时间:2023-03-28 14:55:25
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在许多基于单片机的应用系统中,系统需要实现遥控功能,而红外通信则是被采用较多的一种方法。红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点,是一种较为常用的通信方式。红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案,主要应用于近距离的无线数据传输,也有用于近距离无线网络接入。从早期的IRDA规范(115200bps)到ASKIR(1.152Mbps),再到最新的FASTIR(4Mbps),红外线接口的速度不断提高,使用红外线接口和电脑通信的信息设备也越来越多。红外线接口是使用有方向性的红外线进行通讯,由于它的波长较短,对障碍物的衍射能力差,所以只适合于短距离无线通讯的场合,进行"点对点"的直线数据传输,因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。
1.红外通信的基本原理
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体,即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。
简而言之,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
2.红外通讯技术的特点
红外通讯技术是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术,被众多的硬件和软件平台所支持:
⑴通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发;
⑵主要是用来取代点对点的线缆连接;
⑶新的通讯标准兼容早期的通讯标准;
⑷小角度(30度锥角以内),短距离,点对点直线数据传输,保密性强;
⑸传输速率较高,目前4M速率的FIR技术已被广泛使用,16M速率的VFIR技术已经。
3.红外数据通讯技术的用途
红外通讯技术常被应用在下列设备中:
⑴笔记本电脑、台式电脑和手持电脑;
⑵打印机、键盘鼠标等计算机设备;
⑶电话机、移动电话、寻呼机;
⑷数码相机、计算器、游戏机、机顶盒、手表;
⑸工业设备和医疗设备;
⑹网络接入设备,如调制解调器。
4.红外数据通讯技术的缺点
⑴通讯距离短,通讯过程中不能移动,遇障碍物通讯中断;
⑵目前广泛使用的SIR标准通讯速率较低(115.2kbit/s);
⑶红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输,功能单一,扩展性差。
5.红外通信技术对计算机技术的冲击
红外通信标准有可能使大量的主流计算机技术和产品遭淘汰,包括历史悠久的调制解调器。预计,执行红外通信标准即可将所有的局域网(LAN)的数据率提高到10Mb/s。
红外通信标准规定的发射功率很低,因此它自然是以电池为工作电源的标准。目前,惠普移动计算分公司正在开发内置式端口,所有拥有支持红外通信标准的笔记本计算机和手持式计算机的用户,可以把计算机放在电话机的旁边,遂行高速呼叫,可连通本地的因特网。由于电话机、手持式计算机和红外通信连接全都是数字式的,故不需要调制解调器。
红外通信标准的广泛兼容性可为PC设计师和终端用户提供多种供选择的无电缆连接方式,如掌上计算机、笔记本计算机、个人数字助理设备和桌面计算机之间的文件交换;在计算机装置之间传送数据以及控制电视、盒式录像机和其它设备。
6.红外通信技术开辟数据通信的未来
目前,符合红外通信标准要求的个人数字数据助理设备、笔记本计算机和打印机已推向市场,然而红外通信技术的潜力将通过个人通信系统(PCS)和全球移动通信系统(GSM)网络的建立而充分显示出来。由于红外连接本身是数字式的,所以在笔记本计算机中不需要调制解调器。便携式PC机有一个任选的扩展插槽,可插入新式PCS数据卡。PCS数据卡配电话使用,建立和保持对无线PCS系统的连接;扩展电缆的红外端口使得在PCS电话系统和笔记本计算机之间容易实现无线通信。由于PCS、数字电话系统和笔记本计算机之间的连接是通过标准的红外端口实现的,所以PCS数字电话系统可在任何一种PC机上使用,包括各种新潮笔记本计算机以及手持式计算机,以提供红外数据通信。而且,由于该系统不要求在计算机中使用调制解调器,所以过去不可能维持高性能PC卡调制解调器运行所需电压的手持式计算机,现在也能以无线方式进行通信。红外通信标准的开发者还在设想在机场和饭店等地点使用步行传真机和打印机,在这些地方,掌上计算机用户可以利用这些外设而勿需电缆。银行的ATM(柜员机)也可以采用红外接口装置。
预计在不久的将来,红外技术将在通信领域得到普遍应用,数字蜂窝电话、寻呼机、付费电话等都将采用红外技术。红外技术的推广意味着膝上计算机用户不用电缆连接的新潮即将到来。由于红外通信具有隐蔽性,保密性强,故国外军事通信机构历来重视这一技术的开发和应用。这一技术在军事隐蔽通信,特别是军事机密机构、边海防的端对端通信中将发挥出重要的作用。正如前面所述,它还将对计算机技术产生冲击,对未来数据通信产生重大影响。
参考文献
[1]蒋俊峰.基于单片机的红外通讯设计[J].电子设计应用,2003,11.
[2]曾庆立.远距离红外通讯接口的硬件设计与使用[J].吉首大学学报(自然科学版),2001,4.
[3]邓泽平.一种多用途电度表的红外通讯问题[J].湖南电力,2003,4.
