時(shí)間:2023-03-28 14:55:25
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在許多基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中,系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)遙控功能,而紅外通信則是被采用較多的一種方法。紅外通信具有控制簡單、實(shí)施方便、傳輸可靠性高的特點(diǎn),是一種較為常用的通信方式。紅外線通信是一種廉價(jià)、近距離、無線、低功耗、保密性強(qiáng)的通訊方案,主要應(yīng)用于近距離的無線數(shù)據(jù)傳輸,也有用于近距離無線網(wǎng)絡(luò)接入。從早期的IRDA規(guī)范(115200bps)到ASKIR(1.152Mbps),再到最新的FASTIR(4Mbps),紅外線接口的速度不斷提高,使用紅外線接口和電腦通信的信息設(shè)備也越來越多。紅外線接口是使用有方向性的紅外線進(jìn)行通訊,由于它的波長較短,對(duì)障礙物的衍射能力差,所以只適合于短距離無線通訊的場(chǎng)合,進(jìn)行"點(diǎn)對(duì)點(diǎn)"的直線數(shù)據(jù)傳輸,因此在小型的移動(dòng)設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。
1.紅外通信的基本原理
紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體,即通信信道。發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào),通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào),還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制(PWM)和通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制(PPM)兩種方法。
簡而言之,紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào),以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸;紅外通信接口就是針對(duì)紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。
2.紅外通訊技術(shù)的特點(diǎn)
紅外通訊技術(shù)是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù),被眾多的硬件和軟件平臺(tái)所支持:
⑴通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā);
⑵主要是用來取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線纜連接;
⑶新的通訊標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通訊標(biāo)準(zhǔn);
⑷小角度(30度錐角以內(nèi)),短距離,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸,保密性強(qiáng);
⑸傳輸速率較高,目前4M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用,16M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)。
3.紅外數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的用途
紅外通訊技術(shù)常被應(yīng)用在下列設(shè)備中:
⑴筆記本電腦、臺(tái)式電腦和手持電腦;
⑵打印機(jī)、鍵盤鼠標(biāo)等計(jì)算機(jī)設(shè)備;
⑶電話機(jī)、移動(dòng)電話、尋呼機(jī);
⑷數(shù)碼相機(jī)、計(jì)算器、游戲機(jī)、機(jī)頂盒、手表;
⑸工業(yè)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備;
⑹網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備,如調(diào)制解調(diào)器。
4.紅外數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的缺點(diǎn)
⑴通訊距離短,通訊過程中不能移動(dòng),遇障礙物通訊中斷;
⑵目前廣泛使用的SIR標(biāo)準(zhǔn)通訊速率較低(115.2kbit/s);
⑶紅外通訊技術(shù)的主要目的是取代線纜連接進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸,功能單一,擴(kuò)展性差。
5.紅外通信技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的沖擊
紅外通信標(biāo)準(zhǔn)有可能使大量的主流計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品遭淘汰,包括歷史悠久的調(diào)制解調(diào)器。預(yù)計(jì),執(zhí)行紅外通信標(biāo)準(zhǔn)即可將所有的局域網(wǎng)(LAN)的數(shù)據(jù)率提高到10Mb/s。
紅外通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的發(fā)射功率很低,因此它自然是以電池為工作電源的標(biāo)準(zhǔn)。目前,惠普移動(dòng)計(jì)算分公司正在開發(fā)內(nèi)置式端口,所有擁有支持紅外通信標(biāo)準(zhǔn)的筆記本計(jì)算機(jī)和手持式計(jì)算機(jī)的用戶,可以把計(jì)算機(jī)放在電話機(jī)的旁邊,遂行高速呼叫,可連通本地的因特網(wǎng)。由于電話機(jī)、手持式計(jì)算機(jī)和紅外通信連接全都是數(shù)字式的,故不需要調(diào)制解調(diào)器。
紅外通信標(biāo)準(zhǔn)的廣泛兼容性可為PC設(shè)計(jì)師和終端用戶提供多種供選擇的無電纜連接方式,如掌上計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理設(shè)備和桌面計(jì)算機(jī)之間的文件交換;在計(jì)算機(jī)裝置之間傳送數(shù)據(jù)以及控制電視、盒式錄像機(jī)和其它設(shè)備。
6.紅外通信技術(shù)開辟數(shù)據(jù)通信的未來
目前,符合紅外通信標(biāo)準(zhǔn)要求的個(gè)人數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)助理設(shè)備、筆記本計(jì)算機(jī)和打印機(jī)已推向市場(chǎng),然而紅外通信技術(shù)的潛力將通過個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)和全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)的建立而充分顯示出來。由于紅外連接本身是數(shù)字式的,所以在筆記本計(jì)算機(jī)中不需要調(diào)制解調(diào)器。便攜式PC機(jī)有一個(gè)任選的擴(kuò)展插槽,可插入新式PCS數(shù)據(jù)卡。PCS數(shù)據(jù)卡配電話使用,建立和保持對(duì)無線PCS系統(tǒng)的連接;擴(kuò)展電纜的紅外端口使得在PCS電話系統(tǒng)和筆記本計(jì)算機(jī)之間容易實(shí)現(xiàn)無線通信。由于PCS、數(shù)字電話系統(tǒng)和筆記本計(jì)算機(jī)之間的連接是通過標(biāo)準(zhǔn)的紅外端口實(shí)現(xiàn)的,所以PCS數(shù)字電話系統(tǒng)可在任何一種PC機(jī)上使用,包括各種新潮筆記本計(jì)算機(jī)以及手持式計(jì)算機(jī),以提供紅外數(shù)據(jù)通信。而且,由于該系統(tǒng)不要求在計(jì)算機(jī)中使用調(diào)制解調(diào)器,所以過去不可能維持高性能PC卡調(diào)制解調(diào)器運(yùn)行所需電壓的手持式計(jì)算機(jī),現(xiàn)在也能以無線方式進(jìn)行通信。紅外通信標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者還在設(shè)想在機(jī)場(chǎng)和飯店等地點(diǎn)使用步行傳真機(jī)和打印機(jī),在這些地方,掌上計(jì)算機(jī)用戶可以利用這些外設(shè)而勿需電纜。銀行的ATM(柜員機(jī))也可以采用紅外接口裝置。
預(yù)計(jì)在不久的將來,紅外技術(shù)將在通信領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用,數(shù)字蜂窩電話、尋呼機(jī)、付費(fèi)電話等都將采用紅外技術(shù)。紅外技術(shù)的推廣意味著膝上計(jì)算機(jī)用戶不用電纜連接的新潮即將到來。由于紅外通信具有隱蔽性,保密性強(qiáng),故國外軍事通信機(jī)構(gòu)歷來重視這一技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這一技術(shù)在軍事隱蔽通信,特別是軍事機(jī)密機(jī)構(gòu)、邊海防的端對(duì)端通信中將發(fā)揮出重要的作用。正如前面所述,它還將對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生沖擊,對(duì)未來數(shù)據(jù)通信產(chǎn)生重大影響。
