自适应网页制作技术（通用10篇）
自适应网页制作技术 篇1
0 引言
随着互联网技术的发展,移动网络通信技术的发展也日新月异。相比桌面式电脑,移动设备因携带轻便、可随时随地上网等优势使得原来很多用户使用智能手机、i Pad、平板电脑等移动设备上网。但由于移动设备种类繁多、屏幕分辨率不多样化、操作系统不同等原因,导致同一个网站无法在不同设备上完美地呈现出来。为此,美国网页设计工程师Ethan Marcotte于2010年提出了自适应网页设计(Responsive Web Design,RWD)[1]的设计方式。该方法能够依据屏幕尺寸,为移动设备“定制”网站内容,其设计理念是:集中创建页面的图片排版大小,可以智能地根据用户行为以及使用的设备环境(系统平台、屏幕尺寸、屏幕定向等)进行相对应的布局调整。
1 自适应网页设计
自适应网页设计包括以下四个关键技术。
1.1 媒体查询
媒体查询(Media Query)是指通过不同的元素类型和条件定义样式表规则,使CSS3可以更精确地作用于不同的元素类型和同一元素的不同条件,能够将页面内容不经修改而直接显示在特定尺寸的设备屏幕上[2]。
1.2 流动布局
流动布局(Fluid Layout)采用百分比来确定元素的宽度做到页面元素的普遍自适应,可以使页面普遍适应各种分辨率不同的设备[3]。
1.3 HTML5和CSS3
HTML5的简易性、视频/音频支持、代码清晰、存储灵活、人机交互性更好等特性使其在网页设计中的优势更加明显,更适合移动APP开发[4]。CSS3在减少开发维护成本、提高页面性能、缩小网页文件、提升网页加载速度等方面的优势使其被大量运用到网页设计中[5]。HTML5和CSS3结合使用能够支持大多数浏览器,甚至是低版本浏览器,使CSS3的使用更加灵活、丰富[6],能更好地支持自适应网页的设计开发。
本文就这些问题做了一些探讨,同时针对自适应网页中的视频元素,提出了不同视频文件的多个自适应方法。本文通过使用Google Chrome携带的扩展程序Window Resizer模拟不同尺寸的屏幕分辨率来测试页面布局效果和网页功能,使用网站性能测试软件Web Pagetest对页面首次被访问时的加载时间进行测试,并选取i Phone 6(IOS 9操作系统)模拟移动客户端浏览器,对实例中自适应网页和对应的非自适应网页加载时间进行测试并对比分析。
2 技术实现
在网页设计中,除了文字、图片等页面元素以外,还有视频,而视频的自适应相比图片要复杂很多。有些视频文件是本地的,而有些视频文件则是先上传到网站(如优酷、腾讯、新浪等视频网站)后,再用链接的方式加入到Web网页中的远程视频文件,这两种视频的自适应方法亦不相同。
2.1 本地视频自适应方法
2.1.1 媒体查询技术
通过将媒体查询规则加在相应的视频文件上,当设备与这个媒体查询规则相匹配时,可以加载这个视频:
当设备最大宽度为640 px时,abc⁃small.mp4被加载,如图1所示;否则abc.mp4文件被加载,如图2所示。该代码适用于Chrome,Safari,IE 9和Opera浏览器。
2.1.2 流动布局技术
除了使用媒体查询,还可以使用CSS为视频文件指定流媒体尺寸,代码如下:
有些用户可能因网速较慢,想节省带宽而不希望下载过大的视频文件,所以代码中使用preload="none",即不提前加载视频文件。
为了保证视频能够适应屏幕设备大小,将HTML5的video元素及max⁃width属性加入到CSS中,即可完成自适应网页中视频的缩放。代码如下:
如果视频文件很大,使用media属性是一个非常好的办法;而当视频文件不大时,则使用CSS比较好。
2.2 远程视频自适应方法
上述方法对于由<i Frame>,<embed>,<object>或<video>标记的远程视频(如优酷视频、腾讯视频、新浪视频等)并不奏效,通常这类视频代码如下:
对于这个问题,有很多种办法可以解决,此处采用以下两种办法分别实现。
2.2.1 借助Fit Vids插件
使用一个名为Fit Vids的插件实现[7]。首先需要引入一个j Query库,将其置于<head>标签中,代码如下:
而Fit Vids可从http://fitvidsjs.com/下载。将下载到的fitvids.js引入到当前页面的<head>标签中,代码如下:
最后用j Query来指向包含特定视频的元素。此处将该视频用div标记,其ID为#content,代码如下:
2.2.2 流动布局技术
为保证远程视频适应容器宽度,必须先用<div>标签将<iframe>包装起来,并赋予合适的样式。同时指定60%填充底部。然后用100%宽度、100%高度、绝对位置指定子元素(嵌入的i Frame或object标签)的尺寸,使被嵌入的元素自动扩展到最大宽度。
CSS代码如下:
HTML代码如下:
不同分辨率下的页面效果如图3~图5所示。
不同的视频文件的宽高比例不同,标准视频文件的宽高比是4∶3,但是目前大部分的视频文件被创建成宽屏模式,比例为16∶9。上述代码中,宽高比为640∶480(即4∶3),相应的padding⁃bottom的值为75%。当视频文件的宽高比为16∶9时,需要将padding⁃bottom的值修改为56.25%,同时修改<iframe>中视频文件的宽度和高度,使其宽高比[8]为16∶9。
3 系统性能测试
本文以流动布局技术为例,使用Web Pagetest对页面首次加载时间进行测试,测试结果如图6、图7所示。
从图6中可以发现,用户在i Phone 6手机端访问非自适应页面时,加载整个页面耗费的时间要比访问自适应页面所用的时间长为1.102 s,据统计,该段时间的延迟将导致约7%的用户丢失[4]。
4 结语
本文使用媒体查询、流动布局及借助Fit Vids插件等技术并结合实例对自适应网页设计中的视频自适应技术进行了探讨。首先,采用媒体查询技术和流动布局技术分别实现本地视频的自适应技术。其次,借助Fit⁃Vids插件和流动布局技术分别实现远程视频的自适应技术。实例表明该技术能够自适应加载网页视频,使视频布局更加合理,用户体验更加良好。通过使用Web⁃Pagetest分别对自适应及非自适应网页进行页面测试,通过对比发现,自适应页面加载时间明显缩短,页面加载速度大大提高。
参考文献
[1]MARCOTTE Ethan.Responsive web design[M].USA:[s.n.],2010.
[2]大漠.图解CSS3核心技术与案例实战[M].北京:机械工业出版社,2014:49-70.
[3]毕剑,刘晓艳,张禹.使用响应式网页设计构建图书馆移动门户网站:以云南大学图书馆为例[J].现代图书情报技术,2015(2):97-102.
[4]鲁骏,邬春学,张松.自适应设计在电子医疗的应用研究[J].信息技术,2014(7):125-128.
[5]大漠.CSS3的新特性[EB/OL].[2014-07-02].http://book.51cto.com/art/201407/444320.htm.
[6]范兆忠,张海攀,魏跃堂.HTML5与CSS3在网页中的应用[J].无线互联科技,2015(15):32-33.
[7]BEN F.Responsive web design with HTML5 and CSS3[M].UK:Packt Publishing Ltd,2012.
[8]GASSTON P.The modern web:multi-device web development with HTML5,CSS3,and Java Script[M].USA:[s.n.],2013.