二、“光纤通信”课程理论教学方法与实践
1.理论教学过程中的理论分析应从简单递进难度。例如,我们在教学实践过程中学习光纤中的光传输理论时,先讨论学生较熟悉的几何光学法的全反射传输理论,再分析光在光纤中遵循的电磁理论,提出麦克斯韦方程组,并进行严格推导和详细讨论。
2.教学中应适当展开课堂讨论。对于一些较简单并有一定重复性的内容,可以采取课堂讨论的教学模式。由于,光纤制造和光缆制作工艺相对简单易懂,制造过程和方法有很多种。因此,对以上内容进行课堂讨论形式教学。预先把学生分成几组,每组选择2~3个题目,之后收集资料、制作PPT、充分备课。课堂上每组选出1~2个学生,上讲台利用15~25分钟的时间对特定题目进行讲解,讲完后其他成员可以提问,相互讨论。通过以上教学环节,本是一些繁杂的内容从不同讲解者的不同风格再现出来,课堂气氛积极活跃,讲授内容丰富多彩。同时讲解者完成了选题目、制作PPT及备课讲课等全过程,这对即将毕业的学生是一个展现自己、锻炼自己的好机会。
3.教学过程中适当展示实际器件或相关案例。光纤通信是一门要求理论与实践相结合的课程。除了规定的实验课外,在理论教学过程中应该注意理论与实际相结合。在理论教学过程中,涉及一些实际光学元件和设备时,比如,连接器、耦合器、光纤光栅和激光器等,课堂上尽量展示实物及说明书,并说明其在通信网络中的具置和作用。不仅可以活跃课堂气氛,还可以巩固教学内容,留下深刻印象。比如,设计光纤分类和工艺等内容时,我们尽量引入许多国内外的著名企业并展示其相关光纤产品。我国已拥有长飞、亨通、烽火、富通、中天、永鼎、通光、汇源等光缆企业及特发、成康、北康、侯马、富春江、天虹、宏安、华伦、华达、华新、港龙、通鼎、西古、法尔胜等一大批骨干企业。2006年,国内市场光缆总量达2000万芯公里,出口光缆470万芯公里,总产销2470万芯公里以上。2000~2012年,我国光纤需求量增加了整整24倍,年增长率达30%。2006年中国光纤需求量仅占全球的25%左右,至2012年,这一市场份额已超过了50%。光缆总体技术水平已达国际先进水平,主要企业的主要产品指标领先国际先进水平,产品种类规格基本齐全(海底越洋光缆尚差)[5]。
4.概念与其背景相联系。每一学科与每一门课程都具有相应的概念和理论。其中一些现象的发现、一些概念的提出有其历史背景和条件。在光通信,特别是光孤子通信属于这一类,孤子这个名词首先是在流体力学中提出的,其概念可以追溯到1844年英国工程师SocttRussel在《波动论》中记录的一段于1834年8月在爱丁堡一戈拉斯高运河上的一次经历。讲授该内容时,我们抓住其独特的历史,回顾一下当年的发现,活跃课堂气氛,形象准确地理解概念。
5.理论分析与科研成果相联系。在教学实践中应用科技论文,可以使学生对教学内容掌握得更好,同时对科技论文的查阅、内容格式和写作等进一步了解,对以后毕业论文,乃至科研工作有一定的引导作用。对科技论文的选取要注意以下几点:文章的主题符合课程相关内容;科技论文的难度要适当;科技论文作者及其单位在行业有一定的影响力;最后,科技论文内容为该领域研究热点[2]。比如,讲授完光纤结构、制造工艺和传输理论之后,组织学生学进延(烽火通信科技有限公司)的《S-C-L三波段传输新型单模光纤的设计和研究》和专利《一种新型低色散光纤》[3]。通过分析科技论文巩固所学知识,进一步理解提出问题、解决问题,并把成果撰写成科技论文或申请专利的整体过程,提升学生的科学素养,培养学生综合能力。
6.实验、课程设计和仿真模拟。在实践教学环节,我们针对性地开设了12个典型实验。除此之外,结合理论与实践,设置了计算机仿真的课程设计内容。仿真是利用模型复现实际系统中发生的本质过程,并通过对系统模型的实验研究存在的或设计中的系统[6]。很多情况下,因受到实验条件限制,光纤通信中经实际操作,用实验结果证实和分析的内容有限。此时,我们可以学习和利用仿真技术,主要是利用一些光纤通信领域功能较强的模拟软件设计光纤通信器件和光纤通信系统。对光纤通信网络的模拟,参数调整和结果分析加深对实际通信网络的了解,分析其存在的问题,提出解决方案。
本文作者:陈习权孙杰韩海林作者单位:浙江省计量科学研究院
反向射线跟踪的三维路径搜索
在建立城市小区地理信息系统的基础上,分别以基站天线和待测点所在位置为射线的起点和终点,只要知道建筑物与建筑物上的铝合金门窗及其外表面的长宽高等三维数据信息,并将其用作射线跟踪算法中的相交测试,就可为辐射场强的计算提供所需的辐射射线的波程、角度和相位等信息。考虑到辐射信号的衰减,可忽略到达待测点幅值较小和对综合场强影响较小的辐射射线,即忽略三次以上的反射及绕射传播路径的影响。反向射线跟踪的三维路径搜索算法主要包括直射、一次反射、一次绕射、一次反射加上一次绕射、一次绕射加上一次反射、二次反射、二次绕射。其中,直射是发射点到待测点间的视距传播;一次反射是指发射点的射线遇到建筑物表面发生首次反射后刚好到达待测定点;一次绕射是指发射点的射线遇到建筑物的边缘棱线发生首次衍射后刚好到达待测点;一次反射加上一次绕射是指发射点的射线遇到建筑物表面发生首次反射后刚好通过建筑物的边缘棱线发生再次衍射后刚好到达待测点;一次绕射加上一次反射是指发射点的射线遇到建筑物的边缘棱线发生首次衍射后再通过建筑物表面发生反射并刚好到达待测定点;二次反射是指发射点的射线连续两次遇到建筑物表面发生两次反射后刚好到达待测定点;二次绕射是指发射点的射线连续两次遇到建筑物的边缘棱线发生两次衍射后刚好到达待测点。运用反向射线跟踪算法进行路径搜索,最主要的是进行射线与建筑物表面的求交运算。采用基于计算机图形学的二叉树分区算法和八叉树分区算法即可求得相应的结果[9—13]。