參考文獻(xiàn)
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二、“光纖通信”課程理論教學(xué)方法與實(shí)踐
1.理論教學(xué)過程中的理論分析應(yīng)從簡單遞進(jìn)難度。例如,我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐過程中學(xué)習(xí)光纖中的光傳輸理論時(shí),先討論學(xué)生較熟悉的幾何光學(xué)法的全反射傳輸理論,再分析光在光纖中遵循的電磁理論,提出麥克斯韋方程組,并進(jìn)行嚴(yán)格推導(dǎo)和詳細(xì)討論。
2.教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)展開課堂討論。對(duì)于一些較簡單并有一定重復(fù)性的內(nèi)容,可以采取課堂討論的教學(xué)模式。由于,光纖制造和光纜制作工藝相對(duì)簡單易懂,制造過程和方法有很多種。因此,對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行課堂討論形式教學(xué)。預(yù)先把學(xué)生分成幾組,每組選擇2~3個(gè)題目,之后收集資料、制作PPT、充分備課。課堂上每組選出1~2個(gè)學(xué)生,上講臺(tái)利用15~25分鐘的時(shí)間對(duì)特定題目進(jìn)行講解,講完后其他成員可以提問,相互討論。通過以上教學(xué)環(huán)節(jié),本是一些繁雜的內(nèi)容從不同講解者的不同風(fēng)格再現(xiàn)出來,課堂氣氛積極活躍,講授內(nèi)容豐富多彩。同時(shí)講解者完成了選題目、制作PPT及備課講課等全過程,這對(duì)即將畢業(yè)的學(xué)生是一個(gè)展現(xiàn)自己、鍛煉自己的好機(jī)會(huì)。
3.教學(xué)過程中適當(dāng)展示實(shí)際器件或相關(guān)案例。光纖通信是一門要求理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程。除了規(guī)定的實(shí)驗(yàn)課外,在理論教學(xué)過程中應(yīng)該注意理論與實(shí)際相結(jié)合。在理論教學(xué)過程中,涉及一些實(shí)際光學(xué)元件和設(shè)備時(shí),比如,連接器、耦合器、光纖光柵和激光器等,課堂上盡量展示實(shí)物及說明書,并說明其在通信網(wǎng)絡(luò)中的具置和作用。不僅可以活躍課堂氣氛,還可以鞏固教學(xué)內(nèi)容,留下深刻印象。比如,設(shè)計(jì)光纖分類和工藝等內(nèi)容時(shí),我們盡量引入許多國內(nèi)外的著名企業(yè)并展示其相關(guān)光纖產(chǎn)品。我國已擁有長飛、亨通、烽火、富通、中天、永鼎、通光、匯源等光纜企業(yè)及特發(fā)、成康、北康、侯馬、富春江、天虹、宏安、華倫、華達(dá)、華新、港龍、通鼎、西古、法爾勝等一大批骨干企業(yè)。2006年,國內(nèi)市場(chǎng)光纜總量達(dá)2000萬芯公里,出口光纜470萬芯公里,總產(chǎn)銷2470萬芯公里以上。2000~2012年,我國光纖需求量增加了整整24倍,年增長率達(dá)30%。2006年中國光纖需求量僅占全球的25%左右,至2012年,這一市場(chǎng)份額已超過了50%。光纜總體技術(shù)水平已達(dá)國際先進(jìn)水平,主要企業(yè)的主要產(chǎn)品指標(biāo)領(lǐng)先國際先進(jìn)水平,產(chǎn)品種類規(guī)格基本齊全(海底越洋光纜尚差)[5]。
4.概念與其背景相聯(lián)系。每一學(xué)科與每一門課程都具有相應(yīng)的概念和理論。其中一些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、一些概念的提出有其歷史背景和條件。在光通信,特別是光孤子通信屬于這一類,孤子這個(gè)名詞首先是在流體力學(xué)中提出的,其概念可以追溯到1844年英國工程師SocttRussel在《波動(dòng)論》中記錄的一段于1834年8月在愛丁堡一戈拉斯高運(yùn)河上的一次經(jīng)歷。講授該內(nèi)容時(shí),我們抓住其獨(dú)特的歷史,回顧一下當(dāng)年的發(fā)現(xiàn),活躍課堂氣氛,形象準(zhǔn)確地理解概念。
5.理論分析與科研成果相聯(lián)系。在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用科技論文,可以使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容掌握得更好,同時(shí)對(duì)科技論文的查閱、內(nèi)容格式和寫作等進(jìn)一步了解,對(duì)以后畢業(yè)論文,乃至科研工作有一定的引導(dǎo)作用。對(duì)科技論文的選取要注意以下幾點(diǎn):文章的主題符合課程相關(guān)內(nèi)容;科技論文的難度要適當(dāng);科技論文作者及其單位在行業(yè)有一定的影響力;最后,科技論文內(nèi)容為該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)[2]。比如,講授完光纖結(jié)構(gòu)、制造工藝和傳輸理論之后,組織學(xué)生學(xué)進(jìn)延(烽火通信科技有限公司)的《S-C-L三波段傳輸新型單模光纖的設(shè)計(jì)和研究》和專利《一種新型低色散光纖》[3]。通過分析科技論文鞏固所學(xué)知識(shí),進(jìn)一步理解提出問題、解決問題,并把成果撰寫成科技論文或申請(qǐng)專利的整體過程,提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。
6.實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和仿真模擬。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),我們針對(duì)性地開設(shè)了12個(gè)典型實(shí)驗(yàn)。除此之外,結(jié)合理論與實(shí)踐,設(shè)置了計(jì)算機(jī)仿真的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。仿真是利用模型復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程,并通過對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)研究存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)[6]。很多情況下,因受到實(shí)驗(yàn)條件限制,光纖通信中經(jīng)實(shí)際操作,用實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)和分析的內(nèi)容有限。此時(shí),我們可以學(xué)習(xí)和利用仿真技術(shù),主要是利用一些光纖通信領(lǐng)域功能較強(qiáng)的模擬軟件設(shè)計(jì)光纖通信器件和光纖通信系統(tǒng)。對(duì)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的模擬,參數(shù)調(diào)整和結(jié)果分析加深對(duì)實(shí)際通信網(wǎng)絡(luò)的了解,分析其存在的問題,提出解決方案。
本文作者:陳習(xí)權(quán)孫杰韓海林作者單位:浙江省計(jì)量科學(xué)研究院
反向射線跟蹤的三維路徑搜索
在建立城市小區(qū)地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,分別以基站天線和待測(cè)點(diǎn)所在位置為射線的起點(diǎn)和終點(diǎn),只要知道建筑物與建筑物上的鋁合金門窗及其外表面的長寬高等三維數(shù)據(jù)信息,并將其用作射線跟蹤算法中的相交測(cè)試,就可為輻射場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算提供所需的輻射射線的波程、角度和相位等信息。考慮到輻射信號(hào)的衰減,可忽略到達(dá)待測(cè)點(diǎn)幅值較小和對(duì)綜合場(chǎng)強(qiáng)影響較小的輻射射線,即忽略三次以上的反射及繞射傳播路徑的影響。反向射線跟蹤的三維路徑搜索算法主要包括直射、一次反射、一次繞射、一次反射加上一次繞射、一次繞射加上一次反射、二次反射、二次繞射。其中,直射是發(fā)射點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)間的視距傳播;一次反射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物表面發(fā)生首次反射后剛好到達(dá)待測(cè)定點(diǎn);一次繞射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物的邊緣棱線發(fā)生首次衍射后剛好到達(dá)待測(cè)點(diǎn);一次反射加上一次繞射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物表面發(fā)生首次反射后剛好通過建筑物的邊緣棱線發(fā)生再次衍射后剛好到達(dá)待測(cè)點(diǎn);一次繞射加上一次反射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物的邊緣棱線發(fā)生首次衍射后再通過建筑物表面發(fā)生反射并剛好到達(dá)待測(cè)定點(diǎn);二次反射是指發(fā)射點(diǎn)的射線連續(xù)兩次遇到建筑物表面發(fā)生兩次反射后剛好到達(dá)待測(cè)定點(diǎn);二次繞射是指發(fā)射點(diǎn)的射線連續(xù)兩次遇到建筑物的邊緣棱線發(fā)生兩次衍射后剛好到達(dá)待測(cè)點(diǎn)。運(yùn)用反向射線跟蹤算法進(jìn)行路徑搜索,最主要的是進(jìn)行射線與建筑物表面的求交運(yùn)算。采用基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的二叉樹分區(qū)算法和八叉樹分區(qū)算法即可求得相應(yīng)的結(jié)果[9—13]。