自适应网页制作技术 篇2
根据屏幕不同大小，缩小窗口出横向滚动条在所难免，但理想情况下，页面应该能适应不同客户端浏览器和分辨率。实际操作通常又有三种情况：版面自适应、视觉自适应、内容自适应。
在windows系统任务栏空白处单击右键，有如下图的菜单，分别提供有“横向平铺窗口、纵向平铺窗口”的功能，根据激活窗口个数按需切分屏幕。如果没记错的话，自win就已经用了，更早没试过。虽然那会我们用的显示器大些才17′，但在多窗口工作时确实方便。
版面上自适应
Information Architects Japan在提出web设计95%是排版的观点，如果精确理解，指呈现部分信息架构之下“信息设计”的范畴，俗称排版。因为我们都了解广义上的web design不仅要看还得有动，其实有个很大的知识框架做支撑。
web排版相较平面的优势在于数据灵活性，理论上可以实现只维护单个页面，然后通过web技术来实现多种排版表现。在实践中获取点滴信息设计基础之后再来看这个问题，感触颇深。
现实网站中，越重要的页面模块越多，排版难度也就越大。比如门户网站首页，我很少看到自适应的，大概是雅虎网站改版开了先河。分别使用narrow layout和wide layout两种模式，适应800和1024px分辨率，根据客户端请求分析再输出，即在自定义基础上实现了自适应。
视觉上自适应
视觉上的处理相对简单，通过超大图形先适应大分辨率，然后向下兼容。即可以实现在不同分辨率下看到不同的整体效果。如果处理得当，在小分辨率下将更显大气，用户某天突然用大屏幕也许会有额外惊喜的良好体验。
Phofa.net是日本搞艺术的网站，下图分别为首页在1024*768和1680*1050两种分辨率下的截图对比。多屏拼接而成，可以清楚看到整体表现视觉风格与VI体系的完美融合，简洁有力，
还有我06设计的个人网站例子，顶部平铺其实是张1600*345规格的天空图案，中间没有循环，因此比较逼真。只有在更大分辨率上才露出马脚，比如下图是在1680*1050中的效果。
更早这个设计的个人网站是实验品，通过黄金分割比例实时自适应，实现在任何分辨率下都有最佳视觉效果。当时主要研究使用div做高级布局保证可访问性，向下兼容良好，设计理念现在也不过时，前不久还看到有文章探讨黄金分割。
内容上自适应
其实关于过宽、过窄我想很早已被设计师注意，因为CSS2中专门有针对高宽的min和max定义，只不过因之前很多浏览器支持不好而用的少。尤其max-width, min-width语法的优势，在自适应中排版中可以得到充分发挥，当然也还有其他方案。
也许有同行记得，曾经让所有浏览器支持max-width还是重要解决方案。当解决了外层容器的宽度问题，里边就等同于主流分辨率场景。要做自适应，必然有个模块的内容不能固定宽度，关键处理好里边信息的呈现即可。总结起来有如下三类：
没有宽度控制，比如Google Picasa
有宽度底线，但没上限，比如Google Images Search
有宽度上限，但没底线，比如Google Reader
注意，举例中宽度底线不是以出横向滚动条为判断准则，因为容器有被强制撑开的情况。Google产品线处理相对较好，更多案例可以参考Junyu总结的宽屏幕下的Web设计。
其实还有类宽度同时有底线和上限控制的特殊情况，但向下兼容和维护是个问题，比如05年底的这个最窄770px最宽1024px经典布局。同时灵活意味着控制成本，也因此成熟案例少见。
© 一叶千鸟（请留原文链接，更新于04月07日22点）
自适应网页制作技术 篇3
文章介绍了智能天线自适应波束形成技术的基本概念及典型自适应波束形成方法，归纳了自适应波束智能天线的主要结构形式。在此基础上，分析了自适应波束智能天线实现中面临的几个问题，探讨了自适应波束形成技术未来的发展趋势。
关键词：
智能天线；自适应波束形成；算法；空时处理
Abstract:
The basic concept of adaptive beamforming technology for the smart antenna is introduced along with the typical methodology of adaptive beamforming. The main architectures of adaptive beamforming smart antennas are presented. Then problems in realizing the adaptive beamforming smart antennas are analyzed and the development trend of the adaptive beamforming technology in the future is discussed.
Key words:
Smart antenna; Adaptive beamforming; Algorithm; Space-time processing
全球通信业务的迅速发展，使得作为未来个人通信主要手段的无线通信技术受到极大关注。如何有效地消除同信道干扰、多址干扰、码间串扰和多径衰落的影响成为无线通信系统尤其是码分多址无线通信系统中制约系统容量的主要问题。传统的采用均衡的处理方法在信号传输时延较大时难以解决这些问题，而采用时空联合处理的智能天线技术，通过信号时间域和空间域的联合处理可以较好地解决这些问题。
智能天线利用数字信号处理技术，产生空间走向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷点对准干扰信号到达方向，以达到充分高效地利用移动用户的有用信号并抑制或删除干扰信号的目的。应用智能天线的无线通信系统能够降低多址干扰，提高系统的信噪比。
1、 波束形成技术
波束形成的目标是根据系统性能指标，形成对基带信号的最佳组合或者分配。具体地说，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰。波束形成的基本过程是：在建立系统模型的基础上，描述系统中各处的信号，再根据系统性能要求，将信号的组合或分配表述为一个数学问题，寻求其最优解。
1.1 传统的波束形成技术
传统的波束形成器所有的加权有相等的幅度，选择相位使阵列波束指向期望方向θ0。用a0表示期望方向的方向向量，则阵元数是M的阵列加权向量w为：
具有此加权的阵列在期望方向上有单位响应，即处理器的输出功率等于信源功率。这种波束形成器在只存在不相关噪声和无干扰情况下，其输出有最大信噪比(SNR)。对于不相关噪声(即Rn=σ2nI，σ2n为噪声功率，I为单位阵列)，波束形成器的输出噪声功率为：
式(2)表明，阵列的输出噪声功率为每一阵元上功率的1/M，上角标H表示共扼转置。这样，具有单位增益的波束形成器在信号方向上衰减了不相关噪声，使输出信噪比等于psM/σn2，ps为期望信号的功率。
1.2 自适应波束形成技术
自适应波束形成算法是根据一定的最优准则导出的，
