SCA100

SCA100（精选6篇）

SCA100 篇1

0 引言

2015 年全国大学生电子设计大赛试题I组题目是风板的控制系统设计与制作, 要求对系统中的轴流风机的风速控制, 使得风板翻转角度 (控制角度在45°~ 135°之间设定) 在规定的时间内快速、稳定达到预定的要求。

1 系统设计方案与制作

根据系统方案设计, 风板控制系统的框图如图1 所示。系统主要由单片机模块、角度检测模块、风机驱动模块、A/D模块、LCD显示模块、声光提示模块、按键模块等构成。通过按键设定风板的初始位置, 由单片机调整PWM脉冲调宽信号, 实现电机转速控制, 并由单片机把设定角度显示在LCD液晶显示屏上。安装在风板上的角度传感器将实时检测到的信号送入ADC0809 进行A/D转换, 然后信号经过单片机处理后得到角度值, 并实时显示到液晶屏上。同时根据风板旋转的实时角度值, 在软件设计中利用自适应PID控制算法对PWM调速, 使帆板迅速、稳定转动到设定的角度, 最终实现系统功能。

2 硬件模块的组成

2.1 单片机模块

本系统采用的单片机是深圳宏晶科技公司的STC-12C5A60S2 单片机, 电源电压 (5.5 ~ 3.3V) , 片内含60kb的可反复擦写的只读存储器, 8 通道10 位AD转换器, 速度可达25 万次/ 秒。其中, P1 口作为普通I/O口使用, 也是片内8 路AD转换器的输入端口, 检测帆板转动角度值。本系统将单片机的P0 端口和LCD1602 与液晶显示, 显示风板的设定角度值与实时角度。

2.2电机驱动模块

轴流风机驱动采用LM298N芯片控制, 该芯片是专用的电机驱动芯片。其内部含有H桥的高电压、大电流全桥驱动器, 可以用来驱动直流电机和步进电机, 采用标准逻辑电平控制, 具有两个使能控制端, 在不受输入信号影响下允许或禁止。器件有一个逻辑电源输入端, 使内部逻辑电路部分在低电压下工作。芯片最大工作电流2.5A, 额定功率25W。

2.3 角度传感器

角度传感器有旋转编码器、双轴倾角传感器等系列, 旋转编码器精度高、安装工艺复杂、价格昂贵;SCAT100T系列的双轴倾角传感器, 精度高, 线性度好, 价格便宜;所以选择SCAT100T系列的双轴倾角传感器, 根据测量角度的范围选择SCA100T-D02 型号的倾角传感器。

风板倾斜角变化范围是~, 而SCA100T-D02 显示的角度范围是, 因此在采集的角度基础上增加, 则SCA100T-D02 测量角度范围为~。由于风板的倾斜方向, 决定了角度传感器采用Y轴倾斜计算法来计算帆板的偏转角度。所应用的角度转化公式为:。安装角度与风板垂直, 安装原理如下图3 所示。

3 系统设计算法

3.1 数字滤波算法

在数据采集过程中, 由于传感器安装在风板上, 风板的低频震动, 包括传感器在内的各个测量环节硬件电路存在电磁、滤波、噪音的干扰, 影响采集数据的准确性;如果只单纯采用改变硬件电路难以根本解决问题;但是结合软件抗干扰的数字滤波算法可以使问题很容易得到解决, 克服和弥补了硬件本身的缺陷和弱点。在实际编程过程中采用了数字滤波算法, 由单片机的A/D端口对角度值分5 组反复采样25次, 每一组去除最大值、最小值, 剩余取平均值。将5 组的平均值再除去最大值和最小值, 再次求平均值, 得到的便是稳定的角度值。

3.2 自适应PID控制算法

由于在风板控制系统中的被控对象具有时变不确定性、纯滞后等特征, 控制过程机理较复杂, 传统的PID控制参数整定方法显现出很大的局限性。因此本文采用自适应神经网络PID控制算法, 使风板迅速稳定达到预设的角度。整个的控制过程为首先预设角度给单片机, 单片机对风板进行翻转控制;其次单片机通过角度传感器对风板实时角度进行监测, 并将其信息传输至控制器;再次控制器根据预设角度和实时检测角度进行判断决策;最后控制器通过参数的自适应整定, 得到控制信号, 从而得出系统在误差允许范围内相应的PWM占空比, 驱动风板转过稳定的角度, 自适应控制器的原理图如图4 所示。

4 结论

本系统以STC89C52RC单片机为核心控制部件, 利用SCA100T-D02 型号的倾角传感器检测风板角度的变化, 事实证明此传感器的线性度好, 安装方便, 测量角度精确;系统算法采用自适应PID控制算法, 系统运行平稳、准确, 实现了对风板翻转角度的控制。

参考文献

[1]汪德彪等.MCS-51单片机原理及接口技术[M].北京:电子工业出版社, 2009.

[2]智海素等.基于单片机控制的帆板系统的设计与测试[J].制造业自动化, 2012, 34 (6) :133-135.

[3]张存吉等.基于增量式PID算法的帆板控制系统的设计[J].微计算机信息, 2012, 28 (7) :67-69.

[4]冯爱伟, 关勇.基于自适应PID控制算法的煤矿通风系统控制[J].煤矿机械, 2015, 36 (3) :265-267.

[5]赵建华, 沈永良.一种自适应PID控制算法[J].自动化学报, 2001, 27 (3) :417-420.

[6]孙博.一种自适应PID控制算法研究[C].长春工业大学, 2014:15.

基于SCA的服务模型研究 篇2

关键词：面向服务体系架构,服务组件架构,面向服务建模,服务模型

0 引言

本文从提高服务复用度和服务快速集成的角度, 通过对SOA架构体系的分析, 在服务组件架构 (Service Component Architecture, SCA) 规范的基础上, 为SOA体系架构的每一层定义元素及它们之间的关系, 建立一种基于SCA规范的服务模型。

1 SOA架构体系

基于SOA的应用程序通常包含一些层次架构, 本文将SOA架构划分为四个层次来进行分析和设计, 如图1所示。

下面介绍图1中的各层的关键特征:

业务流程层:业务流程是有组织的活动, 相互联系, 为客户创造价值。业务流程包含工作流和相关的业务活动, 活动的功能需求和非功能需求以及其它的一些限制。通常将业务流程分解成一系列活动和子流程。活动为整个业务流程提供高内聚的业务功能, 定义子系统的边界, 按照它负责的具体功能及其与其它活动的依赖关系进行描述, 是业务分解的最小粒度, 也是识别子系统和服务组件的基础。子流程定义活动的输入输出数据、规范、执行的先后顺序等, 还需要业务参与者和业务用例。对活动和子流程采取差异化分析, 将公共部分和个性部分分开, 为后面的服务复用奠定基础。业务流程层的定义独立于实现技术和实现平台, 实现了业务和技术的分离, 是随后定义服务、服务接口和服务组件的基础。