结果和讨论
以杭州市某小区移动基站附近的辐射场强情况为例,首先对该小区的建筑物环境进行三维系统建模,利用建筑物模型的三维数据信息进行射线跟踪的路径搜索,并根据射线跟踪搜索结果对小区不同空间分布点1—4进行辐射场强的数值计算与仿真,合成场强计算结果如表2所示。为进一步验证上述数值仿真计算的正确性,采用意大利PMM公司生产的PMM8053A型电磁辐射分析仪按测试标准要求进行实测,实验期间天气晴朗,测试时间为16:00—19:00,室外温度13—21℃,相对湿度50%-70%,每个测试点重复测量10次,现场测量结果如下表2所示。软件数值仿真计算结果和实地测量值的比较如图3所示。通过上述软件数值仿真计算结果和现场实测结果的对比分析,发现实测值与数值仿真计算结果较为接近,二者的变化趋势也完全一致。该数值仿真计算方法可较好地满足城市小区移动通信基站附近电磁辐射场强理论预测的科学性要求,实践证明其实用、正确、有效。该系统建模与数值仿真计算方法适合不同小区的辐射场强计算,但计算值与测量值有一定的误差,可能由以下几方面的原因造成:(1)在三维建模方面,考虑到计算时间和计算成本,忽略了建筑物表面的细节信息,可能会影响到系统的计算精度;(2)由于建筑物的材料比较复杂,而且分布不均匀,建筑物的等效电参数不易确定,也会影响到软件预测的精确度;(3)忽略周围汽车、电线杆等散射体影响也会给计算结果带来一定的误差;(4)天气原因或者人为读取数据的读数误差都可能造成测量值的误差。但误差是在允许范围之内(一般不超过±4dB),总体能很好地预测通信基站附近城市小区任意场点的电场强度。
1农村移动通信用户的市场消费特点。由于农村的经济发展水平比城市要低很多,农民的收入也相对较低,消费水平自然跟不上,农村移动电信用户对资费的敏感度就比较高。由于农村用户的知识水平普遍较低,加上对移动业务缺乏了解,大部分的农村用户只注重产品的通话功能,,希望通话语音清晰,缴费方便,账单清楚等,对产品的需求比较简单。另外,农村地区具有较浓的从众心理,因此,产品具有良好的口碑成为其传播的主要方式。
2农村通信市场的发展存在各种制约因素。我国农村地区范围广,面积大,居住地区的情况比较复杂,通信基站的建设跟不上通信发展的需要,存在很多通信盲区,越偏远的地区信号越差,通信质量就越不高。比如在偏远的大西北山区,由于地理环境的影响,移动通信工具的使用比较少,因此,必须加强通信基站的建设才能有效解决这一问题。其次,由于农村地区收入普遍较低,移动通信的消费对他们来说比较高,月租、话费、来电显示等业务让农民觉得太贵,而且购买手机在一些地区也是比较奢侈的消费,我国的农村移动通信市场还处于功能性的需求阶段,更注重产品的使用价值,基本忽略产品的附加价值,更不在意产品带来的精神享受。因此,引导农村移动用户消费是发展农村移动通信市场的重要问题。另外,移动通信在农村的宣传不到位,服务做的不周到。随着通信技术日新月异的发展,一些新业务、新功能没有宣传到位,农民都不知道什么是套餐、什么是彩铃,对手机功能的了解也不多,包月、充值卡等的使用相当低,农村地区对通信服务的新产品、新业务了解和接受程度普遍较低。同时,农村地区的服务机构比较少,缴纳话费、手机维修等都不能满足人们的需求。
3农村移动通信营销渠道存在较大问题。首先营销渠道的形式比较单一,覆盖面也比较狭小,农村移动通信的主要营销渠道一般为服务厅和有限的传统商网点,这些服务点都是专业或兼营的通讯店铺,销售面很有限,完全不能满足移动通信企业对农村市场发展的需求。其次,营销渠道的结构布置的不合理,一般都聚集在比较繁华方便的地段,网点覆盖不均匀,渗透率比较低。另外,农村移动通信服务厅不能有效发挥服务厅该有的作用,由于乡镇之间的经济存在较大差异,有些乡镇服务厅的业务量严重不足,造成农村移动通信服务厅收入较低、运营成本较高的现状,移动公司的主管部门应意识到调整农村渠道的必要性。
4终端维修难。由于农村收入普遍较低,终端消费是农村移动客户的主要消费项目,但是终端销售网络的建设成本比较高,利润却很低,存在较大风险,厂商和经销商都不愿深入农村去建设,导致农村移动用户的终端维修不方便,严重影响了农村移动通信的使用情况。
扩大农村移动通信市场的营销策略
1针对农村用户的实际需求和特点,建设农村用户的品牌。很多农村用户不知道自己使用的品牌属于哪家运营商,也不清楚全球通、神州行、动感地带等的特征。移动通信公司要根据不同的客户群建立合适的新品牌,并加以宣传推广,抓住农村用户的心,是扩大农村移动通信市场的重要途径。移动企业可以请农村地区比较熟知的名人做代言人,并在营业厅、代办点等通过张贴海报、发传单等方式加强推广,从而树立良好的口碑,有利于发展更多的用户。
在参与了某个通信公司的一套网管系统以及决策支持系统的设计后,我们分析了两者的集成与应用工作,深切地感受到有一个良好的设计策略以及重视所选用的工具是一个关键。这个项目主要是对下属各分站的子网以及有关链路的连通情况进行实时监控、实现报警、路由控制和授权等功能,其关键在于提供一个实时显示情况的地图界面,井将数据汇总和组织,建立起数据仓库以及进一步实施数据挖掘分析,从而能支持企业的决策分析。我作为设计人员之一,着重在本文中讨论控制系统与信息系统集成时的策略。