点：在LS-DRMTA中，不同用户的加权因子估计是以波束形成器端口输出信号与期望用户信号之间误差最小为准则，不会出现不同加权因子收敛于相同的值，因此不需要Gram-Schmidt正交化过程；不需要分类过程；波束形成器输出端口数不受天线阵元数的限制，当系统扩展时，更多的输出端口可以非常容易地添加到波束形成器上，添加的端口使用原有的射频和基带信号变换装置，大大降低系统代价；每次迭代过程的计算简单；通过解扩重扩减少了干扰，可以在更低的信噪比下使用。
(7)基于拉格朗日描述的波束形成算法
这种方法利用了CDMA传输信号中比较大的扩频增益，递归寻求相关矩阵的最大特征值，估计最佳权向量。它有着很好的优越性，即不但能在比较低的信噪比下形成优良波束，并且突破了波束数受天线数限制的传统约束，能够形成大大超过天线数的波束(几乎只取决于扩频增益)。此算法每一步迭代的计算量大约只是3M，比RLS算法还少一个数量级，并且能较快地收敛。
2、自适应波束智能天线的结构
2.1 基于码片级的自适应结构
(1)多个波束解扩-RAKE合并
多个波束解扩-RAKE合并时基于码片级的自适应结构如图1所示，即先进行空域处理，在波束形成中，N个输出形成不重复的N个波束，一个波束图可能包含多个用户。经过匹配滤波(MF)后，进入RAKE合并实现空时处理。从结构上看，这种方法硬件结构较为简洁，但由于是基于码片级的计算，无论自适应算法采用何种自适应权值方法，计算量均较大，算法的优化在该方法中尤为重要。
(2)单个波束解扩-RAKE合并
在单个波束解扩-RAKE合并时基于码片级的自适应结构中，先对各阵元进行波束形成加权处理，然后对几个不相关多径分量进行分别解扩。该结构只进行一次数字波束形成处理，因而系统的复杂度相对于多个波束解扩-RAKE合并方案而言大大降低。
2.2 基于符号级的自适应结构
基于符号级的自适应结构如图2所示，这种结构是先进行匹配滤波，即先进行用户分离，然后波束合成形成针对该用户的波束，实现二维RAKE接收。从结构上分析，基于符号的波束形成方法需要设计数量众多的相关器，硬件结构较为复杂，但该方法是基于符号级的计算，自适应算法的计算量相对较小。
2.3 基于群的自适应结构
基于群的波束形成方法利用已有的基带专用集成电路芯片(ASIC)构建智能天线处理器，实现对扇区的自适应划分。基带ASIC可以采用Qualcomm公司的常规基站调制解调器CSM5200。如图3所示。
基于群的波束形成方法采用基带ASIC(如CSM5200)完成除波束形成之外的大部分工作，需要考虑如何充分利用CSM5200的资源，以及与围绕CSM5200的软硬件功能在实现上的难易程度。显然，该结构受限于所采用CSM5200这类芯片在处理用户容量、处理速度、可靠性、芯片体积等方面的性能。
3、 自适应波束智能天线实现时面临的问题
(1)精确地获得信道参数
信道参数估计是进行空时RAKE接收处理的基础，没有准确的时延参数，自适应波束形成将无从做起。通常时延的估计是在波束形成之前，也就是说时延搜索时无法利用波束抑制波束外的非期望用户，所有激活用户(某扇区内)的信号都将被接收并相互干扰。在无智能天线的基站，所能容纳的同时激活的最多用户数目是确定的，超过该数目，时延搜索将出现困难。配备有智能天线的基站，在未形成波束前，如果不采取其他措施，时延搜索与常规基站没有什么差别，也就是说，所能容纳的最多用户数目与常规基站的相同，显然没有发挥智能天线可以扩大基站容量的作用。因此，在时延搜索上必须采取另外的措施，使得在激活的用户数目超过常规基站时，时延搜索仍能正常进行。
(2)上下行波束形成的统一规划
对于下行链路而言，不同的复用方式可采用不同的解决方法：对于时分双工(TDD)方式，由于上下行链路采用相同的频率，在信道参数在相邻的上下行数据帧中几乎没有变化的情况下，可以直接利用上行估计得到的信道参数，但这只适用于慢速移动的系统；对于频率复用分割(FDD)方式，由于上下行链路的频率间隔一般都大于相关带宽，因此上下行的瞬时信道几乎是不相关的，此时采用反馈信道是最好的方法。显然，上行链路参数估计的好坏，对上下行信道的波束形成都有很大的影响。此外，在上行信道的波束形成时，就要考虑到下行信道波束形成如何进行，以实现上下行信道波束形成的统一优化，使智能天线系统的作用得到最大程度的发挥。
(3)波束形成算法
良好的自适应波束形成算法通常需要很大的运算量以及复杂的结构，目前的硬件性能尚难以达到这样的指标。因此，寻求用较少的运算和简洁的结构实现自适应波束，始终是科技人员努力的目标之一。此外，实现算法中具体参数(初始权值、收敛门限、步长等)的优化也对算法最终结果起着至关重要的作用。
4、 结束语
对于智能天线来说，在研究自适应波束形成新技术同时，还应关注技术的有效性、稳健性以及实用性等内容。从可实现的角度来看，智能天线自适应波束形成今后的研究可能趋向于以下几个方面：
探索有效的数字波束形成技术，着重于突破阵列物理限制的数字多波束形成技术。
研究计算有效、稳健的用户多径参数估计技术，重点在基于辅助导频信号的非盲技术。
根据业务和信道环境的不同，确定不同的自适应算法实现结构以及参数的选取准则。
此外，相对于上行自适应波束形成技术的广泛深入研究，下行链路性能成为提高系统性能的“瓶颈”，因此迫切需要有效的下行自适应波束形成方法。□
参考文献：
[1] Liberti J C, Rapport T S. Smart antenna for wireless communication: IS-95 and third generation CDMA application [R]. Prentice Hall PTR, 1999.
[2] Tsoulos G, Beach M, McGeehan J. Wireless personal communications for the 21st century: European technological advances in adaptive antennas [J]. IEEE Communications Magazine, 35(9), 1997.
[3] Kwark J, Lu I T. Blind adaptive space-time receiving and
transmitting diversities for multiuser DS-CDMA systems [R]. IEEE MILCOM’99, 1999.
[4] Guo Y J. Advanced base station technologies for UTRAN [J]. Electronics & Communication Eng Journal, 12(3), 2000.
[5] Seungwon Choi. A novel adaptive beamforming algorithm for a smart antenna system in a CDMA mobile communication environment [J]. IEEE Trans. VT, 49(2), 2000.
