時(shí)間：2022-07-30 20:42:48
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇現(xiàn)代無線通信技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：無線通信；起重作業(yè)；溝通
前言
目前，劉家峽水電廠廠房安裝間安裝有兩臺(tái)400噸橋式起重機(jī)，作用是承擔(dān)水輪發(fā)電機(jī)組各部件分解檢修及安裝間各種起重吊裝任務(wù)。其作業(yè)方式為現(xiàn)場指揮人員手勢(shì)及哨音發(fā)令，天車司機(jī)受令執(zhí)行操作的方式。這種方式為單方向發(fā)令并執(zhí)行的操作，并沒有反饋環(huán)節(jié)，造成指揮人員與天車司機(jī)相互間無法溝通。由于廠房安裝間環(huán)境復(fù)雜，而且指揮人員與天車司機(jī)相距直線甚至達(dá)到30米， 并且環(huán)境嘈雜，經(jīng)常出現(xiàn)受令司機(jī)錯(cuò)誤理解指揮人員指令，或者兩臺(tái)天車同時(shí)作業(yè)時(shí)兩組作業(yè)人員相互產(chǎn)生干擾的情況。隨著科學(xué)的進(jìn)步，設(shè)備的更新，指揮人員與天車司機(jī)的及時(shí)溝通顯得尤為重要。
1 無線通信技術(shù)
無線通信，顧名思義就是利用無線電波（非線纜）來實(shí)現(xiàn)與設(shè)備位置無關(guān)的人機(jī)信息交互。在工作現(xiàn)場。一些環(huán)境下禁止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線通信系統(tǒng)很難發(fā)揮作用，因?yàn)闊o線通信效地彌補(bǔ)了有線通信的不足。
2 無線通信技術(shù)在使用時(shí)的特點(diǎn)
2.1 無線通信的優(yōu)點(diǎn)：
（1）無線通拓?fù)涓m合工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，支持點(diǎn)到點(diǎn)的連接以及廣播拓?fù)洌?/p>
（2）不需要布線，省去施工的麻煩，保證通信安全性。
2.2 無線通信的缺點(diǎn)：
（1）由于工作環(huán)境為發(fā)電廠，所以內(nèi)場電磁場非常強(qiáng)大，無線通信會(huì)受到干擾；
（2）作業(yè)現(xiàn)場并排擺放發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)控制柜，無線通信會(huì)干擾勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)行。
3 無線通信在起重作業(yè)中的應(yīng)用
從前面的介紹不難發(fā)現(xiàn)，無線通信技術(shù)具有著非常明顯的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。本文以現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況為出發(fā)點(diǎn)，探討無線通信技術(shù)在兩臺(tái)橋式起重機(jī)人機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用。如圖1所示。
3.1 現(xiàn)場總體控制
現(xiàn)場總指揮可以直接向兩臺(tái)天車指揮人員下達(dá)吊裝命令，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)吊裝過程的總體控制，以及總體吊裝方案的實(shí)施。
3.2 單臺(tái)天車人機(jī)交互
天車指揮人員接到吊裝命令后，在具體作業(yè)過程中可以直接向天車司機(jī)下達(dá)明確指令。而天車司機(jī)自身或天車遇到問題時(shí)也可以反饋給天車指揮人員，從而有效的避免了單向信息流造成的不可控現(xiàn)象。而且由于天車指揮人員直接看到被吊裝設(shè)備的實(shí)際情況，如果被吊裝設(shè)備出現(xiàn)問題可以及時(shí)果斷的進(jìn)行緊急停車操作，從而極大地降低了現(xiàn)場發(fā)生事故和誤操作的概率。
3.3 雙天車聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)
水輪發(fā)電機(jī)組分解過程中，分解起吊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)需要雙天車聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，而且發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子線棒之間間隙很小，此時(shí)兩臺(tái)天車聯(lián)動(dòng)動(dòng)作過程中的平衡性及同步性顯得尤為重要。而兩組天車操作組在正式起吊前的鋼絲繩預(yù)緊及尋找平衡點(diǎn)的工作最重要的溝通協(xié)作可以方便的實(shí)現(xiàn)。
4 無線通信在應(yīng)用中缺點(diǎn)的克服
無線通信實(shí)際是電磁波來傳遞信息，所以在發(fā)電廠這個(gè)強(qiáng)磁場特殊環(huán)境中有自身的缺點(diǎn)。
從原理上出發(fā)，只要所在磁場與無線通信的電磁波不是同一個(gè)頻率就可以有效克服它在使用過程中的缺點(diǎn)。所以我們?cè)诓捎脽o線通信時(shí)，可以使用無線信號(hào)數(shù)字加密、解密方式，這樣不僅無線通信自身不會(huì)受到感染，而且無線通信電磁波也不會(huì)影響發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化原件工作。
結(jié)束語
隨著科學(xué)的進(jìn)步，設(shè)備的更新，在多工種協(xié)同作業(yè)過程中對(duì)起重操作要求越來越嚴(yán)格的情況下，我們使用無線通信技術(shù)對(duì)整個(gè)作業(yè)過程“可控、在控”成為可能。并且它適用于各種工業(yè)環(huán)境，即使在極惡劣的情況下也能夠保證安全性和可靠性。無線通信在起重作業(yè)的發(fā)展空間十分巨大！
致謝
在本次論文寫作過程中，感謝各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)予以的大力支持，同時(shí)感謝機(jī)械分場起重班各位同事為本文提供建議及信息反饋。
同時(shí)由于專業(yè)知識(shí)有限，誠懇地請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)對(duì)本論文多加批評(píng)指正，使我們及時(shí)完善論文的不足之處。
謹(jǐn)此致謝！
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 紀(jì)越峰等.現(xiàn)代通信技術(shù).北京郵電大學(xué)出版社，2002年3月
【關(guān)鍵詞】無線通信；技術(shù)；測繪工程；應(yīng)用
1前言
計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和信息數(shù)字化的高新技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了當(dāng)代測繪工程的迅猛發(fā)展，同時(shí)帶來了巨大且富有現(xiàn)實(shí)意義的發(fā)展前景和發(fā)展空間，測繪工程在理論方面或者是在實(shí)際操作上發(fā)生了翻天覆地的改變，由圖紙化的傳統(tǒng)測量技術(shù)向電子化的現(xiàn)代測量技術(shù)邁進(jìn)，這將對(duì)采樣收集空間數(shù)據(jù)方面有著非常重要的積極影響，這不僅是時(shí)代潮流變化的發(fā)展要求，也是創(chuàng)建科技中國的首要任務(wù)。當(dāng)然，關(guān)于常規(guī)化的通信技術(shù)運(yùn)用在測繪工程上是無法滿足測繪工程發(fā)展的時(shí)代要求，所以我們要探究更為完美的無線通信技術(shù)，無線通信技術(shù)不僅能提高測繪工程的工作效率，使得在室外也能進(jìn)行通訊并完成作業(yè)，解決了傳統(tǒng)上圖紙化作業(yè)的難題，降低了測繪人員的工作難度，減少了人力資源和時(shí)間的浪費(fèi)，增強(qiáng)了測繪工程的準(zhǔn)確度，這對(duì)測繪工程的改革與發(fā)展有著重要的積極作用。
2無線通信技術(shù)的概述
無線通信（Wirelesscommunication）是一種通過電磁波等信號(hào)媒介進(jìn)行信息交換的通信方式。無線通信系統(tǒng)由多個(gè)移動(dòng)站與一個(gè)基準(zhǔn)站組成。移動(dòng)站主要包括了電源、主機(jī)、GPRS等，另外基準(zhǔn)站則包括GPS天線、電源、網(wǎng)管服務(wù)器等。
3無線通信系統(tǒng)兩大模塊的特點(diǎn)及表現(xiàn)
3.1無線通信系統(tǒng)中的硬件部分
硬件在選擇設(shè)備方面最重要還是單片機(jī)的選擇。單片機(jī)作為硬件部分的軸心，選擇符合要求的單片機(jī)對(duì)準(zhǔn)確傳送原始數(shù)據(jù)和整個(gè)無線通信系統(tǒng)的正常工作有著極其重要的影響。單片機(jī)應(yīng)該要符合數(shù)據(jù)傳送速度快、精確率高、穩(wěn)定性能好、傳送長度長且具有語音傳送功能和能夠縮短數(shù)據(jù)處理時(shí)間的透明傳送功能等要求。同時(shí)也要考慮單片機(jī)的便攜性、占據(jù)空間的大小和損耗能量的多少。處于無線通信系統(tǒng)硬件部分的重要位置的部件———天線，能在輻射無線信號(hào)和接受無線信號(hào)的過程中正常安全在電磁波與高頻率電信號(hào)之間實(shí)施相互轉(zhuǎn)換反應(yīng)。在選擇天線時(shí)，天線的指向圖要符合無線通信系統(tǒng)的電磁波覆蓋的標(biāo)準(zhǔn)，天線自身的功能特點(diǎn)要滿足無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。例如，天線的長度大小要根據(jù)實(shí)際操作情況來選擇適合的天線，為了提高便攜性，天線接受信號(hào)的一端應(yīng)選擇螺旋式；為了便于工作人員的安裝，天線輻射無線信號(hào)的一端應(yīng)選擇較短的天線。移動(dòng)站與副站應(yīng)該選擇定向天線輻射集中程度的參數(shù)小的天線，相反，基準(zhǔn)站與主站則選擇定向天線輻射集中程度的參數(shù)大的天線。由于信號(hào)在傳輸介質(zhì)中傳播時(shí)，將會(huì)有一部分能量轉(zhuǎn)化成熱能或者被傳輸介質(zhì)吸收，從而造成信號(hào)強(qiáng)度不斷減弱，因此在饋線的選擇上要選擇大直徑的饋線，避免信號(hào)強(qiáng)度的發(fā)生過度耗損。因?yàn)轲伨€越長，其自身損耗的能量也越大，因此，在安裝過程中要盡可能地縮減饋線的長度，保證通信的正常運(yùn)行。作為硬件部分中不可或缺的部件———電源，它的作用是不可忽視的，在選擇電源的時(shí)候，要在確保無線通信系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上盡可能選擇電波較小的，這樣才能防止干擾電臺(tái)接收的現(xiàn)象發(fā)生。無須手持掛在肩上即可對(duì)講的對(duì)講機(jī)———肩咪，是由揚(yáng)聲器和話筒構(gòu)成的，是無線通信系統(tǒng)硬件部分的構(gòu)成部件。不同信號(hào)臺(tái)之間的溝通交流可以通過肩咪來實(shí)現(xiàn)，在測繪工程的實(shí)際操作現(xiàn)場中，現(xiàn)場觀測人員在測繪中或者進(jìn)行檢查工作時(shí)發(fā)現(xiàn)問題可以及時(shí)利用肩咪與設(shè)計(jì)繪圖員進(jìn)行溝通，克服困難，解決問題，從而保證測繪工程順利進(jìn)行。
3.2無線通信系統(tǒng)的軟件部分
當(dāng)無線通信系統(tǒng)的硬件部分完成將獲得的原始數(shù)據(jù)傳送到終端，系統(tǒng)的軟件部分就開始發(fā)揮其自身作用，處理原始數(shù)據(jù)，給工作人員在測繪過程中帶來了方便。在當(dāng)前有關(guān)測繪的通信軟件中，GIS處于極其重要的地位。數(shù)據(jù)通信是將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來從而產(chǎn)生新的通信方式。要在不同地區(qū)之前實(shí)現(xiàn)傳輸信息的目的就一定要有傳輸信道，按照不同的傳送媒介，分為無線數(shù)據(jù)通信和有線數(shù)據(jù)通信。它們都是利用傳輸信道使得數(shù)據(jù)終端和計(jì)算機(jī)相聯(lián)結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端各種資源共享。在軟件部分的設(shè)計(jì)編寫方面，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)普遍適用各個(gè)客戶終端的掛載辦法是首要任務(wù)。來自微軟公司設(shè)計(jì)開發(fā)的ActiveX模式，有著能夠擺脫詳盡的編程語言，并能很好的使用到大部分的軟件開發(fā)環(huán)境中，而且可以對(duì)原來存在的軟件進(jìn)行直接升級(jí)。在這種模式下開發(fā)運(yùn)行，使得無線通信系統(tǒng)中的軟件部分在連接網(wǎng)絡(luò)的條件下實(shí)現(xiàn)交互的目的。軟件部分的設(shè)計(jì)開發(fā)一旦設(shè)計(jì)了符合標(biāo)準(zhǔn)要求的框架，增強(qiáng)軟件自身的通用性、可嵌入性、可植入性，就能保證無線通信系統(tǒng)在測繪工程中的合理運(yùn)行和使用。
4無線通信技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用分析
論文主要分析了GPRS無線通信技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用情況，與傳統(tǒng)的測繪方式相比較，GPRS無線通信技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，具有實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。利用網(wǎng)絡(luò)使得移動(dòng)站中的GPRS無線數(shù)據(jù)終端與基準(zhǔn)站的網(wǎng)管服務(wù)器連接起來，同時(shí)保證網(wǎng)管服務(wù)器的連接口與主機(jī)保持連接狀態(tài)，與此同時(shí)，在基準(zhǔn)站的作用下數(shù)據(jù)會(huì)不斷進(jìn)行修正，利用網(wǎng)絡(luò)連接使得GPRS無線數(shù)據(jù)終端能接收到數(shù)據(jù)，從而傳送到移動(dòng)站，并通過主機(jī)精確計(jì)算出所在的位置，測繪工作人員才能知道具體的基準(zhǔn)站位置。在無線通信技術(shù)的實(shí)際操作與應(yīng)用中，要?jiǎng)?chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的測繪工程管理體系，才能保證數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，才能保證測繪工程作業(yè)的有效順利進(jìn)行。在傳統(tǒng)的測繪工程中，工作區(qū)的建立都伴隨這臨時(shí)基準(zhǔn)站，其工效和信息傳輸接收效率都非常低，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市化也逐漸發(fā)展成型，測繪工程量也越來越大，內(nèi)容也越來越繁雜，傳統(tǒng)的測繪方式已經(jīng)不再滿足時(shí)代潮流發(fā)展的需求，使用新興的無線GPRS無線通信技術(shù)，不僅能夠提高測繪工程的工作效率和信號(hào)發(fā)射接收效率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性、安全性，確保測繪工程的順利進(jìn)行。
5結(jié)語
總的來說，新型無線通信技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用，不僅能夠打破傳統(tǒng)的空間測繪模式，達(dá)成室外隨時(shí)隨地通訊的目的，還能推動(dòng)無紙化測繪方式的發(fā)展，提高測繪作業(yè)的工作效率，降低測繪人員的工作壓力，減少在時(shí)間和人力資源上不必要的浪費(fèi)。無線通信技術(shù)在測繪工程的發(fā)展應(yīng)用，給測繪產(chǎn)業(yè)帶來了不可估量的發(fā)展前景和發(fā)展空間，推動(dòng)了測繪行業(yè)的迅猛發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]陳剛，羌鈴鈴.如何實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)雙平面容災(zāi)[J].通信技術(shù)，2011，44（03）：103~105.