服务层:服务实现从业务到技术的衔接, 可以使用单个服务完成活动定义的单个功能, 也可以通过服务组合实现复杂的子系统功能。将活动转化成相应的软件元素即为服务, 两者的不同点在于活动是从客户的角度来看的, 而软件元素是从软件开发人员的角度来定义的。从业务的角度来看, 服务是对应于真实的业务活动或可识别的业务功能的IT资产。从技术角度来看, 服务是粗粒度的、可重用的IT资产, 良好的接口定义 (即服务契约) 令服务的外部访问接口与内部技术实现相分离。服务内聚性和服务粒度对于服务复用是非常重要的, 它们是定义服务的关键。对业务流程采用差异化分析, 公共部分对应的服务要被多个活动共用, 所以业务流程和服务之间是多对一的关系。

服务接口层:服务接口的目的在于快速集成基于各种平台的服务组件, 包括遗留应用系统。目前的服务组件如EJB、Web Service、JMS都只能接受特殊的传输协议。通过服务接口层, 服务可以绑定到任何兼容的接口, 而接口可以绑定兼容的服务组件。

服务组件层:服务组件是服务接口的具体实现。服务组件既可以在面向组件开发平台实现也可以在面向对象的开发平台上实现, 同时也可以是遗留应用系统的简单封装。这些组件在实现技术上可能是不同的, 但是它们都可以被服务接口层所调用。

2 SOA架构实现

SCA、SDO两大SOA规范的制定推动SOA的应用已经由概念宣传期走向实用期。服务组件架构是IBM和BEA等公司提出来的一套面向服务的SOA编程模型或编程结构, 是SOA思想的一种实现方式。它是一种全新的架构思想, 被称为“独立于具体技术的组件架构”。SCA为构建基于SOA的应用和解决方案提供了编程模型。它基于这样的理念:将业务功能作为一系列的服务来提供, 并由这一系列的服务组装起来的解决方案来满足特定业务需求。

2.1 业务流程层的实现

我们将业务流程中的元素映射成SCA中的域, 如图2所示, 由高层组合构件装配而成的域, 其中某些高层组合构件是由底层组合构件依次实现。

SCA域描述了一系列服务, 而这些服务提供了某个子系统控制的业务功能。SCA域为相应的业务定义了可见性边界, 连线 (Wire) 只能用于连接域内的构件, 连接到域外的服务必须使用特定的有服务寻址功能的绑定机制。它的范围大小以及配置是可变的, 集成范围也是可扩展的, 既可以是一个商务里的一个部门, 也可以是一个商务的全部。

2.2 服务层的实现

服务通过组合构件来实现, 业务流程由服务层的多个服务按照一定的顺序组合而成, 而SCA域中的基本单元就是组合构件。组合构件被用于在逻辑分组中装配SCA元素, 它包含一系列的构件 (component) 、服务 (service) 、引用 (reference) 以及内连它们的连线 (wire) , 外加上用于配置构件的一系列属性。SCA组合构件的组成如图3所示。

组合构件可以用来完成业务流程中的某个具体业务, 它定义了可见性的边界。组合构件的内部结构对调用它的其它构件是不可见的, 只能通过组合构件的服务和引用来调用组合构件。组合构件必须遵循完整的契约。

组合构件必须有至少一个服务或至少一个引用, 没用服务和引用的构件在SCA中是没有意义的, 此种构件既不能提供服务, 也不能消费任何服务。

组合构件提供的每个服务必须被连线到一个构件的服务或一个更低层的组合构件的引用。

一个组合构件既能通过内嵌的方式部署到SCA域中, 也能通过将组合构件作为一个实现部署到域中。

2.3 服务接口层的实现

服务接口通过SCA构件来实现。构件是组合构件最基本的元素, 是SCA的基础工件, 它是SCA的构成单元。构件由一个实现的可配置实例所组成。在构件中, 实现是提供业务功能的程序代码片段, 而该业务功能提供服务。SCA构件的组成如图4所示。

构件实现 (Implementation) 是提供业务功能的程序代码片段, 而该业务功能提供服务。SCA构件实现类型可以选择任何一种技术, 其中每种类型都代表了特定的实现技术。SCA构件的实现是通过配置文件 (.composite文件) 中的元素implementation.xxx来实现的, 如下面的例子分别以java和BPEL作为实现类型。

2.4 服务组件层的实现

服务组件是实现业务功能的底层代码, 既可以基于组件的开发平台实现, 也可以在面向对象的开发平台上实现, 是遗留应用系统的简单封装。

把SOA架构体系转化为服务模型如图5所示, 这个服务模型符合SCA规范, 我们将它叫做基于SCA规范的服务模型。

3 结束语

随着SOA的兴起, 服务模型对于实施面向服务的解决方案有非常重要的作用, 面向服务的建模作为一个包含分析、设计和架构的综合实践逐渐引起了人们的注意。本文在深入研究SCA规范的基础上, 从技术的角度讨论了面向服务的建模, 建立了基于SCA规范的服务模型, 提高服务复用度和实现服务快速集成。下一步将结合WSDL、BPEL、SOAP、Web Service等SOA技术来完善此过程。

参考文献

[1]Bart Orriens, Yang Jian, Papazoglou Mike P.Model driven service composition.Porceedings of1*International Conference on Service-oriented Computing.Trento, Italy, 2003:75-90.

[2]Budan Wu, Zhi Jin.Service-Oriented Modeling:An Extensive Reuse Method.Annual IEEE International Computer Software and Applications Conference, 2008.

[3]O.Zimmermann, P.Krogdahl, and C.Gee.Elements of service-oriented analysis and design.Technical report, IBM, 2004.

[4]Wang Chu, Depei Qian.Service Oriented Business Modeling for E-Business Applications.ISECS International Colloquium on Computing, Communication, Control, and Management, 2008.

SCA100 篇3

1 SCA核心框架的安全访问风险

由于SCA核心框架是基于分布式CORBA中间件设计实现的,同时核心框架又是一个开放式的架构,具有标准的接口访问标准,因此核心框架软件平台较其它的软件系统存在较多的安全访问风险。如果不对SCA核心框架中各种接口的访问进行安全保护,势必导致基于SCA实现的软件无线电系统在实际应用过程中存在严重安全威胁,这些安全威胁主要体现在如下两个方面:

1)缺乏波形软件认证机制,无法阻止未经认证的波形软件(或其它有害软件)下载到系统中。

SCA的动态下载和同时支持多频段、多模式的能力在为用户带来极大方便的同时,也产生了极大的安全隐患。SCA在对波形应用的下载过程中缺乏对波形进行必要的安全认证机制,这样将导致系统不能阻止未经过安全认证的波形(或其它有害软件)下载到系统当中,这一缺陷在基于无线方式下载波形的应用中将造成严重的后果。