結(jié)果和討論
以杭州市某小區(qū)移動(dòng)基站附近的輻射場(chǎng)強(qiáng)情況為例,首先對(duì)該小區(qū)的建筑物環(huán)境進(jìn)行三維系統(tǒng)建模,利用建筑物模型的三維數(shù)據(jù)信息進(jìn)行射線跟蹤的路徑搜索,并根據(jù)射線跟蹤搜索結(jié)果對(duì)小區(qū)不同空間分布點(diǎn)1—4進(jìn)行輻射場(chǎng)強(qiáng)的數(shù)值計(jì)算與仿真,合成場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果如表2所示。為進(jìn)一步驗(yàn)證上述數(shù)值仿真計(jì)算的正確性,采用意大利PMM公司生產(chǎn)的PMM8053A型電磁輻射分析儀按測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行實(shí)測(cè),實(shí)驗(yàn)期間天氣晴朗,測(cè)試時(shí)間為16:00—19:00,室外溫度13—21℃,相對(duì)濕度50%-70%,每個(gè)測(cè)試點(diǎn)重復(fù)測(cè)量10次,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果如下表2所示。軟件數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果和實(shí)地測(cè)量值的比較如圖3所示。通過上述軟件數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)值與數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果較為接近,二者的變化趨勢(shì)也完全一致。該數(shù)值仿真計(jì)算方法可較好地滿足城市小區(qū)移動(dòng)通信基站附近電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)理論預(yù)測(cè)的科學(xué)性要求,實(shí)踐證明其實(shí)用、正確、有效。該系統(tǒng)建模與數(shù)值仿真計(jì)算方法適合不同小區(qū)的輻射場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算,但計(jì)算值與測(cè)量值有一定的誤差,可能由以下幾方面的原因造成:(1)在三維建模方面,考慮到計(jì)算時(shí)間和計(jì)算成本,忽略了建筑物表面的細(xì)節(jié)信息,可能會(huì)影響到系統(tǒng)的計(jì)算精度;(2)由于建筑物的材料比較復(fù)雜,而且分布不均勻,建筑物的等效電參數(shù)不易確定,也會(huì)影響到軟件預(yù)測(cè)的精確度;(3)忽略周圍汽車、電線桿等散射體影響也會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來一定的誤差;(4)天氣原因或者人為讀取數(shù)據(jù)的讀數(shù)誤差都可能造成測(cè)量值的誤差。但誤差是在允許范圍之內(nèi)(一般不超過±4dB),總體能很好地預(yù)測(cè)通信基站附近城市小區(qū)任意場(chǎng)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。
1農(nóng)村移動(dòng)通信用戶的市場(chǎng)消費(fèi)特點(diǎn)。由于農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平比城市要低很多,農(nóng)民的收入也相對(duì)較低,消費(fèi)水平自然跟不上,農(nóng)村移動(dòng)電信用戶對(duì)資費(fèi)的敏感度就比較高。由于農(nóng)村用戶的知識(shí)水平普遍較低,加上對(duì)移動(dòng)業(yè)務(wù)缺乏了解,大部分的農(nóng)村用戶只注重產(chǎn)品的通話功能,,希望通話語音清晰,繳費(fèi)方便,賬單清楚等,對(duì)產(chǎn)品的需求比較簡單。另外,農(nóng)村地區(qū)具有較濃的從眾心理,因此,產(chǎn)品具有良好的口碑成為其傳播的主要方式。
2農(nóng)村通信市場(chǎng)的發(fā)展存在各種制約因素。我國農(nóng)村地區(qū)范圍廣,面積大,居住地區(qū)的情況比較復(fù)雜,通信基站的建設(shè)跟不上通信發(fā)展的需要,存在很多通信盲區(qū),越偏遠(yuǎn)的地區(qū)信號(hào)越差,通信質(zhì)量就越不高。比如在偏遠(yuǎn)的大西北山區(qū),由于地理環(huán)境的影響,移動(dòng)通信工具的使用比較少,因此,必須加強(qiáng)通信基站的建設(shè)才能有效解決這一問題。其次,由于農(nóng)村地區(qū)收入普遍較低,移動(dòng)通信的消費(fèi)對(duì)他們來說比較高,月租、話費(fèi)、來電顯示等業(yè)務(wù)讓農(nóng)民覺得太貴,而且購買手機(jī)在一些地區(qū)也是比較奢侈的消費(fèi),我國的農(nóng)村移動(dòng)通信市場(chǎng)還處于功能性的需求階段,更注重產(chǎn)品的使用價(jià)值,基本忽略產(chǎn)品的附加價(jià)值,更不在意產(chǎn)品帶來的精神享受。因此,引導(dǎo)農(nóng)村移動(dòng)用戶消費(fèi)是發(fā)展農(nóng)村移動(dòng)通信市場(chǎng)的重要問題。另外,移動(dòng)通信在農(nóng)村的宣傳不到位,服務(wù)做的不周到。隨著通信技術(shù)日新月異的發(fā)展,一些新業(yè)務(wù)、新功能沒有宣傳到位,農(nóng)民都不知道什么是套餐、什么是彩鈴,對(duì)手機(jī)功能的了解也不多,包月、充值卡等的使用相當(dāng)?shù)?,農(nóng)村地區(qū)對(duì)通信服務(wù)的新產(chǎn)品、新業(yè)務(wù)了解和接受程度普遍較低。同時(shí),農(nóng)村地區(qū)的服務(wù)機(jī)構(gòu)比較少,繳納話費(fèi)、手機(jī)維修等都不能滿足人們的需求。
3農(nóng)村移動(dòng)通信營銷渠道存在較大問題。首先營銷渠道的形式比較單一,覆蓋面也比較狹小,農(nóng)村移動(dòng)通信的主要營銷渠道一般為服務(wù)廳和有限的傳統(tǒng)商網(wǎng)點(diǎn),這些服務(wù)點(diǎn)都是專業(yè)或兼營的通訊店鋪,銷售面很有限,完全不能滿足移動(dòng)通信企業(yè)對(duì)農(nóng)村市場(chǎng)發(fā)展的需求。其次,營銷渠道的結(jié)構(gòu)布置的不合理,一般都聚集在比較繁華方便的地段,網(wǎng)點(diǎn)覆蓋不均勻,滲透率比較低。另外,農(nóng)村移動(dòng)通信服務(wù)廳不能有效發(fā)揮服務(wù)廳該有的作用,由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間的經(jīng)濟(jì)存在較大差異,有些鄉(xiāng)鎮(zhèn)服務(wù)廳的業(yè)務(wù)量嚴(yán)重不足,造成農(nóng)村移動(dòng)通信服務(wù)廳收入較低、運(yùn)營成本較高的現(xiàn)狀,移動(dòng)公司的主管部門應(yīng)意識(shí)到調(diào)整農(nóng)村渠道的必要性。
4終端維修難。由于農(nóng)村收入普遍較低,終端消費(fèi)是農(nóng)村移動(dòng)客戶的主要消費(fèi)項(xiàng)目,但是終端銷售網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本比較高,利潤卻很低,存在較大風(fēng)險(xiǎn),廠商和經(jīng)銷商都不愿深入農(nóng)村去建設(shè),導(dǎo)致農(nóng)村移動(dòng)用戶的終端維修不方便,嚴(yán)重影響了農(nóng)村移動(dòng)通信的使用情況。
擴(kuò)大農(nóng)村移動(dòng)通信市場(chǎng)的營銷策略
1針對(duì)農(nóng)村用戶的實(shí)際需求和特點(diǎn),建設(shè)農(nóng)村用戶的品牌。很多農(nóng)村用戶不知道自己使用的品牌屬于哪家運(yùn)營商,也不清楚全球通、神州行、動(dòng)感地帶等的特征。移動(dòng)通信公司要根據(jù)不同的客戶群建立合適的新品牌,并加以宣傳推廣,抓住農(nóng)村用戶的心,是擴(kuò)大農(nóng)村移動(dòng)通信市場(chǎng)的重要途徑。移動(dòng)企業(yè)可以請(qǐng)農(nóng)村地區(qū)比較熟知的名人做代言人,并在營業(yè)廳、代辦點(diǎn)等通過張貼海報(bào)、發(fā)傳單等方式加強(qiáng)推廣,從而樹立良好的口碑,有利于發(fā)展更多的用戶。