[2]何壽福.無線通信技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用研究[J].通信技術(shù)，2012（7）
關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)；軍隊(duì)；安全；物理層安全；可見光通信
中圖分類號(hào)：TN 929.3
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.004
0 引言
進(jìn)入二十一世紀(jì)的第二個(gè)十年以來，信息已經(jīng)成為人類社會(huì)文明進(jìn)步的要素資源，成為現(xiàn)代社會(huì)持續(xù)發(fā)展的基本條件。信息網(wǎng)絡(luò)空間已經(jīng)成為繼陸、海、空、天之后的第五大國家疆域，成為世界各國戰(zhàn)略競爭的重要領(lǐng)域。信息安全已成為與國防安全、能源安全、糧食安全并列的四大國家安全領(lǐng)域之一。
近些年來，以美國為代表的信息技術(shù)強(qiáng)國利用自身所壟斷的全球信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加緊構(gòu)建信息安全保障和攻擊體系，以進(jìn)一步鞏固其在網(wǎng)絡(luò)空間的統(tǒng)治地位。在美國現(xiàn)有的國家信息安全體系中，政府、IT企業(yè)和社會(huì)團(tuán)體分工協(xié)作，相互配合，共同推進(jìn)美國國家和軍隊(duì)的信息安全體系建設(shè)。當(dāng)前，美國政府部門作為信息安全戰(zhàn)略制定、網(wǎng)絡(luò)和信息安全項(xiàng)目策劃、網(wǎng)絡(luò)情報(bào)偵查、網(wǎng)絡(luò)防御以及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)攻的主導(dǎo)者，引領(lǐng)了整個(gè)美國信息安全領(lǐng)域的發(fā)展和規(guī)劃。其主要部門包括國土安全部、國防部、美軍網(wǎng)電司令部、商務(wù)部、聯(lián)邦調(diào)查局以及中央情報(bào)局；美國的IT企業(yè)則是網(wǎng)絡(luò)攻防的具體實(shí)施機(jī)構(gòu)和重要支撐單位，是美國政府和軍隊(duì)海量情報(bào)數(shù)據(jù)的來源，同時(shí)也是實(shí)施網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)的實(shí)施主體；而美國及其盟國中一些非營利性團(tuán)體和學(xué)術(shù)組織則為美國政府和軍隊(duì)提供了輿論和技術(shù)層面的支持，同時(shí)進(jìn)行了人才的輸出，以支撐日益強(qiáng)大的美國信息作戰(zhàn)部隊(duì)。
隨著無線與移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展，拋開有線束縛的無線通信技術(shù)為國家和軍隊(duì)的指揮和作戰(zhàn)帶來了極大的便利性，然而也埋下了極大的安全隱患。截至2014年年底，美國情報(bào)和軍隊(duì)相關(guān)部門在無線網(wǎng)絡(luò)中偵收和攻擊獲得的情報(bào)已經(jīng)占到美國情報(bào)總量的約57.6%，凸顯了當(dāng)前國家和軍隊(duì)無線網(wǎng)絡(luò)安全的嚴(yán)峻態(tài)勢(shì)。美軍網(wǎng)電司令部2015年戰(zhàn)略規(guī)劃指南顯示，未來美軍網(wǎng)電部隊(duì)將把無線領(lǐng)域作為網(wǎng)絡(luò)攻防作戰(zhàn)的重點(diǎn)，這對(duì)我國國防和軍隊(duì)網(wǎng)絡(luò)安全體系和技術(shù)提出了新的考驗(yàn)。本論文從歷史出發(fā)，對(duì)交換技術(shù)進(jìn)行了簡要的回顧，指出了當(dāng)前交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸以及問題，并基于前沿的下一代智能網(wǎng)絡(luò)以及大數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)提出了展望和設(shè)想。
1 軍隊(duì)無線網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)狀
我國的互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)和各類專網(wǎng)（包含軍網(wǎng)）組成的國家基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是國家和軍隊(duì)信息安全防護(hù)的重要對(duì)象，但是這些基礎(chǔ)社會(huì)建設(shè)過程中普遍存在著重建輕防，甚至只建不防的問題，造成網(wǎng)絡(luò)信息安全體系構(gòu)建的極大障礙。
當(dāng)前，我軍無線網(wǎng)絡(luò)通信手段主要包含戰(zhàn)場衛(wèi)星通信、短波電臺(tái)通信、水下潛艇長波通信等戰(zhàn)時(shí)通信手段，以及軍隊(duì)日常辦公所使用的蜂窩網(wǎng)移動(dòng)手機(jī)通信、單位無線局域網(wǎng)（Wi-Fi）以及家庭使用的寬帶及家庭無線局域網(wǎng)等非戰(zhàn)時(shí)通信手段。由于戰(zhàn)時(shí)通信技術(shù)具有較強(qiáng)的應(yīng)用層加密以及物理層跳頻和擴(kuò)頻保障，傳統(tǒng)的竊密和攻擊手段并不能很快奏效，反而是和平時(shí)期工作用無線局域網(wǎng)、個(gè)人手機(jī)、家庭Wi-Fi等上網(wǎng)和通話極易被偵聽和竊密，導(dǎo)致無意識(shí)泄密。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014年以來軍隊(duì)、軍工企業(yè)等軍事相關(guān)單位因手機(jī)、家庭寬帶/Wi-Fi等被攻擊及竊聽的事件約470起，造成不可估量的軍事、經(jīng)濟(jì)以及國家核心技術(shù)損失。
美國憑借其在信息領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，不斷將其技術(shù)和設(shè)備輸出到中國，而國產(chǎn)化設(shè)備的低性能、高價(jià)格等不足進(jìn)一步導(dǎo)致了黨政軍系統(tǒng)中日常無線網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備國產(chǎn)化程度極低，使得日常無線網(wǎng)絡(luò)的安全防線處于近乎失靈的狀態(tài)。在美國IT跨國公司和美國網(wǎng)絡(luò)部隊(duì)等諸如“棱鏡”項(xiàng)目面前，我軍的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和重要信息系統(tǒng)幾乎完全處于不設(shè)防狀態(tài)。諸如思科、微軟、英特爾、IBM等IT企業(yè)幾乎完全控制了我國高端IT產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用。據(jù)Gartner數(shù)據(jù)顯示，Windows系列操作系統(tǒng)在我國市場占有率超過9成，英特爾在微處理器市場上占有率也超過8成，谷歌的安卓操作系統(tǒng)在我國市場占有率達(dá)到8成。即使是國產(chǎn)的聯(lián)想、酷派等手機(jī)，其核心芯片和操作系統(tǒng)也多是國外生產(chǎn)，使得我國無法從技術(shù)層面根除安全隱患。
2 解決方案：物理層安全技術(shù)和可見光通信技術(shù)
針對(duì)目前日常軍隊(duì)無線網(wǎng)絡(luò)安全性的問題，本文提出了兩種可行的改進(jìn)方案，能夠在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，從防止無線信號(hào)被偵收和泄漏的角度實(shí)現(xiàn)日常狀態(tài)下部隊(duì)營區(qū)無線通信的安全保密。
在現(xiàn)有的通信系統(tǒng)中，通信的保密性主要依賴于基于計(jì)算密碼學(xué)的加密體制，早在20世紀(jì)初就已有人提出將傳輸?shù)男畔⑴c密鑰取異或的方法來增強(qiáng)信息傳遞的安全性。這種基于密鑰的加密方法首次由Shannon于1949年給出了數(shù)學(xué)的理論分析。假設(shè)發(fā)送者希望把信息M秘密地發(fā)送給接收者，稱M為明文信息。則加密的過程為，在發(fā)送端，發(fā)送者通過密鑰K以及加密算法f對(duì)所要傳輸?shù)拿魑腗進(jìn)行加密，得到密文S。在接收端，接收者通過密鑰K以及與加密算法相應(yīng)的解密算法，我們用f-1標(biāo)記，來進(jìn)行解密，從而得到明文M。通過對(duì)加解密過程的觀察，可以得知，有兩個(gè)方法防止竊聽者從竊聽到的S中獲取明文M： 一個(gè)是竊聽者不知道密鑰K，另外一個(gè)是解密算法非常困難，竊聽者難以在有限的時(shí)間用有限的資源進(jìn)行解密。基于這兩個(gè)方法，延伸出了現(xiàn)代通信系統(tǒng)中非常常見的兩種加密形式，一個(gè)是對(duì)稱密鑰加密，一個(gè)是非對(duì)稱密鑰加密。
現(xiàn)代密碼學(xué)的加密體制主要是在物理層之上的幾層來實(shí)現(xiàn)的，譬如MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等等，故有時(shí)也稱基于現(xiàn)代密碼學(xué)的安全為上層安全。物理層對(duì)于現(xiàn)代密碼學(xué)加密體制來說是透明的，即物理層安全與上層安全是獨(dú)立的。下面分別介紹物理層安全的兩個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)，分別是：竊聽信道模型和安全傳輸速率。竊聽信道模型是物理層安全所研究的基本信道模型，安全傳輸速率是衡量物理層安全系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。
物理層安全主要是利用特殊的信道編碼和無線信道的隨機(jī)特性使得秘密通信得以進(jìn)行，它與現(xiàn)代密碼學(xué)不同之處在于，其安全程度并不依賴于Eve的計(jì)算強(qiáng)度，而是依賴無線信道環(huán)境的隨機(jī)特性。但是，從保密環(huán)節(jié)上來說，物理層安全與傳統(tǒng)的計(jì)算密碼學(xué)的安全卻有著本質(zhì)的相似之處。如圖1所示。物理層安全中的編碼調(diào)制環(huán)節(jié)和信道的隨機(jī)性是安全通信的必要條件，正如現(xiàn)代密碼學(xué)體制中的加密算法和密鑰。編碼調(diào)制環(huán)節(jié)是指Alice根據(jù)Alice-Bob和Alice-Eve信道的信道條件，通過獨(dú)特的信道編碼來保證Alice與Bob之間安全又可靠的通信。從安全的角度來說，編碼調(diào)制環(huán)境可以被看作現(xiàn)代密碼學(xué)中的加密過程，信息加密后生成的密文記為Xn。密文經(jīng)過無線信道和解調(diào)譯碼可以等同為現(xiàn)代密碼學(xué)中的解密環(huán)節(jié)，其中信道信息{h，g}可以看作公共密鑰，而Bob接收端的噪聲可以看作Bob的私鑰，Eve是沒有辦法獲得的。因此密文通過Bob的無線信道和解調(diào)譯碼，可以被Bob正確地譯碼解密；而此密文通過Eve的無線信道和解調(diào)譯碼，Eve是不能獲得任何信息的。由此可見，雖然物理層安全與傳統(tǒng)的基于現(xiàn)代密碼學(xué)的加密原理是完全不同的，但是它們?cè)趯?shí)現(xiàn)框架上卻也能夠找到共同點(diǎn)。物理層安全可以看作是以調(diào)制編碼等發(fā)送端的技術(shù)為“加密算法”，充分利用Alice-Bob和Alice-Eve之間無線信道的差異性，把無線信道看作“加密密鑰”，從而使得Alice與Bob之間形成了安全可靠的通信。
物理層安全技術(shù)由于可以獨(dú)立于上層而單獨(dú)實(shí)現(xiàn)秘密通信，因此在無線通信系統(tǒng)中，可以在保證現(xiàn)有上層安全措施不變的情況下，補(bǔ)充物理層傳輸?shù)陌踩＿@使得通信系統(tǒng)的安全性能得到額外一層的保護(hù)。另一方面，將物理層安全用來傳輸現(xiàn)代密碼學(xué)中的密鑰，也是增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性的一種方法。
從實(shí)現(xiàn)的角度講，當(dāng)前傳統(tǒng)的無線路由器等均使用了全向天線進(jìn)行傳輸，有可能導(dǎo)致無線信號(hào)泄漏至營區(qū)外部造成泄密。由于物理層安全技術(shù)方案的存在，除了進(jìn)行傳統(tǒng)的上層密碼和傳輸加密以外，考慮利用物理層定向天線和波束賦形技術(shù)使得無線信號(hào)定向的向營區(qū)內(nèi)部輻射，使得竊聽者獲取的信息量近乎為0，從而進(jìn)一步降低失泄密的風(fēng)險(xiǎn)，這是物理層安全技術(shù)在現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用改進(jìn)。
根據(jù)香農(nóng)公式，假設(shè)發(fā)射端信號(hào)表示為：y=hx+z，那么正常接收者bob收到的信號(hào)可以表示為：
此時(shí)人造噪聲設(shè)計(jì)對(duì)Bob沒有產(chǎn)生干擾的方向上均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)用戶的正常信號(hào)發(fā)送，但是使得竊聽用戶獲得的干擾最大化，可用信息最小。
可見光通信（Visible Light Communications）是指利用可見光波段的光作為信息載體，不使用光纖等有線信道的傳輸介質(zhì)，而在空氣中直接傳輸光信號(hào)的通信方式，簡稱“VLC”。
普通的燈具如白熾燈、熒光燈（節(jié)能燈）不適合當(dāng)作光通信的光源，而LED燈非常適合做可見光通信的光源。可見光通信技術(shù)可以通過LED燈在完成照明功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，用戶可以方便地使用自己的手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)智能終端接收這些燈光發(fā)送的信息。該技術(shù)可廣泛用于導(dǎo)航定位、安全通信與支付、智能交通管控、智能家居、超市導(dǎo)購、燈箱廣告等領(lǐng)域，特別是在不希望或不可能使用無線電傳輸網(wǎng)絡(luò)的場合比如飛機(jī)上、醫(yī)院里更能發(fā)揮它的作用。可見光通信兼顧照明與通信，具有傳輸數(shù)據(jù)率高、安全性強(qiáng)、無電磁干擾、節(jié)能、無需頻譜認(rèn)證等優(yōu)點(diǎn)，帶寬是Wi-Fi的1萬倍、第四代移動(dòng)通信技術(shù)的100倍，是理想的室內(nèi)高速無線接人方案之一。
據(jù)美國DAPRA報(bào)道，美軍已經(jīng)生產(chǎn)出軍用可見光網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)設(shè)備，用于國防部等軍事機(jī)關(guān)和設(shè)施的高速無線網(wǎng)絡(luò)通信。由于可見光室內(nèi)傳輸光源直接指向用戶且傳輸距離遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的微波無線通信，在不考慮人為主動(dòng)泄密的情況下，可見光通信信號(hào)是無法截獲的，從技術(shù)上為通信的有效性和可靠性提供了強(qiáng)有力的支撐。
圖2給出了微波無線通信和可見光通信之間的比較。對(duì)于手機(jī)、Wi-Fi等微波無線通信手段，除了目標(biāo)用戶能夠接收到無線信號(hào)以外，由于無線電波是全向發(fā)射的，竊聽者完全可以收到相同的信號(hào)，從而進(jìn)行破譯或者攻擊，帶來安全隱患；而可見光通信依賴于室內(nèi)的LED燈具，通常燈具會(huì)直接部署在工位上方，而照明具有定向發(fā)射的特點(diǎn)，因此位于營區(qū)外部的竊聽者無法收到任何信號(hào)，不能進(jìn)行竊聽。從實(shí)現(xiàn)上講，可見光通信可以方便的利用LED臺(tái)燈、屋頂燈等照明燈具，通過加裝調(diào)制解調(diào)模塊即可使得燈具具有高速數(shù)據(jù)傳輸功能，可供營區(qū)內(nèi)臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等高速無線上網(wǎng)，滿足高清視頻會(huì)議等高帶寬需求。
目前，關(guān)于可見光通信在室內(nèi)外各種復(fù)雜環(huán)境下的信道測量與建模的工作還很欠缺，只有少量的研究結(jié)果。尤其是在有強(qiáng)光干擾、煙霧和灰塵遮擋的環(huán)境下的信道干擾模型，更是需要亟待解決的問題。
3 結(jié)論
軍隊(duì)作為國家的武裝力量，其信息安全問題尤為重要。在和平時(shí)期，如何從技術(shù)手段保證軍隊(duì)手機(jī)、Wi-Fi等無線通信安全，防止和平時(shí)期敵對(duì)勢(shì)力進(jìn)行的無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)偵收和網(wǎng)絡(luò)攻擊，是當(dāng)前要重點(diǎn)關(guān)注的問題。
論文摘 要:消防通信規(guī)劃是城市消防規(guī)劃中的重要內(nèi)容,本文論述了目前我國消防通信規(guī)劃的現(xiàn)狀及編制中存在的問題,詳細(xì)介紹了消防部隊(duì)信息通信體系建設(shè)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì),分析了當(dāng)前消防通信規(guī)劃編制和實(shí)施中的重點(diǎn)問題,為消防通信規(guī)劃編制工作提供參考建議。
1、前言