收稿日期：2003-03-12
作者简介：
自适应网页制作技术 篇4
关键词：CSS3,网页自适应,响应式
0 引言
近几年, 移动互联网蓬勃发展, 智能手机和平板电脑等移动终端已相当普及, 相对于传统的电脑, 移动终端的屏幕分辨率多种多样, 而且还能切换横屏竖屏, 传统的只针对电脑设计的网页在移动终端上显示就会出现问题。一般手机屏幕分辨率较小, 电脑上显示正常的网页, 在手机上可能就会被缩得很小或者布局显示变形, 用户浏览起来就很困难。
早期对于这个问题的解决办法主要有两个, 一个是为手机等移动终端单独设计网页, 如使用WAP (无线应用协议) 开发适用于手机的网页, WAP协议比较简单, 适应性强, 但不能显示太复杂的特效, 使用这种办法解决了手机等小屏幕终端的问题, 但重新开发一整个网站费时费力, 显示效果也比较简陋;另外一种解决办法是使用浏览器转码, 常见手机浏览器如UC浏览器、QQ浏览器、Opera浏览器等都有自动转码功能, 浏览器将网页进行转码, 减小图片大小, 放大文字, 以适合手机屏幕分辨率的样式呈现, 这种方式自动化处理, 效果还不错, 但主要问题是缺乏灵活性, 转码后的效果未必适合所有网页。
全新的CSS3 标准为网页自适应提供了较好的解决方案, 通过CSS3新增的一些功能能够自动根据屏幕分辨率调整页面内容布局, 在各种不同设备上都呈现出令人满意效果。
1 CSS3 概述
CSS3 是CSS (层叠样式表) 的最新标准, 它是由Adobe、苹果、谷歌、微软等IT届的大公司联合组织的“CSS Working Group”组织策划制订的, CSS3 相对于CSS2 引入很多实用的特性, 如圆角、阴影、半透明背景、渐变、盒子模型、过渡与动画、多列布局。这些特性的引入让曾经需要Java Script或者Flash才能实现的复杂功能, 通过简单的CSS样式设置即可实现, 大大方便了网页设计。
2 自适应网页设计
在2010 年, Ethan Marcotte提出了“响应式网页设计 (Responsive Web Design) ”的概念, “响应式网页设计”即本文所说的“自适应网页设计”, 指的是网页能够根据屏幕宽度自动做出调整的设计方案。要实现自适应网页可以通过CSS3 样式实现, 以下是实现思路。
2.1 加入viewport元标签
在网页头部加入
<meta name = "viewport" content = "width =device -width, initial -scale=1" />
这句话意思是添加名为“viewport”的meta元标签, width=devicewidth意思是宽度为设备宽度, initial-scale=1 意思是原始缩放比例为1, 即显示比例100%, 不缩放也不放大。目前主流的手机浏览器都支持CSS3, 即支持viewport元标签, 当在手机浏览带viewport元标签的网页时候, 手机屏幕分辨率的宽度就指定给了网页宽度。这是CSS3 自适应网页设计的一个必要条件。
2.2 使用浮动布局
设置网页中需要自动调整位置的网页元素的CSS样式为float:left或者float:right。
CSS中float属性用于产生浮动布局, 该属性不是CSS3 特有的, 早在CSS1 就有这个属性了, 该属性在DIV+CSS布局模式中经常用到。float主要有left和right属性值, 设定后网页元素变成浮动元素, 浮动的元素可以向左或向右移动, 直到它的外边缘碰到包含框或另一个浮动元素的边框为止, 浮动元素会在同一行一个挨着一个排列过去, 排不下了会自动新起一行继续排列。
浮动布局在自适应网页设计中十分适用, 屏幕宽度大就一行多排几个, 屏幕宽度小就一行少排几个, 这样就可以在不缩放网页情况下适应不同宽度屏幕, 显示同样多的内容。例如:12 张图片, 每张图片宽度300px, 在PC上屏幕宽度1280px, 使用浮动布局即可显示3 行4列, 而手机屏幕宽度720px, 使用浮动布局即可自动显示为6 行2 列。
需要注意的是, 浮动布局使用完成后, 需要在后面补充一个清除浮动的标签, 避免后续的页面元素错位, 如浮动元素后面跟一个<div style=”clear:both”></div>以结束浮动。
2.3 选择性加载CSS
CSS3 新增的Media Query模块, 用于自动探测屏幕宽度, 加载相应的CSS文件, 这是CSS3 中自适应页面设计的核心所在。如<link rel="stylesheet" type="text/css" media="screen and (max-device-width: 600px) "href="small.css" />, 这段代码的意思就是如果屏幕宽度小于600px就加载small.css, 这样就可以有针对性的设计不同分辨率下的CSS样式。
除了在页面中设置选择性加载, 还可以在CSS文件中设置选择性加载, 如在css文件中写上@import url ("small.css") screen and (maxdevice-width: 600px) 。
2.4 使用@media规则
@media用于在同一个CSS文件中, 根据不同的设备分辨率, 设置不同的CSS样式。如:@media only screen and (max-width:600px) and (min-width:500px) {html{font-size:20px}}
意思是当屏幕宽度大于500px, 小于600px时候, 网页中的字体设置为大小20px。
@media only screen and (max-width:800px) {img {width:50%};body{background-size:100%;}}
意思是当屏幕小于800px时候, img图片显示50%宽度, 网页背景图片自动缩放到屏幕大小。
@media规则灵活的解决了不同屏幕分辨率下的显示问题, 可以根据需要设置不同的文字大小、图片大小等任意CSS样式, 是自适应页面设计的常用方法之一。
2.5 尽量使用百分比
在传统网页布局中, 布局对象如div、table等的宽度高度经常是写绝对宽度值、绝对高度值, 而在自适应页面设计中尽量要使用百分比, 如body{width:100%}, table{width:80%}这样设计的好处是页面、图片、表格等会随着页面分辨率的放大而放大, 缩小而缩小。
布局对象div、table等都可以设置百分比, 特别注意的是字体和背景图片也可以设置成百分比, 如p{font-size:1.4rem}, td{font-size:60%}, body{background-size:100%;}, p{font-size:1.4rem}意思是p标签采用默认字体1.4 倍大小显示, rem是字体相对大小的单位, td{font-size:60%}意思是td标签采用默认字体0.6 倍大小显示, body {background-size:100%;}意思是页面背景图片充满整个页面, 并且随着页面大小自动放大缩小。
不过对于采用百分比的网页布局, 会存在被放太大导致图片失真或者缩太小导致表格文字堆在一起的情况, 这时候需要配合前面3, 4两点所提到选择性加载CSS与@media规则, 对于太大或者太小的屏幕分辨率进行针对性的处理。
2.6 合理使用max-width与min-width
max-width、min-width用来设置表格、div、图片等布局对象的最大最小宽度, 这是很有用的样式, 如前面第5 点提到的, 当页面放太大导致图片失真的情况就可以通过max-width加以限制, 再比如新闻内容页面中图片有大有小, 大图可能会超出布局框, 如果只是设置width, 虽然大图会缩到合适大小, 但同时会出现小图被放大失真的情况, 解决这个问题的最好办法就是设置一下img{max-width:100%}, 这样大图会缩小到合适大小, 小图显示原来大小不会被放大失真。
3 总结
自适应网页制作技术 篇5