2)无法鉴别用户的合法身份或访问权限,导致系统控制权被非法用户或低权限用户获取。

由于缺少对用户身份进行鉴别、授权、访问控制等安全保护,导致SCA系统无法有效地对不同使用权限的用户进行管理,无法阻止低权限的用户操作系统的核心部件,同时也不能有效防止非法用户入侵系统,获取核心框架中核心组件(域管理器、应用工厂、设备管理器等)的控制权,对系统进行关闭、停止波形应用运行、植入非法软件等破坏性操作。

2 非法用户获取系统控制权的方法及途径

SCA核心框架由一系列CORBA IDL语言定义的接口组成,这些接口详细定义了对基于SCA架构的软件无线电系统内所有软硬件资源进行管理的操作,SCA规范对这些接口和操作的访问方法进行了详细的定义。任何基于CORBA的客户端只需要根据规范的要求调用这些接口的操作就可完成相应的任务。因此,如果不对这些接口(特别是一些重要的接口如域管理器、设备管理器、应用工厂等)的访问进行必要的安全保护,必然导致SCA无线电装备在实际战场环境中存在巨大的安全使用风险。

如图1所示,核心框架由一组相互关联的IDL接口集组成,这些接口按功能又分为三类接口:框架控制接口(DomainManager、ApplicationFactory、DeviceManager等)、框架服务接口(FileManager、FileSystem、File)、框架应用接口(port、LifeCycle、TestableObject,、PortSupplier、PropertySet等)。其中,域管理器(DomainMananger)是整个域管理的核心,负责对系统内所有的软硬件资源进行管理,包括波形应用软件的安装/卸载、波形组件控制、设备状态管理、设备和服务的注册/注销、文件操作等。域管理器作为用户管理系统的接口组件,用户只需通过CORBA命名服务解析得到域管理器的对象引用,既可获得系统内其它重要组件(如:设备管理器、设备组件、应用工厂、文件管理器等)的访问控制权,进而通过调用这些组件的操作和属性对系统进行管理和控制。而根据SCA规范要求,域管理器在命名服务中的绑定名为缺省的“domain”,这样非法用户就可使用该绑定名获取域管理器的对象引用,对系统进行非法操作。这些操作以及可能造成的危害包括:

1)植入非法软件。非法用户通过域管理器(DomainManager)的installApplication()接口或通过域管理器得到文件管理器(FileM-anager)接口的文件操作函数将非法软件安装到系统的波形目录中。进而通过应用工厂(ApplicationFactory)的create()函数运行非法软件。

2)释放(停止)波形软件。非法用户通过域管理器(DomainManager)的applications属性序列可得到系统内所有管理波形应用程序的Application对象,并通过调用该对象的stop()和releaseObject()函数来停止和释放波形应用程序的运行。非法用户还可通过域管理器的uninstallApplication()将波形应用程序文件集从系统内删除。

3)关闭系统。非法用户通过域管理器(DomainManager)的DeviceManagers属性序列可到达系统内所有的设备管理器,进而通过设备管理器的devices属性得到所有的设备组件,并调用其stop()和releaseObject()函数来停止设备运行。还可调用设备管理器的shutdown()函数来关闭系统所有的设备。

4)删除系统内的数据文件。非法用户通过域管理器(DomainManager)的fileMgr属性得到系统文件管理器(FileManager)的控制权,并且调用文件管理器的文件操作函数删除系统内一些重要的数据文件。

5)窃取系统和波形的重要工作参数指标。SCA系统内软硬件的一些工作参数(如各类处理器的性能指标参数、各种波形的指标参数等)都以XML配置文件的方式保存来供系统运行使用。非法用户可通过域管理器(DomainManager)的deviceManagers和applications属性得到所有设备和应用的操作引用,进而通过profile()函数获得相应的设备或波形的配置文件,从中获取相应参数指标。

此外,由于IDL定义的核心框架的各种接口对用户都是公开的,并且它们的访问等级相同,这对所有用户无论是系统管理员还是普通用户都具有访问核心框架所有接口的权限。这样势必导致权限较低或非法侵入系统的用户能够轻易通过域管理器组件获取各种重要组件的访问控制权,对系统造成损害。因此,有必要对核心框架各种接口的访问进行精确粒度的访问控制,对各类接口的访问赋予相应的访问权限。

3 基于CORBA的SCA核心框架安全服务的实现

根据SCA核心框架的安全访问风险和非法用户获得系统控制权的方法和途径。通过对波形软件进行认证来阻止未经认证的波形软件下载到系统中,通过访问控制来阻止非法用户的非法访问,也通过安全服务中心来完成用户的注册、发放证书,同时进行权限的配置。

3.1 波形软件认证

波形软件认证是使用基于公共密钥的安全策略来证明其身份的有效性,它建立在公共密钥加密,数字签名上,具体而言,使用符合X.509的数字证书。使用这种方法必须有一个第三方的证书授权(CA)中心来为波形软件和系统签发数字证书,波形软件和系统从CA获取数字证书,并且必须信任该CA中心。在下载波形软件时,首先传递波形软件的数字证书,其中包含了将其公钥交给系统。

波形软件证书是标志一个波形软件身份的一系列特征数据,其作用类似现实生活中的身份证。CA对包含密钥的波形软件及其公用密钥进行数字签名。通过建立自己的CA,运行OpenSSL命令工具制作CA自签名证书,以及由CA签名的系统证书和波形软件证书以及他们各自的私钥文件。如图2所示,通过对外提供GUI界面方便通过CA生成所需要的证书。

当需要下载一个波形时,系统要求提供波形软件的数字证书。收到波形软件的证书后,系统利用CA的公开密钥对其签名进行解密,获得信息的散列码。然后系统用与CA相同的散列算法对证书的信息进行处理,得到一个散列码,将次散列码与对签名解密所得的散列码进行对比,若相等则表明此证书确实是CA签发的,而且是完整的未被篡改的证书。具体的过程,如图3所示。这样,波形软件就通过了认证。

3.2 安全服务中心

安全服务中心为CORBA分布式对象提供了一个集中式管理,是CORBA访问控制的配置和管理中心。从CORBA安全需求和相应对象服务的分析中可以看出,建立一个安全服务中心是完全必要的。

安全服务中心由安全管理员来完成用户的注册、发放证书,同时进行权限的配置。安全服务中心通过GUI界面帮助安全管理员对访问控制数据库的安全信息进行管理,包括信息的添加、修改和删除等。安全服务中心能有效的提供客户和服务器之间的基于角色的访问控制的依赖信息。安全管理员通过安全服务中心的管理接口进行合理的对象管理和用户管理。

用户管理:包括增加系统新用户、设定用户的角色、设定角色拥有的权限及删除无效用户等。

对象管理:包括对象的增加及其所需权限的设定、对象所需权限的修改及删除无用的对象等。

CORBA安全服务允许为不同的对象方法应用相同的策略,即把具有同等安全需要的对象方法放在相同的安全域中,为了进一步说明安全域的具体形式。CORBA安全服务给出了所需权限模型。所需权限模型提出按灵敏度(及危险程度)来对方法进行分组。方法的名称描述了该方法的功能,但是安全管理员不需要指导方法的功能,他们需要知道该方法的灵敏度。每个对象调用应该具备的权限。通常,实际应用过程中有以下四种所需权限:

