分布式无线通信

分布式无线通信（精选10篇）

分布式无线通信 第1篇

1 分布式无线通信技术的应用

分布式无线通信技术目前主要被应用于以下三个方面:无线网格 (Mesh) 、中继 (Relay) 和家庭小区 (Home cell) 等。

1.1 中继 (Relay) 分析

由于Relay技术可有效增强网络覆盖, 被充分应用于802.16j中。802.16j不仅保持了对802.16e PMP模式的兼容性, 还具备多跳中继功能, 另外, 它还改进了多跳连接模式, 可进行RS转换和两种及以上场景的终端转换。因为增加了多跳机制、MAC路径管理、路由功能, 引入中继节点会加大干扰管理的难度, 对此, 加强了RS在测量时的抗干扰能力。标准化等工作的开展始于2005年, 现在还处于制定阶段, 参加制定标准的主要是电信厂商与运营商。

1.2 家庭小区 (Home cell) 分析

不同于另外两种分布式技术, 严格来讲, Home cell并非一种技术, 但对现有的分布式技术而言, 它是较具代表性的一种应用场景。具备分布式无线接入网络的优点是Home cell的特征, 方便架设。另外, 它某些方面的管理需要运营商参与。运营商可通过它实现室内覆盖规划, 特别是以后无线通信系统频谱资源将慢慢转向高频段。对于运营商而言, 这是一种全新的运营模式, 大部分的网络管理要求用户参与。它除了可与Mesh技术相结合, 建立一个综合型网络之外, 还可当作是一个分布式接入点, 增强运营商网络覆盖。

1.3 无线网格 (Mesh) 分析

因为Mesh技术的潜在功能十分强大, 许多新的无线网络协议均适用于mesh组网, 如:802.16、802.11s、802.15.5等, 它们分别是城域网、局域网、个域网的代表, 其中最受关注的就是802.11s。它引入了Mesh机制, 从而改变了以往的WLAN AP布设方式, 无需有线回程线路的支撑, 终端之间可真正进行点对点的通信。多业务类型的Qo S保障可通过改善802.11e EDCA接入控制机制来实现。采取恰当的拥塞控制机制以达到负载均衡的目标。目前, 这项标准还处于讨论阶段, 还存在一些未解决的技术问题。

2 未来分布式的网络架构

未来无线通信系统的架构在长期对分布式无线通信技术的分析中慢慢变得清晰了。中国移动此前的移动互联网国际研讨会上提出了以移动互联网为重点的端到端的综合解决方案, 也就是Wii SE计划。

Wii SE的特点主要包括:无线多连接接入、扁平化全IP网络结构以及分布式信息存储与处理等, 目标是建立新一代的集运营与管理于一体的移动互联网络。上图是其网络架构示意图, 可将无线通信与互联网整合在一起, 为通信与信息构建一种全新的环境。它的技术特点主要体现在以下几个方面:

IP网络中将包括移动终端。终端在Wii SE网络中的地位将会由被动转变为主动, 其在网络中的影响力也会随之增强, 作为一个节点而成为网络的一部分。具体来说, 不同于传统的移动通信网络, 将网络概念融入Wii SE中, 使得终端也加入到接入网中, 那么一切实现家庭或办公室与运营商网络或互联网通信的连接将消失, 这样网络覆盖的动态扩展也就可以实现了。

异构无线接入网络。频谱资源不够将会是无线通信系统发展到一定时候的一个重要问题。可用于4G系统的频谱资源已在WRC2007上得到了确定, 其中某些资源3G系统也是可用的。运营商或许有多种无线接入技术的系统, 不同的系统所占无线频段也各不相同。运营商应将这些系统有效的联系起来, 采取异构网形式服务于用户, 尽最大努力挖掘资源。

在接入网中, Mesh已变为一种重要的组网方式。如今, 移动通信系统更新速度较快, 网络建设规模也越来越大。如:基站架设, 其成本主要有两块, 即基站本身及其所需的回程连接。Mesh机制的引入, 不仅可使基站回程连接的费用得到有效的降低, 基站结构也因此得到简化, 从而便于基站选址与架设。

在Wii SE RAN中, Ad hoc的应用倍受关注。Ad hoc网络工作方式较为自由, 与P2P的方式比较接近, 而这个是不被运营商所接受的。但要使移动终端加入到IP网络中则离不开Ad hoc的思想。运营商要求的对Ad hoc是可控制的, 不仅可以通过Ad hoc来提高网络能力, 还要具备监管认证、资源优化配置以及费用计算等功能。

通过Wii SE的特征可以发现, 互联网是开放式的, 而传统的电信网络是封闭式的, 移动通信系统的发展需要介于这两者之间。要求是对Mesh与Ad hoc必须是可控的。但着眼于信息处理方式, 则要求的是分布式信息存储及处理, 用户与业务管理还是进行逻辑性统一控制。此外, 核心网向扁平化与分布式方向演进也是一种趋势, 其中演进思路就包括P2P, 可将Skype的系统架构作为参考, 实现分布式核心网的建立。

3 结束语

综上所述, 分布式无线网络技术和许多新的业务模式 (如:P2P) 越来越成熟, 且在运营商的网络中的应用也越来越广泛, 不管是在硬件上, 还是软件上, 移动通信系统必将具备以下三个特征:分布式、可管理以可运营。不仅用户可以体验到随时随地的接入服务, 对于运营商对认证和费用计算等需求也可以满足, 真正达到双赢的局面。

摘要：当前分布式无线通信技术目前主要被应用于以下三个方面:无线网格 (Mesh) 、中继 (Relay) 和家庭小区 (Home cell) , 笔者基于这一背景对上述内容以及未来分布式的网络架构完成了阐述, 这一研究对于无线通信的发展具有一定的参考价值。

关键词：分布式无线通信,无线网格,中继,家庭小区

参考文献

[1]李剑, 刘扬, 段军.未来分布式无线通信系统发展趋势[J].移动通信, 2008, 02:31-35.

[2]王京, 姚彦, 赵明, 周世东, 王艺, 粟欣.分布式无线通信系统的概念平台[J].电子学报, 2002, 07:937-940.

[3]王瑜, 李征, 吴伟陵.分布式无线通信系统的反向链路容量分析[J].北京邮电大学学报, 2004, 03:103-107.

[4]吕星哉, 王振, 朱近康.分布式无线通信系统中的主从协同功控[J].电路与系统学报, 2010, 01:59-64.

分布式无线通信 第2篇

基于GPRS的分布式无线工业污水排放监测系统

我国大城市工业污水排放点多、分布广,监测困难,为此设计一套基于GPRS的.分布式无线污水排放监测系统.该系统不受复杂环境、气候等诸多因素影响,可实现对城市工业污水排放的信息采集、传输和处理自动化.

作 者：周建国 孙全庆  作者单位：核工业北京化工冶金研究院,北京,101149 刊 名：中国仪器仪表 英文刊名：CHINA INSTRUMENTATION 年，卷(期)： “”(6) 分类号：X7 关键词：GPRS   无线监测   通信技术   数据库  

移动通信室内分布系统设计 第3篇

【关键词】移动通信；室内分布；规划设计

一、前言

随着社会经济的不断发展，城市化进程逐步加快，各种大型建筑越来越广泛地分布于城市之中。室内分布系统的建设，可完善大中型建筑物、重要地下公共场所及高层建筑的室内信号覆盖，提高移动电话接通率，较为全面地改善建筑物内的通话质量。同时，使用室内分布系统还可以分担室外宏站话务，扩大网络容量，整体提高网络服务水平。

二、室内分布系统的组成及类型

室内分布系统是指基站信源射频信号通过无源器件进行分路，经由馈线将无线信号均匀地分配到每一幅室内小功率低增益天线上，从而实现目标区域信号的良好覆盖。

1、室内分布系统的组成

（1）信号源：主要包括宏蜂窝、微蜂窝、分布式基站以及直放站等。（2）天馈分布系统：包括馈线、干线放大器、功分器、耦合器、合路器、电桥、天线等设备。

2、室内分布系统的类型

（1）同轴电缆分布系统 同轴电缆分布系统将信源输出的能量通过功分器、耦合器等无源器件合理分配，经同轴电缆和天线将能量均匀分布到室内各区域，其特点是性能稳定，造价低，设计方案灵活、易于维护和线路调整，可兼容多种制式的通信系统。

（2）光纤分布系统 光纤分布系统利用单模光纤将信号传输到建筑物内部的各个位置。光纤分布系统的传输损耗小，传输容量大，不受电磁干扰，性能稳定可靠。光纤分布系统适于远距离的信号传输，但需增加专门的光电转换设备，因此成本较高。

（3）泄漏电缆分布系统 泄露电缆分布系统利用了泄露电缆兼具信号的传输和收发特性，替代了传统同轴电缆分布系统中馈线和天线的功能，可以使信号通过泄露电缆均匀分布到室内的各个区域。泄露电缆分布系统具有传输损耗均匀，信号稳定等特点，但是其造价高，线径大，施工困难，通常只用于对地铁、隧道等特定环境的覆盖。

三、室内分布系统的设计

室内分布系统设计整体上分为设计准备阶段和设计阶段两部分，设计准备阶段主要用来完成现场数据资料的收集，室内覆盖分析，通过对室内覆盖能力、容量需求的分析，为后面的设计阶段的工作提供支撑。设计阶段主要围绕信源选取、天线布局、馈线布放等环节展开。

1、设计准备阶段

（1）现场资料收集 现场资料收集的目的是通过对网络覆盖区域的基本信息、市场需求、业务分布等进行细致了解后，获取数据化的资料，作为后期网络规划的输入。资料收集和分析的具体内容包括：场景特征、用户业务需求信息、现有网络资料等。

（2）室内覆盖分析 与室外宏基站的规划设计类似，室内分布系统也是通过合理的功率分配和天线布放来实现良好的覆盖。链路预算是功率分配的基础，最终目标是计算覆盖半径，即评估从信号源发射的无线信号经过分布系统的各个射频器件以及空中接口的无线传播之后是否能够满足系统覆盖边缘的功率要求。

（3）室内容量分析 进行容量估算时，需要充分考虑到室内分布各区域的容量需求，对信源目标覆盖区域进行话务量预算。在小区划分和配置上充分考虑到覆盖区的用户需求，确保各场景业务需求量大的区域有足够的容量支撑。室内容量估算首先需考虑用户的业务类型，依据业务量模型来计算等效话务量，并依据相关业务质量要求来估算网络的配置容量。