摘要：为通过雷达编码技术可以使雷达性能得到提高。本文主要研究优化雷达相位编码使得雷达空时自适应处理器的输出信噪比最大的问题。本文考虑以下约束：保证雷达编码与已知巴克码达到一定的相似度、空间和时间多普勒频率估计准确度达到一定的要求，同时考虑到雷达能量的鲁棒性问题。对于上述非凸二次约束优化问题，我们用了快速有效的秩一分解方法。通过仿真实验可以证明，这种相位雷达编码可以使雷达性能提高。
关键词：雷达编码；空时自适应处理器；半定规划；鲁棒性
中图分类号：TN955
文献标识码：A
DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.09.006
0 引言
近些年来，随着电子技术的迅猛发展以及雷达新理论、新技术的不断涌现，现代雷达己成为可以测量目标距离、方位、仰角和速度等信息的重要电子设备。由于雷达工作环境日益复杂，如何使雷达在恶劣的环境下，提高其探测目标的能力是人们研究的重点问题。
通常人们采用设计雷达波形（幅度、相位、频率）来提高雷达性能的方法。目前，关于通过雷达波形设计提高雷达检测性能方面有一系列的De Maio等。而传统的滤波器一般只在空域或时域空间内进行信号处理，很多情况下这种一维的滤波器已不能满足实际的需要。空时白适应处理技术，即同时在空域和时域内对信号进行处理，可实现更强的杂波抑制。巴克码具有尖锐的白相关函数，合理的距离分辨率和峰值旁瓣电平。因此，设计空时白适应雷达波形时，可考虑与已知巴克码的相似度约束。
本文研究通过设计雷达相位编码，使空时自适应处理器的输出信噪比最大。除了与已知巴克码的相似度约束外，考虑由系统不稳定引起的雷达编码能量的鲁棒性问题。即在下述约束下使空时白适应处理器的输出信噪比最大：考虑鲁棒性的能量约束，空间多普勒频率估计准确度，时间内多普勒频率估计准确度，相似度约束。上述问题为非凸二次约束问题，将其松弛成半定规划问题求解。通过仿真画出雷达编码检测概率图、CRB图以及模糊函数图来分析相位编码雷达的性能。
3 结论
无线内容自适应技术研究 篇6
关键词：content adaptation,自适应,网络感知,多媒体
0 引言
互联网的迅速发展使网络中传播的内容资源更为丰富, 同时也使用户对网络的需求日益增加, 尤其是对图像、音频、流媒体视频等多媒体内容的需求不断提高。由于多媒体内容的访问往往占用较大带宽, 加之用户访问量的不断增大, Web服务器的负荷也在日益加重, 网络吞吐量下降。在无线网络环境中, 由于带宽的限制、空气介质带来的冲突以及多媒体内容访问量的增加而产生的网络整体性能下降更为明显, 对用户体验度的影响程度也更为严重。形形色色的无线终端设备, 如:智能手机、掌上电脑、PDA使无线乃至移动环境下访问互联网变得更为便捷, 但同时也形成了接入网带宽不同, 终端设备能力差异的无线异构网络, 这也使得不同的终端用户享受到同样高水平的网络服务质量变得十分困难。
为了在无线异构网络环境中提高内容的可读性同时改善用户体验度, 有研究者提出了内容自适应策略。这是一种动态调整被访问内容以满足终端用户接入网络带宽, 用户偏好和终端设备能力限制的机制[1]。图1描述了内容自适应实现的基本流程。在无线异构网络环境中, 内容自适应技术考虑到终端设备能力的局限性 (比如屏幕大小及分辨率、支持图像格式、应用程序种类等因素) , 在发送内容前对内容的格式或大小进行调整, 从而发送更适合终端设备读取的内容。同时该策略也可以根据用户接入网络的特征和当前的网速, 对内容进行适当的降质, 降低质量后的内容保持原有内容的核心, 但容量大大减小, 从而减轻了对网络传输的负担。内容自适应研究的相关技术包括[2]:
(1) 用以支持内容自适应的多媒体处理和分析算法。
(2) 能够可靠探测用户设备软硬件能力的机制。
(3) 定义用户偏好的标准方法及对其在会话间跟踪的机制。
(4) 有效测量当前用户与服务器之间网络连接特征的方式。
(5) 判断在各种条件下何时以及如何执行内容自适应算法的策略。
1 内容自适应策略
无论在有线或无线网络环境中, 采取一种适当有效的自适应算法是完成整套内容自适应过程的关键。内容自适应策略的核心思想是在保留内容关键信息的同时根据用户所处的网络环境、软硬件环境与特点需求对内容进行一定程度的处理和转化。对内容进行处理的技术有很多, 一些现有的多媒体处理技术可以被用于实现更智能的信息发送。Hewlett-Packard实验室的研究人员定义了一套异构网络中自适应内容分发的框架, 其中将一些主要的内容自适应策略按其应用归为五大类[2], 表1按多媒体内容包含的四种种类 (视屏、图像、音频、文字) 对这五类技术所采用的自适应方法进行了概括。它们包括:
信息提取 (Information abstraction)
模式转换 (Modality transformation)
数据转换编码 (Data transcoding)
数据优先 (Data prioritization)
目的分类 (Purpose classification)
2 用户信息获取策略
用户信息主要包括三方面的内容:用户设备能力, 网络特征和用户偏好。获得用户信息是实现内容自适应的第一步, 也是自适应算法的依据。现有的一些技术可以被用于收集与测量用户信息。例如:分析用户发送的请求 (如HTTP请求的头文件) 可以获得用户设备方面的信息, 如浏览器类型、设备屏幕尺寸等信息, 也可间接估计该设备的最大可用带宽等信息。又比如:提供界面给用户提交用户的偏好, 设备的能力, 以及所使用网络连接的属性等等。其他获取用户信息的技术还包括会话跟踪, 系统及网络负载自动测量, 浏览器行为分析等等。
2.1 网络监控
为了对网络环境的变化实时捕捉, 应用程序必须找到一种方法对网络进行监控。通常来说, 网络监控指的是收集网络状态的原始数据如带宽、时延, 但一些系统还有能力将原始数据进行统计转换并根据应用软件的语法格式显示结果[3]。
最常见的网络监控方法的分类是基于该方法所产生的流量[3,4]。若采用主动监控的方法, 网络测量数据是通过发送附加的测试信息而获得的, 因此这将不可避免地给网络带来额外的流量。反之, 若采用被动监控技术, 系统仅以程序产生的流量作为依据, 并通过与网络其他节点的通信获得数据。网络状态的信息完全由穿梭于网络中的数据分组所表征, 因此不会引入额外的网络流量。
2.1.1 主动监控
主动监控可以通过在单一主机上运行简单的探测服务实现, 也可以利用探针分布于网络各处的复杂监控系统。前种方式的例子有standard ping[5]和bprobes[6]。后种方式的例子有NIMI[7], topology-d[8], 以及基于代理的系统[9]。由于引入了额外流量, 主动监控在监控过程中有更好的主动性和控制权。它可以简便地测量两台主机之间整条网络路径的特征, 比如分组往返一次的时间 (Round Trip Time) , 平均丢包率 (Packet loss) , 以及可用带宽。但是这种监控方式比较难获得网络中具体某一点的信息。
对于资源有限的网络如无线网络来说, 额外的流量始终是一个问题。除此之外, 主动监控的另一个问题是, 由测试数据包获得的结果往往不符合实际用户数据包的产生的结果 。因此, 监控结果可能无法完全代表实际使用情况。然而, 通过使用测试包来模拟实际用户数据包, 主动监控可以测量到网络任何一处的质量, 甚至那些没有流量的链路, 这适用于连接初始化和服务器的选择。
2.1.2 被动监控
被动监控是目前网络感知的应用中常见的监控方式。与主动监控相比, 被动监控可以对网络中特定一点进行精确的评估, 如准确的比特率或分组速率等。被动监控较主动监控更准确, 因为它测量的是实际用户数据。但是, 为了能获得更可靠的测量数据, 快速的处理是至关重要的, 而被动监控很容易导致信息过时 , 这是由于信息只有在主机连接远程站点时才会被收集。
被动监控的例子有SNMP (Simple Network Management Protocol) , 一些特殊的硬件软件系统如Nprobe[10]和SPAND[11]等。
2.1.3 混合监控
根据上述讨论, 很明显主动监控和被动监控各有优缺点, 双方互补而并不互斥。因此, 一种混合监控策略可以结合两者优势而成为一种更好地解决办法。文献[12]中介绍了一种混合监控系统:EXPAND。这种监控方式只在被动监控信息不可用的情况下采取主动探测, 例如当前网络无连接的情况下主机想了解网络状况以建立一条新的连接。基于该模型的实验表明, 混合模式可以减少主动探测所引入的额外流量, 同时获得准确的信息。