1)g(get):该方法仅仅用来给调用者返回信息,如返回状态信息、属性值等。

2)s(set):该方法用于改变对象内部信息,如改变对象的属性,改变对象所包含的数值列表等。

3)u(use)该方法用户使对象完成某项工作,例如计算或打印。

4)m(manager):该方法不应为正常用户所调用,通常是系统管理员才能使用。

3.3 访问控制

3.3.1 用户证书的录入

用户通过用户名和密码在安全管理中心得到自己对应的证书。并在ORB层提供了安全认证和接入控制,实现了证书等用户安全信息的录入,以及数据在传输过程中的安全保障。

CORBA中采用的是SSL安全协议,它是在ORB中配置的,必须使用服务配置文件去完成它。配置文件的内容如下:

TAO_SSLIOP:_make_TAO_SSLIOP_Protocol_Factory()""

static Resource_Factory"-ORBProtocolFactory SSLIOP_Factory"

其中TAO_SSLIOP:_make_TAO_SSLIOP_Protocol_Factory()""将在ORB中从名字为TAO_SSL的库文件中加载SSLIOP协议。本项目中,通过配置文件,把通过OpenSSL创建的安全认证模块加载到CORBA中。

进而通过设定ORB参数把配置文件加载到ORB上。

CORBA::ORB_var orb=CORBA::ORB_init(argc1,argv1,"",);

其中的两个参数,一个设置为“-ORBSvcConf”;另外的一个设置为“server.Conf(client.conf)”。这样就把服务器端(客户端)的配置文件加载到了服务器端(客户端)的程序中。

3.3.2 拦截器实现访问控制

通过CORBA提供的ORB拦截器机制,将ORB服务封装为一个访问控制拦截器嵌入到ORB中,ORB在处理客户和服务器之间交互时,就会在某些预定时刻执行拦截器,从而实现访问控制。访问控制拦截器的目的就是,保证任何通过ORB发出的目标对象访问请求,都能够为该对象的访问控制策略所验证,而不被旁路。

1)添加访问控制拦截器

CORBA规范中定义了拦截器机制,在拦截器被触发时,传入的参数包括与当前请求相关的一些信息。而且必须实现拦截器的接口,并将当前拦截器注册到ORB中,在ORB中添加访问控制拦截器的步骤如下:

构建ORB初始化器(ORBInitializer),将定义好的拦截器与ORB初始化器绑定:

将ORB初始化器注册到ORB中。

拦截器的目的是使ORB服务成为ORB的一部分,使ORB在处理过程中自动执行。因此拦截器的注册必须在ORB初始化过程中完成,而不能在一个已经完成初始化的ORB上添加拦截器。可以通过ORB初始化器向ORB注册拦截器。每个ORB在构造时,都可以指定一个ORB初始化器。ORB初始化器的IDL定义如下:

当ORB初始化器注册到ORB后,ORB会在初始化的过程中自动调用方法pre_init和post_init来为ORB添加拦截器。方法中的输入参数info为一个ORBInitInfo对象。它表示当前ORB的初始化信息。

2)得到用户和对象调用信息

通过拦截器的receive_request拦截点来得到用户的对象调用信息,以及用户的证书信息。

(1)得到对象调用信息

operation=ri->operation;来得到用户的对象请求信息。

(2)得到用户身份信息

服务器拦截器用SSLIOP::Current接口来确定请求当前操作的客户身份。

首先,必须得到SSLIOP::Current对象的应用。

此后,通过get_peer_certificate能够用于获取调用者的身份

(3)访问判决

执行访问控制决策的代码放在AccessDecision对象(简称ADO)里,其访问控制策略执行过程如图4所示。

如图4所示,通过调用者的身份从安全服务中心得到调用者拥有的权限,将这些权限与策略对象准予的有效权限进行比较,如果需要的权限都具备,那么策略允许发起调用,按照正常的CORBA对象调用步骤进行,并返回最终结果。

4 结束语

SCA安全服务是构建安全分布式SCA应用平台强有力的保障,通过对安全问题进行了讨论,提出了解决问题的实现方法,基于CORBA的SCA核心框架安全服务很好的实现了波形软件的认证,杜绝了非法用户对系统控制权的获取。但SCA面临的安全问题所涉及的领域相当广泛,系统仍有许多需要改善的地方,今后继续完善基于RBAC与安全系统的结合。

摘要：SCA核心框架是基于分布式CORBA中间件设计实现的,同时核心框架又是一个开放式的架构。安全性几乎影响SCA体系结构的每个方面。简要介绍了SCA的安全性隐患及需求。着重讨论了基于CORBA安全服务的波形软件认证和访问控制。

关键词：SCA核心框架,CORBA,安全服务,访问控制,认证

参考文献

[1]l.Rousseau,S.Natkin,A Framework of Secure Object System Architecture[J],IEEE1997:108-115.

[2]OMG Security Service Specification,Version1.8,[S].March2002.

[3]Bogdan C.Popescu,Maarten ban Steen,Andrew S.Tanenbaum,A Security Architecture for Object-Based Distribured Systems[J].IEEE2002.

[3]Blakley B,CORBA安全性指南——面向对象系统的安全性[M].康博创作室,译.北京:人民邮电出版社,2000.

[4]王飞,张玥.CORBA安全服务的研究与实现[J].微机发展,2004,15:16-20.

[5]陈明峰,尹刚,吴泉源.CORBA中安全代理的拦截器研究[J].计算机应用研究,2004.

[6]王薇,高宝建,黄鹏宇.基于CORBA的安全系统设计与实现[J].微电子与计算机,2006,23(10):122-124.

[7]李晓东,周兴社.通用CORBA安全服务的研究与实现[J].计算机工程与应用,2003,1.