在參與了某個(gè)通信公司的一套網(wǎng)管系統(tǒng)以及決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后,我們分析了兩者的集成與應(yīng)用工作,深切地感受到有一個(gè)良好的設(shè)計(jì)策略以及重視所選用的工具是一個(gè)關(guān)鍵。這個(gè)項(xiàng)目主要是對(duì)下屬各分站的子網(wǎng)以及有關(guān)鏈路的連通情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)報(bào)警、路由控制和授權(quán)等功能,其關(guān)鍵在于提供一個(gè)實(shí)時(shí)顯示情況的地圖界面,井將數(shù)據(jù)匯總和組織,建立起數(shù)據(jù)倉庫以及進(jìn)一步實(shí)施數(shù)據(jù)挖掘分析,從而能支持企業(yè)的決策分析。我作為設(shè)計(jì)人員之一,著重在本文中討論控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)集成時(shí)的策略。
【正文】
眾所周知,通信行業(yè)需要有一整套監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)的手段,其工作特點(diǎn)是涉及到的各分站與基站的在地理位置L的分布性,更加需要有在更高一級(jí)提供檢測(cè)不同分站鏈接情況的手段。一般來講,由于數(shù)據(jù)都是海量的,所以,如何將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所得的數(shù)據(jù)及時(shí)處理,以便和決策部門的分析相結(jié)合,也成為迫切需要解決的重要課題。簡言之,分布性、實(shí)時(shí)性以及數(shù)據(jù)海量性是解決整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成的核心問題。
首先,讓我們來討論一下“網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)”。由于我參與設(shè)計(jì)與開發(fā)的這個(gè)系統(tǒng)并不是位于基層的分站,其定位在將下屬各分站的主機(jī)通信數(shù)據(jù)(包括數(shù)據(jù)流量、鏈路負(fù)荷、通往其他結(jié)點(diǎn)即主機(jī)的連通情況等)加以收集,所以對(duì)于具體通信事務(wù)的底層操作要求并不很高。
考慮到上述原因,我們采用了一個(gè)地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)Mapinfo并采用Delphi編程,后臺(tái)用SQLServer數(shù)據(jù)庫(這是由于考慮到?jīng)Q策所需要用到的是Microsoft公司的OLAPService)。在分析和計(jì)劃之前,我們先對(duì)ITU801標(biāo)準(zhǔn)做了詳細(xì)的探討,這只是一個(gè)有關(guān)子網(wǎng)和鏈路定義以及分層等描述的標(biāo)準(zhǔn),在聽取了許多分站人員的建議后,將MAPINFO公司提供的一個(gè)相關(guān)的MAPX的ActiveX控件嵌入到Delphi程序中,利用MAPX中提供的豐富的類以及操作,比如Object、Layer等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管界面,井且加入了子網(wǎng)和鏈路的概念,對(duì)屬下的分站可以隨意地組合成為不同子網(wǎng),而且實(shí)現(xiàn)了放大與縮小的功能,大致可以將整個(gè)地區(qū)的分站集中在一張地圖中,能顯示在屏幕上,這時(shí),只是顯示出各個(gè)分站的概要,小到可以顯示出某臺(tái)主機(jī)的機(jī)柜、機(jī)柜直到插件板(因?yàn)檫@些都要實(shí)時(shí)監(jiān)控)。我們采用了分層的方法來實(shí)現(xiàn)以上縮放。對(duì)于一些靜態(tài)的數(shù)據(jù),如分站,主機(jī)的位置等則先用Mapinfo公司提供的一套編制地理信息的工具(MAPX是其提供給編程工具的一個(gè)ActiveX控件)做成靜態(tài)的層次圖放置于數(shù)據(jù)庫中。
我們新做成的這套系統(tǒng)通過與各分站的專用線路加以連接,能實(shí)時(shí)地得到數(shù)據(jù),顯示于地圖上,反映出各站、各子網(wǎng)、各鏈路的實(shí)時(shí)狀態(tài),并能將控制命令傳回分站(如強(qiáng)制鏈路中斷、路由轉(zhuǎn)換等)。
現(xiàn)在,讓我們來討論其中最為關(guān)鍵的問題,即是要將實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)與企業(yè)信息系統(tǒng)加以集成,我們的設(shè)想和體系結(jié)構(gòu)大體上可以用一張簡圖表示。
在這個(gè)體系結(jié)構(gòu)中,由各分站保留著詳細(xì)的數(shù)據(jù),網(wǎng)管系統(tǒng)則在一定時(shí)間間隔內(nèi)將匯總到的數(shù)據(jù)作少量統(tǒng)計(jì),抽取其中需要保存的內(nèi)容放入數(shù)據(jù)庫,如每分鐘流量,某分站與其他分站每分鐘通信流量,在該分站中某個(gè)鏈路的負(fù)荷(這些鏈路有可能是動(dòng)態(tài)分配的,也可能是固定分站之間的通信鏈路)。盡管如此,數(shù)據(jù)仍然是海量的,因此,如果要把這些數(shù)據(jù)都直接送到各個(gè)決策部門,比如送給市場(chǎng)部門是不現(xiàn)實(shí)的。所以,我們?cè)跀?shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立了數(shù)據(jù)倉庫,確定了客戶、時(shí)間、通信量、計(jì)費(fèi)和故障等幾個(gè)數(shù)據(jù)倉庫的主題,每隔一定時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清理與抽取等預(yù)處理工作,建立好數(shù)據(jù)倉庫。這里的預(yù)處理包括了許多方面的內(nèi)容,比如有建立計(jì)算時(shí)間,但是無計(jì)費(fèi)的(計(jì)費(fèi)值為零)的數(shù)據(jù),應(yīng)視為建立失敗的無效數(shù)據(jù),需要予以剔除;某些企業(yè)租用的是專用線路按月計(jì)費(fèi),中間的通信因此無計(jì)費(fèi)的一些有關(guān)記錄也應(yīng)剔除等。在預(yù)處理之后,再利用OLAPService的分析將數(shù)據(jù)融合與匯總。按照決策部門的需要提供相應(yīng)數(shù)據(jù)(比如:市場(chǎng)部門需要每一分站的收益,客戶分布情況以及客戶費(fèi)用等)。這些都可以由OLAPService對(duì)數(shù)據(jù)作預(yù)先處理,此時(shí)處理完的數(shù)據(jù)在邏輯上是以立方體(CUBE)形式存在的,其占用的存儲(chǔ)空間便能顯著地降低,如1999年8月有2000萬條通訊記錄,即使形成作為備份的文本都需要4G空間,經(jīng)過OLAPService處理后僅需200M左右空間,因此,經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)主要存放于另外的相關(guān)部門的機(jī)器中,而不能與主服務(wù)器放在一起。
最后,再來討論由決策人員所使用的系統(tǒng)。由于這些部門并不分散,我們就沒有采用OLAPServce的Web方案。采用Delphi編制了訪問OLAPService的客戶端軟件,用了OLAPService提供的、CubeBrowser控件,用相似于網(wǎng)頁的界面提供了數(shù)據(jù)立方體的各種操作,如上鉆(觀察角度從月轉(zhuǎn)到季度甚至年),切片,旋轉(zhuǎn)等操作。為了便于輸出打印數(shù)據(jù),還內(nèi)嵌了Microsoft的Excel數(shù)據(jù)透視表,可以將在CubeBrowser上所看到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Excel的表格形式,或者轉(zhuǎn)換成餅形圖、柱形圖和曲線圖等,比如可以觀察每天24小時(shí)通信流量的分布曲線圖,可以發(fā)現(xiàn)在夜間12點(diǎn)以后明顯通信流量減少,而決策部門便可制定某些優(yōu)惠或減價(jià)措施吸引更多客戶在12點(diǎn)之后使用網(wǎng)絡(luò)。
另外,在采用OLAPService中的數(shù)據(jù)挖掘功能時(shí),其中提供的兩類算法分別是基于決策樹的分類和基于決策樹的聚類,市場(chǎng)部門的聚類算法將客戶根據(jù)費(fèi)用情況加以聚集,以期發(fā)現(xiàn)處于同一消費(fèi)水平的客戶的共同特征,便于制定政策,吸引客戶。這方面的努力我們將會(huì)進(jìn)一步持續(xù)進(jìn)行,以保證有足夠的海量數(shù)據(jù)而發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。
(2)對(duì)狀態(tài)檢修的評(píng)價(jià)不容忽視,需合理制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),建立健全設(shè)備運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)體系,并實(shí)現(xiàn)與檢測(cè)、診斷系統(tǒng)的融合。
(3)實(shí)現(xiàn)電力通信設(shè)備故障輔助分析及檢修策略建議體系,故障發(fā)生后保證系統(tǒng)可自動(dòng)做出初步診斷,并利用診斷功能對(duì)故障進(jìn)行分析,最終得出處理方案,為工作人員提供有效的策略。
(4)為提供更強(qiáng)的技術(shù)支持,還應(yīng)建立起網(wǎng)絡(luò)專家?guī)?,將與系統(tǒng)有關(guān)的知識(shí)存入數(shù)據(jù)庫,包括設(shè)備的使用維護(hù)方法、典型問題及常見故障的處理方法、實(shí)際案例等內(nèi)容。在發(fā)生事故后,可查找類似案件,借鑒其解決方案,提高辦事效率。
2狀態(tài)檢修系統(tǒng)中的關(guān)鍵