3 构架设计
内容自适应策略的构架问题讨论的是自适应决策和算法在何处进行。常见的位置有服务器、代理 (Proxy) 、用户端以及综合型。每一种设计都有其优缺点, 这里比较关心的问题是:系统实现的难易程度, 网络带宽、CPU和内存的利用效率, 内容自适应的有效性以及内容转换的相关版权问题等[2]。
3.1 基于服务器的自适应构架
基于服务器实现内容自适应的构架中, 服务器负责探测用户设备能力和网络状况, 随后根据预先设计算法提供最优的自适应策略。该构架的优点在于它可以进行静态 (off-line) 和动态 (on-the-fly) 的内容自适应。前者指的是在任何时刻为原作内容自动创建多个版本;后者指的是当请求发生时对内容进行实时的自适应处理。因此, 基于服务器的设计对内容有更好的著作控制, 内容的作者也可以参与决定在不同环境中内容的转换方式。在安全性较高的网络环境中 (如电子商务) , 网页往往被加密, 因此自适应也只能由服务器来完成。
这种构架也有其不足之处。由于传输带宽的限制, 用户通常需要从地理上较近的服务器上获取内容以减少跳数缩短内容下载时间。而在基于服务器的内容自适应系统中, 这意味着执行自适应算法的服务器必须分布在网络各处, 服务器设计也必须考虑到数据同步问题, 对引入的额外资源消耗进行负载均衡。静态自适应方式创建的多个版本的内容也将同时存在于各台服务器中, 从而耗费大量存储资源。
3.2 基于代理的自适应构架
基于代理的构架中, 用户通过代理向提供内容的服务器发出请求, 代理截获服务器发送的内容从而决定和执行自适应策略, 转换后的内容随后发送至用户。一般假设代理与服务器之间的带宽远大于代理到用户的带宽, 因此内容从服务器到代理的下载时间是可以忽略不计的。这种构架中自适应发生的位置更靠近用户, 避免内容版本的过多复制。并且服务器和用户端都无需作任何改变, 同一台代理可以为多台服务器执行内容自适应处理, 从而有利于大规模应用。
然而, 由于代理从众多服务器中获得内容, 内容的格式差异显著, 因此, 基于代理的自适应方式对内容的转换结果缺乏著作控制, 结果没有统一的格式和评价优劣的标准。版权问题同样也是这种设计的缺点之一。
4 无线自适应内容分发
随着无线网络技术的发展, 越来越多的无线终端设备如PDA, Pocket PC, 智能手机随之出现, 移动用户的数量也在日益攀升。考虑到这样一个异构和多变的网络环境, 加上多媒体应用对网络资源的依赖, 让移动多媒体应用实现网络感知 (Network aware) 变得非常关键。下文将主要以移动环境为例, 讨论移动多媒体传输带来的问题, 以及针对这些问题对网络提出的特殊要求如何采取一种能够对网络感知的内容自适应策略。
4.1 移动多媒体应用的局限性
在无线领域, 许多应用程序如电子邮件已经能够成功地在移动无线网络中运行, 但是要将多媒体应用程序完整的移植到无线环境中来还具有相当大的挑战, 这些程序往往需要处理各种格式的内容, 包括文字、图像、动画、声音、视频等等[3]。尤其对于音频和视频内容来说, 它们对网络带宽有更高的要求。例如, 在速度低于30kbps的第二代移动蜂窝网络 (如:GSM) 中, 视频的传送非常困难;而在802.11a的WLAN (带宽6Mbps～54Mbps) 或3G移动网络UMTS (带宽最高可达2Mbps) 中传送视频才更具有实际意义[3]。除了带宽资源受限, 无线性与移动性的特性都给网络质量带来挑战。这些挑战包括带宽变化不定、误码率起伏不定、可能的不对称连接、切换过程中不被预料的质量下降等等。表2对移动网络多媒体应用可能带来的问题作了归纳, 其中按问题产生的主要因素 (无线性、移动性和多媒体) 将问题分为三大类[3]。
4.2 网络感知的移动多媒体传输
考虑到移动多媒体传输的种种局限性, 网络感知的内容传输技术被视为是解决该问题的一种解决方案。所谓网络感知就必须通过某种方法探测终端用户的网络特征参数, 这些参数可以是带宽、时延界限、安全性等方面的信息。在这些参数中, 网络带宽可以说是最为重要的网络性能指标。为了测量终端网络的性能参数, 前文已经介绍了几种网络监控的方法 (主动、被动、混合) , 采取一种适合于移动网络特征的监控方式将更有利于网络数据的实时、准确的探测。基于移动网络环境变化莫测的事实, 需要一种能够使移动多媒体应用程序快速地探测网络变化的监控方法。主动监控会给有限的网络资源带来额外的流量负担, 获得结果需很大是延迟, 因此不常被用于灵活多变的网络。另一方面, 被动监控对测量某些种类的参数有局限性, 如:错误概率、丢包率, 同时也无法测量关闭或断开的连接上的数据, 而这些情况在无线网络中是很常见的[12]。尽管目前常见的网络感知应用模型大多基于被动监控, 我们依然相信一种集主动和被动优点的混合监控方式将是移动多媒体应用网络的最佳监控方案。
除了选择合适的监控策略, 网络构架也是重要的考虑因素。基于用户终端设备的构架方案简便易实现, 但其并没有起到减轻网络负载的作用, 内容仍然以完整的形式被传输到用户手中, 再根据设备的能力作相应的处理。并且自适应依靠的是用户端应用软件自身的能力, 对于一些计算和存储能力有限的移动设备而言, 这也将耗费很大资源。因此基于服务器或者代理的构架更适合于无线移动环境内容自适应分发。前文以对两者的优劣进行了比较分析, 基于代理的方式使自适应发生在离用户较近的地方, 优化了网络资源最薄弱的用户接入网环节上内容的传输, 部署也相对容易, 因此比基于服务器的构架更显优势。但是根据具体的无线网络情况以及对内容版权问题的考虑, 基于代理的方式也不是唯一的选择, 有些情况下, 采用混合的构架方式更具实际意义。
5 结束语
本文在介绍了内容自适应基本概念的基础上, 对其核心技术作了逐一分析, 主要包括自适应策略、网络监控测控、构架等等。其次本文对内容自适应技术应用于无线领域中的可能性作出分析, 并对移动环境多媒体应用存在的诸多局限性进行了阐述, 并讨论了自适应技术在此类环境中应用的方法。选择一种合适的混合监控策略与适应网络特性的自适应构架方式, 无线网络的传输性能将得到提升。
参考文献
[1]Stephen J.H.Yang, Norman W.Y.Shao, Risk C.S.Chen.A multi-media content adaptation mechanism to implement universal access onlearning environment[J].IEEE Communications Magazine, 2003.
[2]Wei-Ying Ma, Ilja Bedner, Grace Chang, et al.A framework for adap-tive content delivery in heterogeneous network environments[J].Hewlett-Packard Laboratories, 2005.
[3]Jinwei Cao, Dongsong Zhang, Kevin M.McNeill, et al.An Overview ofNetwork-Aware Applications for Mobile Multimedia Delivery[C].pro-ceedings of the 37th Hawaii International conference on System Scienc-es, 2004.
[4] Caripe W, Cybenko G, Moizumi K, et al.Network awareness and mobile agent systems[J].IEEE Communications Magazine, 1998, 36:44-49.
[5] Toshiya M, Kazuo N, Shouji M, et al.QOS MONITORING SYSTEM[R].Yokogawa, Technical Report No.34, 2002.