【正文】
众所周知,通信行业需要有一整套监控通信网络的手段,其工作特点是涉及到的各分站与基站的在地理位置L的分布性,更加需要有在更高一级提供检测不同分站链接情况的手段。一般来讲,由于数据都是海量的,所以,如何将整个网络系统所得的数据及时处理,以便和决策部门的分析相结合,也成为迫切需要解决的重要课题。简言之,分布性、实时性以及数据海量性是解决整个系统设计和集成的核心问题。
首先,让我们来讨论一下“网管监控系统”。由于我参与设计与开发的这个系统并不是位于基层的分站,其定位在将下属各分站的主机通信数据(包括数据流量、链路负荷、通往其他结点即主机的连通情况等)加以收集,所以对于具体通信事务的底层操作要求并不很高。
考虑到上述原因,我们采用了一个地理信息系统开发平台Mapinfo并采用Delphi编程,后台用SQLServer数据库(这是由于考虑到决策所需要用到的是Microsoft公司的OLAPService)。在分析和计划之前,我们先对ITU801标准做了详细的探讨,这只是一个有关子网和链路定义以及分层等描述的标准,在听取了许多分站人员的建议后,将MAPINFO公司提供的一个相关的MAPX的ActiveX控件嵌入到Delphi程序中,利用MAPX中提供的丰富的类以及操作,比如Object、Layer等实现网管界面,井且加入了子网和链路的概念,对属下的分站可以随意地组合成为不同子网,而且实现了放大与缩小的功能,大致可以将整个地区的分站集中在一张地图中,能显示在屏幕上,这时,只是显示出各个分站的概要,小到可以显示出某台主机的机柜、机柜直到插件板(因为这些都要实时监控)。我们采用了分层的方法来实现以上缩放。对于一些静态的数据,如分站,主机的位置等则先用Mapinfo公司提供的一套编制地理信息的工具(MAPX是其提供给编程工具的一个ActiveX控件)做成静态的层次图放置于数据库中。
我们新做成的这套系统通过与各分站的专用线路加以连接,能实时地得到数据,显示于地图上,反映出各站、各子网、各链路的实时状态,并能将控制命令传回分站(如强制链路中断、路由转换等)。
现在,让我们来讨论其中最为关键的问题,即是要将实时控制系统与企业信息系统加以集成,我们的设想和体系结构大体上可以用一张简图表示。
在这个体系结构中,由各分站保留着详细的数据,网管系统则在一定时间间隔内将汇总到的数据作少量统计,抽取其中需要保存的内容放入数据库,如每分钟流量,某分站与其他分站每分钟通信流量,在该分站中某个链路的负荷(这些链路有可能是动态分配的,也可能是固定分站之间的通信链路)。尽管如此,数据仍然是海量的,因此,如果要把这些数据都直接送到各个决策部门,比如送给市场部门是不现实的。所以,我们在数据库的基础上建立了数据仓库,确定了客户、时间、通信量、计费和故障等几个数据仓库的主题,每隔一定时间对数据库中的原始数据进行清理与抽取等预处理工作,建立好数据仓库。这里的预处理包括了许多方面的内容,比如有建立计算时间,但是无计费的(计费值为零)的数据,应视为建立失败的无效数据,需要予以剔除;某些企业租用的是专用线路按月计费,中间的通信因此无计费的一些有关记录也应剔除等。在预处理之后,再利用OLAPService的分析将数据融合与汇总。按照决策部门的需要提供相应数据(比如:市场部门需要每一分站的收益,客户分布情况以及客户费用等)。这些都可以由OLAPService对数据作预先处理,此时处理完的数据在逻辑上是以立方体(CUBE)形式存在的,其占用的存储空间便能显著地降低,如1999年8月有2000万条通讯记录,即使形成作为备份的文本都需要4G空间,经过OLAPService处理后仅需200M左右空间,因此,经处理后的数据主要存放于另外的相关部门的机器中,而不能与主服务器放在一起。
最后,再来讨论由决策人员所使用的系统。由于这些部门并不分散,我们就没有采用OLAPServce的Web方案。采用Delphi编制了访问OLAPService的客户端软件,用了OLAPService提供的、CubeBrowser控件,用相似于网页的界面提供了数据立方体的各种操作,如上钻(观察角度从月转到季度甚至年),切片,旋转等操作。为了便于输出打印数据,还内嵌了Microsoft的Excel数据透视表,可以将在CubeBrowser上所看到的数据转化为Excel的表格形式,或者转换成饼形图、柱形图和曲线图等,比如可以观察每天24小时通信流量的分布曲线图,可以发现在夜间12点以后明显通信流量减少,而决策部门便可制定某些优惠或减价措施吸引更多客户在12点之后使用网络。
另外,在采用OLAPService中的数据挖掘功能时,其中提供的两类算法分别是基于决策树的分类和基于决策树的聚类,市场部门的聚类算法将客户根据费用情况加以聚集,以期发现处于同一消费水平的客户的共同特征,便于制定政策,吸引客户。这方面的努力我们将会进一步持续进行,以保证有足够的海量数据而发现其中的规律。
(2)对状态检修的评价不容忽视,需合理制定评价标准,建立健全设备运行状况评价体系,并实现与检测、诊断系统的融合。
(3)实现电力通信设备故障辅助分析及检修策略建议体系,故障发生后保证系统可自动做出初步诊断,并利用诊断功能对故障进行分析,最终得出处理方案,为工作人员提供有效的策略。