隨著我國應(yīng)急救援體系的發(fā)展,消防部隊(duì)已逐步成為城市主要的應(yīng)急救援力量,廣泛參與到自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、社會(huì)安全事件等公共突發(fā)事件的應(yīng)急救援處置中,并承擔(dān)了部分非緊急的社會(huì)救助任務(wù)。消防通信是消防部隊(duì)開展滅火救援行動(dòng)的根本保障,是未來城市應(yīng)急救援體系中信息通信的主要組成部分。美國911恐怖襲擊事件中警察和消防員未建立統(tǒng)一的通信手段而造成的慘痛教訓(xùn)凸現(xiàn)出城市消防通信規(guī)劃的重要性,所以在城市消防規(guī)劃編制過程中合理規(guī)劃和部署消防通信的建設(shè)和發(fā)展,在規(guī)劃方針的指導(dǎo)下逐步建立和完善城市消防通信體系,是消防部隊(duì)在執(zhí)勤備戰(zhàn)和災(zāi)害救助中全面發(fā)揮應(yīng)急救援能力的根本保障。
2、消防通信規(guī)劃的現(xiàn)狀
消防通信規(guī)劃的編制主要由城市規(guī)劃設(shè)計(jì)單位和消防部門共同完成。由于城市建設(shè)和通信技術(shù)的高速發(fā)展,各地消防通信系統(tǒng)也在不斷的擴(kuò)展和升級(jí),消防通信建設(shè)所依據(jù)的《消防通信指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范文件的要求與目前的應(yīng)用現(xiàn)狀相差較大,內(nèi)容滯后且不全面,對(duì)規(guī)劃編制的指導(dǎo)意義不夠充分,一些通信指揮系統(tǒng)雖已達(dá)到火災(zāi)報(bào)警、火警受理、滅火救援通信調(diào)度等應(yīng)用的基本要求,實(shí)際中卻不能滿足新形勢(shì)下消防部隊(duì)?wèi)?yīng)急救援通信指揮的需求。并且由于消防通信規(guī)劃的專業(yè)性較強(qiáng)、技術(shù)要求高、涉及的領(lǐng)域廣泛繁多、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展不均衡等方面的原因,使消防通信規(guī)劃的編制工作難以有效和深入開展,造成部分城市消防通信規(guī)劃的內(nèi)容空泛、缺乏深度、可操作性較差,不能切實(shí)有效的指導(dǎo)城市消防通信建設(shè)和發(fā)展。此外我國的應(yīng)急管理體系建設(shè)起步較晚,部分消防通信規(guī)劃內(nèi)容僅片面集中于火災(zāi)事故方面,缺乏城市應(yīng)急救援總體發(fā)展的綜合考慮,造成消防通信建設(shè)與城市應(yīng)急救援體系建設(shè)脫節(jié)。
3、消防通信建設(shè)現(xiàn)狀
消防部隊(duì)的信息通信建設(shè)按照公安部消防局信息化建設(shè)的總體規(guī)劃部署和具體要求展開,實(shí)施主要依靠當(dāng)?shù)卣?cái)政撥款、當(dāng)?shù)毓膊块T和電信部門的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及消防部隊(duì)自身的信息化裝備建設(shè)來完成,目前各級(jí)消防部隊(duì)均已形成了相對(duì)獨(dú)立的消防信息通信體系。以下將從基礎(chǔ)通信網(wǎng)、消防通信指揮中心、消防綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)等幾個(gè)消防規(guī)劃中涉及的重點(diǎn)方面具體展開論述。
3.1 基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)
基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)是消防通信和城市應(yīng)急通信的基礎(chǔ)設(shè)施,網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)直接決定了消防部隊(duì)的信息應(yīng)用能力,所以基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是消防通信規(guī)劃的重點(diǎn)。目前消防部隊(duì)依托公安信息網(wǎng)、公眾電信網(wǎng)、無線超短波通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等多種通信網(wǎng)絡(luò)傳輸語音、圖像和數(shù)據(jù),形成了一套較為完整的消防通信網(wǎng)絡(luò)體系,以下歸納為計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)、有線通信網(wǎng)、無線通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信和短波通信網(wǎng)等幾部分介紹。
3.1.1 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)
目前消防部隊(duì)各級(jí)單位均已接入了以公安信息網(wǎng)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng),這一網(wǎng)絡(luò)是消防部隊(duì)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),承擔(dān)滅火救援指揮調(diào)度、消防綜合信息管理等大部分信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞,并可實(shí)現(xiàn)ip語音電話和視頻傳輸?shù)榷嗝襟w應(yīng)用。為保證調(diào)度指揮等重要信息的可靠傳遞,部分節(jié)點(diǎn)間還建立了指揮調(diào)度專線和備份網(wǎng)路。在消防通信規(guī)劃中應(yīng)按照當(dāng)?shù)毓残畔⒕W(wǎng)和消防部隊(duì)自身信息通信的建設(shè)情況以及各級(jí)消防部隊(duì)的信息通信需求,合理規(guī)劃消防計(jì)算機(jī)通信網(wǎng),確保網(wǎng)絡(luò)的全面接入和可靠暢通。
3.1.2 有線通信網(wǎng)
有線通信網(wǎng)包括報(bào)警電話接入和報(bào)警信息查詢專線、指揮調(diào)度專線、辦公市話網(wǎng)和公安專線網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò),是城市各級(jí)消防隊(duì)站獲知災(zāi)害事故發(fā)生和傳遞調(diào)度指揮命令的基礎(chǔ)信息通信網(wǎng)絡(luò)。其中報(bào)警電話接入專線是用于接受公用電話網(wǎng)的報(bào)警和城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的火警信號(hào)及相關(guān)信息的通信線路。報(bào)警信息查詢專線是用于獲取報(bào)警電話的位置、裝機(jī)人身份等信息的數(shù)據(jù)專線。指揮調(diào)度專線是用于連接火警受理終端、各消防站以及各相關(guān)聯(lián)動(dòng)單位的通信專線。辦公市話網(wǎng)和公安專線網(wǎng)是消防部隊(duì)內(nèi)部各級(jí)部門之間和與公安機(jī)關(guān)之間通信的辦公電話網(wǎng)。有線通信網(wǎng)是傳統(tǒng)的消防通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),目前各城市基本完成了消防有線通信網(wǎng)的建設(shè),在消防通信規(guī)劃中應(yīng)以未來網(wǎng)絡(luò)容量和性能的改進(jìn)及發(fā)展等內(nèi)容為主,確保消防有線通信網(wǎng)的完備可靠,保證消防部隊(duì)對(duì)災(zāi)害事故快速響應(yīng)和出動(dòng)調(diào)集命令的有效傳達(dá)。
3.1.3 無線通信網(wǎng)
無線通信是消防部隊(duì)在滅火救援展開和進(jìn)行過程中用于災(zāi)害現(xiàn)場信息傳遞的主要通信方式。目前各級(jí)消防部隊(duì)普遍配備了用于現(xiàn)場通信的350mhz超短波無線常規(guī)通信設(shè)備,并利用轉(zhuǎn)信臺(tái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍。大部分城市還依托當(dāng)?shù)毓矡o線集群通信系統(tǒng)建立了消防集群通信網(wǎng),北京、上海等地還建設(shè)了具備網(wǎng)絡(luò)容量大、通話質(zhì)量高、應(yīng)用功能多等特點(diǎn)的數(shù)字集群通信網(wǎng)。消防部隊(duì)以超短波無線通信為基礎(chǔ)構(gòu)成了由城市消防通信指揮網(wǎng)、現(xiàn)場指揮網(wǎng)和滅火救援戰(zhàn)斗網(wǎng)組成的三級(jí)無線通信網(wǎng)絡(luò),并且利用gprs、cdma、3g等公眾移動(dòng)通信技術(shù)以及超短波、微波數(shù)傳設(shè)備等多種手段建立無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng),用于傳輸滅火救援現(xiàn)場的圖像和數(shù)據(jù)信息。此外公眾移動(dòng)電話網(wǎng)也是消防部隊(duì)重要的輔助通信手段。合理規(guī)劃城市消防無線通信網(wǎng),構(gòu)建可靠的無線通信體系是消防部隊(duì)在滅火救援過程中戰(zhàn)斗力有效發(fā)揮的根本保證。
3.1.4 衛(wèi)星通信和短波通信
在地震、泥石流等大型自然災(zāi)害救援或野外應(yīng)急救援中,依賴中繼站的常規(guī)無線通信網(wǎng)往往會(huì)受到傳輸距離和范圍、電力供給、極端環(huán)境影響等方面的局限,不能滿足消防部隊(duì)信息通信的需要,此時(shí)衛(wèi)星通信和短波通信等應(yīng)急通信方式成為救援現(xiàn)場最有效的信息通信手段。目前公安部消防局已對(duì)消防衛(wèi)星通信體系做出總體的規(guī)劃和部署,并推進(jìn)消防衛(wèi)星通信網(wǎng)的建設(shè),一些城市的消防部隊(duì)先后配備了“動(dòng)中通”衛(wèi)星通信設(shè)備、便攜衛(wèi)星站、短波電臺(tái)等應(yīng)急通信裝備,在玉樹地震和舟曲縣特大泥石流等自然災(zāi)害救助和部分大型跨區(qū)滅火應(yīng)急救援中顯現(xiàn)出極強(qiáng)的應(yīng)急通信保障能力。消防衛(wèi)星通信和短波通信是應(yīng)急通信體系中的重要部分,是城市有效抵御極端災(zāi)害的基礎(chǔ)保障設(shè)施。
3.2 消防通信指揮中心
消防通信指揮中心是消防部隊(duì)信息通信和作戰(zhàn)指揮的中樞,具有受理報(bào)警、滅火救援指揮調(diào)度、信息情報(bào)支持等功能,負(fù)責(zé)火災(zāi)及其它災(zāi)害事故的接處警受理和消防救援力量的調(diào)度指揮。按照公安部“三臺(tái)合一”的要求,目前我國大部分地級(jí)以上城市均已設(shè)置了包括治安、交通、消防在內(nèi)的接處警指揮中心,建立了統(tǒng)一的集中受理和多部門聯(lián)動(dòng)的接處警平臺(tái),一些城市還進(jìn)一步將醫(yī)療救護(hù)、安全生產(chǎn)等應(yīng)急救援相關(guān)的領(lǐng)域納入其中,并形成城市綜合應(yīng)急救援指揮中心。部分通信指揮中心還具備使用手機(jī)定位技術(shù)和gis技術(shù)確定報(bào)警人的位置、使用短信平臺(tái)受理報(bào)警、即時(shí)監(jiān)控救援力量的行動(dòng)狀態(tài)、通過圖像監(jiān)控系統(tǒng)獲取災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的現(xiàn)場狀況和交通狀況等功能。在消防通信規(guī)劃中應(yīng)針對(duì)本地的實(shí)際情況,綜合考慮未來城市應(yīng)急救援體系的發(fā)展,確定消防通信指揮中心的建設(shè)發(fā)展方案。
移動(dòng)消防通信指揮中心是設(shè)置在專門的通信指揮車中并集成了消防通信指揮相關(guān)功能的移動(dòng)指揮平臺(tái),通常包括調(diào)度指揮臺(tái)、輔助決策信息系統(tǒng)、多種無線通信系統(tǒng)、火場圖像系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、現(xiàn)場廣播、供電及照明等其他輔助設(shè)備,是眾多救援力量參與的復(fù)雜災(zāi)害事故處置現(xiàn)場中通信指揮的關(guān)鍵因素。按照城市規(guī)模和應(yīng)急救援體系的建設(shè)情況,配置不同功能組件和不同移動(dòng)及通信能力的消防通信指揮車是消防通信規(guī)劃中的重要問題。
3.3 消防綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)
消防綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)是包括了滅火救援指揮、消防監(jiān)督管理、部隊(duì)管理和消防公眾服務(wù)等多種應(yīng)用功能的信息系統(tǒng)集成,是消防通信中應(yīng)用軟件的主要部分。按照消防部隊(duì)信息化建設(shè)總體規(guī)劃和部署,各級(jí)消防部隊(duì)將逐步推廣和應(yīng)用包括消防基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)、消防公共服務(wù)平臺(tái)及各消防綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)等部分的一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)。目前各地統(tǒng)一按照公安部消防局部署方案的要求,逐步開展了消防監(jiān)督管理、部隊(duì)管理和公眾服務(wù)等信息系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用,而對(duì)于消防基礎(chǔ)信息平臺(tái)、滅火救援指揮系統(tǒng)等面向滅火救援指揮和管理的信息系統(tǒng),因受到基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況的局限,各地的應(yīng)用程度差異較大。在消防通信規(guī)劃中,應(yīng)將建立和完善城市地理信息、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)信息、危險(xiǎn)源信息、水、電、生產(chǎn)、醫(yī)療救護(hù)信息等內(nèi)容的城市應(yīng)急救援基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫,以及按照城市應(yīng)急救援的具體需求開展消防指揮調(diào)度系統(tǒng)、消防指揮決策系統(tǒng)、重大危險(xiǎn)源評(píng)估系統(tǒng)、模擬演練等系統(tǒng)的應(yīng)用納入到消防通信規(guī)劃中重點(diǎn)建設(shè)。
4、未來發(fā)展趨勢(shì)
隨著信息通信技術(shù)的高速發(fā)展,眾多高性能的通信技術(shù)將逐步應(yīng)用于消防通信領(lǐng)域中,不斷推進(jìn)消防通信的發(fā)展。目前第四代移動(dòng)通信技術(shù)已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用階段,在不久的將來勢(shì)必將成為消防通信體系中高質(zhì)量傳輸數(shù)據(jù)信息的重要手段。信息通信硬件設(shè)備的發(fā)展,使信息通信裝備的通信性能和移動(dòng)性能不斷提升,設(shè)備成本將更加低廉,未來隨著多媒體單兵信息裝備的深入應(yīng)用,使災(zāi)害救援現(xiàn)場各級(jí)指戰(zhàn)員具備強(qiáng)大的信息通信能力,數(shù)字集群通信、衛(wèi)星通信、微波數(shù)據(jù)通信等通信設(shè)備也將廣泛裝備到各級(jí)消防部隊(duì)中,逐步成為普遍配備的常規(guī)通信手段。隨著城市災(zāi)害聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè),消防通信指揮中心可以智能感知火災(zāi)等災(zāi)害事故的發(fā)生并及時(shí)獲取相關(guān)災(zāi)情信息,極大的提高消防部隊(duì)對(duì)災(zāi)害事故響應(yīng)能力。此外物聯(lián)網(wǎng)、遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)、ad hoc網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用于消防領(lǐng)域,可以即時(shí)、全面、深入的獲得滅火和應(yīng)急救援現(xiàn)場的災(zāi)情狀況和救援實(shí)力狀況,實(shí)現(xiàn)天空地一體的消防通信體系和數(shù)字化指揮調(diào)度體系。在消防通信規(guī)劃中,應(yīng)結(jié)合未來通信新技術(shù)的發(fā)展,合理規(guī)劃和部署城市消防通信建設(shè)。
5、問題和建議