SCA100 篇4

关键词：认知无线电,软件通信体系结构,开源认知无线电

1 引言

认知无线电(CR)的提出, 为从根本上解决日益增长的无线通信需求与有限的无线频谱资源之间的矛盾开辟了一条行之有效的解决途径, 是未来无线通信产业的发展方向。然而, 认知无线电技术从概念到应用尚面临很多挑战, 尤其是许多关键技术需要突破, 这也使其成为了近年来无线通信研究的热点。

2006年6月,韩国的研究人员Namkyu Ryu等提出了一种基于软件无线电的智能天线基站开放架构。但是它并不具有认知无线电特有的频谱空穴检测以及动态分配频谱的功能。Stuntebeck E等提出了开源认知无线电的概念。基于以上学者研究的基础,依据软件通信体系结构的规范,提出一种基于SCA的认知无线电台结构。

基于SCA 的认知无线电台结构的研究可以为新一代智能型无线电台的研制提供技术储备,研究成果的推广应用可以提高无线电台对电磁环境的适应性、增加频谱资源的利用率、减少电台之间的干扰、提高无线通信网络的网络吞吐量,以及增强不同网系无线电台之间协作通信的能力。

2 认知无线电

自1999年Joseph Mitola博士首次提出了CR的概念并系统地阐述了CR的基本原理以来,不同的机构和学者从不同的角度给出了CR的定义。其中有代表性的是FCC(美国联邦通信委员会)和Simon Haykin教授的观点。Simon Haykin从信号处理的角度出发,认为CR是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境,并使用人工智能技术从环境中学习,通过实时改变某些操作参数,使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化。

认知无线电有2个主要特点:认知能力和重构能力。认知能力是指无线电技术能够从它的无线电环境中捕捉和感知信息,从而可以标识特定时间和空间的未使用频谱资源,并选择最适当的频谱和工作参数。重构能力使得认知无线电设备可以根据无线环境动态编程,从而允许CR设备采用不同的无线传输技术收发数据。

为了便于理解认知无线电的基本原理,有必要将CR与软件无线电(SDR)进行区分。根据电子与电气工程师协会(IEEE)的定义,一个无线电设备可以称为SDR的基本前提是:部分或者全部基带或RF 信号处理通过使用数字信号处理软件完成。SDR关注的是无线电系统信号处理的实现方式;而CR是指无线系统能够感知操作环境的变化,并据此调整系统工作参数。从这个意义上讲,CR是更高层的概念,不仅包括信号处理,还包括根据相应的任务、政策、规则和目标进行推理和规划的高层功能。

3 基于SCA的认知无线电台结构

3.1 SCA体系结构

软件通信体系结构(Software Communication Architecture,SCA)是由美国国防部(DOD)批准通过的定义JTRS的硬件、软件及安全体系结构规范的文件。SCA是一种开放的通用体系结构,它定义了一个标准的、开放的、可互操作的软件平台。通过该软件平台,底层硬件与软件相互隔离。

如图 1所示,SCA 的软件架构包括操作环境(Operation Environment,OE)层和应用层。操作环境层包括核心框架、CORBA 中间件和基于POSIX 标准的操作系统。应用层利用OE 提供的服务完成具体的通信功能。OE由一组核心框架 (Core Framework, CF) 服务,以及平台相关系统软件组成。为了满足应用程序的可移植性要求,SCA 要求操作系统通过一组标准接口提供服务。核心框架(CF)描述接口的定义、目的和操作,为软件应用开发者提供了一个底层软件和硬件的抽象。实际完成通信功能的应用程序位于SCA 软件架构的应用层。这些通信功能包括modem级的数字信号处理、链路级的协议处理、网络级的协议处理、网间路由、外部I/O访问、安全等。应用程序编程接口(API)规范是SCA应用程序功能模块间的共享接口的定义和标准化。使用API的目的是为了提高软件组件和硬设备的重用性。

3.2 基于SCA的认知无线电台结构

Stuntebeck E、 O'Shea T等提出了开源认知无线电(OSCR)概念。OSCR实现了认知无线电与一个或多个现有的基于软件通信体系结构(SCA)的无线电的结合。由于SCA没有指定一个标准API去控制软件无线电,认知引擎必须要做一定的修改,以能够与所支持的每个不同的无线电兼容。

基于SCA的认知无线电台结构如图 2所示,本图仅以控制一个SCR无线电为例来说明。该结构由四部分组成。分别是SCA无线电、OSCR无线电接口、OSCR无线电复用器、认知引擎。

(1) SCA无线电

SCA无线电包括以面向对象为基础的软件部分和可以重新配置的硬件部分,在硬件上是通过数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)以及嵌入式芯片来实现的。软件部分被进一步抽象成应用层和中间件层。应用层的各种操作是独立于底层的硬件资源的。

物理层包括射频、模数转换器ADC和数模转换器DAC、基带信号处理模块。射频部分具备处理多模和多频带信号的功能,它能够处理宽带信号以适应多模和多频带认知无线电系统。ADC和DAC能够工作在较高的时钟频率,以适应多模和多频带认知无线电系统。基带信号处理模块负责完成基带信号处理的功能,这包括信道编码与译码、调制和解调、扩频和解扩、滤波和同步等。认知无线电信号处理模块是实现认知无线电功能的关键,它可以完成各种认知无线电算法,包括频谱的检测、用户通信内容的识别以及对识别的内容进行分析、推理、规划等。

基于认知无线电网络的设备驱动是处于应用层和真实设备之间的软件层。作为在实时操作系统内部的设备驱动。管理了底层的硬件与硬件之间的输入输出接口。

实时操作系统给应用编程接口、设备驱动和应用层提供互操作的特性,以使其达到开放性、面向对象设计、分布式的特点。另外,该实时操作系统也要支持多处理器、通用接口、存储器管理和网络功能。

应用编程接口是开放的, 各种认知无线电算法都能够在此系统上得到应用。同时,它也是可扩展的。

(2) OSCR无线电接口

OSCR无线电的接口是在一个普通的SCA无线电和OSCR结构框架之间的接口。它提供了2个功能,第一,它在OSCR API和无线电本身的控制API之间担当翻译。该基本的ORI必须能够自修正,以匹配每一个SCA无线电的控制API,该API将使用在一个OSCR系统中。第二,它在无线电和经由SCA CORBA的OSCR结构框架之间担当通信网关。为了能够与SCA无线电一致,该ORI作为一个SCA资源去实现。

(3) OSCR无线电复用器

OSCR无线电复用器允许一个认知引擎去控制无限多的软件无线电设备。这些由ORM控制的软件无线电设备通过一个XML文档进行配置。为了与遥远的SCA无线电进行通信,ORM必须有关于无线电设备所利用的CORBA命名服务和无线电所处的CORBA域名的信息。

(4) 认知引擎

认知引擎是一个相对分离的系统,它主要提供最优化控制系统的指示信息。认知引擎能够修改无线电发射设备的调制种类、信号星座大小和译码参数。当产生无线电控制信息时,认知引擎直接与ORM进行对话。它与ORM之间的通信是通过C++功能调用完成的。认知引擎

允许与每个ORM通过有线信道进行通信,在此它转换发射机的调制方案,并且如果需要就通知接收机。

4 结论

基于SCA的认知无线电结合OSCR,提供了一个基于SCA并带控制API的认知无线电,它还允许用户通过对一个认知无线电引擎和一个或更多的基于SCA的还有OSCR接口的无线电设备进行整合。这种结构具备认知无线电的功能,能够实时检测周围无线通信环境,并根据无线资源管理协议动态调整各种无线通信参数,从而提高整个通信系统的频谱利用率,提高了无线通信网络的网络吞吐量。

参考文献

[1]Namkyu Ryu,Yusuk Yun,Seungwon Choi.Smart Anten-na Base Station Open Architecture For SDR Networks[J].IEEE Wireless Communications,Jun 2006.