狀態(tài)檢修是以狀態(tài)評(píng)價(jià)為前提,并結(jié)合設(shè)備分析診斷結(jié)果等因素加以考慮,然后做出時(shí)間及項(xiàng)目安排的一種主動(dòng)檢修方式。傳統(tǒng)的檢修方法只能反映檢修時(shí)設(shè)備的狀態(tài),比較片面。而狀態(tài)檢修則是對(duì)整個(gè)過程的監(jiān)測(cè)。某供電公司根據(jù)狀態(tài)檢修方式設(shè)計(jì)的信息通信設(shè)備系統(tǒng)狀態(tài)檢修流程圖,如圖1所示,包括了基本信息、巡視數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等諸多內(nèi)容,與傳統(tǒng)的檢修方式比自然更加科學(xué),但同時(shí)也帶來了新的問題,例如如何有效處理海量數(shù)據(jù)、如何將處理后得到的設(shè)備數(shù)據(jù)用于狀態(tài)評(píng)價(jià)服務(wù)等。為解決這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),在此建立相適應(yīng)的數(shù)據(jù)處理模型和評(píng)價(jià)模型,并對(duì)其可行性加以驗(yàn)證。假設(shè)狀態(tài)檢修周期是一個(gè)月,計(jì)算周期是一天。
3數(shù)據(jù)處理模型分析
針對(duì)不同的設(shè)備,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也各有差異。為全面反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中含有多項(xiàng)指標(biāo),均有專家系統(tǒng)為其打出的分值。在此將指標(biāo)主要分為兩大類,一是連續(xù)變化型,二是開關(guān)型。
3.1面積法
先將周期內(nèi)采集的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為面積數(shù)據(jù),將其作為評(píng)價(jià)模型的輸入。此方法主要用于連續(xù)變化型指標(biāo)的處理。通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成統(tǒng)計(jì)曲線,可反映指在特定階段內(nèi)的運(yùn)行狀況;而后挑選設(shè)備的一個(gè)指標(biāo),將其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)曲線置于同一個(gè)坐標(biāo)系中,以方便觀察分析。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)將曲線劃分為兩部分,只考慮能夠表示設(shè)備超標(biāo)運(yùn)行的異常面積。面積越大、異常時(shí)間越久,表明設(shè)備超標(biāo)越嚴(yán)重,則評(píng)價(jià)時(shí)給的分?jǐn)?shù)就低;相反,超標(biāo)越輕,得分越多??筛鶕?jù)實(shí)際運(yùn)行的異常面積在最大異常面積占的比重衡量設(shè)備指標(biāo)的異常程度。通常需要考慮兩種情況,即當(dāng)某一指標(biāo)有且只有一條評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)線和某一指標(biāo)有多條評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)線。此外,設(shè)備在實(shí)際工作時(shí),隨著時(shí)間的變動(dòng),電力系統(tǒng)負(fù)荷也在起伏變動(dòng)。這必然會(huì)影響到信息通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流量,所以就同一個(gè)指標(biāo)而言,在其不同的運(yùn)行階段,應(yīng)制定相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)變化的幅值與時(shí)間區(qū)間可參考電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線、系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及各通信設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)而具體確定。須注意的是,在求面積時(shí),還應(yīng)觀察設(shè)備指標(biāo)是否長時(shí)間運(yùn)行在規(guī)定的最高告警線上方。并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)一個(gè)合理的值,一旦超過此值,必須提出緊急告警,并予以相應(yīng)的處理。
3.2統(tǒng)計(jì)方法
適用于開關(guān)型指標(biāo)。該方法具有離散性,所以不適宜采用曲線模型處理,可借助概率統(tǒng)計(jì)的方法加以處理。即將周期內(nèi)采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為概率,作為評(píng)價(jià)模型的輸入。同時(shí)規(guī)定采集結(jié)果為真時(shí),其值為1,否則為0。該方法有兩個(gè)步驟,先求取參考值,然后確定處理結(jié)果。
4模型可行性的驗(yàn)證
采用的是自2012年05月20日到2012年06月20日的CPU利用率數(shù)據(jù)。已知評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)備CPU平均利用率高于60%的部分越限越多扣越多,嚴(yán)重故障警戒為90%,該指標(biāo)滿分5分。經(jīng)過對(duì)所有指標(biāo)模型的實(shí)際校驗(yàn),本文提出模型均符合現(xiàn)有實(shí)際系統(tǒng),能夠滿足信息和通信系統(tǒng)狀態(tài)檢修的基本要求。但必須經(jīng)過長期實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn),不斷修正參數(shù)和完善模型,最終才能達(dá)到更加符合實(shí)際、更加精確的評(píng)價(jià)效果。
在光纖信號(hào)的傳輸過程中,不同成分的光源群在傳輸速度上存在一定的差異,這種差異會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)間延遲,從而形成色散。色散主要包括模式色散、色度色散以及偏振色散三種類型,其中色度色散又可以分為材料色散和波導(dǎo)色散兩種,色散問題在超長距離光纖通信中表現(xiàn)得尤為明顯。目前,傳統(tǒng)的方法是通過利用具有負(fù)色散系數(shù)性質(zhì)的DCF進(jìn)行色散補(bǔ)償,但是該方法存在十分顯著的非線性效應(yīng),會(huì)產(chǎn)生較大的損耗,而且這種損耗隨補(bǔ)償距離的增加而增大,在超長距離通信系統(tǒng)中采用該方案會(huì)產(chǎn)生極高的成本。針對(duì)傳統(tǒng)色散補(bǔ)償方法成本過高的問題,已經(jīng)有廠家開發(fā)出了FBG色散補(bǔ)償模塊,該模塊能夠利用光柵對(duì)不同波長的發(fā)射特性實(shí)現(xiàn)對(duì)色散的補(bǔ)償,其損耗值與補(bǔ)償距離無關(guān),有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)。
1.2 信噪比
在長距離通信系統(tǒng)中,光放大器在放大光信號(hào)的同時(shí),會(huì)產(chǎn)生一定程度的自發(fā)輻射放大噪聲,由于線路的長度較長,因此會(huì)產(chǎn)生較大的損耗,信號(hào)衰減十分嚴(yán)重,在經(jīng)過放大器放大之后,這種放大噪聲很可能與信號(hào)能量非常接近,導(dǎo)致接收端無法正常的分辨信號(hào),影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對(duì)這類問題,一般在前置放大器中加裝濾波器,這樣能夠過濾掉信號(hào)光周邊的部分噪聲信號(hào),從而提高信噪比。
1.3 功率
在超長距離通信系統(tǒng)中,光纖信號(hào)在傳輸時(shí),由于光波與傳播媒介之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致光能發(fā)生一定程度的衰減,當(dāng)能量衰減到一定程度之后,接收端無法從噪聲中正確的辨識(shí)出光信號(hào),限制正常的光通信。針對(duì)這些問題,一般通過功率補(bǔ)償?shù)姆绞絹斫档托盘?hào)衰減所產(chǎn)生的損耗。目前在超長距離通信系統(tǒng)中采用的最主要手段是EDFA。EDFA分為功率放大器和前置放大器,其中功率放大器通常配置在傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端后,以最大限度提升發(fā)射功率,前置放大器通常配置在接收端前,主要作用是提高接收靈敏度。當(dāng)通信線路的長度達(dá)到一定距離后,僅僅采用功率放大器和前置放大器很難保證接收端正常的接收信號(hào),此時(shí)需要在該方法的基礎(chǔ)上對(duì)光源進(jìn)行附加調(diào)制或采用外接調(diào)制器進(jìn)行附加調(diào)相,從而增大入射光的譜寬。目前,該方法在國家電網(wǎng)以及南方電網(wǎng)的超高壓輸電公司中得到了較好的應(yīng)用。
二、超長距離通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用方案