消防通信的發(fā)展應(yīng)與城市應(yīng)急救援體系各方面的發(fā)展情況及相關(guān)領(lǐng)域的具體情況協(xié)調(diào)統(tǒng)一。由于通信技術(shù)的發(fā)展速度較高,消防通信規(guī)劃編制中應(yīng)準(zhǔn)確預(yù)見未來城市消防通信的需求,在首先確立適合消防通信發(fā)展總體框架基礎(chǔ)上靈活的選擇兼容性好、生命力強(qiáng)并具備開放和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)和設(shè)備,有效避免重復(fù)建設(shè),并盡量降低系統(tǒng)升級(jí)換代和改造的成本。發(fā)展中還應(yīng)重視基礎(chǔ)通信設(shè)施建設(shè),切忌盲目追求新技術(shù)和熱點(diǎn)技術(shù)。可靠度和抗災(zāi)能力是消防通信系統(tǒng)中不能忽視的問題,應(yīng)充分考慮應(yīng)急狀況下缺乏電源供給、設(shè)備損壞、大量用戶占用等特殊情況的系統(tǒng)運(yùn)行,合理劃分系統(tǒng)中緊急與非緊急應(yīng)用的分工、采取冗余和備份設(shè)計(jì)、增設(shè)應(yīng)急狀態(tài)的專用模式等手段提高系統(tǒng)可靠程度和對(duì)災(zāi)害的抗擊能力。此外消防通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還應(yīng)充分考慮到互聯(lián)網(wǎng)、公安網(wǎng)、公眾話務(wù)網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)等多個(gè)獨(dú)立通信網(wǎng)絡(luò)中各種系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的融通,設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量將系統(tǒng)各具體應(yīng)用建立在統(tǒng)一的平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)中,并采用一些安全穩(wěn)妥的連接手段,共享和交換各網(wǎng)絡(luò)間的信息數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)
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論文關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻通信原理特點(diǎn)發(fā)展應(yīng)用
論文摘要：擴(kuò)頻通信是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中新的通信方式，它具有較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落和抗多徑性能，頻譜利用率高。本文介紹了擴(kuò)頻通信的工作原理、特點(diǎn)、及其發(fā)展應(yīng)用。
一、擴(kuò)頻通信的工作原理
在發(fā)端輸人的信息先調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)，再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出。可見，一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行3次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。擴(kuò)頻通信應(yīng)具備如下特征：(1)數(shù)字傳輸方式；(2)傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于被傳信息帶寬；(3)帶寬的展寬，是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù)(擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息的信元重新進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的；(4)接收端用相同的擴(kuò)頻函數(shù)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)(解擴(kuò))，求解出被傳信息的數(shù)據(jù)。用擴(kuò)頻函數(shù)(也稱偽隨機(jī)碼)調(diào)制和對(duì)信號(hào)相關(guān)處理是擴(kuò)頻通信有別于其他通信的兩大特點(diǎn)。
二、擴(kuò)頻通信技術(shù)的特點(diǎn)
擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測的、偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)，其帶寬遠(yuǎn)大于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(信息)帶寬，同時(shí)接收機(jī)中必須有與寬帶載波同步的副本。擴(kuò)頻系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。
1．抗干擾性強(qiáng)
擴(kuò)頻信號(hào)的不可預(yù)測性，使擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進(jìn)行干擾，干擾起不了太大作用。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴(kuò)展了信號(hào)帶寬，所以即使信噪比很低，甚至在有用信號(hào)功率低于干擾信號(hào)功率的情況下，仍能不受干擾、高質(zhì)量地進(jìn)行通信，擴(kuò)展的頻譜越寬，其抗干擾性越強(qiáng)。
2.低截獲性
擴(kuò)頻信號(hào)的功率均勻分布在很寬的頻帶上，傳輸信號(hào)的功率密度很低，偵察接收機(jī)很難監(jiān)測到，因此擴(kuò)頻通信系統(tǒng)截獲概率很低。
3.抗多路徑干擾性能好
多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的這些反射或散射信號(hào)與直達(dá)路徑信號(hào)相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會(huì)嚴(yán)重影響通信。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中增加了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)過程，利用擴(kuò)頻碼序列間的相關(guān)特性，在接收端解擴(kuò)時(shí)，從多徑信號(hào)中分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或?qū)⒍鄰叫盘?hào)中的相同碼序列信號(hào)疊加，這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號(hào)衰落現(xiàn)象，使擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有良好的抗多徑衰落特性。
4.保密性好
在一定的發(fā)射功率下，擴(kuò)頻信號(hào)分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道中有用信號(hào)功率譜密度極低，這樣信號(hào)可以在強(qiáng)噪聲背景下，甚至在有用信號(hào)被噪聲淹沒的情況下進(jìn)行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，要想進(jìn)一步檢測出信號(hào)的特征參數(shù)就更難了．所以擴(kuò)頻系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。同時(shí)，對(duì)不同用戶使用不同碼，旁人無法竊聽通信，因而擴(kuò)頻系統(tǒng)具有高保密性。
5.易于實(shí)現(xiàn)碼分多址
在通信系統(tǒng)中，可充分利用在擴(kuò)頻調(diào)制中使用的擴(kuò)頻碼序列之間良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，這樣同一頻帶上許多用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。
三、擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
在過去由于技術(shù)的限制，人們一直在走增加信號(hào)功率，減少噪聲，提高信噪比的道路。即使到了70年代，偽碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但作為相關(guān)器的“碼環(huán)”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事．近幾年，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發(fā)生器及其相關(guān)部件都已成為現(xiàn)實(shí)，擴(kuò)頻通信獲得極其迅速的發(fā)展．通信的發(fā)展史又到了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由用信噪比換帶寬的年代進(jìn)入了用寬帶換信噪比的年代．從最佳通信系統(tǒng)的角度看擴(kuò)頻通信．最佳通信系統(tǒng)一最佳發(fā)射機(jī)+最佳接收機(jī)．幾十年來，最佳接收理論已經(jīng)很成熟，但最佳發(fā)射問題一直沒有很好解決，偽碼擴(kuò)頻是一種最佳的信號(hào)形式和調(diào)制制度，構(gòu)成了最佳發(fā)射機(jī)．因此，有了最佳通信系統(tǒng)一偽碼擴(kuò)頻+相關(guān)接收這種認(rèn)識(shí)，人們就不難預(yù)測擴(kuò)頻通信的未來前景．從9O年代無線通信開始步人擴(kuò)頻通信和自適應(yīng)通信的年代．?dāng)U頻通信的熱浪已經(jīng)波及短波、超微波、微波通信和衛(wèi)星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個(gè)人通信以及各種無線本地環(huán)路，發(fā)揮越來越大的作用．接入網(wǎng)是由傳統(tǒng)的用戶線、用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng)，逐步發(fā)展、演變和升級(jí)而形成的．現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)分為3部分：傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)．由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚，往往成為電信發(fā)展的“瓶頸”，各國都很重視接入網(wǎng)的發(fā)展，因此各類接人技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)頻段的開放性，經(jīng)營者和用戶不需申請(qǐng)授權(quán)就可以自由地使用這些頻段，而無線擴(kuò)頻技術(shù)所使用的頻段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM頻段，包括IEEE802.11協(xié)議架構(gòu)的無線局域網(wǎng)也大部分選用此頻段．在無線接人系統(tǒng)中，擴(kuò)頻微波與常規(guī)微波相比有著3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)、頻點(diǎn)問題容易處理、價(jià)格比較便宜．而且，擴(kuò)頻微波接入技術(shù)相對(duì)有線接入技術(shù)來說，有成本低、使用靈活、建設(shè)快捷的優(yōu)勢(shì)，在接入網(wǎng)中起著不可替代的作用．
擴(kuò)頻微波主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面．語音接入(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))；數(shù)據(jù)接入；視頻接入；多媒體接入；因特網(wǎng)(Internet)接入。
論文關(guān)鍵詞：車輛實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng),郵件攬投,車輛管理
1、引言
現(xiàn)階段，郵政EMS的郵件攬投和車輛管理依然是粗放式生產(chǎn)和管理，無法和國外大型快遞公司進(jìn)行競爭，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)并沒有引入其中，采用的仍是傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式和管理方法，管理沒有精細(xì)化，缺乏先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)。就此，筆者將車輛實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)引入EMS郵件攬投和車輛管理中。
隨著無線通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為各個(gè)行業(yè)中交通物流的管理提供了新的技術(shù)手段，從而可以有效提高現(xiàn)有的行業(yè)管理與服務(wù)效率，GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的最新成果，綜合利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、全球衛(wèi)星定位（GPS）、無線通信、地理信息系統(tǒng)（GIS）等多學(xué)科的前沿技術(shù)，與行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)緊密結(jié)合，提供基于GPS位置服務(wù)的車輛監(jiān)控管理平臺(tái)。
車輛實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是以GPS車載導(dǎo)航技術(shù)為依托,針對(duì)現(xiàn)場特點(diǎn)而開發(fā)的系統(tǒng)。GPS車載導(dǎo)航技術(shù)由GPS、地理信息系統(tǒng)及無線通信技術(shù)構(gòu)成。GPS接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào),獲取運(yùn)動(dòng)體的實(shí)時(shí)位置；無線通信技術(shù)把運(yùn)動(dòng)體的實(shí)時(shí)位置及附加信息傳送到監(jiān)控中心；地理信息系統(tǒng)(GIS)則把計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)融合于一體,在調(diào)度中心對(duì)監(jiān)控物體的空間位置及用戶賦予的屬性信息進(jìn)行管理、顯示和分析,達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控的目的。
這一技術(shù)又稱為智能交通(ITS),如把該技術(shù)應(yīng)用于中國郵政EMS攬投中,將增強(qiáng)EMS攬收和投遞能力，降低人力資源的管控成本，提高企業(yè)管理水平，避免車輛的閑置，讓其得到充分使用,對(duì)保障車輛安全都能起到積極作用。
2、EMS車輛管理現(xiàn)狀
2.1、攬投工作
每天早上各個(gè)攬投部將郵件派攬給各個(gè)攬投員，讓其進(jìn)行投遞。攬投人員對(duì)郵件派投以后，把投遞局留存聯(lián)交給收班人員，收班人員再依次把妥投信息錄入微機(jī)，郵件的實(shí)際妥投狀態(tài)和上網(wǎng)查詢的妥投信息至少存在半天的時(shí)差。而順豐快遞，在郵件妥投以后，就能即時(shí)地將相應(yīng)的妥投信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，供客戶查詢，為企業(yè)贏得美譽(yù)度。
2.2、車輛歸集
每天下午在郵件攬投工作結(jié)束以后，EMS車輛必須停在指定的地點(diǎn)，進(jìn)行歸集。但是有部分?jǐn)埻度藛T在收班以后，對(duì)車輛并沒有進(jìn)行歸集，收班后印有EMS標(biāo)識(shí)的車在大街上隨處可見，直接導(dǎo)致部分車輛油耗量較大，并帶來安全隱患。
3、EMS車輛實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)介紹
將車輛實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)引入EMS中,可對(duì)郵件攬收和投遞生產(chǎn)過程進(jìn)行可視化管理,同時(shí)將EMS車輛納入信息化管理,對(duì)人、車、物進(jìn)行有序地調(diào)度管理，保證EMS安全、快捷生產(chǎn)。GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)一方面利用GPRSCDMA等信道，將車輛的位置信息、報(bào)警信息和服務(wù)信息實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控系統(tǒng)； GPS監(jiān)控平臺(tái)是車輛監(jiān)控系統(tǒng)的核心，提供GPS信息的采集、格式轉(zhuǎn)換與分發(fā)服務(wù)，響應(yīng)用戶的各種命令請(qǐng)求，提供數(shù)據(jù)庫應(yīng)用與存儲(chǔ)服務(wù)，完成用戶身份識(shí)別與安全控制。它包括：用戶服務(wù)（UAS）、派發(fā)中心（EGF）、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)器（DAS）、通訊接口（CI）及系統(tǒng)信息管理（MIS）軟件包等。
各監(jiān)控分中心根據(jù)相應(yīng)權(quán)限安裝監(jiān)控端，通過INTER網(wǎng)絡(luò)接入GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)，也可通過專線方式接入。為保證系統(tǒng)的安全性，可在客戶服務(wù)器上加上防火墻以保證系統(tǒng)不受外部侵入和損害。