[6]Carter R L, Crovella M E.Measuring bottleneck-link speed in packetswitched networks[R].Computer Science Department, Boston Universi-ty, Technical Report BU-CS-96-006, March 1996.
[7] Paxson V, Adams A, Mathis M.Experiences with NIMI[C]. presented at Proceedings of the Passive & Active Measurement Workshop, 2000.
[8] Obraczka K, Gheorghiu G.The performance of a service for network-aware applications[C].presented at Proceedings of the SIGMETRICS symposium on Parallel and distributed tools, Welches, Oregon, United States, 1998.
[9]Wijata Y I, Niehaus D, Frost V S.A scalable agent-based network mea-surement infrastructure[J].IEEE Communications Magazine, 2000, 38:174-183.
[10]Moore A, Hall J, Harris E, et al.Architecture of a Network Monitor[J].presented at Proceedings of the Fourth Passive and Active Mea-surement Workshop (PAM 2003) , 2003.
[11]Seshan S, Stemm M, Katz R H.SPAND:shared Passive Network Per-formance Discovery[C].presented at 1st Usenix Symposium on InternetTechnologies and Systems (USITS’97) , Monterey, CA, 1997.
自适应网页制作技术 篇7
自适应网关发现方法可以认为是混合式网关发现方法的一种特殊情况,其基本思想可归纳为:网关节点通过分析MANET节点的活跃程度和请求网关服务的频率来感知网络状况,通过设置GWADV报文的转发跳数来扩展或收缩主动式网关发现覆盖区域。除了网关通告跳数TTL,如何避免广播风暴、如何基于节点和网关的负载动态选择或切换路由,也是自适应技术的研究范围。
本文结合现有的自适应网关接入机制,进行了改进设计并实现仿真。在所有MANET节点上运行AODV路由协议,网关节点同时运行AODV协议和有线路由协议[3]。在这种方案中,网关的自适应性主要体现在以下几点。
(1)MANET节点的自适应:
一是动态接入:多网关情况下,节点根据网关负载GW(Gateway Weight)对收到的GWADV进行判定,选择其中负载最小的网关进行反向路由建立。
二是流量感知:节点根据邻居列表NNL(Neighbor Node List)及自身负载NW(Node Weight)对收到的RREQ有选择的进行转发,避免浪费链路资源,引起不必要的洪泛。
三是路径质量感知:源节点收到路由回复RREP,根据路径质量PW(Path Weight)选择默认网关路由和备用网关路由。
(2)网关节点的自适应
一是接入网关广播的网关通告半径(TTL)和网关通告的发送间隔随着网络规模以及接入节点到接入网关的距离变化而进行变化。
二是网关收到源节点发送的转发数据包,根据其到达间隔,监控路径质量,及时提醒源节点进行路由切换以减少网络延迟和丢包率。
1 数据结构
1.1 源节点列表
网关节点维护一份移动节点列表MNL(Mobile Nodes List)[4],该列表记录所有请求网关服务的源节点的序列号、IP地址、距离网关的跳数和活跃时间。MNL相关表项的建立与更新基于源节点发送的RREQ,网关节点接收后对其中相关字段进行解析以获取信息。其中,源节点的活跃时间设定于其相关信息初次写入MNL列表,若活跃期内表项信息更新则予以延长,若过期表项信息未更新则删除信息,因为此时该节点或者是不再需要网关接入服务,或者是脱离网关的当前服务范围。
通过MNL列表,网关节点了解需要提供服务的源节点数目及其位置分布,下文中如何设置发送GWADV的TTL值也基于此列表信息,从而实现GWADV的最佳覆盖。
1.2 邻居节点列表及双向链路的判定
无论是移动节点收到GWADV后获取至网关的多跳路径,还是源节点创建并发送RREQ自行寻求至网关的多条路径,这一系列路由发现过程都会因为采用泛洪方式进行报文转发而给网络造成巨大开销,导致大量的冗余分组、激烈的信道竞争以及报文冲突,出现所谓的广播风暴。为排除因单向链路而产生的无效广播分组,相邻节点定时通过HELLO分组探测局部拓扑情况,判定彼此是否为对称无线链路,并判断彼此是否拥有相同的对称邻居节点。
移动节点S维护一份邻居节点列表NNL(Neighbor Node List),该列表记录接收到的HELLO分组的发送者M,将其视作自己的邻居节点。NNL结构如图1所示。其中,邻居ID记录M的IP地址,对称链路记录S与M之间是否为双向链路。若S在M的HELLO分组[5]中看到自己在其邻居名单中,就判定M为对称邻居节点(简称邻居节点),设置对称链路字段,否则不设置。
当M被设置为邻居节点,S还要判断自己和M的对称邻居节点是否完全相同。S检索M的HEL-LO分组中包含的邻居信息,若发现与M的邻居节点并不完全重合,设置共有邻居字段。最后,NNL中的每条记录都设置了存活期限并在被更新后延长。存活期内未再次接收到M的HELLO分组,则删除NNL中有关M的记录,表明以M为下一跳的全部路由已经失效。
2 路由判据设计
2.1 网关节点负载的定义
网关根据MNL的表项信息定义网关负载GW(Gateway Weight)为:
其中,DS为移动节点至网关节点的跳数,NN为向网关节点请求服务的源节点数目,QL为网关节点缓冲区内待转发的数据包队列长度,且n+m+k=1。
显然,MANET结点会选择距离最近、转发任务最轻的网关作为其服务请求对象。考虑距离和负载对网络通信的影响不同,取n>m>k,即跳数的影响最大,其次为请求服务的节点数目,待转发的数据包大小被认为影响最小[6]。权值的选取根据网络环境的具体情况及网络性能的具体参数而确定。
2.2 移动节点负载和路径质量的定义
由于无线通信的特性,节点在传输数据之前要侦听无线信道,判断是否有其他节点正在传输数据。只有共享信道空闲时,节点才能启动数据传输。因此,邻居节点的通信量直接决定了节点进行数据传输时的空等时间,即自组织网络中端到端时延不仅取决于当前节点的负载,而且受制于邻居节点的负载。
定义节点负载NW(Node Weight)为一定的时间间隔内待发送数据包队列的平均长度。对节点S,在采样周期内共采集M个样本,则节点S的负载为:
其中,NW(k)是第k次采样时队列的实时长度,NW是采样周期内队列的平均长度。M越大,对节点负载的度量越准确。
定义路由质量PW(Path Weight)为路径中各节点的负载与节点数目之和:
其中,PN为路径上的节点数目,s<t且s+t=1,即跳数越少且各节点负载越小的路径越好。
3 适应路由策略
3.1 自适应网关通告