我國的超長距離通信從2007年開始試驗(yàn),最初是由光迅科技與南方電網(wǎng)超高壓輸電公司進(jìn)行合作所進(jìn)行的長度為345km的2.5Gbit/s的超長距離無中繼通信工程,該段線路中配置了FEC、EDFA、RFA及光柵型DCM,系統(tǒng)保持了3個(gè)月的試運(yùn)行,其整個(gè)運(yùn)行過程的測(cè)試結(jié)果均十分良好。南方電網(wǎng)在“十一五”黔電送粵施秉——賢令山500kV輸電工程中,對(duì)上述技術(shù)進(jìn)行了廣泛的使用,在該輸電工程中,采用超長距離通信技術(shù)的線路跨度長達(dá)318km。系統(tǒng)從2008年7月開始運(yùn)行以來,一直保持十分穩(wěn)定的工作狀態(tài),此系統(tǒng)也是我國到目前為止唯一沒有設(shè)置中繼站而傳輸距離超過300km的實(shí)際工程。根據(jù)設(shè)計(jì)中的預(yù)算,相對(duì)于實(shí)際已建成的系統(tǒng)而言,采用中繼站將會(huì)增加約200萬元的成本。由此也可以看出,通過超長距無中繼通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用,能夠使電力通信系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行可靠性大大提升,同時(shí)也使得通信系統(tǒng)的維護(hù)難度大幅度降低。此后,該技術(shù)在多項(xiàng)電力通信工程中得到廣泛應(yīng)用。
基于SMS的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)所采取的是分布式體系結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)主要由三部分組成,即終端監(jiān)測(cè)儀、監(jiān)控中心和移動(dòng)短信息服務(wù)中心。其中,終端監(jiān)測(cè)儀的功能主要是對(duì)系統(tǒng)中的特定內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè),并在此基礎(chǔ)上將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)以短信息的方式發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心的功能主要是通過短信的方式,與各個(gè)終端實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳輸與共享,并以此為依據(jù),對(duì)終端監(jiān)測(cè)儀的工作參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。同時(shí),監(jiān)控中心還可以為移動(dòng)通信用戶提供查詢和報(bào)表功能。而移動(dòng)短信息服務(wù)中心的功能則主要是完成系統(tǒng)中終端監(jiān)測(cè)儀和監(jiān)控中心的短消息互發(fā)。
1.2系統(tǒng)的功能
如果想要將自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能順利實(shí)現(xiàn),對(duì)于終端監(jiān)測(cè)儀的設(shè)置,除了要確保其滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求之外,還應(yīng)該設(shè)置一套與之配套的軟件系統(tǒng)。就目前終端監(jiān)測(cè)儀的功能來看,應(yīng)該滿足以下幾個(gè)方面:①通信質(zhì)量參數(shù)的采集,這是終端監(jiān)測(cè)儀的一項(xiàng)基礎(chǔ)功能,通過對(duì)不同位置通信質(zhì)量參數(shù)的有效采集,可以對(duì)通信整體質(zhì)量有一個(gè)初步的了解,并針對(duì)不足之處,采取合理的優(yōu)化措施。②通信質(zhì)量參數(shù)的報(bào)送,系統(tǒng)在完成通信質(zhì)量參數(shù)的采集之后,需要將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模摥h(huán)節(jié)是系統(tǒng)運(yùn)行中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),為了能夠確保傳輸質(zhì)量,根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn),選擇合理的報(bào)送方式是不容忽視的。目前,比較常用的報(bào)送方式有三種,即自報(bào)式、應(yīng)答式和自報(bào)/應(yīng)答兼容式。監(jiān)控中心也是自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,監(jiān)控中心的功能主要包括以下幾個(gè)方面:①對(duì)終端監(jiān)測(cè)儀的參數(shù)進(jìn)行修改;②打開和關(guān)閉選定終端監(jiān)測(cè)儀自動(dòng)發(fā)送采集數(shù)據(jù)功能;③通話質(zhì)量等級(jí)測(cè)試;④撥打掉話頻率測(cè)試;⑤修改自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀上傳采樣數(shù)據(jù)的控制中心號(hào)碼。
2終端監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)
2.1終端監(jiān)測(cè)儀的硬件組成
就目前終端監(jiān)測(cè)儀的硬件組成來看,主要包括了51系列單片機(jī)和GSM模塊等。其中,為了進(jìn)一步滿足系統(tǒng)需求,GSM模塊往往采用標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)通信模塊,最常見的就是SiemensMC35,該模塊可以提供標(biāo)準(zhǔn)的AT指令,在指令的控制下,可以一次完成6組數(shù)據(jù)的采集。也就是說,可以一次采集六個(gè)不同基站的工作參數(shù)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,單片機(jī)通過串口向GSM模塊發(fā)送AT指令來控制模塊的工作方式以及讀取采集的網(wǎng)絡(luò)參數(shù),然后按照設(shè)計(jì)的協(xié)議將數(shù)據(jù)打成格式化的數(shù)據(jù)包再交給GSM模塊,發(fā)送數(shù)據(jù)每個(gè)GSM模塊中有一張SIM卡,監(jiān)控中心通過每個(gè)監(jiān)測(cè)儀的SIM卡號(hào)對(duì)它們進(jìn)行分類管理和控制。
2.2終端監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)
給出的是終端監(jiān)測(cè)儀的軟件流程示意圖,從圖中我們能夠看出,該軟件流程大致可以分為前臺(tái)和后臺(tái)兩個(gè)部分,其中,中斷服務(wù)子程序這部分可以視為前臺(tái)行為,利用函數(shù)完成相關(guān)操作這部分則可以視為后臺(tái)行為。結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)和需求,終端監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)需要具備以下幾個(gè)方面的功能:①自動(dòng)發(fā)送通信質(zhì)量參數(shù)和實(shí)時(shí)報(bào)警;②終端監(jiān)測(cè)儀工作參數(shù)的設(shè)置和修改;③解決監(jiān)控中心收到的通信質(zhì)量參數(shù)延時(shí)問題;④防掉電功能。只有具備了上述功能,才能夠進(jìn)一步滿足自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行需求。
3SMS和通信協(xié)議的設(shè)計(jì)
3.1移動(dòng)短消息服務(wù)
移動(dòng)短消息服務(wù)是GSM的一項(xiàng)重要業(yè)務(wù),通過GSM所提供的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),可以向監(jiān)控中心傳輸固定長度的數(shù)據(jù)信息。與傳真業(yè)務(wù)相同,都是GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要電信業(yè)務(wù)。就目前該服務(wù)所涉及的業(yè)務(wù)類型來看,大致可以分為兩種類型,一種是點(diǎn)到點(diǎn)短消息業(yè)務(wù),另一種是小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。
3.2SMS的特性與優(yōu)點(diǎn)
之所以采用SMS為基礎(chǔ)來對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建,主要是因?yàn)镾MS具有諸多優(yōu)點(diǎn),這些優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)功能,在進(jìn)行短信息發(fā)送的時(shí)候,信息的渠道并不是由發(fā)送者直接到接收者,而是發(fā)送者———短信中心———接收者。②傳達(dá)確認(rèn),當(dāng)短信息成功傳達(dá)至接收人之后,發(fā)送者會(huì)收到確認(rèn)信息;③主叫號(hào)碼自動(dòng)顯示,SMS中自動(dòng)包含發(fā)送者的電話號(hào)碼,接受者容易知道發(fā)送者并回復(fù)。
3.3通信協(xié)議的設(shè)計(jì)