GPS綜合服務(wù)平臺(tái)是車輛調(diào)度服務(wù)中心的核心，提供GPS信息的采集、格式轉(zhuǎn)換與分發(fā)服務(wù)，響應(yīng)用戶的各種命令請(qǐng)求，提供數(shù)據(jù)庫應(yīng)用與存儲(chǔ)服務(wù)，完成用戶身份識(shí)別與安全控制。它包括：用戶服務(wù)（UAS）、派發(fā)中心（EGF）、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)器（DAS）、通訊接口（CI）及系統(tǒng)信息管理（MIS）軟件包等。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)行平臺(tái)為UNIXLINUXWINDOWS操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用目前最流行最穩(wěn)定的ORACLE數(shù)據(jù)庫。GPS綜合服務(wù)平臺(tái)與各種車載終端相連接的接口為獨(dú)立的通信接口（CI），可以實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)終端、公網(wǎng)終端并網(wǎng)運(yùn)行，并可以任意擴(kuò)充終端種類，無需修改服務(wù)程序。其另一個(gè)重要部分是GPS專用GIS控件，專注于快速、形象、生動(dòng)的顯示GPS信息。在每一個(gè)模塊快速、高效、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，各模塊間可實(shí)現(xiàn)無縫連接，完成不同監(jiān)控應(yīng)用；不同GPS移動(dòng)單元，不同通訊方式在同一個(gè)系統(tǒng)上的統(tǒng)一運(yùn)行。
由于GPS定位派發(fā)的特殊性，要求系統(tǒng)能夠盡可能快地將GPS定位數(shù)據(jù)分發(fā)到不同的監(jiān)控端，而丟失一兩個(gè)定位數(shù)據(jù)是可以容忍的。在應(yīng)用中，監(jiān)控用戶向系統(tǒng)發(fā)出的登錄、呼車、車輛控制等命令相對(duì)有限，而網(wǎng)絡(luò)中最大流量的數(shù)據(jù)是GPS定位數(shù)據(jù)包，所以系統(tǒng)間各個(gè)部分之間相連采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，并大量采用UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。由于UDP是無連接傳輸，系統(tǒng)開銷小，適合于大數(shù)據(jù)量的傳輸，而對(duì)于系統(tǒng)中命令的傳輸，采用命令確認(rèn)機(jī)制，使保證命令正確傳輸，這樣使系統(tǒng)以最高的效率轉(zhuǎn)發(fā)GPS定位數(shù)據(jù)包，同時(shí)能夠保證命令信息的正確傳輸。
由于科技發(fā)展的日新月異，特別是無線通訊發(fā)展迅速，而GPS定位派發(fā)系統(tǒng)要與無線通訊系統(tǒng)連接，所以系統(tǒng)的可擴(kuò)展性也影響到了系統(tǒng)的使用，只有方便升級(jí)和擴(kuò)展的系統(tǒng)才能適應(yīng)當(dāng)前的用戶需求，因此系統(tǒng)采用服務(wù)器分布模塊式設(shè)計(jì)，以不同的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)不同的功能，使系統(tǒng)功能的增加不需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做修改。
3.1系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由監(jiān)控中心和移動(dòng)端構(gòu)成,如圖1所示。移動(dòng)端即EMS車輛,監(jiān)控中心設(shè)置在網(wǎng)運(yùn)部,通過無線傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
圖1
1）、軟件平臺(tái)
軟件平臺(tái)包括以下軟件:
windows操作系統(tǒng)；
VB6.0；
MapX5.0；
Access數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。
2）、通訊方式
無線上網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
3）、移動(dòng)目標(biāo)配置
配PDA采用無線上網(wǎng)，EMS此前購置的一批PDA可以采用。
3.2系統(tǒng)功能
利用有效方式實(shí)現(xiàn)多終端分級(jí)管理模式。系統(tǒng)包括基本GIS功能模塊、移動(dòng)目標(biāo)(車輛)跟蹤模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊。
關(guān)鍵詞： 全球定位系統(tǒng)；填筑工程；質(zhì)量控制；集成系統(tǒng)；面板堆石壩
介紹
目前,管理填筑施工面板堆石壩的質(zhì)量主要采用"雙重控制"的質(zhì)量控制方法，其中一種是手動(dòng)控制碾壓參數(shù)，參數(shù)包括厚度、充填層的粗糙度、和壓實(shí)機(jī)的滾次和軋實(shí)速度；另一種是在該區(qū)域?qū)兹舆M(jìn)行手動(dòng)測試。該方法對(duì)國內(nèi)混凝土堆石壩的發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用。然而，隨著混凝土面板堆石壩規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的手工管理機(jī)制不再滿足當(dāng)代機(jī)械化施工和進(jìn)度的需要。位于中國湖南省清江流域的水布埡混凝土面板石堆大壩，在所有相同類型的大壩中，以233米的高度排名世界第一。該工程總充填量為1.6?07立方米并且一個(gè)月的最多灌裝量超過6?05立方米，所以需要更多的量來控制大壩填筑施工的質(zhì)量。為了及時(shí)地監(jiān)督大壩的填筑施工質(zhì)量，為灌裝工程開發(fā)一個(gè)碾壓方面的工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)是非常重要的，這個(gè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)化和高精度的特點(diǎn)。監(jiān)督系統(tǒng)對(duì)于提高水布埡工程的工程質(zhì)量具有很大的意義。
作為一種全新的當(dāng)代空間衛(wèi)星導(dǎo)航和位置定位系統(tǒng)，GPS已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域逐漸代替了普通光學(xué)和電子測量儀。自從20世紀(jì)80年代，特別是在90年代以后，GPS技術(shù)已經(jīng)結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)引領(lǐng)空間定位技術(shù)進(jìn)行一次革命性的變革。通過GPS技術(shù)同時(shí)確定三維坐標(biāo)的方法已經(jīng)從具有近海安的陸地至整個(gè)海洋和外層空間,從靜力學(xué)到運(yùn)動(dòng)學(xué),從單點(diǎn)定位到網(wǎng)區(qū)分,從后處理到實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航改變了傳統(tǒng)技術(shù)，并且由于絕對(duì)和相對(duì)點(diǎn)位精度已經(jīng)達(dá)到米級(jí)、厘米級(jí)、亞毫米級(jí)，GPS的應(yīng)用和影響領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)大到各行各業(yè)。現(xiàn)代數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、代表GPS的空間定位技術(shù)的快速發(fā)展和完善使實(shí)時(shí)連續(xù)地、自動(dòng)地監(jiān)督高精度具有可行性。根據(jù)在灌裝工程中對(duì)于碾壓方面的工程質(zhì)量管理的要求，利用GPS技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，并結(jié)合碾壓機(jī)，在2004年，武漢大學(xué)和清江水電開發(fā)責(zé)任有限總公司共同研發(fā)了一種在灌裝工程中適于監(jiān)督碾壓方面質(zhì)量問題的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，也就是填筑施工質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（后來簡稱為GPS）。這個(gè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、高精度、連續(xù)性、自動(dòng)化等綜合功能，所以能應(yīng)用于對(duì)大壩、公路、保護(hù)堤、飛機(jī)場等的灌裝壓實(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)督，因而成為一個(gè)確保工程的施工質(zhì)量的行之有效的助手。結(jié)合工程的要求以及此系統(tǒng)的特征，本論文主要討論此系統(tǒng)的構(gòu)成、關(guān)鍵技術(shù)、方案設(shè)計(jì)，分析GPS系統(tǒng)的高精度問題，并且對(duì)GPS系統(tǒng)的初步應(yīng)用進(jìn)行了研究。
1 GPS實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成和特征
1.1構(gòu)成
該系統(tǒng)的硬件裝置主要包括以下三個(gè)方面：
1)GPS衛(wèi)星信號(hào)的接受系統(tǒng)
2)無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)
3)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
圖1.系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的介紹
根據(jù)在灌裝和搗打工程的壓實(shí)需要和工程管理對(duì)此系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)由監(jiān)控中心、網(wǎng)絡(luò)中繼站、現(xiàn)場亞控制站、GPS參考站和移動(dòng)終端（包括碾壓機(jī)和交通質(zhì)量監(jiān)控工作）組成，移動(dòng)終端是對(duì)于地形環(huán)境對(duì)無線通信的影響。圖1是灌裝工程中工程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的介紹。如果地形環(huán)境好，并且現(xiàn)場的灌裝工程與系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)不是很遠(yuǎn)，那么網(wǎng)絡(luò)中繼站可以去掉。
1.1.1監(jiān)控中心
監(jiān)控中心是此系統(tǒng)的心臟，它將GPS參考站的微分?jǐn)?shù)據(jù)輸入到GPS移動(dòng)電臺(tái)，同時(shí)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)實(shí)時(shí)地接受由移動(dòng)電臺(tái)反饋的位置信息。結(jié)合施工的需要，裝備在監(jiān)控中心的電子顯示屏能夠?qū)崟r(shí)地顯示碾壓機(jī)械以及在水壩壓實(shí)平面上的質(zhì)量監(jiān)管工作車輛的精確移動(dòng)位置和狀態(tài)信息，遠(yuǎn)程監(jiān)視灌裝工程壓實(shí)質(zhì)量的狀態(tài)，并且提供給領(lǐng)導(dǎo)者基本信息以做出決定。系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理、分析、儲(chǔ)存等等也在監(jiān)控中心操作。
1.1.2現(xiàn)場次監(jiān)察站
現(xiàn)場次監(jiān)察站系統(tǒng)控制中心的延伸，而且為現(xiàn)場的監(jiān)察人員提供了便利。通過訪問監(jiān)控中心的信息，監(jiān)察人員就能夠在監(jiān)察辦公室實(shí)時(shí)掌握工程施工和施工質(zhì)量的現(xiàn)狀。一旦出現(xiàn)質(zhì)量偏差，監(jiān)察人員就能夠應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場的施工人員，提醒工作人員并要求他們整頓。
1.1.3 GPS參考站
GPS參考站為了利用差分GPS技術(shù)提高系統(tǒng)的監(jiān)控精度而設(shè)置的。我們?cè)谝粋€(gè)已知點(diǎn)上設(shè)置GPS接收機(jī)作為參考站進(jìn)行GPS觀測工作，然后實(shí)時(shí)向GPS移動(dòng)電臺(tái)輸出GPS觀測數(shù)據(jù)和參考站的已知位置信息，然后利用載波相位的差分處理方式處理連同移動(dòng)電臺(tái)的GPS觀測數(shù)據(jù)，最后計(jì)算出移動(dòng)電臺(tái)的空間位置信息，而且定位精度可以提高。以上的方法叫做差分GPS技術(shù)。一般來說，為了方便提供支撐力量，管理和維護(hù)，GPS參考站設(shè)置在監(jiān)控中心。為了確保監(jiān)控精度，必須強(qiáng)調(diào)的是GPS監(jiān)控站和施工區(qū)域之間的距離要少于5-6千米，并且這個(gè)距離控制要求要在實(shí)踐中滿足。
1.1.4 移動(dòng)終端
移動(dòng)終端包含安裝在工程監(jiān)控車?yán)锖湍雺簷C(jī)里的系統(tǒng)需求裝備。
1)安裝在碾壓機(jī)里德移動(dòng)終端
安裝在碾壓機(jī)里的移動(dòng)終端主要包括集成系統(tǒng)單元，GPS接收機(jī)天線和無線通信天線。系統(tǒng)單元結(jié)合計(jì)算機(jī)工業(yè)平臺(tái)的主要設(shè)備，GPS接收機(jī)，無線通訊等等。移動(dòng)終端是像GPS移動(dòng)站似的移動(dòng)監(jiān)控裝備進(jìn)行GPS移動(dòng)觀測。它的控制項(xiàng)目主要包括碾壓機(jī)的軋制軌跡、軋制速度和軋制次數(shù)。移動(dòng)終端會(huì)連續(xù)實(shí)時(shí)地向監(jiān)控中心反應(yīng)有效的觀測結(jié)果。同時(shí)，利用在碾壓機(jī)的司機(jī)的系統(tǒng)單元里的數(shù)據(jù)和表，計(jì)算機(jī)的工作平臺(tái)實(shí)時(shí)反應(yīng)了碾壓機(jī)的工作狀態(tài)。碾壓機(jī)的操作者要檢核他或她的工作是否滿足顯示屏上的質(zhì)量需求。
論文摘要：擴(kuò)頻通信是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中新的通信方式，它具有較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落和抗多徑性能，頻譜利用率高。本文介紹了擴(kuò)頻通信的工作原理、特點(diǎn)、及其發(fā)展應(yīng)用。
一、擴(kuò)頻通信的工作原理
在發(fā)端輸人的信息先調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)，再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出。可見，一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行3次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。擴(kuò)頻通信應(yīng)具備如下特征：(1)數(shù)字傳輸方式；(2)傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于被傳信息帶寬；(3)帶寬的展寬，是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù)(擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息的信元重新進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的；(4)接收端用相同的擴(kuò)頻函數(shù)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)(解擴(kuò))，求解出被傳信息的數(shù)據(jù)。用擴(kuò)頻函數(shù)(也稱偽隨機(jī)碼)調(diào)制和對(duì)信號(hào)相關(guān)處理是擴(kuò)頻通信有別于其他通信的兩大特點(diǎn)。
二、擴(kuò)頻通信技術(shù)的特點(diǎn)
擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測的、偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)，其帶寬遠(yuǎn)大于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(信息)帶寬，同時(shí)接收機(jī)中必須有與寬帶載波同步的副本。擴(kuò)頻系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。
1．抗干擾性強(qiáng)
擴(kuò)頻信號(hào)的不可預(yù)測性，使擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進(jìn)行干擾，干擾起不了太大作用。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴(kuò)展了信號(hào)帶寬，所以即使信噪比很低，甚至在有用信號(hào)功率低于干擾信號(hào)功率的情況下，仍能不受干擾、高質(zhì)量地進(jìn)行通信，擴(kuò)展的頻譜越寬，其抗干擾性越強(qiáng)。
2.低截獲性
擴(kuò)頻信號(hào)的功率均勻分布在很寬的頻帶上，傳輸信號(hào)的功率密度很低，偵察接收機(jī)很難監(jiān)測到，因此擴(kuò)頻通信系統(tǒng)截獲概率很低。
3.抗多路徑干擾性能好