2、设计阶段

（1）信源的选取

信源即室内分布系统中无线信号的来源，常用的信源有：宏蜂窝、微蜂窝、分布式基站、直放站。进行室内分布系统的设计时，应根据覆盖、容量等各方面的情况，并充分考虑投入成本，从而确定室内分布系统的信号源。选取信源时应主要注意以下几条原则：①应根据室分系统中天线口输出功率的要求，来确定信源的输出功率；②应根据室分系统的预测容量来确定信源的配置和种类；③选取信源时还应考虑将室分系统的电磁辐射水平控制在标准范围内，以达到环境保护的要求；

（2）馈线系统设计

对于新建室分系统，原则上电缆主干大于等于30m的使用7/8”馈线，平层电缆大于等于50m的使用7/8”馈线，平层电缆小于50m的宜使用1/2”馈线，若天线口功率不满足要求，则使用7/8”馈线。馈线布放应该走线牢固、美观、不可有交叉、扭曲、裂损的情况，需要弯曲时，角度应平滑，弯曲半径不能超过规定值。

（3）天线选取及设置

设计时应根据建筑物结构情况采用不同的天线，主要应该遵循以下原则：①一般情况下可以采用室内全向吸顶天线；②如果建筑物中有中空的天井结构或者大型会议室、餐厅等空旷结构，可采用定向天线大面积覆盖；③對于TD-LTE的MIMO双路系统，若采用单极化天线，建议双天线尽量采用10λ以上间距，为1-1.5m，如实际安装空间受限双天线间距不应低于4λ（0.5m）。

（4）分区与分簇

多制式系统室内覆盖的分区分簇的原则包括：①区簇划分主要依据建筑物的结构特性、面积、容量需求及业务密度分布等因素进行设计，如覆盖面积大于50000平米的独立楼宇、高于20层的写字楼等场景需要分区；②分区后的分布系统应保证各个分区的覆盖区域清晰明确；③多制式分布系统设计，应以链路最差，覆盖最受限的制式的技术条件来确定天线的覆盖半径，并构建分布系统的基本单位“分簇”，簇内的天线数量尽量均衡，天线位置相对集中。

（5）切换区设置

室分系统小区切换区域的规划应遵循以下原则：①切换区域应综合考虑切换时间要求及小区间干扰水平等因素设定；②室分系统小区和室外宏站的切换区域应规划在建筑物的入口处；③电梯的小区划分：尽量将电梯与底层划分为同一小区，电梯厅尽量使用与电梯同小区信号覆盖，确保电梯与平层之间的切换在电梯厅内发生；④对于地下停车场进出口的切换区域应尽量长，拐弯处可增加天线覆盖；⑤平层分区不能设置在人流量大的区域，避免频繁切换；切换带也不能设置过大，避免用户出现乒乓切换的情况。

（6）泄露控制

目前城市高层建筑多为玻璃外墙，室分系统的信号很容易泄露到室外，对室外基站小区信号形成干扰。主要通过以下几种方式来减弱室内信号外泄：①采取小功率、多天线的覆盖方式；②控制天线的角度和天线的合理布放，如使天线的主瓣方向朝向室内；③为避免在窗口附近比较强的室内信号对室外的影响，可采用在窗口附近使用定向平板天线的方式进行覆盖。

四、结束语

综上所述，本文重点对室内分布系统设计流程及要点进行了描述，对于实际不同场景的室分系统设计，需要进行具体分析，科学规划，使得最终的设计方案能够更趋合理。

参考文献

[1]高泽华，高峰，林海淘，丰雷.马瑾室内分布系统规划与设计-GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN

探讨分布式无线通信系统发展趋势 第4篇

1 分布式无线通信系统产生的背景

随着社会的不断进步, 各行各业都在快速发展。在通信行业中, 移动电话网最开始采用的是人工操作的方式, 在呼叫连接网络时需要人工干预, 这种系统的客户端较为庞大, 而且运行成本较高, 服务区域具有一定的局限性, 多应用在军事及电视广播业中。随着移动通信的不断发展, 无线通信的市场需求在不断扩大, 通信系统也在不断完善与改进, 其经历了模拟调试、数字调制等阶段, 目前采用无线通信技术扩大业务。传统移动通信系统采用的是蜂窝结构, 而目前蜂窝体制下的小区是根据地理位置划分的, 而不是面向用户。在3G和4G网络下, 通信能力更加灵活, 数据传输的速率也比较高, 面向用户的要求将越来越高。与有线传输方式相比, 无线传输有着较大的应用优势, 技术人员当前任务是扩大系统的容量, 提高频谱的利用率, 这给分布式天线以及分布式无线通信系统的建立提供了良好的契机。

分布式无线通信系统是由清华大学与北京邮电大学联合提出的, 其是以光纤连接蜂窝系统基站的方式实现信号的共享与处理, 有效消除了小区间的干扰, 提高了频谱的利用率。分布式无线通信系统是以用户为中心, 一个用户能同时与多个用户建立通信, 大大提高了空间资源的利用率。从信号传递的逻辑出发, 分布式无线通信系统是由四部分组成, 具体如图1 所示。

分布式天线主要是用来发射和接收无线信号, 其结构一般比较简单, 成本也比较低, 适合大规模应用。分布式光纤主要是为了实现不同天线与系统之间的信号传输, 其最大的优点是不会降低信号的质量。分布式处理系统主要是用来完成信息的处理, 比如调制、解密、变频、信道编译码等。分布式网络是整个无线通信系统的核心, 网络节点可以完成数据交换、安全认证等多项任务, 利用中心处理器可以进行多项分布式处理工作, 从而满足多台移动设备的通信需求。

2 分布式无线通信系统的特点

分布式无线通信系统采用了拓扑结构, 这打破了传统蜂窝通信系统结构的局限性, 而且最大限度地利用了空间资源, 下面笔者对其四大基本特点进行一一介绍。

2.1 实现空间利用最大化

分布式无线通信系统可以在资源紧缺的情况下, 最大限度地利用空间资源, 分布式天线覆盖的面积比较广, 其涵盖范围内的所有资源都可以被很好地利用起来。如图1 所示的四层分布式结构中, 不同功能节点所分布的地理位置不同, 处理的工作也各不相同, 这极大简化了系统处理信息的流程。

2.2 传输速率快

无线传输给用户带来了较大的便利, 但是其传输速率并不高, 而分布式无线通信传输有效克服了这一问题, 其采用分布式光纤加快了数据的传输, 与传统空中传输的方式相比, 分布式无线通信传输在节约成本的同时, 加快了传输速率。

2.3 体系结构灵活、开放

分布式无线通信系统结构具有灵活、开放的优点, 在信息交换过程中, 不需要借助其他平台, 有效解决了无线通信系统之间不兼容的问题。

2.4 拓展性与伸缩性强

由于分布式无线通信系统是一个开放的通讯平台, 其拓展性较强, 承载的业务较多, 还可以根据规模的大小以及经费的多少来进行自行调整, 通过增加或减少设备以控制支出。

3 分布式无线通信技术的应用

分布式无线通信技术应用的环境主要有以下三种类型:中继 (Relay) 、家庭小区 (Home cell) 、无线网格 (Mesh) , 下面笔者对它们进行逐一分析。

3.1 中继分析 (Relay)

中继技术, 就是在基站与移动台之间增加了一个或多个中继节点, 负责对无线信号进行一次或者多次的转发, 即无线信号要经过“多跳”才能到达移动台。以较简单的两跳中继为例, 就是将基站—终端一个链路分割为基站—中继站和中继站—终端两个链路, 从而有机会将一个质量较差的链路替换为两个质量较好的链路, 以获得更高的链路容量及更好的覆盖率。

3.2 家庭小区分析 (Home cell)

家庭小区在严格意义上并不是一种技术, 而是一种具有代表性的分布式无线技术应用场景。它的特殊性在于它具有分布式无线接入网络的优点, 易于架设, 在具体应用过程中有时还需要运营商参与其中, 这为室内覆盖无线网络提供了便利。运营商在研究分布式无线通信系统时, 制定出了全新的运营模式, 在与无线网格技术结合后, 形成了一种全新的综合型网络, 有效增大了无线网络的覆盖率。

3.3 无线网格分析

无线网格技术有着较强的功能, 而且适用范围比较广, 在局域网、城域网以及个域网中都发挥着重要作用。其利用拥塞控制机制, 可以有效实现负载均衡, 但是由于运行的标准还在进一步商讨当中, 所以仍然存在一些有待解决的技术问题。

4 分布式无线通信系统的网络架构

互联网具有开放性的特点, 在传统的网络环境下采用的是封闭式通信系统, 随着用户需求的改变, 分布式无线通信系统有着良好的发展趋势, 其在信息处理以及数据传输速率方面有着较多的优势, 通过建立分布式核心网, 实现了通信行业的快速发展。

无线通信系统中应用了新型的分布式无线通信技术, 在移动互联网不断发展的今天, 相关技术人员针对端到端的问题提出了Wii SE解决方案。该方案旨在利用无线连接的接入方式以及分布式信息处理的方式, 建立起统一的移动互联网网络, 从而实现统一管理, 保证移动运营商正常运作。无线通信与互联网技术联合起来后, 可以形成一种全新的通信环境, 应用的技术主要包括IP网络、异构无线介入网络、Mesh技术等。利用IP网络环境, 可以将移动终端在传统系统中被动的地位转变为主动, 从而增加终端的影响力。将新型的网络技术融入Wii SE中, 传统的接入技术将被无线网络接入技术所取代, 这会营造出一种新的网络覆盖形式, 增加了动态性以及可扩展性。

异构无线接入网络是当前移动运营商一直推崇的网络接入形式, 其可以最大限度地利用频谱资源, 可以适应不同系统对无线接入技术频段的要求, 可以将多个运营商联合在一起, 能同时服务多个用户, 从而充分利用挖掘到的重要资源。

Mesh技术是当前网络环境下应用最多的组网方式, 它不仅具备网关/ 中继功能, 还具有支持Mesh网络互连的路由功能。在移动通信行业不断发展的今天, 通信系统更新速度越来越快, 网络建设规模不断扩大, 将Mesh机制引入分布式无线通信系统中, 可以有效降低系统运行成本, 简化基站结构, 从而方便基站的建设, 在基站选址问题上, 也能起到积极作用。总之, 分布式无线通信系统的网络架构有着提高网络能力的作用, 实现了资源的优化配置, 有着良好的发展前景。

5 结语

本文对分布式无线通信系统产生的背景以及应用的特点进行了介绍, 还结合当前市场需求, 对该系统未来的发展趋势进行了分析。随着科学技术的不断进步, 分布式无线网络技术越来越完善, 无线通信系统承载的业务越来越多, 所提供的服务类型不断增加, 给用户带来了良好体验, 这有利于促进通信行业长远发展。分布式无线通信系统的结构改善了传统蜂窝式结构存在的弊端, 打破了传统系统的局限性, 其在未来将会有更大的市场, 发展前景一片大好。

摘要：分布式无线通信系统是通信行业不断发展的产物, 该系统有着良好的发展趋势, 在无线网格、中继以及家庭小区中有着广泛应用, 并且收到了良好的应用效果。笔者对分布式无线通信系统的产生背景、特点及发展趋势进行了论述, 希望可以促进该系统的推广, 从而推动无线通信业务更好地发挥出其应用价值。

关键词：分布式,无线通信系统,传输速率快,家庭小区

参考文献

[1]李剑, 刘扬, 段军.未来分布式无线通信系统发展趋势[J].移动通信, 2008 (2) :31-35.

