将有效减少无线及互联网侧的数据流量, 提升用户感知。

关键词：加速,移动网络,压缩

参考文献

[1]钟玉琢, 沈洪, 冼伟铨, 田淑珍.多媒体技术基础及应用 (第2版) [M].北京:清华大学出版社, 2005

[2]姜柏, 王健.常用多媒体文件格式与压缩标准解析[M].北京:电子工业出版社, 2005

城市无线网络部署 第8篇

自适应密度感知定位算法 (Adaptive density.Sensing localization algorithm, ADSL) 采用移动信标节点定位机制, 与现有的移动信标节点静态路径规划方法相比, 本文提出的方法能够根据无线传感器网络的形状和节点分布密度的不同, 按网络实际需要动态添加虚拟信标节点, 在随机部署无线传感器网络中具有通用性。密度感知过程即通过信标节点感知范围内的普通节点利用自身的邻居问通信关系, 统计自身邻居节点数以及邻居节点的信标覆盖情况, 并将统计信息回馈给信标节点。信标节点根据其感知范围内收到的普通节点发送的回馈消息, 计算出下一步移动决策方向上的区域节点密度参数, 最后计算出下一步所要移动的步长。

在对移动信标技术的研究过程中发现, 目前有关移动信标节点动态路径规划的研究中仍存在两个共性问题:虚拟信标节点共线问题和信标移动路径冗余问题。前者可导致未知节点定位精度下降, 后者则带来了不必要的能量开销。针对信标节点共线问题, 本文的ADSL算法提出倾斜移动信标节点对的方法进行解决, 此外, 本文提出的ADSL算法中的移动信标节点采用动态螺旋方式路径从网络边缘逐渐向网络中心进行移动, 移动信标节点携带定位天线对不同方向上的节点密度进行感知, 从而对路径中的网络“空洞”进行绕行。为了避免移动信标进入“死角”, ADSL算法还采取路径可回溯方式, 并限制连续可回溯路径次数。

2 节点数量优化

传感器节点布设模型主要是研究传感器节点分布密度问题。要完成对监测区域的数据采集, 应该抛洒适当的节点数量, 即决定在一个监测区域内至少需要布设多少个节点, 才能以一定的概率覆盖监测区域。理论上, 在一个监测区域内布设足够多的节点, 可以对该区域完全覆盖, 但传感器节点性能和价格因素的考虑, 不可能随意抛洒节点数量, 需要有一个布设数量参考值。传感器节点通常以空中抛洒方式布设, 在地面的分布状态符合呈泊松分布。

3 感知参数及移动步长计算

感知参数为节点移动步长计算的参考值, 在一个感知周期内, 其根据信标节点感知范围内的网络节点以及感知边缘的网络节点对新虚拟信标的需求程度来决定。

影响网络节点对虚拟信标需求程度的因素主要有两个:一是节点连通度, 一定区域中节点的分布密度取决于节点连通度, 而节点分布密度影响着信标节点要移动的距离长度, 移动方向上节点分布密度越低, 则信标下一步可以移动相对较长的距离, 反之则移动距离可相对较短;二是节点的信标参考度, 信标参考度越低, 则节点对新虚拟信标节点的需求程度越大, 反之则对虚拟信标节点的需求程度越小, 若节点已获得3个或3个以上虚拟信标信息, 便可完成自身定位, 因此可视为其对新虚拟信标的需求程度为零。

4 性能评价参数

无线传感器网络节点定位算法的好坏通常通过定位精度及能量消耗程度来评价, 随着基于移动信标的定位方法被提出, 移动信标路径规划的目的是为了更好的在无线传感器网络中布撤虚拟信标节点, 从而为未知节点提供良好的定位, 而在基于移动信标的定位方法中, 对于定位精度和能量消耗的评价可转化为以下几个评价参数。⑴虚拟信标个数:虚拟信标个数也称移动信标节点在无线传感器网络中广播自身位置消息的次数。该参数体现了节点通信次数, 因此虚拟信标个数与网络节点能量消耗程度成正比。⑵信标覆盖度:在无线传感器网络中, 收到虚拟信标消息的普通网络节点占普通网络节点总数的百分比。信标覆盖度越高说明移动信标遍历网络节点越全面, 算法性能越好。⑶定位覆盖率:在无线传感器网络中, 收到3个或3个以上虚拟信标的普通网络节点数占普通网络节点总数的百分比。未知节点至少获得3个信标位置信息才能完成自身的位置估计, 该参数体现了节点的定位成功率。

5 定位算法比较

基于距离的定位机制由于实际测量节点间的距离或角度, 通常定位精度相对较高, 但对节点的硬件也提出了很高的要求, 定位过程中消耗的能量相对多。使用声波, 超声波, 无线电波等进行距离或角度的测量, 使得基于距离的定位算法易受温度、湿度障碍物等环境因素的影响;与距离无关的定位机制无需测量节点间的绝对距离或方位, 因而降低了对节点硬件的要求, 而且定位性能受环境因素的影响小, 虽然定位误差相应有所增加, 但定位精度能够满足多数传感器网络应用的要求, 是目前大家普遍重点关注的定位机制。

总的来说, 不基于测距的定位机制属于粗精度定位机制, 然而粗精度定位对于大多数无线传感器网络的应用已经足够, 研究表明, 当定位误差小于传感器节点无线通信半径的40%时, 定位误差对路由性能和目标追踪精确度的影响不是很大。

参考文献

[1]李洪峻.面向无线传感器网络节点定位的移动锚节点路径规划.计算机研究与发展, 2013年11期, 第87-89页.

[2]顾学迈.无线传感器网络中适于协作定位的全局节点选择.华南理工大学学报 (自然科学版) , 2013年7期, 第31页.

[3]温立.无线传感器网络定位技术研究.电路与系统, 2014年21期, 第13页.