多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的這些反射或散射信號(hào)與直達(dá)路徑信號(hào)相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會(huì)嚴(yán)重影響通信。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中增加了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)過程，利用擴(kuò)頻碼序列間的相關(guān)特性，在接收端解擴(kuò)時(shí)，從多徑信號(hào)中分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或?qū)⒍鄰叫盘?hào)中的相同碼序列信號(hào)疊加，這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號(hào)衰落現(xiàn)象，使擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有良好的抗多徑衰落特性。
4.保密性好
在一定的發(fā)射功率下，擴(kuò)頻信號(hào)分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道中有用信號(hào)功率譜密度極低，這樣信號(hào)可以在強(qiáng)噪聲背景下，甚至在有用信號(hào)被噪聲淹沒的情況下進(jìn)行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，要想進(jìn)一步檢測出信號(hào)的特征參數(shù)就更難了．所以擴(kuò)頻系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。同時(shí)，對(duì)不同用戶使用不同碼，旁人無法竊聽通信，因而擴(kuò)頻系統(tǒng)具有高保密性。
5.易于實(shí)現(xiàn)碼分多址
在通信系統(tǒng)中，可充分利用在擴(kuò)頻調(diào)制中使用的擴(kuò)頻碼序列之間良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，這樣同一頻帶上許多用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。三、擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
在過去由于技術(shù)的限制，人們一直在走增加信號(hào)功率，減少噪聲，提高信噪比的道路。即使到了70年代，偽碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但作為相關(guān)器的“碼環(huán)”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事．近幾年，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發(fā)生器及其相關(guān)部件都已成為現(xiàn)實(shí)，擴(kuò)頻通信獲得極其迅速的發(fā)展．通信的發(fā)展史又到了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由用信噪比換帶寬的年代進(jìn)入了用寬帶換信噪比的年代．從最佳通信系統(tǒng)的角度看擴(kuò)頻通信．最佳通信系統(tǒng)一最佳發(fā)射機(jī)+最佳接收機(jī)．幾十年來，最佳接收理論已經(jīng)很成熟，但最佳發(fā)射問題一直沒有很好解決，偽碼擴(kuò)頻是一種最佳的信號(hào)形式和調(diào)制制度，構(gòu)成了最佳發(fā)射機(jī)．因此，有了最佳通信系統(tǒng)一偽碼擴(kuò)頻+相關(guān)接收這種認(rèn)識(shí)，人們就不難預(yù)測擴(kuò)頻通信的未來前景．從9O年代無線通信開始步人擴(kuò)頻通信和自適應(yīng)通信的年代．?dāng)U頻通信的熱浪已經(jīng)波及短波、超微波、微波通信和衛(wèi)星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個(gè)人通信以及各種無線本地環(huán)路，發(fā)揮越來越大的作用．接入網(wǎng)是由傳統(tǒng)的用戶線、用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng)，逐步發(fā)展、演變和升級(jí)而形成的．現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)分為3部分：傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)．由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚，往往成為電信發(fā)展的“瓶頸”，各國都很重視接入網(wǎng)的發(fā)展，因此各類接人技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)頻段的開放性，經(jīng)營者和用戶不需申請(qǐng)授權(quán)就可以自由地使用這些頻段，而無線擴(kuò)頻技術(shù)所使用的頻段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM頻段，包括IEEE802.11協(xié)議架構(gòu)的無線局域網(wǎng)也大部分選用此頻段．在無線接人系統(tǒng)中，擴(kuò)頻微波與常規(guī)微波相比有著3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)、頻點(diǎn)問題容易處理、價(jià)格比較便宜．而且，擴(kuò)頻微波接入技術(shù)相對(duì)有線接入技術(shù)來說，有成本低、使用靈活、建設(shè)快捷的優(yōu)勢(shì)，在接入網(wǎng)中起著不可替代的作用．
擴(kuò)頻微波主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面．語音接入(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))；數(shù)據(jù)接入；視頻接入；多媒體接入；因特網(wǎng)(Internet)接入。
四、結(jié)語
擴(kuò)頻通信是通信的一個(gè)重要分支和發(fā)展方向，是擴(kuò)頻技術(shù)與通信相結(jié)合的產(chǎn)物。本文主要論述了擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)、理論可行性及典型的工作方式。擴(kuò)頻通信的強(qiáng)抗干擾性、低截獲性、良好的抗多路徑干擾性和安全性等特點(diǎn)，使它的應(yīng)用迅速從軍用擴(kuò)展到民用通信中，它的易于實(shí)現(xiàn)碼分多址的特點(diǎn)，使它能與第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)完美結(jié)合，發(fā)展前景極為廣闊。
參考文獻(xiàn)：
[1]曾興雯等.擴(kuò)展頻譜通信及其多址技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，智能家居，控制器，單片機(jī)
0.引言
物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)是通過互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成集家庭通信、設(shè)備自動(dòng)控制、安全防范等功能于一體的控制系統(tǒng)，即把家庭中各種家用電器、保安裝置和計(jì)量設(shè)備連接到一起組成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，由家庭智能控制器（中央控制器）進(jìn)行統(tǒng)一管理。使用該系統(tǒng)，用戶可通過短信及互聯(lián)網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)家居智能無線監(jiān)控。
1.物聯(lián)網(wǎng)簡介
物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為'TheInternet of Things” 。由該名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。論文參考網(wǎng)。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
這里的“物”要滿足一定條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：本方案可以滿足物聯(lián)網(wǎng)條件。1、有信號(hào)接收器，2、利用GSM無線通信技術(shù)。3、CPU自帶存儲(chǔ)功能。4、使用單片機(jī)與DSP芯片微控制器。5、操作系統(tǒng)界面是手機(jī)或者電腦。6、擁有專門的單片機(jī)和DSP應(yīng)用程序。7、數(shù)據(jù)發(fā)送器是模擬啟動(dòng)器。8、遵守互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。9、 唯一編碼就是電子標(biāo)簽上唯一的代碼，也可以是小型遠(yuǎn)程控制器的程序編碼序列。
2.物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的工作原理與功能
物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)有四部分組成，分別是信號(hào)接收器、中央控制單元、模擬啟動(dòng)器和遠(yuǎn)程遙控控制器四部分組成，下面分別介紹。
2.1 信號(hào)接收器
由單片機(jī)控制的軟件程序的單元，用來接收主人發(fā)來的指令。
2.2 模擬啟動(dòng)器
指令的執(zhí)行者，通過各種智能家居小型遠(yuǎn)程遙控器的接口和相關(guān)指令來控制各種智能家居的相應(yīng)功能，類似于電腦中的主板，通過它與各種各樣的智能家居相連。模擬啟動(dòng)器是執(zhí)行單元，它需要按不同家電的要求，執(zhí)行相應(yīng)的功能。
2.3 小型遠(yuǎn)程遙控器
可嵌入手機(jī)中的信號(hào)收發(fā)芯片，通過它將主人的指令發(fā)送到信號(hào)接收器。
2.4 中央控制器
中央控制器是由單片機(jī)和DSP芯片以及其他相關(guān)器件組成的控制單元，它內(nèi)部集成了四大系統(tǒng)：室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)、安詳生活系統(tǒng)、夢(mèng)幻燈光系統(tǒng)和安全家居系統(tǒng)，所有對(duì)智能家居的操作指令都是由中央控制器發(fā)出的。論文參考網(wǎng)。
具體工作圖原理為：
解釋為：用戶將要所達(dá)到的效果以文字的形式發(fā)送出去，信號(hào)接收器接收到信息后，轉(zhuǎn)化為可識(shí)別的代碼傳送到中央控制器，中央控制器進(jìn)行必要的處理和分析后，一面將指令傳送到模擬啟動(dòng)器，一面將指令傳遞到實(shí)時(shí)顯示模塊進(jìn)行顯示，模擬啟動(dòng)器根據(jù)指令，分別啟動(dòng)相關(guān)的遠(yuǎn)程控制器，從而達(dá)到對(duì)相應(yīng)智能家居的控制與操作。完成相應(yīng)操作后，遠(yuǎn)程控制端口會(huì)返回一條完成指令，再由中央控制器通過信號(hào)接收器反饋給使用者，用戶可根據(jù)反饋信息決定下一步操作。
用戶不操作的情況下，中央控制器會(huì)自動(dòng)接受、監(jiān)控各類傳感器，根據(jù)不同的設(shè)置要求，實(shí)時(shí)監(jiān)控各類環(huán)境數(shù)據(jù)，一旦變化超出設(shè)定范圍，中央控制器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生指令，模擬啟動(dòng)器會(huì)控制相應(yīng)的智能設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而營造安全舒適的家居條件。
3.具體應(yīng)用
本系統(tǒng)采用的是GSM無線通信技術(shù)，將手機(jī)或者電腦信號(hào)轉(zhuǎn)換為具體的發(fā)送指令，來遠(yuǎn)程控制室內(nèi)的家居，中央控制器則要按照具體的指令來啟動(dòng)模擬啟動(dòng)器，讓它在預(yù)定的步驟下，準(zhǔn)確、及時(shí)地控制各種智能家居的工作。在本系統(tǒng)內(nèi)部集成了四大系統(tǒng)：室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)、安詳生活系統(tǒng)、夢(mèng)幻燈光系統(tǒng)和安全家居系統(tǒng)，以安全居家系統(tǒng)為例說明其應(yīng)用。
安全家居系統(tǒng)組成：
功能特點(diǎn)：
將系統(tǒng)中的防盜裝置裝在門窗上，當(dāng)盜賊靠近門窗時(shí)，傳感器檢測到人體信號(hào),門窗(窗簾)控制器發(fā)出指令,門窗自動(dòng)關(guān)閉，如果盜賊滯留不走或強(qiáng)行突入，智能主控器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲阻嚇盜賊并自動(dòng)循環(huán)撥打15組報(bào)警電話，通知您和小區(qū)報(bào)警中心有盜賊入侵，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施。
在門上安裝報(bào)警器，當(dāng)主人離家時(shí)，在遙控器上啟動(dòng)設(shè)防狀態(tài)，如遇盜賊強(qiáng)行撬門，智能主控器便會(huì)發(fā)出報(bào)警聲阻嚇盜賊，同時(shí)還會(huì)自動(dòng)循環(huán)撥打多組報(bào)警電話，通知保安人員或戶主及時(shí)應(yīng)對(duì)。
若遭遇壞人入室，可即時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，方便求救,也可用于家中老人、小孩意外事故和急病呼救報(bào)警。論文參考網(wǎng)。
當(dāng)遇到大風(fēng)來臨或雨雪將至，窗門還會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。窗戶立即自行關(guān)閉，令您出門無憂無慮。
當(dāng)燃?xì)獗O(jiān)測器檢測到煤氣、液化氣.等有害氣體，智能控制器自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的指令，將窗戶、排氣扇自動(dòng)開啟，同時(shí)發(fā)出警聲并將警情傳遞給主人手機(jī)或者電腦和保衛(wèi)處。
一旦有火災(zāi)發(fā)生，傳感器會(huì)第一時(shí)間檢測到煙霧信號(hào)，智能控制器發(fā)出指令 ，將門窗打開，同時(shí)發(fā)出警聲并將警情傳報(bào)警中心或給主人手機(jī)或者電腦上。
具體執(zhí)行如下：
4.結(jié)束語
當(dāng)今快速發(fā)展的時(shí)代，人們對(duì)生活快節(jié)奏的要求越來越迫切，對(duì)生活質(zhì)量的要求日益提高，尤其在發(fā)展比較快的大都市里，人們對(duì)時(shí)間的利用也越來越合理，而科技在迅猛發(fā)展，手機(jī)和電腦的普及率又達(dá)到了前所未有的水平，這樣就為物聯(lián)網(wǎng)的興起創(chuàng)造了先機(jī)。所以基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)，必然會(huì)成為現(xiàn)代人生活中不可缺少的一部分。
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關(guān)鍵詞： ZigBee技術(shù)； 人員定位； 無線通信； mesh網(wǎng)絡(luò)； 模塊化
中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）26-0238-02
Application of Operator Patrol System Based on ZigBee in the Cabin
LI Yan-sheng，SUN Lin，WANG Ya-kun
（College of Communication and Electronic Engineering， Qingdao University of Technological， Qingdao 266033， China）
Abstract：The cabin internal structure of large ship is complex， and the positioning problem of cabin operator should be solved urgently. The operator patrol system in the cabin takes the ZigBee technology as the core， uses the modular design. The whole system is divided into： ZigBee terminal equipment， ZigBee router equipment and ZigBee coordinator equipment. This system transmitted data by the mesh network， and displayed personnel location information in the host computer. By the simulation experiment， this system could realize the function of real-time positioning， disaster warning， and host computer display， and realize the application of operator patrol system based on ZigBee in the cabin.