[2]吕星哉, 王振, 朱近康.分布式无线通信系统中的主从协同功控[J].电路与系统学报, 2010 (1) :59-64.

[3]陆红玮, 赵红柏.分布式无线通信系统的概念平台[J].信息通信, 2013 (8) :213-214.

[4]蒋占军, 赵新胜, 尤肖虎.一种分布式无线移动通信系统中远端天线单元动态选择模型[J].电子与信息学报, 2007 (2) :305-309.

分布式无线通信 第5篇

1、目的：快速推进分布系统工程优化，提升工程交付质量和效率

2、适用范围：中国电信广东公司移动网无线分布系统建设项目

3、流程/流程说明：流程及说明如下, 其中涉及地市分公司客响建设中心简称客建中心，无线网络运营中心简称无线中心、主设备厂家简称厂家、分布系统集成商简称集成商：

1、系统开通流程环节

1、系统开通责任单位配合单位本环节具体指责 工期厂家、集成客建中心安排系统开通计划或进行开通申请，厂家根据申请或开客建中商、无线中通计划，完成分布系统信源设备、网管及相应设备的数据配置等心心一系列信源开通工作集成商系统开通后，集成商需完成①对分布系统自检和必要地排障，确3个工作保系统没有告警；②对分布系统信号进行CQT拨测，确保分布系统日系统已达到建设的覆盖范围要求2个工作日2个工作日

2、自检系统

2、自检系统

3、收集计划

3、收集计划客建中集成商、厂客建中心收集已经完成开通并自检合格的分布系统清单心家客建中心组织集成商、厂家、监理单位和无线中心召开测试前的客建中集成商、厂预备会，明确任务：含分布系统站点清单清单、开展工程网优的心家、监理实施计划、工程网优测试方案（含测试选点规则、测试项目、测试路线等）、各单位的工作职责及反馈沟通周期、渠道根据明确的工程网优的分布系统任务，厂家和集成商分别完成实施前的准备工作：厂家负责：①测试车辆、测试工具、测试人员等资源准备；②站点状态和KPI监控等站点运行状态健康检查确认；集成商负责：①按进场测试的时间安排，按时完成清单内的物业的协调、沟通等工作，确保工程网优人员按时顺利进场；②提供测试楼层平面图纸电子档至监理监理负责：密切跟踪各单位的准备情况，协调好各方的进度和实施准备，提前将收集好的测试楼层平面图纸电子档发给厂家，并对未按时完成准备工作的责任单位反馈至客建中心，同时详细记录，作为后续服务评估的依据

4、明确任务

4、明确任务

5、实施准备厂家、监理集成商

6、CQT/DT测试

5、实施准备3个工作日

7、输出初稿

6、CQT/DT测厂家试

8、初稿会审厂家根据明确的工程网优的分布系统任务清单，结合电信所提供集成商、监的楼层或建筑物平台图开展DT、CQT测试工作，采集测试数据，集理成商配合进场事宜，监理负责收集测试的进展、协调各单位的工作厂家汇集实测数据，按照测试报告模板。编制初步测试报告，并提交客建中心15个工作日7个工作日2个工作日

7、输出初稿厂家是是否达标否

9、商定方案

8、初稿会审设备厂家、客建中心组织厂家、集成商、无线中心对测试报告初稿进行审客建中集成商、无查，对测试报告中的测试结果是否达标予以判决和审查。对于已心线中心、监达标的系统，整个工作将直接进入到第13环节；对于未达标的系理统，将继续进行第9环节的工作

10、整改实施

11、整改反馈客建中心组织厂家、集成商、无线中心协商讨论，对未达标的系统进行逐个分析分类、明确后续整改优化方案：①问题分析分类，分为设备问题类，分布系统问题类、室内外协同优化问题厂家、集成类；②明确后续各类问题整改优化的核心方案和应达到的目标；客建中

9、商定方案商、无线中③明确各单位整改优化的职责：属于设备问题类，由厂家负责细心心、监理化整改优化实施方案和实施；属于分布系统问题、由集成商负责细化整改优化实施方案和实施；属于室内外协同优化问题，由厂家负责细化整改优化实施方案，客建中心明确整改实施的责任单位集成商根据商定后续整改优化方案，各责任单位细化优化整改实施方

10、整改实施监理、厂家案，同时在规定时间内完成整改网优

11、整改反馈集成商监理、厂家整改网优实施完成后，提交至项目监理，项目监理汇总后，反馈至客建中心客建中心按照第4环节至第8环节组织厂家、集成商、无线中心和监理进行复测和初稿会审，随后按后续流程相应进行原则上，厂家负责复测最多2次。若第2次复测仍无法达标，经客建中心召开会议确定需再次优化整改的责任单位继续整改优化，并承担后续的复测工作，直至系统达标对于达标的分布系统，厂家输出终稿测试报告（包含初稿审核通过的报告、问题整改完毕后复测刷新后审核通过的报告）提交客建中心审核2个工作日15个工作日2个工作日

12、复测是否达标是

13、输出报告否

12、复测

13、输出报告厂家2个工作日2个工作日

14、审核确认

14、审核确认

15、交付厂家、集成客建中心组织厂家、集成商、无线中心和监理共同对工程网优测客建中商、无线中试终稿报告进行审核确认，同时客建中心、厂家、集成商、无线心心、监理中心和监理共同对终稿报告进行签字厂家、集成客建中审核确认完成后，客建中心、无线中心、厂家、集成商分别将签商、无线中心字确认后的终稿报告存档，作为该分布系统工程网优完成心

分布式无线土壤水分监测系统 第6篇

土壤水分是农作物生长所需水分的主要供给源, 土壤水分过少时, 农作物无法充分吸收土壤中的肥料; 土壤水分含量过多时, 会导致水分渗漏, 肥料流失, 还可能对土壤造成污染。因此, 研究土壤水分监测仪器仪表有着重要的意义。

目前, 土壤水分监测仪器多数还是采用有线传输方式, 即必须在采集现场铺设大量的线缆用于传感器供电、信号传输以及数据采集, 信号线、控制线和电源线混杂在一起。系统运行时, 容易受到传输距离、电磁干扰等因素的影响而变得不稳定, 尤其是在测量点数较多或通信距离较远时, 系统的不稳定因素会变得更加严重。因此, 开发一种简单高效、准确实用的分布式无线土壤水分监测系统, 可以克服传统技术需人工看守、无法及时检测动态数据的缺点, 同时利用无线模块无需馈线连接, 其主机和从机可以随时移动, 可扩展性好。

1系统设计

分布式无线土壤水分监测系统, 包括一个上位机和多个下位机, 系统框图如图1所示。上位机包括第一微处理器、显示模块、按键模块、报警模块、存储模块和无线接收模块。其中, 显示模块、按键模块、报警模块、存储模块和无线接收模块均与第一微处理器相连。下位机包括第二微处理器、土壤水分信号检测模块、电源模块、按键模块和无线发射模块。其中, 电源模块为移动式电源, 分别于无线发射模块、土壤水分信号检测模块和第二微处理器电连接, 负责给从机系统供电; 土壤水分信号检测模块、无线发射模块和按键模块均与第二微处理器相连, 从机结构框图如图2所示。

微处理器均为单片机。多个下位机的硬件配置相同, 使用时, 将多个下位机放置在多片待测量土壤区域中, 同时将土壤水分传感器直接埋入土壤中, 多个从机通过土壤水分传感器将测量的土壤水分数据转换为数字信号送给微处理器; 微处理器将测量的所有数据传输给无线发射模块, 再激发无线发射模块将数据发送出去。主机上电后, 将无线接收模块置于接收状态, 等待从机发送数据, 当监测到从机有数据发送并且载波频率与地址匹配后, 主机无线接收模块开始接收对应从机发送的土壤水分数据, 接收到数据后处理成相应的测量结果存储在存储器中, 同时在上位机的液晶屏上显示。其按键模块可设置各测量点土壤水分的报警阈值, 当某监测点数据超标时, 系统将自动启动报警模块进行报警。

2主要硬件电路设计

2. 1无线收发模块电路

无线收发模块主要完成上位机与下位机的无线数据通讯, 采用PTR2000模块, 主机通过发送特定的从机地址与确定的多个从机进行通信, 端口连接电路图如图3所示。

PTR2000有3种工作模式: 接收模式、发射模式和待机模式, 工作模式由TXEN, CS, PWR3个引脚决定。 单片机的RXD和TXD引脚与PTR2000模块的D0和D1引脚直接相连, 实现串行数据传输; PTR2000的模式控制引脚与单片机的控制引脚相连, 其中CS接电源线, 即接高电平CS = 1, PTR2000选择工作频道2, 即在434. 33MHz频段进行数传, TXEN和PWR两引脚分别与单片机P1. 0和P1. 1引脚直接相连。当系统工作时, 由单片机中运行的控制程序实时控制其工作模式 ( 接收状态、发射状态以及待机微功耗状态) 。

主机和从机之间进行无线数据传输时, 从机将测量的土壤水分数据调制成射频信号, 发送到主机, 发射模式的通信速率最高为20kbit /s, 主机接收射频信号, 将它调制成TTL信号送至单片机。应考虑数据的纠检错, 采用CRC校验方式检错。主机和从机的无线收发模块和单片机的连接电路相同。

2. 2土壤水分信号检测电路

土壤水分信号检测模块采用DB171数字土壤水分传感器探头, DB171是电缆型传感器, 输出全标定的数字信号, 传感器内部包括1个电容性聚合体测湿敏感元件、1个用能隙材料制成的测温元件, 并在同一芯片上, 与14位的A /D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行, 校准系数以程序形式储存在OTP内存中, 在标定的过程中使用。 四芯电缆中, 黄色为时钟线SCK, 红色为电源线VDD, 蓝色为地线GND, 黑色为数据线DATA。设计中, DATA引脚与单片机P3. 6引脚直接相连, 用于读取传感器数据; SCK引脚与单片机P3. 5引脚直接相连, 用于单片机与DB171之间的通讯同步; 电源引脚 ( VDD, GND) 之间加一个去耦电容, 用来去耦滤波, 连接电路如图4所示。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态, 并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间, 在SCK时钟高电平时, DATA必须保持稳定。为避免信号冲突, 单片机应驱动DATA在低电平, 需要1个外部的上拉电阻, 将信号提拉至高电平。