(4)为提供更强的技术支持,还应建立起网络专家库,将与系统有关的知识存入数据库,包括设备的使用维护方法、典型问题及常见故障的处理方法、实际案例等内容。在发生事故后,可查找类似案件,借鉴其解决方案,提高办事效率。
2状态检修系统中的关键
状态检修是以状态评价为前提,并结合设备分析诊断结果等因素加以考虑,然后做出时间及项目安排的一种主动检修方式。传统的检修方法只能反映检修时设备的状态,比较片面。而状态检修则是对整个过程的监测。某供电公司根据状态检修方式设计的信息通信设备系统状态检修流程图,如图1所示,包括了基本信息、巡视数据、在线监测系统等诸多内容,与传统的检修方式比自然更加科学,但同时也带来了新的问题,例如如何有效处理海量数据、如何将处理后得到的设备数据用于状态评价服务等。为解决这两个关键点,在此建立相适应的数据处理模型和评价模型,并对其可行性加以验证。假设状态检修周期是一个月,计算周期是一天。
3数据处理模型分析
针对不同的设备,评价标准也各有差异。为全面反映设备的运行状态,评价标准中含有多项指标,均有专家系统为其打出的分值。在此将指标主要分为两大类,一是连续变化型,二是开关型。
3.1面积法
先将周期内采集的所有数据转换为面积数据,将其作为评价模型的输入。此方法主要用于连续变化型指标的处理。通过在线监测系统将监测数据生成统计曲线,可反映指在特定阶段内的运行状况;而后挑选设备的一个指标,将其评价标准与相应的统计曲线置于同一个坐标系中,以方便观察分析。评价标准会将曲线划分为两部分,只考虑能够表示设备超标运行的异常面积。面积越大、异常时间越久,表明设备超标越严重,则评价时给的分数就低;相反,超标越轻,得分越多。可根据实际运行的异常面积在最大异常面积占的比重衡量设备指标的异常程度。通常需要考虑两种情况,即当某一指标有且只有一条评判标准线和某一指标有多条评判标准线。此外,设备在实际工作时,随着时间的变动,电力系统负荷也在起伏变动。这必然会影响到信息通信系统中的数据流量,所以就同一个指标而言,在其不同的运行阶段,应制定相适应的标准。标准变化的幅值与时间区间可参考电力系统负荷曲线、系统运行经验以及各通信设备运行特点而具体确定。须注意的是,在求面积时,还应观察设备指标是否长时间运行在规定的最高告警线上方。并根据实际情况设计一个合理的值,一旦超过此值,必须提出紧急告警,并予以相应的处理。
3.2统计方法
适用于开关型指标。该方法具有离散性,所以不适宜采用曲线模型处理,可借助概率统计的方法加以处理。即将周期内采集的数据信息转换为概率,作为评价模型的输入。同时规定采集结果为真时,其值为1,否则为0。该方法有两个步骤,先求取参考值,然后确定处理结果。
4模型可行性的验证
采用的是自2012年05月20日到2012年06月20日的CPU利用率数据。已知评价标准为设备CPU平均利用率高于60%的部分越限越多扣越多,严重故障警戒为90%,该指标满分5分。经过对所有指标模型的实际校验,本文提出模型均符合现有实际系统,能够满足信息和通信系统状态检修的基本要求。但必须经过长期实际运行检验,不断修正参数和完善模型,最终才能达到更加符合实际、更加精确的评价效果。
1.2在高速公路管理中的应用优势首先,它不仅复合通行卡的精细化和智能化管理,而且可以通过复合通行卡上的时间戳对车辆的通过时间进行标记,防止丢卡或倒卡,有效分离出通过复合通行卡进行逃费的车辆,如此在数据源头即极大地缩小了数据分析的范围,进一步减少了后期大数据分析的工作量,并能进一步区分逃费车辆的种类,起到事半功倍的作用;其次,双向通信技术在高速公路交通流量调查,流量对账、拥堵预警、出行指导等领域也具备相应的功能;再者,双向通信技术的应用能在心理上对逃费行为威慑,使其最大限度地减少,同时改善高速公路的整体服务水平与使用效果发挥实际管理价值。双向通信技术不仅能实现接收高速公路主线标识站发出的信号进行路径标识,而且能自动向附近标识站发出信号,使高速公路管理者能较容易掌握逃费车辆的动向和实现复合通行卡的精细化管理。
2高速公路中应用双向通信技术的策略
根据国内某条高速公路的车流量和收费数据不完全统计显示,货车占各种通行车辆的比例仅达20%左右,而收费额却达到50%左右,而客车则恰恰相反。这足以揭示了劳动成本和收益的关系,并且近年来高速公路偷逃费的车辆大多是货车,原因就在于通行费的额度较大。因此,如何能利用现有的管理手段或技术更好地打击逃费行为,且针对逃费的货运车辆的打逃行动更是迫在眉睫,以下从基础保障、立体式稽核、联动分析处理等方面对双向通信技术在高速公路防逃费方面的应用策略进行简要的阐述。
2.1基础保障涵盖思想认识和技术管理保障两层含义。首先要在业内取得打击逃费的共识,上下齐心。力保收费秩序正常化。其次是技术管理保障,一方面是发卡规则,对客货车实行区分发卡,即客车发放单向复合通行卡,货车发放双向复合通行卡;另一方面是设备选型,尽量选择市场上主流设备,确保设备的成熟稳定、技术的先进可靠性。再者是设备和合理安装位置,在出入口安装路侧标识单元,用以接收或发送信号,采集相关车辆信息;最后是避免其他客观存在的电磁干扰行为。众所周知,433MHZ段频率属于民用的,其很容易受到已存在的电磁信号的干扰,致使结果不理想。因此,信号覆盖范围和发射强度在一定程度上将会受到环境是否恶劣的影响。