[2]Stuntebeck E,O'Shea T,Hecker J,Clancy TC.Architec-ture For Open-Source Cognitive Radio[Z].

[3]邱永红.基于SCA无线通信系统的安全体系结构研究[J].江苏通信技术,2004年12月,第6期,P1-P4.

[4]李彬,郭莉.一种新的基于认知无线电和开放无线电结构的终端架构[J].移动通信,2007.5,P52-P54.

[5]王保进,王志刚等.一种用于软件通信体系结构的构件模型[J].计算机工程与应用,2004.31:P25-P28.

[6]车克南等,一个全特性软件通信架构核心框架的实现[J].计算机工程,2005年4月,第8期,P87-P89.

[7]周小飞,张宏纲编著[M].认知无线电原理及应用.北京:北京邮电大学出版社,2007年3月.

SCA100 篇5

关键词：软件通信体系结构,软件定义无线电,容器,DSP,MHAL

0 引 言

软件无线电 (Software Radio) 或者称为软件定义无线电 (Software Defined Radio, SDR) 是指用软件定义的、能实现多种功能的无线电通信系统。美军联合战术无线电系统计划采用了软件无线电的设计思想, 定义了软件通信体系结构 (Software Communications Architecture, SCA) [1,2]规范。SCA规范的目标是最大化软件的可移植性和可配置性, 提高按照SCA 规范所开发的产品间的互操作性, 使系统升级方便简单, 降低系统开发部署成本。

然而, SCA是针对通用处理器 (General Purpose Processor, GPP) 设计的, 只能运行在如PowerPC, ARM, MPC等通用处理器上。考虑到当前通用处理器的处理速度及功耗等不能满足广泛采用现代通信信号处理的通信系统对处理资源的要求, 在SDR的实现中不能只使用GPP, 而要采用如DSP, FPGA, ASIC等专用处理器 (Specialized Hardware Processors, SHP) 。如TI的TMS320C6455芯片的频率可达1.2 GHz, 处理速率超过6 400 MIPS, 功率也低于GPP, 将其应用于SDR实现将有效提高系统性能。在一些小型化SDR平台中也较多地使用DSP来实现特定的应用组件, 加拿大spectrum signal processing公司开发的SDR-4000产品系列就是很好的佐证。

为了在基于SCA的SDR系统中使用专用处理器, 同时保证软件的可移植性、互操作性、可升级性并增加硬件模块的可替代性, JTRS JPEO在2004年颁布的SCA 3.0的专用硬件补充规范[3]中提出了硬件抽象层互连 (HAL-C) 的概念, 但该机制提供的接口较少, 功能有限。2007年又颁布了MHAL规范[4], 以提供不同类型处理器 (GPP, DSP, FPGA等) 之间的互联互通。上述两个规范将不同硬件的硬件接口抽象出来, 解决了硬件处理器之间的通信问题, 但并未能使专用硬件处理器上运行的软件组件与SCA兼容, 即SCA框架不能对这些组件进行管理控制。为了更好地实现专用硬件上软件组件的重用和移植并与SCA框架实现兼容, 在SCA 3.1中提出了组件可移植规范, 并在此基础上经过广泛讨论与征求意见, 形成了专用处理器组件可移植补充建议[5], 定义专用处理器应用组件的需求集来最大化JTRS波形组件的可移植性, 提供使DSP, FPGA等专用硬件处理器集成到SCA中的机制。

本文基于硬件抽象层与容器模型, 针对在SDR系统中对DSP的应用需求, 提出了解决DSP组件可移植性和互连的方法。该方法通过在DSP上实现MHAL, 将DSP组件与硬件平台相分离, 极大地降低了波形与硬件平台的耦合度, 使波形开发者能专注于组件算法的设计。同时, 在DSP上设计了容器, 为DSP波形组件提供一个一致的运行环境, 并使SCA核心框架能对DSP上的组件进行统一的管理控制。这样, 将DSP较好地纳入到基于SCA的SDR实现中, 并使组件可在不同的平台中做移植。由MHAL与容器组成的DSP无线电框架与传统的开发方法相比, 具有较大的优势。

1 硬件抽象层设计与实现

2007年5月, JTRS JPEO颁布了JTRS标准MHAL API v2.11.1。该API为软件开发者提供信息以在目标波形配置中使用MHAL接口。波形开发者可以根据这个API标准, 利用MHAL接口对波形目标进行配置。MHAL API将无线电台的通道调制解调器接口从应用软件中抽象出来, 支持部署在GPP, DSP, FPGA上的应用组件之间的通信。

MHAL API的概念为所有JTRS平台上的波形应用和波形提供一个一致的主机环境。由于波形方面的接口由MHAL API给出, 不同平台的抽象元素保持相同, 因此波形和应用组件可在不同JTR集之间做移植。平台方面的接口即MHAL由JTR集根据特定体系结构和使命定义。MHAL规范定义了大多数JTR集所需要的一组通用MHAL服务和接口集。

从一个MHAL计算单元 (Computational Element, CE) 如GPP, DSP, FPGA等, 可以通过MHAL通信服务中的路由服务来访问其他任何CE。对MHAL CE, MHAL消息格式保持一致。

图1展示了MHAL API的参考部署。MHAL API没有限定一个JTR平台上的CE数目, 没有限定平台的传输、实现或硬件架构, 也没限制不同CE的MHAL协议接口。

在SCA中, 分布式组件之间的通信由软件总线CORBA[6] (Common Object Request Broker Architecture) 中间件完成, 但是, 由于当前还没有合适的小型化CORBA产品适合于运行在DSP上, 因此需要采用MHAL来屏蔽硬件接口, 为上层软件提供一致的接口, 为DSP组件的通信提供统一的接口。MHAL的主要目的是为运行在硬件处理器上的组件提供硬件内及硬件间的通信, 实现类似于CORBA的功能。

MHAL接口提供通信服务, 这由MHAL通信函数与MHAL接口组件一起完成。MHAL接口组件提供消息传输, 而MHAL通信函数提供抽象消息路由函数。软件波形应使用MHAL通信服务以实现存在不支持CORBA的处理环境中部署在不同CE上的软件组件间的数据和控制信号的传输。数据源通过调用MHAL通信函数发起消息;数据宿通过调用MHAL通信函数接收消息。MHAL通信服务为数据源和数据宿之间提供了异步可变长消息服务。数据源与数据宿之间的通信可存在于同一CE内或不同CE之间。如果是同一CE内的通信则不需要使用MHAL通信服务。

数据宿函数用于解释MHAL消息, 执行消息参数所指定的行为。由MHAL提供的消息宿函数可处理消息或将其路由到其他CE。由波形提供的消息宿函数应尽可能快地处理接收到的消息。消息宿具有如下函数原型:

void DataSinkFunctionX (byte*MessagePointer)