DB171通过DATA数据总线直接输出数字量湿度值, 该湿度值为“相对湿度”, 相对湿度数字输出特性呈一定的非线性, 需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到精确的湿度值。可按下式修正湿度值, 即

其中, SORH为传感器相对湿度的读出数; C1, C2, C3均为修正系数, 12位SORH参数取值C1= - 4 , C2= 0 . 040 5 , C3= - 2 . 8 10-6; 8位SORH参数取值: C1= - 4 , C2= 0 . 064 8 , C3= - 7 . 2 10-4。

由于实际温度和测试参考温度25℃ 有所不同, 而温度对土壤水分的影响十分明显, 测量时也需要温度补偿, 补偿公式为

其中, RHtrue为经过线性补偿和温度补偿后的土壤水分值, T为测试土壤水分值时的温度 ( ℃ ) , 为温度补偿系数, 该参数取值如下: 12位SORH时, t1= 0. 01 , t2= 8 10-5; 8位SORH时, t1= 0 . 01 , t2= 1 . 28 10-3。DB171采用由PTAT能隙材料制成的温度敏感元件, 因而温度数据具有非常好的线性输出, 实际温度值可由下式算得, 即

其中, d1和d2为特定系数, d1的取值和DB171工作电压有关, d2的取值则和DB171内部A /D转换器采用的分辨率有关, 可通过产品手册查得。

2. 3液晶显示电路

液晶显示模块主要是将主机处理后的数据显示出来, 设计中采用液晶显示屏LCD12864, 是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式, 设计采用并行连接方式, DB0 ~ DB7分别连接单片机的P0. 7 ~ P0. 0, 用来传输数据和指令, 单片机P2. 7, P2. 6, P2. 5, P2. 4接液晶显示器的E, RS, RW和PSB端, LCD12864的VO引脚接10K的滑动变阻器, 可以通过滑动变阻器调整液晶屏的对比度, 具体的连接如图5所示。

3软件设计

系统的处理器是兼容8051指令集的高速单片机AT89C52, 选用Keil作为其开发工具, C语言编程, 采用模块化方式设计, 思路清晰, 移植性强, 易于查错与修改。整个软件系统可分成两大部分, 即下位机发送部分和上位机接收部分, 主要包括土壤水分采集以及处理模块、显示模块、无线发送模块、无线接收模块。 下位机发送部分主流程如图6所示; 上位机接收部分主流程图如图7所示。

土壤水分采集以及处理模块程序设计时, 设置单片机AT89C52定时器/计数器为定时方式, 定时一段时间, 控制DB171采集并处理相关数据, 此过程都是以数字信号进行采集和传输, DB171传回的是确定的数值, 将数据送回主控芯片后等待下一次主控芯片的命令, 并做出相应反应, 依次循环, 子程序流程图如图8所示。

无线数据传输的程序包括主机 ( 显示部分) 和从机 ( 采集部分) 。主机中, 程序主要包括发送从机地址并接收从机数据, 采集端程序主要是接收主机发送过来的地址、采集数据并发送回到主机。子程序流程图如图9和图10所示, 发射流程如下:

1) 将PWR置高, 是PTR2000处于工作状态;

2) 设置CS = 0, 选择工作频道1即433. 92MHz;

3) 将TXEN置高, 即PTR2000处于发送状态, 数据从DO端发送出去;

4) 发送结束后将TXEN置低, 即PTR2000处于接收状态。

接收流程如下:

1) 配置本机地址和要接收的数据包大小;

2) 将PWR置高, 并设置CS=0;

3) 设置TXEN = 0, 即PTR2000处于接收状态, 数据从DI端输入;

4) 数据接收结束后将TXEN置高, 即PTR2000处于发送状态。

主机和从机之间数据通信采用主从式串行通信模式, 主机负责发送从机地址、控制命令以及调度, 从机则负责采集土壤水分数据, 并进行数据处理, 发送测量数据至主机。由于多台从机的发送和主机的接收共用同一物理信道, 因此在任意时刻只允许1台从机处于发送状态, 只有被主机呼叫的从机才能占用总线, 对主机做出应答, 故每台从机均分配有一个唯一的从机地址。具体实现如下:

主程序中重要中断包括定时器0中断、外部中断0和串口中断。利用定时器中断0, 工作方式1, 设置初值为TH0 = 0x3c, TL0 = 0xb0, 计时100ms, 进入中断后关闭定时器中断0并令ET0 = 0, 定时时间到达1s后, 置PTR2000模块为发送模式, 即TXEN = 1, POUP = 1, 每进一次, 秒数加1, 当时间到达3s时, 主机发送指定指令与1号从机通信, 置PTR2000为接收模式, 即TXEN = 0, POUP = 1, 并且将接受的数据用液晶模块显示, 当时间到达5s时主机发送指定指令与2号机通信, 置PTR2000为接收模式, 即TXEN = 0, POUP = 1, 将接收到的数据显示, 此后秒数还原为1s, 依次循环。主机接收到从机采集到的数据后, 进入串口中断, 后关闭总中断EA = 0, 屏蔽定时器0和外部中断0, 将接收的从机地址与主机设置的地址比较: 一致时, 主机与该从机继续联系, 并接收该从机发送的土壤水分数据, 将接收的数据通过液晶模块显示并显示从机号。

4系统测试

将整个系统的硬件和软件部分结合起来后, 进行系统联调, 检验系统能否正常运行, 测试系统各项性能指标, 看是否能够达到预期的要求。系统正常工作后, 用altium designer作出系统原理图, 并绘制系统各元器件对应的引脚封装图, 绘制PCB板, 雕刻PCB板, 对刻好的PCB板进行电路检测, 确保无误后在PCB板上焊接元器件, 加载系统程序代码。测试中以1kg的土壤为测试对象, 每间隔10min加入50g纯净水, 50min之后, 停止加水, 然后利用风扇对着测试土壤进行让水分快速蒸发。测量数据如图11所示, 纵轴表示土壤水分, 单位为百分比, 横轴表示时间, 单位为min。从测量数据可以看出, 土壤水分的增加和减少与实际情况较为吻合, 该系统可很好的测量土壤水分。将从机1和从机2置于同一土壤样本中, 测得的结果如曲线图12所示。由图12可以看出, 两个从机测得的数据基本一直, 并且在大约4s后数据趋于稳定。

系统是分布式监控, 因此对与无线数据传输能力要求较高, 特别是数据传输的稳定性与传输距离。经测试, 下位机与上位机相隔约40m2的四间房间, 通信仍然稳定, 同时在空旷地上可以在200m内的范围内建立稳定的通信。

5结束语

系统设计采用无线分布式技术, 可同时监控256个点的土壤水分数据, 使用范围广, 无线通信便于移动与便携, 主机采用液晶直观显示出各监测点数据, 可视性好。经测试该系统稳定性高、成本低, 具有很好的实用价值, 可广泛推广。

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分布式多媒体通信系统设计 第7篇

支持的协议越多, 系统本身就越复杂, 为了使系统能够具有独立性, 需要从技术上保证业务与控制分离, 呼叫与承载分离, 让系统作为底层通信平台时能够为业务提供更多的服务, 这就需要在系统架构设计过程中考虑使用组件级复用技术和服务级复用技术, 从功能上分为5层, 实现分布式多媒体通信系统。目前, 国内一些多媒体通信系统出现了一些音视频指标较差、红外遥控信号的学习成功率较低等缺陷, 本文设计的分布式多媒体通信系统就能解决这些问题。

1 总体架构

分布式多媒体通信系统的体系结构, 如图1所示, 从功能上分为5层:业务应用层、服务层、交换控制层、媒体接入层、传输层。

其中应用层完成具体的业务逻辑, 服务层提供业务无关的基础服务, 交换控制层是基于纯软件模块的抽象媒体交换层, 该层负责整个系统各种类型的媒体资源的建立、维持及释放, 完成该多媒体通信体系结构中媒体调度的核心控制。媒体接入/处理层完成非IP网络与IP网之间的衔接工作, 完成媒体编解码、媒体数据持久化、视频分析、IP媒体传输以及非标准的第三方视频服务器的接入。传输层完成数据在各种网络上的传递, 如IP分组网、电路交换网。

2 核心功能设计

2.1 业务应用层设计

业务应用层中定义多媒体业务系统, 业务应用层与服务层间的信令交换通过私有协议实现, 如视频监控业务通过私有协议查询多媒体存储服务中的录像分布情况;业务应用层与服务层间的媒体交换通过统一的交换控制层接口完成。

视频监控业务主要完成IP网络视频监控设备管理功能, 实现任意用户在任意地点远程登录系统来管理视频监控设备, 基本功能包括视频浏览、PTZ (云台控制) 、电子地图、电视墙、录像回放、报警事件管理等功能。

3G视频报警业务主要完成基于3G无线网络的视频报警及接警功能, 基本功能包括自动呼叫分配、IP管理等;该业务系统与传统报警系统最大的不同之处就在于支持视频报警功能, 通过统一的交换控制层接口与3G视频网关完成音视频的交换。

2.2 服务层

在多媒体领域, 有许多基础服务是与业务无关的, 例如多媒体存储服务、视频智能分析服务等, 在不同的业务中都能够使用这些通用的服务, 业务可以通过与基础服务进行交互从而完成一个业务功能点, 因此有必要单独定义服务层, 这样设计也是为了该多媒体通信系统作为底层通信平台时, 为业务提供更多的服务。

不同服务之间以及服务层与应用层之间的信令交换通过私有协议实现[1], 而媒体交换均通过统一的交换控制层接口完成。

2.2.1 目录服务

服务层中最底层的服务类型, 主要实现以下几个功能:

1) 用户管理:完成用户信息的持久化;支持管理员对用户信息进行增删改, 支持用户的分组管理, 一个用户只能属于一个用户组, 用户组可以嵌套。在权限控制中, 用户或用户组将层层继承父用户组对资源拥有的权限。

2) 权限管理:完成权限相关信息的持久化;目录服务设计为采用基于角色的访问控制方法, 即RBAC模型。RBAC的基本思想[1]如图2所示, 是在用户和访问权限之间引入角色的概念, 将用户和角色联系起来, 通过对角色的授权来控制用户对系统资源的访问。

用户通过角色享有权限, 它不直接与权限相关联, 权限对存取对象的操作许可通过角色实现。这个模型比传统的自主访问控制 (DAC) 和强制访问控制 (MAC) 具有更高的灵活性和更好的扩展性。