通信協(xié)議的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容,即通信協(xié)議的數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的算法。在自動(dòng)控制監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中,不同環(huán)節(jié)對(duì)于數(shù)據(jù)格式也有不同的要求,因此,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)一套完整的通信協(xié)議,以此來滿足系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的交互。采用移動(dòng)短信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)儀的任意布置投資成本小,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。
引言
鐵路部門的雨量監(jiān)測(cè)是有關(guān)鐵路安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由雨量過多引起的洪水會(huì)影響鐵路路基,引發(fā)列車交通事故。因此,為了確保交通命脈的安全,應(yīng)及時(shí)將鐵路沿線的雨量反饋至鐵路管理部門。過去雨量監(jiān)測(cè)是由各站點(diǎn)人工抄記雨量監(jiān)測(cè)儀表數(shù)據(jù),再匯總鐵路管理部門。顯然信息傳送不及時(shí),且存在人為因素,備案困難。
微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的提高,使得各種信息采集的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性變?yōu)榭赡?。作者成功地運(yùn)用微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成主從式微機(jī)網(wǎng)絡(luò),將鐵路雨量監(jiān)測(cè)構(gòu)成一個(gè)分布式雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將單片機(jī)雨量監(jiān)測(cè)儀采集的數(shù)據(jù),自動(dòng)地由MODEM匯集到系統(tǒng)主計(jì)算機(jī),從而使幾百公里長的遠(yuǎn)程通信既經(jīng)濟(jì)又可靠,大大提高了鐵路部門抗災(zāi)的能力。
一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成的主從式微機(jī)網(wǎng)絡(luò)。以單片機(jī)為核心的雨量監(jiān)測(cè)儀分布在鐵路各站點(diǎn)。該儀器功能有采集雨量、存儲(chǔ)雨量信息、雨量報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)雨量曲線打印以及通信。管理部門以個(gè)人計(jì)算機(jī)為系統(tǒng)主機(jī)。雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
從圖1中看出系統(tǒng)主機(jī)直接與單片機(jī)建立通信聯(lián)系。由于各站點(diǎn)遠(yuǎn)離系統(tǒng)主機(jī),在不附加外部連線等硬件設(shè)施基礎(chǔ)上,利用單片機(jī)加MODEM方式以及電話線實(shí)現(xiàn)單片機(jī)遠(yuǎn)程。系統(tǒng)主機(jī)可對(duì)各站部的單片機(jī)雨量監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行各種設(shè)置及數(shù)據(jù)采集,單片機(jī)雨量監(jiān)測(cè)儀根據(jù)雨量情況也可自動(dòng)向系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送當(dāng)前雨量數(shù)據(jù),這樣就可做到及時(shí)提供現(xiàn)場(chǎng)的雨量情況。
二、單片機(jī)雨量監(jiān)測(cè)儀及其遠(yuǎn)程通信
各站點(diǎn)的雨量監(jiān)測(cè)儀以8051系列單片機(jī)為CPU,輔以定制的液晶顯示器、SRAM、熱敏式繪圖儀、雨量傳感器等,其原理框圖如圖2所示。圖中W87E58是MCU,它兼容MCS-51單片機(jī)并具有32KB片內(nèi)EEPROM。
單片機(jī)遠(yuǎn)程通信由ST16C450連接MODEM實(shí)現(xiàn)。ST16C450是一種通用異步接收發(fā)送器,內(nèi)部有10個(gè)寄存器,其中有MODEM控制寄存器和MODEM狀態(tài)寄存器。MCU通過這2個(gè)寄存器的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)MODEM的控制并了解MODEM的工作狀態(tài),從而順利進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。ST16C450進(jìn)行通信前首先要對(duì)其進(jìn)行初始化,即設(shè)置波特率、通信數(shù)據(jù)格式、是否使用中斷等。ST16C450初始化后可采用程序查詢或中斷方式進(jìn)行通信。
MODEM的使用主要有以下4個(gè)操作:
①初始化MODEM;
②撥號(hào);
③應(yīng)答到來的呼叫;
④掛斷線路,使MODEM回到AT命令狀態(tài)。
MODEM的控制由HayesAT命令集完成,程序可直接發(fā)送(以AT字符開始再加命令和參)數(shù)給MODEM。但是,AT命令無法完成系統(tǒng)間的文件傳送,發(fā)送或接收文件必須由通信軟件按預(yù)先規(guī)定的通信協(xié)議完成。
MODEM初始化命令串"AT&FS0=3","&F"重置MODEM,"S0=3"表示應(yīng)答鈴響3次。雨量監(jiān)測(cè)儀MODEM初始化子程序如下:
MSTR:MOVR4,#0
MST0:MOVDPTR,#P3FE;MODEM狀態(tài)寄存器地址
MST1:MOVXA,@DPTR
ANLA,#30H
CJNEA,#30H,MST1
MOVDPTR,#P3FD;通信線狀態(tài)寄存器
MST2:MOVXA,@DPTR
JNBACC.5,MST2
MOVDPTR,#MTAB
MOVA,R4
MOVCA,@A+DPTR
JZMST3
MOVDPTR,#P3F3;數(shù)據(jù)發(fā)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
子程序執(zhí)行后MODEM應(yīng)答"OK",表示初始化完成。
MODEM撥號(hào)命令串"ATDTxxxxx",xxxxx是電話號(hào)碼;撥號(hào)成功時(shí)MODEM將應(yīng)答以"CONNECT"字符開始的字符串。單睡機(jī)與系統(tǒng)主機(jī)連接完成后,按通信協(xié)議所規(guī)定的數(shù)據(jù)串通信交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信結(jié)束后,程序發(fā)送掛斷線路命令串"+++ATH0",MODEM自動(dòng)斷線,從而完成1次通信。
三、系統(tǒng)主機(jī)與雨量監(jiān)測(cè)儀的通信
系統(tǒng)主機(jī)軟件用VB5.0編制,運(yùn)行于Windows95環(huán)境。整個(gè)軟件由通信、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、設(shè)定、曲線圖、報(bào)警等模塊組成,操作平臺(tái)如圖3所示。主機(jī)可與30個(gè)站點(diǎn)的雨量監(jiān)測(cè)儀連接。
程序中使用MSComm控件,通過向連接在串行口上的MODEM發(fā)送AT命令來控制。主機(jī)通信狀況分為2類:主動(dòng)通信和被動(dòng)通信。下面分別加以介紹。
1.主動(dòng)通信
主機(jī)向站點(diǎn)雨量監(jiān)測(cè)儀傳送報(bào)警設(shè)定值及收集當(dāng)天或前天的雨量數(shù)據(jù)時(shí)稱為主動(dòng)通信。電話圖標(biāo)表示各站點(diǎn)的雨量監(jiān)測(cè)儀,一旦被選中,程序就發(fā)出"ATDTxxxxx"撥號(hào)命令,雨量監(jiān)測(cè)儀MDOEM處于自動(dòng)應(yīng)答方式被連接。MODEM連接成功后,主機(jī)會(huì)收到"CONNECT4800"信息,此時(shí),主機(jī)就可以向站點(diǎn)發(fā)送命令和數(shù)據(jù)串。如果站點(diǎn)接收到正確數(shù)據(jù),根
據(jù)命令代碼(由通信協(xié)議規(guī)定)就可知道主機(jī)是要設(shè)定參數(shù)還是要收集當(dāng)天或前天的雨量數(shù)據(jù)。若是收集雨量數(shù)據(jù),站點(diǎn)雨量監(jiān)測(cè)儀將雨量數(shù)據(jù)傳送給主機(jī);主機(jī)收到站點(diǎn)正確的雨量數(shù)據(jù)后,向MODEM發(fā)送"+++ATH0"離線掛機(jī)命令,結(jié)束本次通信。
主站發(fā)送的數(shù)據(jù)串里包括站點(diǎn)號(hào)、通信代碼、當(dāng)前日期和時(shí)間、警戒值及校驗(yàn)和等信息。用@K和@J作為開始和結(jié)束標(biāo)志。
下面是主動(dòng)通信的主要源程序:
PrivateSub主動(dòng)通信(發(fā)送代碼)
Dimi,j,ss,FsStr,ret
設(shè)置充許通信False
Fori=0T029''''工區(qū)數(shù)
If工區(qū)選中(i)Then
顯示信息"撥號(hào)到"+工區(qū)名(i)+"..."