数据源函数是一个用于产生MHAL消息线程。MHAL消息可是波形执行结果, 也可是处理接收到的MHAL消息所产生的结果。对于后者, 数据源函数同时也是数据宿函数。

消息在不同平台组件间传输, 需要定义一个统一的消息结构来容纳各种控制命令和数据。本文定义了MHAL消息结构以在不同CE间传递数据, 其结构如图2所示。

消息结构各域的含义如下:

IU:标志消息是否正在使用, 当数据源和数据宿共享消息缓存时使用该位。内部传输层用其来标志数据宿是否已完成对数据的处理。数据宿在从消息处理函数返回之前必须通知MHAL消息指针正在使用中。

Logical Destination:消息宿函数的逻辑地址, 用于正确的路由消息。其有15 b, 从高位到低位用数字标志为:14～0。对各位的具体含义描述见表1。

Length:占2个字节, 表示消息数据净荷 (Payload) 的字节数。

Payload:数据静荷。

在MHAL的实现中还定义了一些数据类型和异常以供接口使用, 方便MHAL报文的构造与解析;同时还针对不同处理器定义了相关的接口扩展, 以适应不同处理器上组件的需求。

2 容器的设计与实现

2005年3月, JTRS JPEO形成了专用处理器组件可移植补充建议, 该建议是对SCA规范的补充, 以在SCA的实现中使用专用处理器, 提高基于SCA的SDR系统的性能。通过为专用硬件处理器定义一组可应用于JTRS波形组件的需求集, 可以最大化非GPP组件的可移植性, 解决了不能满足SCA核心规范中可移植性要求的组件的实现。

通过在DSP上实现容器, 可以达到如下目的:提高组件可移植性, 使面向DSP环境的波形组件的源代码的可移植性达到类似于SCA核心规范中GPP组件的可移植性水平。增强一致性, 使DSP组件尽可能地与GPP组件一致, 以简化学习曲线, 简化CF实现、技术等的移植。实现可替代性, 使针对不同类型处理环境的组件实现相互替代。为更好地理解这一思想, 定义了如下一些术语:

组件 (Component) :与操作环境或其他基层单元无关的独立定义的应用或波形的功能单元。

应用 (Application) :代表一组由SCA装配控制器配置并互联的组件, 但不包括任何基层设备 (核心框架, 设备或服务) 。

类 (Class) :用以指明属于哪种类型的处理设备、容器或组件, 如GPP, RCC或RPL。

容器 (Container) :是一个组件实例运行的执行环境。容器为组件实例提供运行环境和一组标准的基于API的本地服务。容器可以是进程或线程, 也可使用一组线程。应用由在合适容器内实例化的组件组成, 而容器运行在处理设备 (GPP或SHP) 上。组件源代码针对特定的容器或处理设备编写, 并针对特定容器实现编译和链接。在SCA中, 容器运行在硬件设备上, 并由逻辑设备控制。

平台 (Platform) :由一组处理设备组成, 与容器相关联一起支持基于组件的应用的运行。

2.1 SCA容器

硬件设备的逻辑设备代理管理运行在该设备上的所有容器。SCA CF使用逻辑设备, 并不关心容器的具体实现。对最简单的GPP情况, 逻辑设备简单地将可执行文件运行为设备操作系统中的一个进程。而组件源代码与CORBA ORB和POSIX库一起编译、链接生成可执行文件。然后运行上一进程的主程序。因此, 组件与它的容器在链接时静态绑定在一起了。一个更具有动态性的应用场景是将组件编译、链接为运行库。此时容器可能是已运行的进程, 在进程中组件库将被动态加载, 这将使多个组件在一个进程中运行。在这种动态案例中, 逻辑设备将与加载和实例化组件的容器通信。容器对SCA CF而言是不可见的, 因为逻辑设备私自管理了容器。

组件之间的通信通过组件端口完成, 这一操作由容器解释并将其路由到合适的通信路径上, 与连接的组件 (在装配控制器中指定) 通信。当组件位于同一容器中时, 这一通信可以非常高效。类似地, 在同一处理设备上的容器可相互合作以使容器间的通信较容器分布在不同处理器时更为有效率。

2.2 DSP容器

DSP容器实现类似于GPP容器的功能。主要区别在于组件与容器间的本地接口。在DSP中, 这些接口不使用CORBA, 需针对不同类型的DSP予以实现。

在补充建议没有指定容器间的消息格式, 只规定了平台上的容器应协同操作以通过为容器设计的本地通信接口传递并接收消息。本文使用MHAL来提供通信服务, 以提高容器和逻辑设备软件的可移植性。MHAL与容器的关系如图3所示。

3 硬件平台介绍

实验硬件平台为DSP板卡及一台PC机。DSP板卡使用TI公司的32 位定点信号处理器TMS320C6455[7,8], 处理器频率为1 GHz, 带有网卡[9]接口, 可通过网线直接与PC机相连。DSP通过外围设备接口EMIF[10]连接一片8 MB的型号为s29gl064m的NOR类型FLASH, 实际可寻址4 MB;通过SDRAM接口连有两片型号为MT47H32M16的片外DDR2 SDRAM存储器, 寻址空间为256 MB。

4 框架实现与测试方案

通过CCS 3.3编写运行在DSP上的程序, 包括容器、MHAL和组件, 将三者一起编译、链接为目标文件, 下载到DSP中运行;然后在PC机上运行核心框架, 通过网线将打包后的控制命令及数据发往DSP;DSP上的容器和MHAL接收并解析从PC机发来的MHAL消息报文, 并执行相应的操作。设计FLASH驱动和SDRAM驱动, 以对片外存储器进行读、写、擦除的操作。在容器中设计存储服务接口, 该接口调用上述驱动函数, 以供组件和容器内的其他接口使用。

4.1 MHAL的设计

MHAL提供了一系列全局变量和函数供容器和组件使用, 并提供了一系列函数和宏来支持MHAL消息的构造与解析, 同时将消息正确地路由到消息宿, 并转换为相应的操作。MHAL接口中主要设计两个接口函数以支持从其他容器接收MHAL消息包和向其他容器发送消息, 函数原形如下:

void Mhal_Comm (MhalByte*bufferPtr, short datalength, short LD)

该接口函数由在容器内运行的组件调用以将由指针参数bufferPtr所指向的数据发送到逻辑地址为LD的目标端口。

MhalParse (MhalParseStruct parseMsgStruct)

该函数将MHAL从外部接收到的保存在结构parseMsgStruct中的MHAL消息包解析, 并执行相应的操作, 从而驱动组件执行。

4.2 容器的设计

容器提供了组件在DSP中的运行环境并提供一组服务接口以实现对运行在其内的组件的控制。运行在容器内的组件应向容器注册以使用容器的服务, 并使容器获取组件上下文。容器由一个结构体来实现, 其定义如下:

容器结构中各成员含义见表2。

4.3 组件上下文

该结构代表了一个组件的可见状态, 包含了组件的各种属性, 组件实现的各种控制接口及组件实现的功能。运行时先将其向容器注册使容器可对组件进行统一的管理控制。

WorkerContext成员含义如表3所示。

5 结 语

实验结果表明, 通过容器和MHAL, 容器内的组件可与外部组件实现互联互通, 容器内组件也可正确执行, 实现特定功能。通过在DSP上实现容器与MHAL, 可较好地将DSP纳入到SCA的框架中, 增强基于SCA的SDR实现的性能, 提高DSP上容器与组件的可移植性, 降低波形开发难度, 有助于实现源代码的重用, 降低工程实现代价, 减少产品面市时间。

参考文献

[1]JTRS Standards, Joint Program Executive Office (JPEO) .Software communications architecture specification, V2.2.2[R/OL].[2006-05-15].http://www.public.navy.mil/jpeojtrs/sca/Documents/.../SCA_version_2_2_2.