3) 数据同步:由于服务层不做数据持久化, 业务应用层在使用服务层提供的服务时, 目录服务必须担负起数据同步的任务。如管理员修改了某路视频的存储计划, 目录服务必须通过私有信令在业务应用层与多媒体存储服务间进行数据同步。

4) 私有信令路由:业务应用层将通过私有信令和服务层进行交互, 如视频监控业务与监控前端接入服务或多媒体存储服务进行交互。目录服务负责维护业务应用层与服务层间的信令连接, 当需要信令交互时, 如用户对某个监控前端进行PTZ操作, 目录服务首先查找该监控前端位于哪个前端接入服务实例 (因为在大容量接入时, 允许存在多个前端接入服务的实例) , 再根据相应的通信节点号将控制请求发送出去, 类似的操作在与多媒体存储服务交互时也十分常见。

2.2.2 多媒体存储服务

完成多媒体数据的存储、检索与访问功能, 通过交换控制层接口能够提供统一的媒体数据存储与访问。

2.2.3 监控前端接入服务

负责接入和控制国内外主流厂商的视频监控前端设备及各种报警设备, 负责接收来自各种视频前端的音视频流, 通过交换控制层接口能够将采集到的媒体流交换给其他系统;负责接收来自各种报警设备的报警事件, 并通过私有信令将报警事件上报。

2.2.4 视频智能分析服务[2]

通过交换控制层接口与其他系统进行媒体交换, 得到视频流后调用媒体处理层视频解码的接口, 解码后的数据作为智能算法的输入, 经过分析后获取智能事件信息, 并通过私有信令将事件上报。

2.2.5 3G视频网关

实现基于3G网络的呼出与呼入功能, 通过媒体处理层的转码模块完成H.263与H.264之间的视频转码, 通过交换控制层完成与其他系统的媒体交换。

2.2.6 视频会议接入服务

实现基于H.323或SIP的视频会议系统设备的接入, 主要功能是与视频会议终端点对点通信或以终端的身份接入视频会议MCU (多点控制单元) 。

2.2.7 全球眼平台接入服务

实现对于电信全球眼平台的接入服务, 完成全球眼平台与该多媒体通信系统的对接。

2.2.8 电视墙服务

实现该多媒体通信系统的任意视频流上墙服务。

2.3 媒体接入与处理层

媒体接入与处理层负责执行上层模块传送来的动作指令, 包括各种类型呼叫的建立与释放、媒体通道的建立与释放、多媒体转码、基于RTP (实时传输协议) 的多媒体传输、视频分析、媒体数据持久化、基于私有协议的第三方视频服务器的信令传递以及媒体传递等。

2.3.1 协议栈设计

该系统协议栈的设计, 要求能够适配包括SIP、H.323、3G-324M在内的所有当前主流的通信协议, 同时也能融合将来可能出现的协议, 因此在设计思路上, 可以设计独立的不依赖于具体协议的抽象协议接口, 以适配不同协议之间的差异;采用抽象协议接口具备如下特点:

1) 具备抽象的协议接口, 上层应用无须依赖底层具体协议的实现细节;

2) H.323、SIP、3G-324M可作为独立的模块, 按需装配;

3) 如果需要支持新的协议, 只需要实现协议本身, 其他上层应用无须改动。

当前主流的通信协议, 从设计和实现的角度, 主要由两部分内容构成:1) 静态的通信消息数据结构以及消息结构的编解码, 比如SIP协议有Invite、ACK、BYE等消息, 这些消息采用文本方式编解码;而H.323协议的呼叫建立SETUP、ALERT消息则采用ASN.1的格式进行编解码。2) 基于通信有限状态机的协议交互过程。

因此, 具体协议的设计, 如图3所示, 主要从通信消息以及呼叫建立/释放、能力协商等过程展开。设计独立的协议栈适配层, 封装SIP、H.323、3G-324M协议栈的呼叫建立和媒体协商功能。

协议栈适配层提供统一的呼叫类接口供应用层调用, 如呼叫建立、呼叫释放等;捕获具体协议栈上报的消息, 并以事件回调的方式通知应用层, 如呼叫到来事件。

统一呼叫类接入分为两类:呼叫接口与事件接口, 具体描述如下:

1) 呼叫接口

2) 事件回调接口

2.3.2 多媒体传输[3]设计

在设计多媒体传输时, 需要避免数据标题头占用空间小、传输实时性与可靠性的平衡、媒体发送端线程资源的独立性、媒体接收端对数据包进行重组的时间空间开销、丢包重传对网络的负面影响, 以及Nat穿越等问题。为了避免这些问题, 需要:

1) 独立的媒体发送队列。每一路媒体源拥有独立的发送缓存, 缓存大小可以自由指定, 码流数据需要传输时只要将其放入相应的发送队列中即可。

2) 独立的媒体重传队列。每一个媒体发送队列配备有相应的重传队列, 队列的大小可以自由指定, 发送队列中每发送完成一个数据包就将其放入对应的重传队列中供丢包重传时使用。通过控制重传队列的大小, 可以在传输的实时性与可靠性之间找到平衡点。

3) 独立的媒体发送线程。由于引进了媒体发送队列, 为了保证媒体数据采集任务[1]不受网络数据发送的影响, 采用独立的发送线程读取发送队列中的媒体数据进行网络发送, 该线程采取“尽力而为”的工作模式, 尽量多地从发送队列中读取数据进行发送, 并将发送完成的数据放入重传队列中。

4) 独立的媒体接收队列。接收端针对每一路媒体拥有独立的接收缓存, 缓存大小可以自由指定;接收队列按照网络接收的先后顺序存放数据包, 接收队列的大小对于传输的实时性与可靠性也会产生影响。

5) 独立的媒体接收线程。接收端创建独立的网络数据接收任务, 将收到的网络数据包按照先后顺序放入相应的接收队列中;该线程也是采取“尽力而为”的工作模式, 尽量多地从套接字中接收数据包并放到接收队列中。

6) 独立的数据重组线程。考虑到网络传输中可能的丢包和乱序, 在接收队列中的数据需要进行重新排列才能还原成为原始的媒体数据。数据重组任务[4]将根据数据包头中的包序号以及其所属的帧序号判断该帧数据是否已经完整地传输到本地, 并将已经完整的帧数据按照帧序号的大小顺序抛出;若发现某些帧数据的重组进度大幅落后于后续帧的重组进度, 则发送重传请求给发送端, 要求重新发送缺失的包。

7) 基于标签的Nat穿越。每一路媒体数据的接收端都会得到一个系统全局唯一的标识, 该接收端在启动媒体接收的同时将发送带有该唯一标识的数据包给发送端。发送端收到该数据包, 根据数据包的源地址建立该全局标识与网络IP、端口之间的映射关系, 之后的数据发送都将基于该地址进行。该方式实现的Nat (网络地址转换) 穿越功能可以非常好地适应目前市面上存在的绝大多数对称与非对称Nat。

3 物理部署图

3.1 系统部署图

多媒体通信系统物理部署分为4个层次:应用层、服务层、接入层、设备层。系统部署如图4所示。

应用层由视频监控应用服务器、视频监控业务客户端、3G视频通信服务器及3G视频通信业务客户端组成, 一般部署在中心机房, 与其他系统组件通过局域网连接。

服务层由目录服务器、多媒体存储服务器、多媒体转发服务器、智能视频分析服务器和指挥调度集成接口服务器组成, 这些服务器一般部署在中心机房, 与应用层通过局域网连接。

接入层由3G网关、视频监控设备接入服务器及视频会议接入服务器组成。3G网关一般部署在中心机房, 与应用层及服务层设备通过局域网连接, 通过E1线与3G运营商的3G移动交换机连接。监控设备接入服务器即可部署在中心机房, 也可部署在视频监控区域, 可通过局域网或Internet网与服务层及应用层连接, 可通过局域网及Internet与视频监控设备及其他视频监控系统连接。视频会议接入服务器一般部署在中心机房, 通过局域网与应用层及服务层连接, 可通过局域网或Internet网与视频会议MCU和终端连接。

设备层包括3G无线通信设备、视频监控前端设备、视频监控解码设备、视频会议MCU、视频会议终端。

3G网关部署在中心机房, 一端通过局域网接入协同通信系统, 一端通过E1线路与运营商的3G交换机相连。考虑到报警系统的平滑升级, 需要语音报警和视频报警两套系统同时运行, 这需要在中心机房同时部署3G网关和程控电话交换机, 具体部署图如图5所示。

3G网关与DS固网交换机 (上海迪爱斯设备有限公司产品) 之间通过E1线连接, 3G网关可将3G呼叫的语音部分转接到DS固网交换机。

4 客户端界面设计效果

4.1 点对点3G视频通信

点对点的3G视频通信设计效果如图6所示, 只能和接收某一个视频通话, 视频效果清晰。

4.2 多点3G视频通信

多点3G视频通话设计效果如图7所示, 可以接收多个地方的视频通话, 避免了不能即时处理来自多方向的事务。

4.3 视频通信坐席监控

视频通信坐席监控的界面设计效果如图8所示, 可以看到多个坐席的视频通话信息, 也可以选择某一个坐席的视频通话。

5 小结

目前, 该系统已经应用于上海迪爱斯设备有限公司协同通信系统, 整个系统具有可靠性、准确性、便捷性。文中主要给出该多媒体通信系统核心部分的设计方案和界面的设计方案。该方案适用于分布式通信系统, 实现多种业务的协同通信, 也实现了任意用户在任意地点远程登录系统来管理视频监控设备。在服务层中的3G手机报警系统, 在现实生活中也具有实用性, 有利于警员更加直觉、更加快速地判断受害人的详细情况, 这个系统也验证了该多媒体通信系统作为一个底层的多媒体平台的技术可行性。

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分布式无线土壤湿度监测系统的设计 第8篇

土壤湿度即土壤中的水分状况,土壤湿度过低时作物吸水困难,甚至凋萎;而湿度过高,又会发生渍害,故对土壤湿度的监测以及调控十分重要。同时,它是科学地控制调节土壤水分状况进行节水灌溉、实现科学用水和灌溉自动化的基础,是抗旱减灾工作中最重要的信息。如何快速、准确地测定农田土壤水分,对于探明作物生长发育期内土壤水分盈亏,以便做出灌溉、施肥决策或排水措施等具有重要意义。

目前,土壤湿度的测量方法有很多种,包括称重法、电阻法、张力计法、中子法、r-射线法、驻波比法、光学测量法和时域反射法。为了操作简单、精度高、携带方便,设计成电子装置。设计中采用TDR型土壤湿度传感器,其工作原理是利用反射时间差测量土壤的介电常数,虽然价格有些贵,但是精度较高,测量的速度快,尤其适用于连续的多点测量。