2.2建立全网全时段的稽核机制通过事前、事中和事后的全网全时段的稽核可以有效遏制日益猖獗的偷逃费行为,进一步净化高速公路正常运营秩序,为司乘人员营造安全、高效、有序的行车环境。事前的稽核是利用具备双向通信的复合通行卡和路侧标识单元可以相互通信的优势在高速公路出入口,实现对货车的提前预检,如果发现其存在多余的复合通行卡,提示司乘人员上缴,并产生相应的藏匿记录,形成车辆黑名单;事中的跟踪稽核,在高速公路出入口车辆侥幸规避检查之后,可以应用沿线路侧标识单元与复合通行卡进行通信,通过路侧标识单元上传的流水数据对车辆实时跟踪,实现实时的打击;事后的全网的稽核,即对事前和事中检查发现的逃费车辆可以进一步形成车辆黑名单,则可在高速公路网任何一个收费站打击逃费车辆,并辅以合法合理的行政管理手段,迫使其遵守国家及地方的有关收费管理条例和规定。
2.3建立收费数据分析联动处理机制在国家相关公路法律法规的框架内,对高速公路上偷逃费车辆进行打击、惩罚,其中包括但不限于高速公路管理单位开展的打击行动,可同步和地方公路建立数据共享机制,采取必要的管理手段,使该类高速逃费车辆无所遁形,增加其逃费行为所要付出的代价;加强媒体的宣传,最大程度的取得社会和民众的广泛支持。
基于SMS的移动通信网络自动监控系统所采取的是分布式体系结构,该结构主要由三部分组成,即终端监测仪、监控中心和移动短信息服务中心。其中,终端监测仪的功能主要是对系统中的特定内容进行监测,并在此基础上将监测到的数据以短信息的方式发送到监控中心。监控中心的功能主要是通过短信的方式,与各个终端实现信息数据的传输与共享,并以此为依据,对终端监测仪的工作参数进行科学设置。同时,监控中心还可以为移动通信用户提供查询和报表功能。而移动短信息服务中心的功能则主要是完成系统中终端监测仪和监控中心的短消息互发。
1.2系统的功能
如果想要将自动监控系统的各项功能顺利实现,对于终端监测仪的设置,除了要确保其满足系统的运行需求之外,还应该设置一套与之配套的软件系统。就目前终端监测仪的功能来看,应该满足以下几个方面:①通信质量参数的采集,这是终端监测仪的一项基础功能,通过对不同位置通信质量参数的有效采集,可以对通信整体质量有一个初步的了解,并针对不足之处,采取合理的优化措施。②通信质量参数的报送,系统在完成通信质量参数的采集之后,需要将采集的数据传输到控制中心,该环节是系统运行中的一个关键环节,为了能够确保传输质量,根据系统的特点,选择合理的报送方式是不容忽视的。目前,比较常用的报送方式有三种,即自报式、应答式和自报/应答兼容式。监控中心也是自动监控系统的一个重要组成部分,监控中心的功能主要包括以下几个方面:①对终端监测仪的参数进行修改;②打开和关闭选定终端监测仪自动发送采集数据功能;③通话质量等级测试;④拨打掉话频率测试;⑤修改自动监测仪上传采样数据的控制中心号码。
2终端监测仪的设计
2.1终端监测仪的硬件组成
就目前终端监测仪的硬件组成来看,主要包括了51系列单片机和GSM模块等。其中,为了进一步满足系统需求,GSM模块往往采用标准的移动通信模块,最常见的就是SiemensMC35,该模块可以提供标准的AT指令,在指令的控制下,可以一次完成6组数据的采集。也就是说,可以一次采集六个不同基站的工作参数。在系统运行过程中,单片机通过串口向GSM模块发送AT指令来控制模块的工作方式以及读取采集的网络参数,然后按照设计的协议将数据打成格式化的数据包再交给GSM模块,发送数据每个GSM模块中有一张SIM卡,监控中心通过每个监测仪的SIM卡号对它们进行分类管理和控制。
2.2终端监测仪的软件设计
给出的是终端监测仪的软件流程示意图,从图中我们能够看出,该软件流程大致可以分为前台和后台两个部分,其中,中断服务子程序这部分可以视为前台行为,利用函数完成相关操作这部分则可以视为后台行为。结合系统运行的特点和需求,终端监测仪的软件设计需要具备以下几个方面的功能:①自动发送通信质量参数和实时报警;②终端监测仪工作参数的设置和修改;③解决监控中心收到的通信质量参数延时问题;④防掉电功能。只有具备了上述功能,才能够进一步满足自动监控系统的运行需求。
3SMS和通信协议的设计
3.1移动短消息服务
移动短消息服务是GSM的一项重要业务,通过GSM所提供的网络平台,可以向监控中心传输固定长度的数据信息。与传真业务相同,都是GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。就目前该服务所涉及的业务类型来看,大致可以分为两种类型,一种是点到点短消息业务,另一种是小区广播短消息业务。
3.2SMS的特性与优点
之所以采用SMS为基础来对移动通信网络自动监控系统进行构建,主要是因为SMS具有诸多优点,这些优点主要体现在以下几个方面:①存储和转发功能,在进行短信息发送的时候,信息的渠道并不是由发送者直接到接收者,而是发送者———短信中心———接收者。②传达确认,当短信息成功传达至接收人之后,发送者会收到确认信息;③主叫号码自动显示,SMS中自动包含发送者的电话号码,接受者容易知道发送者并回复。
3.3通信协议的设计
通信协议的设计主要包括两个方面的内容,即通信协议的数据格式和协议的算法。在自动控制监控系统运行过程中,不同环节对于数据格式也有不同的要求,因此,设计人员应该结合系统的特点,设计一套完整的通信协议,以此来满足系统中数据的交互。采用移动短信的方式进行数据交换可以实现监测仪的任意布置投资成本小,运行维护费用低。
引言