[2]JTRS Standards, Joint Program Executive Office.Softwarecommunications architecture specification, JTRS-5000 SCAV3.0[R/OL].[2004-08-27].http://read.pudn.com/downloads128/doc/project.

[3]JTRS Standards, Joint Program Executive Office.Specia-lized hardware supplement to the software communicationarchitecture (SCA) specification, JTRS-5000 SP V3.0[R/OL].[2004-08-27].http://www.zeligsoft.com/files.

[4]JTRS Standards, Joint Program Executive Office.Modemhardware abstraction layer application program interface (API) , V2.11.1[R/OL].[2007-05-02].http://data.memberclicks.com.

[5]JTRS Standards, Joint Program Executive Office.Exten-sion for component portability for specialized hardware pro-cessors (SHP) to the jtrs software communication architec-ture (SCA) specification[R/OL].[2005-03-07].http://elec.wanfangdata.com.cn.

[6]ANDREAS W.The Common Object Request Broker:Achi-tecture and Specification[M].Revision 2.3.[S.l.].Ob-ject Management Group, 1998.

[7]李方慧, 王飞, 何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理与应用[M].北京:电子工业出版社, 2003.

[8]Texas Instruments.TMS320C6455 fixed-point digital signalprocessor[EB/OL].[2005-01-01].http://www.ti.com.

[9]Texas Instruments.TMS320C645x DSP EMAC/MDIOmodule reference guide[EB/OL].[2005-02-09].http://www.ti.com.

SCA100 篇6

关键词：户外广播,SCA可寻址系统,设计应用

1 SCA可寻址技术简介

SCA是一种调频多工广播技术, 利用调频广播基带中的SCA副信道, 将寻址信息采用FSK数字调制方式来实现广播寻址功能, 即把寻址信息通过调频方式以一定的频偏 (对立体声广播而言, 调制的最大频偏为调频广播总频偏的10%) 调制到主载波 (即调频广播频率上, 随同广播信号一同发送出去, 而终端接收则为发送的逆变换。SCA可寻址系统控制发送及接收部分原理框图, 见图1。

2 SCA可寻址技术特点

实现点对点、面对片、点对面的控制。即对区域内任意单只调频接收音箱 (或调频收扩机) , 某一片区的音箱 (或调频收扩机) 或所有音箱 (或调频收扩机) 开关和音量进行控制。电脑编程定时播出;手动播出优先, 适合紧急播出;根据需要随意增加或减少终端接收设备;利用无线调频广播信号叠加无线寻址控制信号 (副载波) 传输。

3 SCA可寻址智能调频广播设计和系统搭建

户外可寻址调频广播系统是一种新的广播形式, 防城港市广播电视台采用无锡华康HBM-628智能调频广播SCA可寻址控制器。该控制器利用调频SCA副信道来传输内部加密识别码信号, 终端调频音箱或调频收扩机要正常工作, 必须不断的接收到调频载波、调频SCA副载波、编码器发送过来的正确加密识别码, 一旦广播发射机停机、有强信号干扰使识别码中断或加密指令错误, 调频接收设备就会自动切断功放电源, 从而达到防非法盗播功能。

系统组成:系统主要由电脑、HBM-v1.0主控软件、HBM-628副信道编码器、HRZ810调频接收控制器、HRZ811调频收扩机等设备组成。

HBM-628采用LCD显示和专用编码电路, 由CPU芯片控制, 具有手动、自动控制和电脑控制、电话远程控制功能, 可以自动控制调频广播发射机等外部设备开、关机和接收设备的可寻址广播, 可以进行系统密码和特权密码的修改, 同时可以定时选择外部音源。具有远程修改接收设备的频率、音量、地址码、开关机时间, 可以通过电话远程控制接收设备及播送通知。通过本机的RS232接口与电脑连接, 可以对接收设备进行多时段的可寻址广播、可以直接调用电脑内部的MP3、WMA等节目, HBM-628具有四段定时开关机及自动分区控制和断电自动恢复功能功能。

终端接收设备及收听方式:根据环境和不同的收听人群, 机关饭堂、超市和广场采用HRZ810-10W单频点、10W三频点可寻址调频音箱收听, 集贸市场直接用HRZ811型可寻址室外调频收扩机接收放大音频信号后定压传输。

3.1 可寻址调频广播系统v1.0软件界面 (见图2)

在软件当中的“播放方案”菜单进行设置, 按要求根据不同的时段, 添进一些播放文件并在各项定时计划时间到来时发出各种地址码, 通过电脑上的串口与之连接的HBM-628副信道编码器, 再通过调频发射机并调制上语音及载波代码发射出去, 再由调频音箱或调频收扩机选址接收, 完成利用该软件做到寻址定点定时控制调频音箱或调频收扩机的电源开关和音量大小。

3.2 HBM-628前面板图及功能 (见图3)

(1) LCD显示窗; (2) 设定按键; (3) 编码键盘; (4) 音源切换按键; (5) 手动工作按键; (6) 自动工作按键; (7) 工作状态指示; (8) 电源开关。

3.3 调频无线发谢方式系统连接原理图 (见图4)

寻址信息是通过计算机串口 (RS-232) 输出数字信号, 这个数字流是受智能广播主控软件控制的。计算机RS-232串口和HBM-628数字编码器相连接, 数字编码器将寻址信号采用FSK数字调制技术, 调制到的67KHz载波上, 67KHz载波作为调频广播副载波信号送入发射机与音频信号一起调制, 经发射机功放放大、发射到空间传播。

接收端在接收到射频载波后, 解调电路会自动解调出SCA信号、立体声音频信号, 音频信号经放大后驱动喇叭, SCA信号送入解码电路与执行继电器执行开关机指令, 从而实现可寻址功能。

4 结语

由于系统采用无线调频方式传输, 投资少效果好, 可维护性强, 同时具有充分的可扩展性。系统运行至今安全稳定, 达到了技术设计标准。

参考文献