传统的土壤湿度测量大多为单一的测量点,一大片土壤区域需要人工带着测量装置逐个测量点进行测量和统计数据,费时费力。即使有多点测量装置,其大多数都为有线的测量装置,需要网络布线,缺乏灵活性、可移动性和可扩展性。采用无线通信就可以从根本脱离电气连接,方便移动和系统的扩展,而且不容易受到电磁干扰、环境恶劣等因素的影响。可以采用传感器采集数据,微处理器计算和处理,然后通过无线方式发送测量的数据,接收到的土壤湿度数据再经过微处理器计算和处理后,在手持终端的显示屏上显示,从而实现集成化、低成本和易操作的目的。

1 系统设计

设计的分布式土壤湿度监测系统由多个从机和一个主机组成,从机的数量可以根据实际需要进行扩展。从机负责测量点土壤湿度数据的采集,装置分布安装在一片待测土壤的多个测量点中,主机负责土壤湿度数据的收集和显示。主机和从机之间是无线双向通信。

所述的主机和从机的设计包括土壤湿度信息采集、无线模块、按键控制及显示模块4部分。土壤湿度信息采集主要由土壤湿度传感器和A/D转换器构成,通过传感器测量土壤湿度数据后经过A/D转换后送给微处理器;无线模块主要由无线收发芯片组成,用来接收和发射信息。从机通过传感器将土壤湿度信息采集到单片机内,然后在单片机内按照一定的协议和检错机制构成帧,通过无线模块发射出去。主机以中断方式接收每帧信息,然后对接收的帧信息进行错误检测,判断是否有误码信息。如果没有误码,提取出数据位,计算出湿度值,把多个从机发送来的湿度信息在显示模块上显示。所述分布式土壤湿度检测装置的结构框图如图1所示,从机的结构框图如图2所示。

2 硬件电路设计

主机中,单片机采用AT89S52,显示模块采用LCD1602,按键控制模块采用4个独立式按键,无线模块采用NRF401芯片构成的PTR2000。

从机中,土壤湿度传感器采用基于时域反射法的XR61-TDR2型土壤湿度传感器,微处理器采用AT89S52,A/D转换采用8位逐次逼近式模数转换器ADC0809,无线模块采用NRF401芯片构成的PTR2000。主机通过与从机的无线通信将土壤各个测量点的湿度数据收集起来进行有效的监测。

2.1 无线通信模块

无线通信模块选用无线收发一体的PTR2000模块。PTR2000和单片机的连接电路如图3所示。

PTR2000共10根引脚:VCC为系统电源;GND为电源地;DI为数据输入端;DO为数据输出端;TXEN为收发状态选择,TXEN=1为发射状态,TXEN=0为接收状态;PWR为节能控制端,可设置为正常工作状态和待机微功耗状态;CS为频道选择,CS=0工作在433.93MHz,CS=1工作在433.33MHz。从机中单片机AT89S52通过PTR2000模块将数据发射出去,AT89S52的P2.0连接PTR2000的CS引脚,AT89S52的P2.1连接PTR2000的PWR引脚,AT89S52的P2.2连接PTR2000的TXEN引脚,单片机串口接收和发送端P3.0和P3.1连接PTR2000的数据输出DO和数据输入DI。主机部分要接收多个从机发送过来的湿度数据,其单片机AT89S52与PTR2000连接电路与从机一致。

2.2 土壤湿度采集电路

所述的土壤湿度传感器采用XR61-TDR2型传感器,测量精度达到(0～50%)±2%(m3/m3),工作电压为DC4-6.5V,输出为直流0～2.5V,有4根接线,白色连接电源正极,黑色连接电源负极,红色连接信号正极,黄色接信号负极。其具有高稳定性,安装维护方便;良好的屏蔽性和抗干扰性;传输距离远,采用查分采集方式可实现最大400m接线测量;体积小型化设计,带有针校器,能够长时间保证传感器之间的一致性,同时具有保护探针的功能等特点。

设计中XR61-TDR2型传感器输出为模拟量0～2.5V,故需经过AD转换后接单片机。A/D转换采用8位逐次逼近式模数转换器ADC0809,测量精度小于±1LSB,单+5V供电,模拟输入电压范围为0～+5V,功耗尽为15mW,其与传感器,微处理器的连接电路如图4所示。土壤湿度信号通过AD转换成数字信号送入单片机,ADC0809芯片的工作过程是:首先选通3位地址ADDC,ADDB和ADDA为000,选择IN0通道,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。给指令在START的下降沿启动AD转换,转换时间大约500μs之后,管脚EOC由低电平变成高电平,并将结果数据存入锁存器。使用中,可以通过查询和中断的方式监测管脚EOC的信号,当EOC为高电平时,读取转换的数字量送入单片机的数据线。

2.3 显示模块

所述的显示模块采用1602字符型液晶模块,主要包括控制模块、显示驱动和接口电路3个部分。1602与单片机的连接电路如图5所示,将液晶模块的8位数据端同AT89S52的8位I/O口P0.0～P0.7与相连,LCD的控制口RS,R/W,E连接单片机AT89S52的P2.7,P2.6,P2.5等3根口线.由于P0内部的输出驱动级是漏极开路电路,需要外接上拉电阻,故设计中P0口与LCD1602加了1kΩ的排阻作为上拉电阻。

3 系统软件设计

系统的软件设计主要包括从机和主机的程序设计,从机中主要包括:土壤湿度数据采集、单片机数据处理和无线数据发送等。主机部分包括:无线数据接收、数据校验、多机主从方式通信和按键设置和LCD液晶显示等。整个程序采用C语言编写,在keil和proteus中调试和仿真,模块化设计。

采用XR61-TDR2进行土壤湿度数据采集,待单片机上电后,延时等待系统稳定,XR61-TDR2处于待命状态,即DATA=0,等到接收到数据后,进行判断,如果数据有误,则丢弃此数;单片机的采集命令时,置DATA=1,开始循环采集数据,如果数据无误,则将数据根据自身算法转化为实际的数值后传回给单片机,由单片机进行进一步处理并由PTR2000进行传输;数据处理完成后XR61-TDR2又置于待命状态,即DA-TA=0,继续等待下一次采集命令的到来。

主从机之间的无线数据交换通过单片机的串口实现,由于多台从机和主机间的发送和接收共用同一物理信道,所以设计中,任意时刻只允许1台从机处于发送状态。每台从机均分配一个唯一的从机地址。主从机通信时,从机不主动发送数据,只有主机呼叫某从机地址时该从机才能占用总线,应答主机,进行数据交换,而未被呼叫的从机则继续处于等待状态。主从机之间通信流程图如图6所示。

主机与从机实现一对多通信,采用轮流查询的方式。主程序中利用定时器中断0,工作方式1,设置初值为TH0=0x3c,TL0=0xb0,计时100ms,进入中断后关闭定时器中断0,并令ET0=0,定时时间到达1s后,置PTR2000模块为发送模式,即TXEN=1,POUP=1。从机上电稳定后置PTR2000模块为接收模式(SM2=1),即TXEN=0,POUP=1。当主机开启时间到达3s时,主机以帧(每帧10位,包括1位起始位、8位数据位和1位停止位)的形式发送指定地址从而与相应的从机通讯(发送一帧地址帧时,TB8=1;发送数据帧时,TB8=0),随后主机变为接收模式,即TXEN=0,POUP=1。被唤醒从机将SCON中的控制位SM2=0,接收主机传送来的数据帧,同时产生串口中断,保证了主机与被叫从机间的正常通信。其他从机未被唤醒,仍处于接收状态。被唤醒的从机采集相应温湿度数据并进行处理;数据处理结束后置PTR2000模块为发送模式,即TXEN=1,POUP=1;然后将处理后的数据发回给主机;数据传送完后,置PTR2000模块为接收模式,即TXEN=0,POUP=1;为下次接收主机发送的地址做好准备。当时间到达5s时主机发送指定指令与另一从机通信,过程同上述。此后秒数还原为1s,依次循环。

按键模块的流程图,如图7所示。利用外部中断0设置土壤湿度值,当有外部中断0产生时,进入到调节湿度界面,关闭总中断EA=0,关闭定时器中断ET0=0。通过端口P1.0选择要调节的项目;端口P1.1实现数值加1操作;端口P1.2实现数值减1操作;端口P1.3实现退出外部中断0操作,开放进入时关闭的中断EA=1,ET0=1。

主机接收到从机采集到的数据后,进入串口中断,后关闭总中断EA=0,屏蔽定时器0和外部中断0;将接收的从机地址与主机设置的地址比较,一致时,主机与该从机继续联系并接收该从机发送的湿度数据,同时将接收的数据通过液晶模块显示并显示从机号。

4 系统测试

表1为该分布式土壤湿度测量装置在实验室中所采集数据,采集时间间隔为3min,通过与专用湿度计对比分析,湿度误差不超过±4%。

5 结束语

设计的分布式土壤湿度监测系统可以对一片土壤的湿度进行同时监测,其结构简单、使用方便,具有小型化、可视性好等特点;同时采用无线方式,无需馈线连接,主机和从机可以随时移动,可扩展性好,具有一定的推广应用价值。

参考文献

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现代通信网的分布式供电设计 第9篇

关键词：现代通信网,分布式供电,供电方式

所谓分布式电源系统,是由若干小容量电源模块组成的一个大容量电源系统[1]。它是利用新型电源理论和技术制成相对小的电源功率模块,组合成积木式、智能化的大功率电源系统。越来越多的电源系统采用模块并联技术,将多个开关电源模块灵活地并联组合成大功率分布式电源体系,是目前实现开关电源大功率化的主要途径。在分布式电源研究和发展领域,美国、德国、英国和日本等国家在技术上处于领先地位,它们的许多发电设备生产公司与电力公司联合,进行分布式电源技术的商业化实验。在欧洲,正在研究普及分布式电源的政策[2],而我国对分布式电源的研究尚处在起步阶段。

如今,直流分布式电源系统正以其冗余度高、控制灵活等优点而被广泛应用于通信领域。文中提出一种基于微网技术的现代通信网分布式供电设计方案。

1 通信网的供电方式

通信网对电源的基本要求是能不间断地连续供电,因此其供电机制一般由AC—DC整流器、电池组和配电设备构成,标称值为-48 VDC或24 VDC的不间断供电系统,然后由DC—DC变换器将标称值为-48 VDC或24 VDC的电压变换成电路板所需的各种电压,如12 VDC和/或5 VDC。从通信网供电方式的发展历程来看,主要经历了3个阶段,即集中式供电、集散式供电和分布式供电。

(1) 集中式供电。

用1个或1+1备份方式的大功率不间断供电系统提供整个通信网所需要的各种电压。此类供电方式已经基本淘汰。

(2) 集散式供电。

先由大功率的不间断供电系统提供统一的-48 VDC或24 VDC,然后集中供给通信网。而在通信网中,设备机架的每个机框都有一个或多个中功率电源板(DC—DC变换器),将-48 VDC或24 VDC的母线电压转换成一种或多种电压,供给本机框的电路板。