FsStr="ATDT"+電話號(hào)碼(i)+vbCr
''''撥號(hào)的AT命令
ret=發(fā)送AT命令(FsStr,"CONNECT",60000)
''''發(fā)送撥號(hào)命令,限時(shí)60s
Ifret="正常"Then
FsStr=Format(i,"00")+發(fā)送代碼
''''發(fā)送字符串組合
FsStr=FsStr+Format(Now,"yymmddhhmmss")
FsStr=FsStr+設(shè)定值
FsStr=FsStr+計(jì)算累加和(FsStr)
FsStr="@K"+FsStr+"@J"
ret=發(fā)送AT命令(FsStr,"@J",5000)
''''發(fā)送數(shù)據(jù),等待接收串結(jié)束符@J
IfInStr(接收串,"@KCUO@J")Then
''''收到下位機(jī)的返回是"錯(cuò)"
顯示"返回有錯(cuò)."信息處理
Else
處理接收串''''下位機(jī)接收正確
EndIf
顯示"掛機(jī)..."信息處理
ret=發(fā)送AT命令("+++","OK",3000)
''''掛機(jī),等待OK,限時(shí)3S
ret=發(fā)送AT命令("ATH0"+vbCrLf,"OK",3000)
EndIf
EndIf
Nexti
EndSub
2.被動(dòng)通信
當(dāng)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)到雨量超過警戒值時(shí),就主動(dòng)撥號(hào)給主機(jī),對(duì)主機(jī)而言就是被動(dòng)通信。平時(shí)主機(jī)MODEM也處于自動(dòng)應(yīng)答狀態(tài),隨時(shí)可以接收站點(diǎn)呼叫。主機(jī)程序接收到正確數(shù)據(jù)串后,將數(shù)據(jù)記錄到相應(yīng)文件中保存,點(diǎn)亮操作平臺(tái)上該站點(diǎn)的報(bào)警指示燈提醒用戶,同時(shí)向站點(diǎn)發(fā)送"接收正確"的信息。站點(diǎn)收到主機(jī)正確信息后向MODEM發(fā)送"+++ATH0"離線掛機(jī)命令,結(jié)束本次通信。站點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)串里包括站點(diǎn)號(hào)、通信代碼、各種雨量數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)及校驗(yàn)和等信息。用@K和@J作為開始和結(jié)束標(biāo)志。
被動(dòng)通信部分的主要源程序如下:
PrivateSubMSComm1_OnComm()
DimstrSh,Shc
Shc=MSComm1.InBufferCount''''取接收字符個(gè)數(shù)
IfShc>0Then
strSh=MSComm1,Input''''取本次接收串
接收串=接收串+strSh
IfInStr(接收串,"RING")Then''''若是電話鈴響
顯示"接收數(shù)據(jù)..."信息算是''''顯示接收數(shù)據(jù)信息
接收串=""
EndIf
IfInStr(接收串,"@J")Then''''收到接收串結(jié)束答@J
處理接收串''''處理接收串
EndIf
EndIf
1.2衛(wèi)星通信MPLS網(wǎng)絡(luò)體系MPLS網(wǎng)絡(luò)體系可以將IP路由的控制和第二層交換無縫地集成起來,是目前最有前途的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)之一。衛(wèi)星通信MPLS體系結(jié)構(gòu)分為用戶層、接入層、核心層三部分,其中,用戶層包括衛(wèi)星手持移動(dòng)終端、小型專用局域網(wǎng)用戶、其他網(wǎng)絡(luò)用戶等。各結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)體系將信息有效綁定、標(biāo)注和轉(zhuǎn)發(fā),實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的通信功能。
1.3衛(wèi)星通信的抗干擾技術(shù)衛(wèi)星運(yùn)行在外太空,電磁環(huán)境復(fù)雜,統(tǒng)一受到太陽風(fēng)、強(qiáng)磁暴等空間環(huán)境影響,導(dǎo)致出現(xiàn)信息干擾和信息失真,衛(wèi)星通信的抗干擾技術(shù)主要依靠衛(wèi)星傳輸鏈路中不同的抗干擾設(shè)備和系統(tǒng)完成其功能,抗干擾設(shè)備和系統(tǒng)主要有DS/FH混合擴(kuò)頻、自適應(yīng)頻域?yàn)V波、猝發(fā)通信、時(shí)域適應(yīng)干擾消除、基于多用戶檢測(cè)的抗干擾、自適應(yīng)信號(hào)功率管理、自適應(yīng)調(diào)零天線、多波束天線、分集抗干擾、變換域干擾消除、糾錯(cuò)編碼和交織編碼抗干擾技術(shù)等。在軟硬件共同的作用下阻斷電磁干擾、過濾雜波、屏蔽信號(hào)污染、實(shí)現(xiàn)程序監(jiān)視等功能。
2衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
2.1通信衛(wèi)星體積的發(fā)展趨勢(shì)通信衛(wèi)星體積正在向大型化和微型化兩個(gè)方向發(fā)展。其一,各國把通信衛(wèi)星體積建造得越來越大,以便實(shí)現(xiàn)高靈敏和強(qiáng)處理能力。其二,各國推出小型通信衛(wèi)星,用多顆小衛(wèi)星組網(wǎng)構(gòu)成衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)代替單顆大衛(wèi)星,具有方便發(fā)射和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
2.2衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)方興未艾衛(wèi)星移動(dòng)通信是指利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶間或移動(dòng)用戶與固定用戶間的相互通信。隨著頻譜擴(kuò)展、數(shù)字無線接入、智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,衛(wèi)星移動(dòng)通信在向衛(wèi)星個(gè)人通信方向演進(jìn),用手持機(jī)可實(shí)現(xiàn)方便接入衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng),進(jìn)行衛(wèi)星移動(dòng)通信。
2.3衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)興起將衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)上下交換的鏈路,可將電話撥號(hào)、局域網(wǎng)等其他通信鏈路作為上行數(shù)據(jù)鏈路,還可以將下載和傳輸作為下行數(shù)據(jù)鏈路,利用衛(wèi)星的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)地面隨時(shí)連接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
2.4衛(wèi)星通信向?qū)拵Щl(fā)展為了滿足衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶對(duì)大數(shù)據(jù)量和高負(fù)荷的需求,衛(wèi)星通信技術(shù)已向拓展直EHF頻段發(fā)展,擴(kuò)大頻段的容量,大大減輕現(xiàn)有頻譜擁擠現(xiàn)象,減少受電磁現(xiàn)象影響引發(fā)的信號(hào)閃爍和衰落,提高了衛(wèi)星的抗干擾能力。使衛(wèi)星通信部件尺寸和重量大大縮小和減輕,方便衛(wèi)星搭載更多的通信設(shè)備。
2.5衛(wèi)星通信光通信化發(fā)展衛(wèi)星光通信是利用激光進(jìn)行衛(wèi)星間通信,達(dá)到降低衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量和體積,提高衛(wèi)星通信保密性等目的。