铁路部门的雨量监测是有关铁路安全的一个重要环节。由雨量过多引起的洪水会影响铁路路基,引发列车交通事故。因此,为了确保交通命脉的安全,应及时将铁路沿线的雨量反馈至铁路管理部门。过去雨量监测是由各站点人工抄记雨量监测仪表数据,再汇总铁路管理部门。显然信息传送不及时,且存在人为因素,备案困难。
微型计算机的发展和计算机通信技术的提高,使得各种信息采集的自动化、实时性变为可能。作者成功地运用微型计算机和单片机组成主从式微机网络,将铁路雨量监测构成一个分布式雨量监测系统。该系统将单片机雨量监测仪采集的数据,自动地由MODEM汇集到系统主计算机,从而使几百公里长的远程通信既经济又可靠,大大提高了铁路部门抗灾的能力。
一、系统结构设计
雨量监测系统是由微型计算机和单片机组成的主从式微机网络。以单片机为核心的雨量监测仪分布在铁路各站点。该仪器功能有采集雨量、存储雨量信息、雨量报警、现场雨量曲线打印以及通信。管理部门以个人计算机为系统主机。雨量监测系统结构如图1所示。
从图1中看出系统主机直接与单片机建立通信联系。由于各站点远离系统主机,在不附加外部连线等硬件设施基础上,利用单片机加MODEM方式以及电话线实现单片机远程。系统主机可对各站部的单片机雨量监测仪进行各种设置及数据采集,单片机雨量监测仪根据雨量情况也可自动向系统主机发送当前雨量数据,这样就可做到及时提供现场的雨量情况。
二、单片机雨量监测仪及其远程通信
各站点的雨量监测仪以8051系列单片机为CPU,辅以定制的液晶显示器、SRAM、热敏式绘图仪、雨量传感器等,其原理框图如图2所示。图中W87E58是MCU,它兼容MCS-51单片机并具有32KB片内EEPROM。
单片机远程通信由ST16C450连接MODEM实现。ST16C450是一种通用异步接收发送器,内部有10个寄存器,其中有MODEM控制寄存器和MODEM状态寄存器。MCU通过这2个寄存器的操作实现对MODEM的控制并了解MODEM的工作状态,从而顺利进行数据通信。ST16C450进行通信前首先要对其进行初始化,即设置波特率、通信数据格式、是否使用中断等。ST16C450初始化后可采用程序查询或中断方式进行通信。
MODEM的使用主要有以下4个操作:
①初始化MODEM;
②拨号;
③应答到来的呼叫;
④挂断线路,使MODEM回到AT命令状态。
MODEM的控制由HayesAT命令集完成,程序可直接发送(以AT字符开始再加命令和参)数给MODEM。但是,AT命令无法完成系统间的文件传送,发送或接收文件必须由通信软件按预先规定的通信协议完成。
MODEM初始化命令串"AT&FS0=3","&F"重置MODEM,"S0=3"表示应答铃响3次。雨量监测仪MODEM初始化子程序如下:
MSTR:MOVR4,#0
MST0:MOVDPTR,#P3FE;MODEM状态寄存器地址
MST1:MOVXA,@DPTR
ANLA,#30H
CJNEA,#30H,MST1
MOVDPTR,#P3FD;通信线状态寄存器
MST2:MOVXA,@DPTR
JNBACC.5,MST2
MOVDPTR,#MTAB
MOVA,R4
MOVCA,@A+DPTR
JZMST3
MOVDPTR,#P3F3;数据发送保持寄存器
MOVX@DPTR,A
INCR4
SJMPMST0
MST3:RET
MTAB:DB41H,54H,26H,53H,30H,3DH,33H
DB0DH,0;AT&FS0=3
子程序执行后MODEM应答"OK",表示初始化完成。
MODEM拨号命令串"ATDTxxxxx",xxxxx是电话号码;拨号成功时MODEM将应答以"CONNECT"字符开始的字符串。单睡机与系统主机连接完成后,按通信协议所规定的数据串通信交换数据。数据通信结束后,程序发送挂断线路命令串"+++ATH0",MODEM自动断线,从而完成1次通信。
三、系统主机与雨量监测仪的通信
系统主机软件用VB5.0编制,运行于Windows95环境。整个软件由通信、日报表、月报表、年报表、设定、曲线图、报警等模块组成,操作平台如图3所示。主机可与30个站点的雨量监测仪连接。
程序中使用MSComm控件,通过向连接在串行口上的MODEM发送AT命令来控制。主机通信状况分为2类:主动通信和被动通信。下面分别加以介绍。
1.主动通信
主机向站点雨量监测仪传送报警设定值及收集当天或前天的雨量数据时称为主动通信。电话图标表示各站点的雨量监测仪,一旦被选中,程序就发出"ATDTxxxxx"拨号命令,雨量监测仪MDOEM处于自动应答方式被连接。MODEM连接成功后,主机会收到"CONNECT4800"信息,此时,主机就可以向站点发送命令和数据串。如果站点接收到正确数据,根
据命令代码(由通信协议规定)就可知道主机是要设定参数还是要收集当天或前天的雨量数据。若是收集雨量数据,站点雨量监测仪将雨量数据传送给主机;主机收到站点正确的雨量数据后,向MODEM发送"+++ATH0"离线挂机命令,结束本次通信。
主站发送的数据串里包括站点号、通信代码、当前日期和时间、警戒值及校验和等信息。用@K和@J作为开始和结束标志。
下面是主动通信的主要源程序:
PrivateSub主动通信(发送代码)
Dimi,j,ss,FsStr,ret
设置充许通信False
Fori=0T029''''工区数
If工区选中(i)Then
显示信息"拨号到"+工区名(i)+"..."