Key words： ZigBee； personnel positioning； wireless communication； mesh； modularization
1 概述
大型艦船體型、規(guī)模、承載量巨大，其船艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)更是復(fù)雜多變，這給艦船指揮員對(duì)船上人員的掌控和艙內(nèi)緊急事故的處理增加了很大的難度。因此，在船艙控制中心實(shí)時(shí)觀測船艙內(nèi)部操作人員的位置和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)艙內(nèi)人員的考勤和精確定位，并能夠及時(shí)收發(fā)報(bào)警信息，對(duì)于大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的艦船內(nèi)部的操作人員的安全及工作效率的提高有著重要的意義。
目前，常見的人員定位技術(shù)中，全球定位技術(shù)（Global Positioning System，簡稱GPS）應(yīng)用于室外定位，在室內(nèi)由于建筑物遮擋無法完成精確定位[1]；紅外線定位技術(shù)在傳輸過程中很容易受障礙物的影響且僅能進(jìn)行視距內(nèi)的定位[2]；射頻識(shí)別系統(tǒng)（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）應(yīng)用于區(qū)域識(shí)別，無法在區(qū)域內(nèi)部實(shí)現(xiàn)人員的實(shí)時(shí)定位，且RFID讀卡器造價(jià)偏高[3]。
ZigBee技術(shù)是一種新興的低功耗、低復(fù)雜度、近距離的無線通信技術(shù)，適用于短距離無線通信[4]。它制定了新的通信標(biāo)準(zhǔn)，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)放置數(shù)個(gè)微型傳感器節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)之間相互通信交換數(shù)據(jù)來完成定位，每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過路由的方式把數(shù)據(jù)信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞給另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)[5][6]。 ZigBee 技術(shù)最重要的特征是低能耗和低成本[7]。因此，本研究選用ZigBee技術(shù)來完成船艙內(nèi)部操作人員安全巡檢系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。
2 船艙內(nèi)部操作人員安全巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本論文設(shè)計(jì)的船艙內(nèi)部操作人員安全巡檢系統(tǒng)方案如圖1所示。船艙安全巡檢系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)模塊的功能和位置不同，由三個(gè)主要部分構(gòu)成：ZigBee終端模塊，ZigBee路由器模塊和ZigBee協(xié)調(diào)器模塊[8]。根據(jù)各模塊的要求和具體任務(wù)，分別進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)。
圖示說明：上圖九宮格中，每個(gè)格子代表一個(gè)船艙；每個(gè)船艙內(nèi)放置固定位置的ZigBee路由器設(shè)備，同時(shí)，每個(gè)船艙內(nèi)有數(shù)量不等的攜帶ZigBee終端設(shè)備的人員，ZigBee協(xié)調(diào)器接收ZigBee路由器設(shè)備發(fā)送的信號(hào)，并上傳至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。
該船艙巡檢系統(tǒng)中，在每一個(gè)船艙放置一個(gè)或多個(gè)固定位置的ZigBee路由器，這些路由器組成無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)（Mesh網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可移動(dòng)的ZigBee終端設(shè)備與ZigBee路由器組成星型網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)的核心問題是判斷人員進(jìn)入哪一個(gè)ZigBee路由器的識(shí)別范圍。
當(dāng)攜帶ZigBee終端設(shè)備的人員進(jìn)入某一船艙后，ZigBee終端設(shè)備會(huì)每隔5s將自身的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)信息主動(dòng)發(fā)送給附近的ZigBee路由器，發(fā)送完成后進(jìn)入低功耗模式。船艙內(nèi)的ZigBee路由器檢測到該定位終端，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。然后，ZigBee路由器將自身的地址信息和接收到的若干ZigBee終端設(shè)備的信息一起打包發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器，經(jīng)過上位機(jī)的數(shù)據(jù)處理和傳輸顯示，判斷并確認(rèn)終端設(shè)備所在的位置。當(dāng)然可以在較大的船艙內(nèi)部放置多個(gè)路由器，進(jìn)行精確定位。
由于ZigBee路由器的信號(hào)向四周輻射，因此當(dāng)人員從一個(gè)船艙到了另一個(gè)船艙時(shí)，其終端設(shè)備可能仍然和上一個(gè)船艙內(nèi)的ZigBee路由器相連，這樣就不能和剛進(jìn)入的船艙內(nèi)的路由器相連。為了解決該問題采用以下方法：
1）終端設(shè)備需要檢測ZigBee路由器信號(hào)的強(qiáng)度，通過接收到的ZigBee路由器信號(hào)的強(qiáng)度來判斷是否切換路由。
2）控制ZigBee路由器的發(fā)射信號(hào)，適當(dāng)?shù)臏p小路由器的發(fā)射功率，避免出現(xiàn)上述情況。
3 各模塊硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 ZigBee終端模塊
ZigBee終端模塊需要每位船艙內(nèi)操作人員隨身攜帶，這就要求其體積小，功耗低，成本低，靈敏度高，可充電。這為終端模塊的設(shè)計(jì)提出了要求：能夠?qū)崟r(shí)發(fā)送攜帶有ZigBee終端設(shè)備人員的個(gè)人信息和位置信息以實(shí)現(xiàn)定位功能；支持報(bào)警功能，當(dāng)艙內(nèi)安全操作人員發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情（漏水、火災(zāi)等）時(shí)，可通過ZigBee終端設(shè)備上的報(bào)警按鈕及時(shí)向主機(jī)發(fā)出報(bào)警信息；當(dāng)攜帶有ZigBee終端設(shè)備的工作人員由一個(gè)船艙進(jìn)入另一個(gè)船艙時(shí)，ZigBee終端設(shè)可根據(jù)ZigBee路由器發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)弱判斷是否切換連接，并自動(dòng)完成切換。
根據(jù)上述設(shè)計(jì)需求，ZigBee終端模塊主要由四部分構(gòu)成：CC2530主控芯片、電源管理模塊、終端按鍵、無線通信模塊。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。
考慮到電源模塊供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，ZigBee終端設(shè)備選用鋰電池作為電源。同時(shí)，為了更直觀地顯示ZigBee終端設(shè)備的工作狀態(tài)，終端設(shè)備設(shè)計(jì)有LED指示燈，當(dāng)設(shè)備開啟并且存有電量時(shí)，LED指示燈閃爍；否則，無任何指示。
3.2 ZigBee路由器模塊
ZigBee路由器模塊設(shè)計(jì)要求：ZigBee路由器需接收周圍若干ZigBee終端設(shè)備信號(hào)；ZigBee路由器能夠?qū)⒔邮盏降亩鄠€(gè)終端設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度信息和自身的地址信息匯總后發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器；ZigBee路由器能能夠確定終端設(shè)備是否報(bào)警，并采集自身電池電壓，上傳至ZigBee協(xié)調(diào)器。
根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，ZigBee路由器采用芯片CC2530+CC2591模塊控制，CC2591芯片進(jìn)行功率放大。同時(shí)，采用了STM8系列單片機(jī)，以采集路由器電池電壓及發(fā)送報(bào)警信號(hào)。另外，還包括LED顯示模塊，無線通信模塊等，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3所示。
3.3 ZigBee協(xié)調(diào)器模塊
ZigBee協(xié)調(diào)器模塊與ZigBee路由器模塊采用相同的模塊設(shè)計(jì)，通過CC2591芯片將信號(hào)功率放大，擴(kuò)大信號(hào)傳輸范圍。
ZigBee協(xié)調(diào)器模塊設(shè)計(jì)需求：ZigBee協(xié)調(diào)器模塊需接收各艙內(nèi)ZigBee路由器發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息，并上傳至上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示；另外，當(dāng)ZigBee終端模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí)，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊能夠識(shí)別報(bào)警信號(hào)，并向ZigBee路由器設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使路由器設(shè)備進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒周邊船艙內(nèi)部操作人員抓緊時(shí)間撤離危險(xiǎn)區(qū)域。
ZigBee協(xié)調(diào)器模塊主要由CC2530芯片及CC2591芯片控制，同時(shí)設(shè)計(jì)有接口轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路、穩(wěn)壓電路等。
4 船艙內(nèi)部操作人員安全巡檢系統(tǒng)測試
為了更好的檢測船艙內(nèi)部操作人員安全巡檢系統(tǒng)的功能和完整性，本文組建了一個(gè)簡易的無線定位仿真系統(tǒng)，進(jìn)行定位測試，并選用了MyComPort V 4.1.1串口調(diào)試軟件進(jìn)行串口調(diào)試。ZigBee路由器地址配置直接由撥碼開關(guān)控制，不使用單片機(jī)進(jìn)行配置，更加方便、簡單。
為使同一信道不同網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)工作，應(yīng)更改ZigBee各模塊的PANID值，只有ZigBee各模塊的PANID和CHANNEL值均相同的模塊才能組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)該是1主機(jī)N路由的方式。
經(jīng)各模塊組網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)測試效果如圖4所示。經(jīng)測試，船艙內(nèi)部操作人員安全巡檢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在相對(duì)封閉空間內(nèi)對(duì)人員的定位功能，并能實(shí)現(xiàn)ZigBee終端設(shè)備發(fā)送報(bào)警信號(hào)，上位機(jī)控制附近ZigBee路由器設(shè)備進(jìn)行聲光報(bào)警等功能。
5 結(jié)論
ZigBee技術(shù)作為無線通訊領(lǐng)域的后起之秀，在短距離無線控制、數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。本文基于ZigBee技術(shù)構(gòu)建船艙內(nèi)部覆蓋的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，使系統(tǒng)在成本、功耗以及綜合使用效果上有了很大的突破。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，并利用AD 09軟件進(jìn)行了PCB制版制作。通過對(duì)該系統(tǒng)在模擬環(huán)境中的測試，驗(yàn)證了本系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性。通過測試，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)ZigBee終端設(shè)備攜帶人員的艙內(nèi)實(shí)時(shí)定位，災(zāi)害報(bào)警，上位機(jī)顯示等功能，實(shí)現(xiàn)了ZigBee技術(shù)在船艙內(nèi)部空間的定位應(yīng)用。
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論文摘要:針對(duì)目前通信技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及就業(yè)形勢(shì),并結(jié)合我院實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀,提出了建設(shè)綜合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的必要性;給出了綜合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);論述了SDH傳輸系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)及EPON光接入等系統(tǒng)的詳細(xì)配置情況。
隨著通信技術(shù)的發(fā)展及信息業(yè)務(wù)量的劇增,社會(huì)對(duì)通信專業(yè)人才的需求不斷加大,從近幾年的就業(yè)情況來看,企業(yè)需要的是既有較好的理論基礎(chǔ),又有較強(qiáng)的實(shí)踐能力,并且了解通信行業(yè)技術(shù)的綜合應(yīng)用型人才。因此,高校必須不斷完善通信實(shí)驗(yàn)室建設(shè),改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?才能適應(yīng)市場對(duì)人才的需求。我院于2009年提出了建設(shè)綜合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)劃,并獲得了中央地方共建專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的資助。
1實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀及建設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的必要性
2000年以來我院先后建設(shè)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信原理、高頻電子、EDA等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室及檢測與控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。2004年通信專業(yè)開始招生,為滿足教學(xué)要求,籌建了通信專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。由于當(dāng)時(shí)學(xué)校經(jīng)費(fèi)緊張,制定了通信專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上分兩步走的計(jì)劃:第一步,建設(shè)以滿足教學(xué)需求的基本型專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,主要完成光纖、程控、通信網(wǎng)、移動(dòng)通信等專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案以各種實(shí)驗(yàn)箱及相關(guān)的儀器設(shè)備組成,基本1人1箱,其特點(diǎn)是:技術(shù)成熟,投資少,維護(hù)方便。第二步,建設(shè)綜合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室。第一步建設(shè)方案已于2006年完成。
2006年以來,通信專業(yè)實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中發(fā)揮了其應(yīng)有的作用。但這些設(shè)備各自獨(dú)立,沒有形成網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)性不強(qiáng),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多以演示、驗(yàn)證為主。隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,這類實(shí)驗(yàn)室條件局限性較大,沒有通信全程全網(wǎng)的系統(tǒng)性,學(xué)生對(duì)所學(xué)的專業(yè)課程缺乏系統(tǒng)整體概念,無法滿足對(duì)通信技術(shù)的深入研究及市場對(duì)人才的需求。因此建設(shè)綜合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是非常必要的。
2綜合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)思路與目標(biāo)
隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展,電信領(lǐng)域正在向著移動(dòng)化、寬帶化的方向不斷融合。因此,綜合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的基本思路是建設(shè)一個(gè)集傳輸、交換、寬帶接入及有線、無線通信為一體的綜合現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò),是一個(gè)類似于電信系統(tǒng)的全真式網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行,各個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)接,并能夠完成每種設(shè)備平臺(tái)的實(shí)訓(xùn)與研究。通過該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),讓學(xué)生從軟件到硬件全方位感受現(xiàn)代通信的真實(shí)環(huán)境,對(duì)所學(xué)專業(yè)有直觀的認(rèn)識(shí)及深入的了解,提高專業(yè)素質(zhì),鍛煉動(dòng)手能力,把學(xué)生培養(yǎng)成符合社會(huì)需求的綜合型、應(yīng)用型通信技術(shù)人才。
3綜合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)方案與內(nèi)容
建設(shè)方案既要技術(shù)先進(jìn),又要經(jīng)濟(jì)合理,通過反復(fù)多次的論證,提出了適應(yīng)現(xiàn)有資金條件,適合當(dāng)代通信技術(shù)發(fā)展的綜合通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。整個(gè)平臺(tái)由SDH傳輸網(wǎng)、程控交換網(wǎng)、移動(dòng)無線接入網(wǎng)、EPON光接入網(wǎng)、網(wǎng)規(guī)、網(wǎng)優(yōu)等系統(tǒng)構(gòu)成。
3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 綜合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)拓?fù)鋱D
3.2 光傳輸系統(tǒng)
光傳輸系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的核心,溝通了各模塊之間的通信聯(lián)絡(luò)。系統(tǒng)采用SDH技術(shù),由3臺(tái)STM-1設(shè)備構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。SDH技術(shù)是目前通信網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù),它以其突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)為網(wǎng)絡(luò)提供優(yōu)質(zhì)、高效、可靠的通信業(yè)務(wù),能夠滿足寬帶數(shù)據(jù)及視頻圖像等多業(yè)務(wù)的傳輸需求,自愈功能強(qiáng)。掌握傳輸技術(shù)對(duì)通信工程專業(yè)的學(xué)生來說,是非常重要的。
傳輸系統(tǒng)選用華為公司的Optix155/622HMetro1000型設(shè)備,主要功能及配置如下:
(1)系統(tǒng)高階交叉能力為136×136VC4,低階交叉能力1638×1638VC12。
(2)單臺(tái)傳輸系統(tǒng)配置STM-1光接口2個(gè),E1接口21個(gè),FE接口數(shù)量為4個(gè),支持155M至2.5G光速率的在線升級(jí)能力。
(3)具備多業(yè)務(wù)處理能力,提供多路E1,T1,E3和T3業(yè)務(wù)及各種音頻接口,數(shù)據(jù)接口功能。
(4)系統(tǒng)采用MSTP第三代技術(shù),支持以太網(wǎng)信號(hào)的匯聚、二層交換和VLAN。
(5)傳輸系統(tǒng)配備了設(shè)備級(jí)管理軟件,在提供完備的網(wǎng)元級(jí)管理功能的同時(shí),提供了網(wǎng)絡(luò)層管理功能,支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的端到端管理。
(6)整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制健全,交叉、時(shí)鐘、電源均采用1+1保護(hù)措施,具備強(qiáng)大的告警分析和故障自動(dòng)診斷功能,提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性和可靠性。
3.3 程控交換系統(tǒng)
程控交換系統(tǒng)采用華為公司C&C08程控交換設(shè)備,通過傳輸網(wǎng)絡(luò)及其他配合設(shè)備構(gòu)建一個(gè)完全模擬實(shí)際應(yīng)用的,具有局間交換、遠(yuǎn)端接入功能的完整交換網(wǎng)絡(luò)。主要配置為:
(1)系統(tǒng)交換能力為16K×16K,配置模擬電話用戶96路,數(shù)字中繼120DT(最大可擴(kuò)充至50000線模擬用戶及10000線數(shù)字中繼)。
(2)提供中國1號(hào)信令、7號(hào)信令,滿足局間通信的要求;提供語音業(yè)務(wù)及其他綜合接入業(yè)務(wù),配置各種接口。
(3)提供設(shè)備級(jí)網(wǎng)管軟件,可對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行設(shè)置、配置, 進(jìn)行信令的觀測、跟蹤等。
3.4 TD-SCDMA移動(dòng)通信無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
TD-SCDMA技術(shù)是目前廣為使用的新技術(shù),大幅提升了數(shù)據(jù)傳輸速率,實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)寬帶,能夠處理圖像、音樂、視頻等多種媒體形式,提供網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。
系統(tǒng)由TD-SCDMA無線側(cè)基站控制器單元(RNC)、無線側(cè)基帶處理及射頻單元(Node B)及無線網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)中心(OMC-R)等主要設(shè)備及相關(guān)系統(tǒng)軟件組成。
TD-SCDMA無線側(cè)基站控制器單元(RNC)采用華為公司新一代基站控制器DRNC820型設(shè)備,該設(shè)備集成度高、容量大、可靠性好,可以滿足未來高速分組業(yè)務(wù)發(fā)展,大大提升TD-SCDMA全系統(tǒng)的帶寬和容量。系統(tǒng)采用MAIO(Multiple Access To I n One)技術(shù),統(tǒng)一ATM,TDM和IP交換體系,既支持對(duì)2G傳輸資源的前向兼容,也支持向全網(wǎng)IP的演進(jìn)。設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì),支持單框解決方案與平滑升級(jí);采用雙平面GE Star交換網(wǎng),可提供最大120Gbps的交換容量;接口豐富,可提供多種組網(wǎng)方式。
TD-SCDMA無線側(cè)基帶處理及射頻單元采用業(yè)界技術(shù)領(lǐng)先的多形態(tài)統(tǒng)一模塊設(shè)計(jì),具有體積小、容量大、功耗低、安裝靈活的特點(diǎn),最大可支持36載扇的TD-SCDMA基帶處理能力。
操作維護(hù)系統(tǒng)主要完成軟件管理、故障管理、性能管理、測試管理、傳輸管理等功能。
3.5 EPON光接入系統(tǒng)
EPON光接入系統(tǒng)采用華為公司MA5680T型設(shè)備,具備多種豐富的功能特性,可提供大容量、高速率、高帶寬的語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)接入。設(shè)備為GPON/EPON一體化設(shè)備,滿足用戶擴(kuò)容升級(jí)需要;系統(tǒng)能力滿足背板交換容量為275Gbps,業(yè)務(wù)交換容量雙向?yàn)?8G;單框可支持ONU/ONT數(shù)為7168;支持3層特性,支持RIPV1/V2和OSPF路由協(xié)議;滿足多種FTTx組網(wǎng)應(yīng)用,滿足基站傳輸、IP專線互聯(lián)、批發(fā)等業(yè)務(wù)組網(wǎng)需求。
3.6 網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)系統(tǒng)
無線網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)選用鼎利公司的測試軟件,具備完善的GSM/GPRS/TD-SCDMA/HSDPA網(wǎng)絡(luò)測試功能。能夠提供多種測試方法。
3.7 專用e-bridge實(shí)驗(yàn)軟件
由于本次實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選用的硬件設(shè)備均為商用設(shè)備,所以要考慮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如何適合于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),一般來說,實(shí)際商用設(shè)備的管理終端數(shù)只有一個(gè),這樣對(duì)于有40名學(xué)生的班級(jí)來說,需要分40組,顯然不現(xiàn)實(shí)。訊方公司研發(fā)的專用e-bridge實(shí)驗(yàn)軟件,解決了多人操作的問題,滿足每個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)可以40名學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,把商用設(shè)備轉(zhuǎn)化為適合高校教學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
專用e-bridge實(shí)驗(yàn)軟件具備實(shí)驗(yàn)過程控制功能,實(shí)驗(yàn)教師可靈活分配實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)時(shí)間,可以調(diào)整每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間,軟件能同時(shí)滿足多人多次上機(jī)實(shí)驗(yàn)的要求。
綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)組成除配置以上設(shè)備、軟件外,還考慮設(shè)置了通信電源設(shè)備、光纖配線架、數(shù)字配線架、音頻配線架等其他配合設(shè)備。
4實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容
整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過通信網(wǎng)管軟件,可滿足40個(gè)學(xué)生終端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,可開展的主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容如下:
關(guān)鍵詞:WISHBONE;FPGA;片上系統(tǒng);IP核
中圖分類號(hào):TP302.2; TP338.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)31-0000-00
Design of Sensor Control System on Chip Based on Wishbone
HUANG Wang-hua1, LIU Yi-jun2
(1.Guangdong Textile Polytechnic,Foshan 528041,China;2.Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China)
Abstract: The paper has designed a sensor control system IP core based on the analysis of traditional sensor node structure,which is under WISHBONE standard.This IP core has been carried out in Xilinx's Spantan 3 series FPGA chip successfully. First of all the paper designs the sensor node control system frame,in which SHT7X is a sensor module and CC2420 is a wireless communication module, and then it inrtoduces the detaile design of sub modules, including the MCU, interface modules and the system connecte module, all these modules are under WISHBONE Bus standard. Finally, after synthesizeing ,implementing and programming,the result shows that the IP core only uses 625 Slices, and its highest frequency is up to 78.740MHz.