(3) 分布式供电。

先由大功率的不间断供电系统提供统一的-48 VDC或24 VDC,然后集中给通信网供电。设备机架每块电路板上各有一个或几个小功率电源(DC—DC变换器),将-48 VDC或24 VDC的母线电压直接转换成电路板所需的电压。

相对而言,集中式供电造价最低,但可靠性最差;分布式供电可靠性高、灵活性强、可扩展性好、通用性强,但造价较高;而集散式供电的性能和造价介于两者之间。目前,各大通信运营商所采用的固定电话系统、移动通信系统等,大都采用集散供电方式。为提高系统的可靠性,所用的电源板采取1+1备份方式,或N+1冗余备份方式。目前集散供电方式是性价比最高的一种供电方式[3]。

随着新一代数字芯片的出现,现代通信网中通信设备的工作电压不断降低。为提高芯片的运行速度、降低功耗,12 VDC及5 VDC的使用日趋减少,而3.3 VDC和2.5 VDC甚至1.8 VDC的使用则开始增加。因此,在低工作电压时,由DC电压供电的电阻所产生的压降明显增大。此时,采用分布式供电方式成为唯一的解决方法,因为DC—DC电源的分散度越高,工作电流越低,供电的压降也就越低,从而更适合低压应用。现代通信网越来越多地采用超大规模集成电路,目前主流的集散式供电方式已不能满足要求。理想的做法,是采用分布式供电,每块电路板都由一个独立的电源进行供电。

2 分布式供电的特点

2.1 优点

分布式供电是通信网供电的发展方向,主要优点包括:

(1) 性能好、效率高。一方面,由于减少了低电压、大电流直流输出线路,线路损耗低,系统效率必然提高;另一方面,各负载所需的电源就地产生,负载与电源距离近,减少了线路阻抗对调整性能的影响,也减少了干扰信号对负载的影响,因而输出电压稳定性较好。另外,电源的模块化和标准化设计,提高了电源系统的稳定性和一致性。

(2) 可靠性高。一方面,分布式电源可作为备用电源为不间断供电的用户提供电能,提高了电网的可靠性,同时由于分布式电源的独立性,可以使其与电网断开,依靠分布式电源形成“孤岛”单独为用户供电;另一方面由于各部分电源相对独立,采用冗余技术或备用电池比较方便,局部电源功率较小,散热及安全保护措施也容易实现,部分电源出现故障不会影响系统的正常运行[4,5,6]。

(3) 适应性强。由于将整个电源系统分散,各部分电源选择比较灵活,容易实现最佳配置。而且,同一设计方案,稍加修改可用于其他系统。特别的,如果在系统设计后期需要修改方案,也只是局部修改,不必重新设计整个系统,使系统重构容易,减少不必要的浪费。

(4) 电磁兼容性能优越。由于电源比较分散,抑制电磁干扰的方案容易实现。例如,大电流与小电流负载隔离,大电流波动不会影响小电流电源,并且可利用系统的控制功能,使几个功率较大的负载分时启动,减少系统大电流的冲击。

(5) 扩展性好。分布式电源的模块化设计,有利于系统功能的扩展。

(6) 散热好。由于每个电源的功率较小,发热量较低,加上电源的发热量平均散布在系统的机箱内,散热比集中式供电更容易、效果更好,电源在低温工作中更加可靠;而且电源的分散度越高,电源一旦发生故障所影响的范围亦越小,系统也就越可靠。

(7) 整体费用低。分布式供电取消了电力室和电池室,使直流供电设备更接近通信负荷,不仅减小了直流输电的损耗,提高了系统的可靠性,同时使安装、运行和维护费用大大降低。

2.2 缺点

尽管分布式电源系统有诸多优点,但仍然存在不足:

(1) 系统设计比较复杂。分布式系统需要多级变换,前后级之间电压和电流匹配,同一级各变换模块之间的均流等都要仔细核算。随着系统变换级的增多,电源系统运维和管理任务增大。

(2) 元器件等材料费用高。因为每个变换级都是一个完整的变换模块,电源系统的材料费用必然会提高。但是从系统整体来看,分布式电源比集中式电源便宜得多。从维修费用看,集中式电源比分布式电源要高。因为集中式电源发生故障时,整个电源都要更换,而分布式电源只要更换部分模块;集中式电源发生故障时,整个系统要停机,而分布式电源需要停机可能性较小。另外,集中式电源一般平均无故障时间(MTBF)为1×105 h,而高密度模块电源一般为1×106 h。显然,集中式电源的维修费用较高。

3 分布式供电设计

3.1 供电要求

现代通信网要求更宽的带宽、更高的数据率、更严密的保密措施、更新高的性能、更广泛的用户和用户业务特性,对为其供电的电源系统提出了更高的要求,包括:(1)不间断地连续供电,满足供电可靠性指标的要求。(2)在空载或满载负载回路发生浪涌或市电电压和频率波动等情况下,电压值在容差范围内。(3)纹波,即直流电源中附加的交流成分,满足规范要求,不超过规定的限值。(4)实时监控,具有“遥控”、“遥测”、“遥信”和“遥调”四遥功能。(5)经济实用、扩充性好、通用性强。(6)AC—DC整流模块和DC—DC变换器性能高,转换效率高,功率密度大,价格低,便于安装和维护。

3.2 设计原则

在现代通信网中,分布式供电已成为主流。在供电设计时,应遵循以下原则:(1) 既要要满足现代通信设备对电源的各种功能和技术要求;又要考虑电源系统的操作和维护方便,尽量减少电源种类。(2) 为提高电源的效率,减低电源的造价,应尽量减少功率变换模块的输入与输出电压差。(3) 现代通信网大量采用VLSI芯片,而VLSI芯片的电压电流都是脉冲波形,虽然平均功率不大,但瞬时功率的数值很可观,没有功率余量的电源很可能使整个数字系统崩溃。因此,设计时要留有一定的余量,即降额使用。(4) 根据现代通信网中的各种功能部件分别设计稳压电路,尽量采用按功能分布式方案。例如,数字电路、模拟电路、大功率输出电路应采取分别供电的方式,尽量减少这些电源之间的相互影响。(5) 尽量减少负载与电源之间的距离,以降低电源系统的造价,提高电源系统的抗干扰度和可靠性。

3.3 分布式供电结构设计

从功能的角度看,一个完整的现代通信网由业务网、传送网和支撑网3部分组成。其中,业务网包括固定电话网、移动通信网、FR网、局域网ATM网和Internet等;传送网包括SDH和光传送网;支撑网包括信令网、管理网和同步网如图1所示。

根据现代通信网的功能组成,借鉴微网技术[7],一种可行的设计方案是将整个通信网的供电系统按功能划分成若干个分布式供电单元(相当于微网[8]),即每种业务网或传送网或支撑网构成一个分布式供电单元,包括电话网供电单元、移动网供电单元、FR网供电单元、局域网供电单元、ATM网供电单元和Internet供电单元、SDH供电单元、光传送网供电单元、信令网供电单元、管理网供电单元和同步网供电单元等,如图2 所示。每个供电单元正常情况下并网运行,在主电网故障时可以脱网单独运行,从而提高了系统供电的可靠性。另外,电池组(BAT)可以采用其他的储能系统或设备替代。

在每个供电单元中,首先若干个中小功率的AC—DC高频开关整流模块采用N+1冗余方式并联,将220 VAC或380 VAC变成-48 VDC或24 VDC;然后与一组或二组中小容量的电池组并联,提供统一不间断的-48 VDC或24 VDC;然后通过DC汇流母排,给每个机架中每个机框中的每块电路板上的DC—DC变换电路供电,DC—DC变换电路将-48 VDC或24 VDC变换为所在电路板所需的12 VDC和/或5 VDC和/或3.3 VDC和/或2.5 VDC和/或1.8 VDC等。

以上是一种按照现代通信网的功能组成实现分布式供电的方案,可以满足现代通信网的供电要求。但是,此方案分布的广度和深度不够,所划分的供电单元粒度过大。在实际的供电设计中,还可以考虑在此基础上将以上的每个供电单元,根据功能再进一步细化成若干个粒度较小的供电单元,例如,固定电话网供电单元可以进一步细化为用户设备供电单元、中继设备供电单元、交换网络供电单元和中央控制供电单元等。粒度更小的分布式供电方案,还可以根据容量进行划分。例如,用户设备供电单元可以按容量再细化成多个微小粒度的供电单元。

3.4 DC—DC变换模块的设计

采用分布式供电时,DC-DC变换模块成为设计的关键。DC-DC变换模块的设计目标是更高性能、更高转换效率、更高功率密度和更低价格。为此,必须采用最先进的拓扑结构和最先进的软开关(ZVS和ZCS)同步整流技术、磁芯技术和MCU/DSP 技术等。同时,由于现代通信网中通信设备大量采用VLSI芯片,还要考虑到由此带来的低电压、大电流对芯片供电提出的严格要求,包括低内阻、低纹波、软启动、防浪涌、防开关机过冲、支持热插拔、提供冗余备份等,更严格的还要求包括上/下电顺序控制、实时监控等。

4 结束语

采用分布式供电是现代通信网通信设备供电的发展方向。针对现代通信网的供电要求,制定供电设计原则,尝试提出了一分布式供电结构,以满足现代通信网对电源和供电要求。分布式电源和微网技术的结合,是应对未来通信网通信设备供电中出现的新问题的一种解决途径。

参考文献

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分布式无线通信 第10篇

虚拟仿真是指将虚拟现实与系统仿真结合, 利用虚拟现实技术来对系统进行仿真。虚拟仿真又称虚拟现实仿真。分布式仿真是一种适合于复杂系统或大规模系统的先进仿真技术, 又称先进分布仿真 (简称ADS) [1]。分布式仿真由多台计算机联网而成, 其软件系统、硬件系统采取分布控制和管理的方式, 支持多个子系统的仿真任务协调统一地执行。

QoS (QualityofService) 即服务质量, 从技术角度来看, 是指网络系统各种性能尺度的综合, 主要包括接通率、吞吐量、丢包率、时延和抖动等方面。具体应用不同, 对QoS各项指标的要求也不一样[2]。

QoS是网络的一种安全机制, 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。在正常情况下, 如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统, 并不需要QoS, 比如Web应用, 或E-mail设置等。但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时, QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃, 同时保证网络的高效运行。