FsStr="ATDT"+电话号码(i)+vbCr
''''拨号的AT命令
ret=发送AT命令(FsStr,"CONNECT",60000)
''''发送拨号命令,限时60s
Ifret="正常"Then
FsStr=Format(i,"00")+发送代码
''''发送字符串组合
FsStr=FsStr+Format(Now,"yymmddhhmmss")
FsStr=FsStr+设定值
FsStr=FsStr+计算累加和(FsStr)
FsStr="@K"+FsStr+"@J"
ret=发送AT命令(FsStr,"@J",5000)
''''发送数据,等待接收串结束符@J
IfInStr(接收串,"@KCUO@J")Then
''''收到下位机的返回是"错"
显示"返回有错."信息处理
Else
处理接收串''''下位机接收正确
EndIf
显示"挂机..."信息处理
ret=发送AT命令("+++","OK",3000)
''''挂机,等待OK,限时3S
ret=发送AT命令("ATH0"+vbCrLf,"OK",3000)
EndIf
EndIf
Nexti
EndSub
2.被动通信
当站点监测到雨量超过警戒值时,就主动拨号给主机,对主机而言就是被动通信。平时主机MODEM也处于自动应答状态,随时可以接收站点呼叫。主机程序接收到正确数据串后,将数据记录到相应文件中保存,点亮操作平台上该站点的报警指示灯提醒用户,同时向站点发送"接收正确"的信息。站点收到主机正确信息后向MODEM发送"+++ATH0"离线挂机命令,结束本次通信。站点发来的数据串里包括站点号、通信代码、各种雨量数据、报警数据及校验和等信息。用@K和@J作为开始和结束标志。
被动通信部分的主要源程序如下:
PrivateSubMSComm1_OnComm()
DimstrSh,Shc
Shc=MSComm1.InBufferCount''''取接收字符个数
IfShc>0Then
strSh=MSComm1,Input''''取本次接收串
接收串=接收串+strSh
IfInStr(接收串,"RING")Then''''若是电话铃响
显示"接收数据..."信息算是''''显示接收数据信息
接收串=""
EndIf
IfInStr(接收串,"@J")Then''''收到接收串结束答@J
处理接收串''''处理接收串
EndIf
EndIf
1.2卫星通信MPLS网络体系MPLS网络体系可以将IP路由的控制和第二层交换无缝地集成起来,是目前最有前途的网络通信技术之一。卫星通信MPLS体系结构分为用户层、接入层、核心层三部分,其中,用户层包括卫星手持移动终端、小型专用局域网用户、其他网络用户等。各结构和网络体系将信息有效绑定、标注和转发,实现卫星的通信功能。
1.3卫星通信的抗干扰技术卫星运行在外太空,电磁环境复杂,统一受到太阳风、强磁暴等空间环境影响,导致出现信息干扰和信息失真,卫星通信的抗干扰技术主要依靠卫星传输链路中不同的抗干扰设备和系统完成其功能,抗干扰设备和系统主要有DS/FH混合扩频、自适应频域滤波、猝发通信、时域适应干扰消除、基于多用户检测的抗干扰、自适应信号功率管理、自适应调零天线、多波束天线、分集抗干扰、变换域干扰消除、纠错编码和交织编码抗干扰技术等。在软硬件共同的作用下阻断电磁干扰、过滤杂波、屏蔽信号污染、实现程序监视等功能。
2卫星通信技术的发展趋势
2.1通信卫星体积的发展趋势通信卫星体积正在向大型化和微型化两个方向发展。其一,各国把通信卫星体积建造得越来越大,以便实现高灵敏和强处理能力。其二,各国推出小型通信卫星,用多颗小卫星组网构成卫星通信网络代替单颗大卫星,具有方便发射和成本低廉等优点。
2.2卫星移动通信技术方兴未艾卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。随着频谱扩展、数字无线接入、智能网络技术的不断发展,卫星移动通信在向卫星个人通信方向演进,用手持机可实现方便接入卫星移动通信网,进行卫星移动通信。
2.3卫星互联网技术兴起将卫星通信网络转化为互联网中数据上下交换的链路,可将电话拨号、局域网等其他通信链路作为上行数据链路,还可以将下载和传输作为下行数据链路,利用卫星的特点实现地面随时连接互联网络。
2.4卫星通信向宽带化发展为了满足卫星通信系统用户对大数据量和高负荷的需求,卫星通信技术已向拓展直EHF频段发展,扩大频段的容量,大大减轻现有频谱拥挤现象,减少受电磁现象影响引发的信号闪烁和衰落,提高了卫星的抗干扰能力。使卫星通信部件尺寸和重量大大缩小和减轻,方便卫星搭载更多的通信设备。
2.5卫星通信光通信化发展卫星光通信是利用激光进行卫星间通信,达到降低卫星通信系统设备质量和体积,提高卫星通信保密性等目的。