Key words: WISHBONE;FPGA;SoC;IP core
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一,它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物[1]。目前,傳統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器、信號(hào)調(diào)理、ADC、微處理器、電源、無線通訊和天線組成。這種傳感器節(jié)點(diǎn)最大的特點(diǎn)是電路模塊化、體積較大、功耗也不低。近幾年來,隨著FPGA和SoC技術(shù)的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)逐漸由板級(jí)向芯片級(jí)設(shè)計(jì)過渡。本論文就在FPGA芯片上傳感器控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)采用了WISHBONE總線標(biāo)準(zhǔn),通過調(diào)試功能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
1 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和WISHBONE總線簡介
傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是由一定數(shù)量的傳感器節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)搭建起來,根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用要求的不同選擇監(jiān)測不同數(shù)據(jù)的傳感器。目前,傳統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器、信號(hào)調(diào)理、ADC、微處理器、電源、無線通訊和天線組成。傳感器主要完成數(shù)據(jù)采集,其類型由被監(jiān)測的物理信號(hào)的形式?jīng)Q定。ADC主要完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變換,通常市面上的傳感器模塊都集成了數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。微處理器主要完成數(shù)據(jù)處理和操作控制,通常采用低功耗的,如MicroChip公司的PIC系列等。通訊單元主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳遞,一般由低功耗、短距離的無線通信模塊組成。
Wishbone[2]總線是一種開源的片上總線標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)由OPENCODES組織維護(hù)。該總線采用了主/從結(jié)構(gòu),由主部件發(fā)起每次與從部件之間的數(shù)據(jù)傳輸,支持常見的四種IP核聯(lián)接方式,包括:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、數(shù)據(jù)流、共享總線和交叉開關(guān)。
2 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
因該設(shè)計(jì)所涉及的傳感器節(jié)點(diǎn)主要以監(jiān)測大氣溫度和濕度為目的,為了提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度和減少功耗,節(jié)點(diǎn)采用了瑞士SENSIRION公司開發(fā)的數(shù)字溫濕度傳感器SHT7X系列傳感器。該模塊為插針型,方便傳感器的安裝和系統(tǒng)調(diào)試。同時(shí)為了方便自適應(yīng)組建網(wǎng)絡(luò),本傳感器節(jié)點(diǎn)采用CC2420作為無線通信模塊。該無線通信模塊可以通過4線SPI總線(SI、SO、SCLK、CSn)設(shè)置芯片的工作模式,并實(shí)現(xiàn)讀/寫緩存數(shù)據(jù)、讀/寫狀態(tài)寄存器等。通過控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射/接收緩存器。
傳感器節(jié)點(diǎn)控制模塊的設(shè)計(jì)直接影響著整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。該文利用FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)了節(jié)點(diǎn)的控制模塊,模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
該片上系統(tǒng)主要由一個(gè)8位的MCU,片內(nèi)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)RAM,WISHBONE總線控制器和各外設(shè)控制器IP核組成。其中MCU IP核主要負(fù)責(zé)整個(gè)片上系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理,該MCU采用PIC16C5X系列的33條經(jīng)典控制指令[3],根據(jù)FPGA芯片的特點(diǎn)和應(yīng)用的需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)。RAM IP核主要用來存放監(jiān)測數(shù)據(jù),該IP核由FPGA芯片的RAM塊組成。各外設(shè)控制器IP核,主要負(fù)責(zé)根據(jù)外設(shè)接口類型,將內(nèi)部平行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成相就的數(shù)據(jù)格式,比如LCD-WISHBONE接口IP核,將內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)值根據(jù)數(shù)碼管進(jìn)行編碼;UART-WISHBONE接口IP核將內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的平行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)波特率的UART串行數(shù)據(jù),等等。以上IP核不管是MCU IP核還是接口控制器IP核都用WISHBONE片上系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)格化。最后通過WISHBONE總線將各功能IP核模塊連接起來,各IP核訪問總線由總線控制模塊控制。
3 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)
3.1 微控制器IP核
該IP核采用傳統(tǒng)的LOAD/STORE結(jié)構(gòu),即指令操作數(shù)基本來自寄存器,運(yùn)算結(jié)束后結(jié)果也放回寄存器中,指令執(zhí)行前要先提取數(shù)據(jù),指令結(jié)束后要結(jié)果存儲(chǔ)好。整個(gè)系統(tǒng)由控制器根據(jù)指令控制其它單元的操作,如取址、取數(shù),ALU運(yùn)算等。
MCU IP核在Syscon模塊時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下,首先指令寄存器根據(jù)PC值取出指令,這就是取指階段。接下來是譯碼器對(duì)指令進(jìn)行譯碼,并從存儲(chǔ)器中取出操作數(shù)。然后ALU根據(jù)譯碼結(jié)果對(duì)操作數(shù)進(jìn)行運(yùn)算,最后寫回存儲(chǔ)器或輸出結(jié)果。IP核接口采用WISHBONE標(biāo)準(zhǔn),其中地址標(biāo)志位用于選擇外設(shè)。
3.2 IIC-WISHBONE控制器IP核
IIC(Inter-Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線標(biāo)準(zhǔn),用于連接微控制器及其設(shè)備[4]。該控制器IP核主要用于連接濕溫感應(yīng)器SHT7X,通過本IP核將感應(yīng)器的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為8位并行數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換過程中,通過對(duì)一系列寄存器的操作,可以設(shè)置器件速度,控制操作,接收傳輸數(shù)據(jù)等。該IP核采用了字節(jié)傳輸控制模式,在感應(yīng)器時(shí)鐘的觸發(fā)下,從感應(yīng)器中讀取采集的數(shù)據(jù),當(dāng)數(shù)據(jù)緩存器滿時(shí),即鎖定,并通過命令寄存器,請(qǐng)求占用總線,直到MCU響應(yīng)。這樣就完成了以次數(shù)據(jù)采集。
3.3 SPI-WISHBONE接口
SPI(Serial Parallel Bus)總線是由Motorola公司提出的,可以允許外設(shè)以串得方式與MCU進(jìn)行通信的一個(gè)總線[5]。總線是一種高速的、全雙工、同步的通信總線,并且只由4條信號(hào)線組成,分別是:SCLK(時(shí)鐘線)、/CS(片選線)、SDO(數(shù)據(jù)輸出線)和SDI(數(shù)據(jù)輸入線)。該IP核主要用于連接無線模塊CC2420,將經(jīng)MCU處理后的數(shù)據(jù)通過該IP核傳遞給CC2420。
3.4 UART-WISHBONE接口
UART(即Universal Asynchronous Receiver Transmitter 通用異步收發(fā)器)是廣泛使用的串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。UART允許在串行鏈路上進(jìn)行全雙工的通信。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)用到UART接口來進(jìn)行通信,將UART功能集成到SoC設(shè)計(jì)中從而簡化了電路,縮小了面積,還充分利用芯片剩余邏輯單元。UART主要由UART內(nèi)核、信號(hào)監(jiān)測器、移位寄存器、波特率發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、總線先擇器和奇偶校驗(yàn)器總共七個(gè)模塊組成。主要部分功能介紹如下:UART內(nèi)核主要完成控制周圍其它部分在收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)的操作;信號(hào)監(jiān)測器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,一有新的數(shù)據(jù)立即通知UART內(nèi)核;總線選擇用于選擇奇偶校驗(yàn)的輸入是數(shù)據(jù)發(fā)送總線還是數(shù)據(jù)接收總線。
4 系統(tǒng)集成
通過前面?zhèn)€IP核的設(shè)計(jì)、測試和電路優(yōu)化,接下來主要是將各IP核集成起來。在IP核設(shè)計(jì)過程中已對(duì)IP核接口進(jìn)行WISHBONE標(biāo)準(zhǔn)化。為了將多個(gè)WISHBONE總線接口標(biāo)準(zhǔn)的各IP核連接成一個(gè)片上系統(tǒng),WISHBONE總線標(biāo)準(zhǔn)主要有四種聯(lián)接方式,包括端對(duì)端、數(shù)據(jù)流、共享和交叉總線。本設(shè)計(jì)主要考慮到系統(tǒng)外設(shè)數(shù)量較少,同時(shí)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不高,為了設(shè)計(jì)的簡便,本設(shè)計(jì)采用共享式互聯(lián)方式[6]。
總線控制模塊根據(jù)主設(shè)備(MCU)輸出的地址高四位進(jìn)行選擇從設(shè)備,在本系統(tǒng)中,從設(shè)備可以擴(kuò)展到16個(gè)。主設(shè)備輸出的低四位地址為各接口控制器IP核內(nèi)的寄存器地址,用于暫存操作命令和數(shù)據(jù)。
5 系統(tǒng)綜合/實(shí)現(xiàn)/調(diào)試
在完成系統(tǒng)集成的功能測試后,就可將設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合實(shí)現(xiàn)。綜合是指將電路的高級(jí)語言(VHDL、 Verilog、 SystemVerilog等)或原理圖轉(zhuǎn)換成低級(jí)的,可與CPLD/FPGA相映射的網(wǎng)表文件,就是按照某種規(guī)定描述電路的基本組成和如何相互連接的文件[7]。
綜合前主要是設(shè)定設(shè)計(jì)的約束,包括引腳和時(shí)鐘等。然后在ISE自帶的高性能的綜合工具中進(jìn)行綜合,最后綜合結(jié)果顯示該系統(tǒng)IP核只占用了625各Slice,僅用了器件3%的資源,同時(shí)時(shí)鐘也達(dá)到了約束要求,具體情況如圖2所示。
綜合后占用FPGA資源情況如下:
Number of Slices: 625 out of166403%
Number of Slice Flip Flops:510 out of332801%
Number of 4 input LUTs:1115out of332803%
Number of bonded IOBs: 20 out of 519 3%
Number of BRAMs:3 out of84 3%
Number of GCLKs:4 out of2416%
IP核時(shí)序情況如下:
Minimum period: 12.700ns (Maximum Frequency: 78.740MHz)
Minimum input arrival time before clock: 5.166ns
Maximum output required time after clock: 11.848ns
隨后進(jìn)行實(shí)現(xiàn),通過ISE自帶工具查看布局布線情況,可以發(fā)現(xiàn)主要分布在BANK2,且較集中。然后利用Generate Programming File命令生成BIT位流文件,最后用編程工具iMPACT將位流文件直接下載到FPGA芯片中,通過對(duì)運(yùn)行情況的分析,設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)定要求。
6 小結(jié)
該文主要完成了基于WISHBOEN總線的片上傳感器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括MCU、IIC接口、ISP接口和URAT接口,以及對(duì)采用WISHBONE總線標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化。然后通過共享式總線控制模塊將各IP核聯(lián)接起來。最后將系統(tǒng)IP核下載到Spartan-3A DSP 1800A開發(fā)板進(jìn)行了調(diào)試,設(shè)計(jì)基本達(dá)到要求。
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