保证QoS, 实质上就是要提高网络的传输条件。如高质量的语音通信, 就是依赖于带宽、时延和抖动这三个要素。

1分布式仿真系统通信

分布式仿真系统中, 所要面对的是训练系统中单个训练器客户端和服务器端之间的通信, 所以本文主要讨论此通信模块的研究和设计。这部分通信包含两个过程, 首先是客户端将虚拟仪表状态和操纵部件信息传递给服务器;其次是服务器将解算得到的飞机位置姿态信息以及虚拟仪表状态传递给客户端, 以便客户端能够实时显示飞机的位置姿态和虚拟仪表状态。

“飞机虚拟仿真训练系统”是基于构建的内部TCP/IP网络, 所有的飞行逻辑的响应都是经于服务器端决策逻辑模块解算获得。这样以来, 在分布式虚拟仿真中, 客户端不断地发给服务器通信请求, 在一段时间内可能因为客户端的请求太多而导致服务器端来不及处理, 造成信息阻塞, 这在采用HLA结构的分布式虚拟仿真中是不可避免的, 可能会造成仿真的实时性不高。而且, 阻塞会导致网络阻塞, 使请求服务得不到质量保证。因此, 如何提高客户端请求的QoS是一个急需解决的问题。

针对系统对通信性能的要求, 结合TCP和UDP网络协议的优点, 提出采用如下通信机制:在客户端, 以TCP协议为基础, 加入QoS控制, 将虚拟仪表状态和操纵部件信息传递给服务器。而在服务器端, 以UDP协议为基础, 加入差错控制、主从广播发送、数据报文定义以及一定的组包和发包策略, 将解算得到的飞机位置姿态信息以及虚拟仪表状态传递给客户端。

2基于内容的队列机制

2.1系统通信请求的内容区分

在“飞机虚拟仿真训练系统”中, 客户端对服务器端的通信请求很多, 根据它们的实际的内容需求可以区分为下面几种需求:

(1) Best-Effort的通信请求, 并要求传输时延尽可能低。这种通信方式主要用来传输频繁变化的对象属性, 比如说仿真飞机的姿态、位置等, 这些数据允许在一定的比例内丢失 (通常丢失比例小于2%) , 丢失的数据不会对仿真系统产生大的影响。

(2) 可靠性通信请求, 并要求有尽可能低的传输时延。这种通信方式主要用来传输非连续变化但可能在任意时刻改变的对象属性, 例如一个对象的外观等等, 这些数据对仿真结果的影响比较大, 所以需要可靠服务保证。

(3) 大块数据非实时组播通信。相应数据是频繁发生的通信数据, 例如地形数据库、对象枚举等等。此类型的通信请求也在一定比例的丢失的情况下不会对仿真系统产生很大的影响。

现有的通信机制不能很好地满足我们的需求, 因此如何根据通信请求的内容给与不同的QoS保证是我们要解决的主要问题。对于IP请求的QoS研究是近年来的热点。在没有足够多的网络资源的情况下, 传统的“尽力而为”的网络设计思想是不能满足要求的, 而如果采用“过度设计”, 必然造成大量的经济负担和资源浪费。有效的方法是:在不过度增加网络设备的条件下, 在同一个网络设备上根据不同的数据流提供不同的QoS服务[3]。这样, 网络上应该具有选择服务质量的原则和执行这些原则的方法和设备。我们是采用基于策略的网络服务质量管理机制来保证通信的QoS[4]。

Internet工程任务组 (IETF) 在IP网络的QoS方面提出了一些服务模型和机制建议, 其中最基本的是综合服务 (IntServ) 模型、区分服务 (DiffServ) 模型和多点标签协议 (MPLS) 等。目前, IETF的这些技术可以作为基础QoS技术在相关网络部件上的应用[5]。

2.2基于内容的队列模型

利用区分服务 (DifferentiatedService简称DiffServ、DS) 的思想建立一个队列模型, 并根据内容对信息进行处理和分类。之后, 将分类信息分别放入不同的IP请求队列中, 通过采用队列排队算法, 使重要的信息优先得到处理。当各个队列都满时, 如果有新的请求到来, 将丢弃掉级别最低的队列队尾的信息, 并把新的请求加入到该队列中。该种策略是通过丢弃内容优先级别低的信息来尽量避免网络阻塞。具体的模型如图1所示。

在此系统模型中, 一个请求分配器作为模型的前端负责执行对IP的请求进行优先级标记, 并接收所有到达的请求;根据所获得的应用层信息的请求类型, 将内容分成多个类别不同的请求, 并分配不同的优先级;之后, 请求分配器将这些已经具有优先级别的请求分配到IP请求对列中。在模型的另一端, 我们设置一个调度器, 根据设定的队列调度算法依次抽取各个IP请求队列的IP请求进行处理。

为了获得请求的应用层信息, 请求分配器首先截取每个来自客户的TCP连接建立请求, 并且返回响应与客户建立一个TCP连接, 然后分配器尽可能地读取所需的应用层信息, 执行请求分类和优先化, 并且基于请求的优先级做出请求分配的决定。服务器端对于客户的端IP请求采用“进程每请求”体系结构进行处理, 因此每个到达的请求均对应一个单独的进程进行处理。

2.3CBWFQ基础上的LLQ队列调度

排队机制作为IP网络QoS的实现机制之一, 无论是在综合业务体系 (IntServ) 中, 还是在区分业务体系 (DiffServ) 中, 都有着举足轻重的作用。

目前主流排队算法包括:先入先出排队算法 (FIFO) 、优先级排队算法 (PQ) 、定制排队算法 (CQ) 、加权公平排队算法 (WFQ) 、基于类的加权公平排队算法 (CBWFQ) 、低延时排队算法 (LLQ) 等[6]。

一个有效的队列调度算法应达到的性能指标主要有:公平性、时延特性、对恶意业务流的隔离能力、链路带宽的利用率、复杂性等, 在上面提到的这些算法中FQ、CBWFQ、LLQ是比较常用的算法。

2.3.1 公平排队算法 (FQ)

公平排队算法 (FQ) 模型每一次循环从每一个非空队列的队头一个分组进行处理, 它是一种单纯的循环调度方法 (packet-by-packet Round Robin) , 可以做到公平地分配调度各个队列的请求。因为每一次循环从每一个非空队列的队头依次取出一个请求分组, 这对于这里按内容区分请求服务的队列机制来说显然不合适。

2.3.2 基于类的加权公平排队算法 (CBWFQ)

CBWFQ是公平排队算法 (FQ) 的加权版本, 通过给每个请求加权来设定调度的优先顺序, CBWFQ中的加权是根据IP请求内容的优先级来计算的, 当所有队列的加权值都为1时, CBWFQ与FQ等价。CBWFQ算法根据加权后的请求的Qi (Qi是指请求加权后的一个值, 在FQ模型中所有的Qi相等) 的大小接受调度的顺序, 也就是说在前一个请求处理完后以后, 调度器会调度的所有队列中任意一个Qi最大的一个请求元组[5]。

2.3.3 低延时排队算法 (LLQ)

CBWFQ算法基本满足了我们基于内容优先级调度的要求。但为了能向诸如第2类通信请求这种对质量保证要求比较高的业务提供更好的服务质量, 同时减少调度器的工作, 我们采用了一种新的调度算法:低延时排队算法 (LLQ) 。

简单地说, LLQ就是在队列中增加了一个优先队列, 它拥有绝对的优先权, 当优先队列非空时, 调度器总是发送这个队列中的分组, 直到其中没有分组了, 才对其他队列进行调度。但会有如下情况:调度器正在处理其它队列, 这时有新的分组进入先前为空的优先队列, 那么调度器在调度完当前的这个分组以后马上去处理优先队列。

综合考虑分析, 为调度器设定了在CBWFQ基础上的LLQ队列调度算法, 很好地满足了按照内容区分给与优先服务的需求。

3采用模型前后效果

在采用传统的FIFO处理的机制时, 分布式仿真系统的请求频率达到一定值后, 服务器端处理的滞后会导致网络阻塞, 使得客户端大量重要的仿真请求不能实时地得到决策响应, 从而使仿真系统的实时性和准确性得不到保证。分析产生阻塞主要原因, 主要是客户端大量的低QoS的请求 (如连续大量的对于飞机姿态位置的仿真请求) 造成的。而实际上, 这些低QoS要求的请求有一定的丢弃对仿真系统的实时性影响并不大。

将系统没有对重要请求响应的比率定义为系统的决策失真率。重要请求是指影响仿真实时效果的请求响应, 这个区分对于不同的仿真请求可能不同, 需要根据具体的仿真系统对其分类区分。

决策失真率的具体值定义为:当有20个重要请求时, 如果有1个没有做出响应则决策失真率为1/20=5%。我们同样的情况做n次, 假定每次的结果为p1%, p2%, , pn%, 那么此时我们求得此条件下系统平均决策失真率为 (p1%+p2%++pn%) /n。

在“飞机虚拟仿真训练系统”中, 为了保证仿真系统的实时性、准确性, 设定客户端仿真飞机每分钟发送飞行姿态 (包括飞机6个自由度方向的请求) 、位置、作战等通信请求640个, 在使用传统的FIFO处理机制时, 测定系统决策失真率在4.2%, 采用按内容分类排队后决策失真率在1.01%。而且随着通信请求的增加, 传统的FIFO处理机制下, 决策失真率会随着我们请求频率的加大而显著增加, 使用按内容分类排队模型后, 仿真请求大量增加时决策失真率基本变化不大。

表1给出了采用传统的FIFO通信处理和按内容分类排队处理机制时, 系统对飞机仿真训练决策失真率的变化情况:

从上面的结果可以看出, 大型复杂客户端仿真采用基于内容的区分队列模型后, 重要的通信请求有很好的QoS的保证, 会大大地保证仿真的实时性和准确性。

4总结

本文首先分析了分布式仿真系统中通信模块对QoS的需求, 为了保证通信中客户端请求的QoS, 创建了基于内容的区分队列模型来满足通信中对QoS的需求保证, 并通过使用模型前、后实际的仿真效果验证了模型的实用性和有效性。模型的不足在于讨论通信的QoS保证时, 主要考虑从服务器端接收到处理完返回这一段的过程, 而对于整个的网络通信的QoS没有综合考虑, 这也是笔者下一步要研究的内容。

摘要：QoS和分布式虚拟仿真都是近年来研究的热点, 分布式虚拟仿真系统中对于通信机制的QoS要求很大程度上决定了仿真系统的准确性和实时性。以一个飞机仿真训练系统为基础, 重点讨论了分布式仿真系统中的通信机制及对通信的QoS请求, 建立了基于内容的区分队列模型, 模型采用CBWFQ基础上的LLQ队列调度算法来满足IP请求的QoS, 提高了分布式仿真的实时性和准确性, 并通过试验分析验证了模型的可用性。

关键词：QoS,区分服务,队列调度,分布式仿真

参考文献

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