网关周期性向MANET广播网关通告来表明自己的存在。GWADV[8]消息包含:消息ID、网关全局地址、网络前缀、TTL、网关当前服务的源节点数量NN和网关节点待转发数据包队列长度QL等,其中NN和QL作为移动节点收到公告后计算GW的依据。同时,为避免非对称链路的影响,对GWADV进一步扩展,将局部拓扑信息即邻居节点信息添加到消息中,使MANET节点对GWADV进行有选择的转发。
(1)TTL的自适应选值
已知网关节点通过查询MNL便可了解源节点的分布情况,据此来动态修正网关通告的TTL,实现GWADV自适应广播。每个发送网关通告的周期,网关节点根据下式计算网关通告半径TTL:
其中,NN为向该网关节点请求服务的源节点数量;DS(i)表示i节点与网关节点的跳数。
(2)GWADV的发送间隔
在一个广播网关通告的周期内加入或离开该网关的源节点数目S可反映源节点的活跃程度[9]。引入阈值low<high,则广播间隔I的自适应公式为:
网关通告间隔的调整主要是基于网络拓扑的变化程度。当网络拓扑不稳定且源节点较活跃时,网关需要缩短广播间隔以及时更新源节点信息,反之则增加广播间隔以降低网络开销。
(3)基于时延给出路径转换信号
当路由建立,源节点向网关发送分组数据包,网关节点对来自同一个源节点的数据包进行计时,并计算各分组的传输间隔T:
第一个分组传输间隔为T1,下一个分组传输间隔为T2,取ΔT=T2-T1。设n=0,若ΔT>0,则n=n+1,否则n清零。当n=k时,即连续k个来自相同源节点的数据包传输间隔处于持续增大的状态,网关节点通过反向路由通知各中间节点和源节点,源节点在发送下一个分组时,选择备用网关路由发送数据。
3.2 自适应网关发现
将MANET节点分成三类:请求网关服务的源节点、已知网关路由并回复RREP的节点和转发RREQ的中间节点,分别叙述其自适应寻路过程。
(1)源节点
在网关通告GWADV的广播范围之外的源节点,通过发送网关路由请求分组RREQ来寻求网关服务。对RREQ格式进行扩展,增加邻居节点信息NNL和节点负载信息NW,以此排除单向链路的干扰并为路由质量PW的计算提供依据。RREQ格式如图2所示。
当源节点收到RREP消息,进行网关路由的建立。从RREP中获取各节点负载NW,按照式(3)计算该路径质量PW。若源节点收到来自不同网关的路由回复,则根据不同的PW,选择值最小的路由作为其默认网关路由,再选取值次小的作为备用网关路由。路由表结构如图3所示。
(2)中间节点(具有到网关的有效路由)
当中间节点收到一个GWADV消息,首先检查是否曾收到与该消息ID和IP地址相同的GWADV,若有则丢弃新收到的消息,否则查看消息中包含的邻居节点信息:
一是若邻居节点信息中包含本节点,则认为本节点和发送GWADV的上游节点之间存在双向链路,建立或更新相应的反向路由,并转发该消息。
二是若消息中邻节点信息中不包含本节点,则认为本节点和发送GWADV的上游节点之间为单向链路,丢弃该消息。
建立或更新到上游节点的反向路由进行以下操作:
一是若该节点没有至网关的路由,则创建该路由表项,根据GWADV中的NN和QL字段,按照式(1)计算网关负载GW,并将自己的邻居节点写入相应字段,然后将该通告进行转发。若该节点收到来自不同网关的GWADV,则根据计算出的GW,选择负载最小的路由作为默认网关路由,并转发该网关的GWADV,其他网关的通告丢弃。
二是若该节点已有至网关的默认路由,则按照式(1)计算网关负载GW,并判断是否进行网关切换。网关切换的条件是新网关的负载与当前网关的负载之差大于一定阈值,以此避免频繁的网关切换所带来的路由抖动。
至此该节点成为具有到网关节点有效路由的节点,收到RREQ后回复RREP,RREP与RREQ结构相同,源节点根据其中包含的节点负载信息选择性的建立全局连接。
三是中间节点(不具有到网关的有效路由)
当中间节点收到一个RREQ消息,若曾收到与该消息ID和源地址相同的RREQ,则直接丢弃,否则根据本节点MAC层及网络层提供信息,按照式(2)计算自己的节点负载NW,决定是否进行转发。节点有两种状态:繁忙和可用(繁忙:NW>U;可用:NW<U;U为拥塞指数),当节点处于繁忙状态时,丢弃所有收到的RREQ;当节点处于可用状态,在RREQ中的节点负载列表中添加自己的NW,搜索邻居节点列表,向双向链路的邻居节点广播RREQ。
4 仿真与分析
设置一个MANET网络场景,各节点运行改进后的路由协议,并按随机的移动速度保持运动状态。在仿真区域配置2个网关,位于仿真区域的对角,并在其上同时运行改进后的路由协议和有线路由协议。每个网关通过一个路由器与一个固定节点连接,均通过100Mbit/s的有线链路连接。具体参数设置如表1所示。
选取以下参数作为比较标准,将上文进行改进的路由协议与普通混合式路由协议进行比对分析:
(1)分组投递率:成功投送到目的节点的分组数据包在源节点发送的所有分组数据包中的所占比率。
(2)网络延时:从源节点发送分组数据包到目的节点接收分组数据包,该过程产生的所有时延,主要包含路由建立时间、数据包在缓冲区等待发送时间和正常的传播时间等。
(3)网络归一化开销:与寻路有关的分组消息(GWADV、RREQ和RREP等)在网络所有传输分组中的所占比率。
分组投递率和网络时延决定了网络接入性能,由图4(a)-图4(b)可知本文算法的性能较优,因为在非对称链路普遍存在的环境下,普通混合式路由算法盲目转发RREQ,导致一些因链路不对称而实际无效的路径被采用。失败后重新进行路由发现,因为建立路由的时间延长,相关数据可能因超时而被丢弃。另外,没有自适应机制使得网关通告范围不能根据MANET状态动态改变,默认网关路由的建立不能根据网关和移动节点的负载进行选择,因此分组投递率较低且网络时延较大,特别随着节点活跃程度增加,链路断裂趋于频繁,互联性能进一步恶化。
在网络开销方面,由图4(c)可知普通混合式路由算法开销巨大,因为其MANET节点盲目转发沿所有链路而来的网关发现消息,且当非对称链路造成路由发现失败,重新寻路造成了更多的开销。源节点位置随机且各节点高速移动,固定网关通告范围使得更多节点采取被动式按需寻路,RREQ等分组数量巨大。本文算法不仅避免了非对称链路的影响,而且引入基于节点负载判定是否转发分组的机制,在很大程度上节省开销。虽然周期性发送包含大量邻居节点信息的HELLO消息牺牲了部分互联开销,但本算法的开销仍然较少,尤其当节点移动速度增加时,其优势更加明显。
5 结束语
对MANET网络和固定网络互联的自适应网关发现算法进行优化。利用邻居节点信息在路由广播消息中的扩展解决单向链路问题;依据网关节点对MANET的感知实现网关通告广播范围和周期的自适应调整;通过采样并计算各节点的负载情况实现路由建立选择与更新的自适应。与已有算法的仿真对比显示,本文算法实现了互联性能的优化和路由开销的降低。
摘要：在移动自组网接入Internet的过程中,为适应节点高速移动导致网络拓扑频繁更新的特性,在混合式路由发现中引入自适应机制,从网关通告跳数的合理范围、广播风暴的避免、各节点和网关负载的动态变化等方面进行自适应性优化。以AODV路由协议为基础,改进网关发现算法的自适应机制,在NS2平台进行仿真,实现移动自组网与有线网络的互联,且其接入性能有一定程度优化。
关键词：移动自组网,Internet接入,网关发现,自适应
参考文献
[1]Cavalcanti D,Kumar A,Agrawal DP.Wireless Ad Hoc Networking[M].New York:Auerbach Publications,2007:483-503.
[2]Jeonkeun Lee,Dongkyun kim,J J Gareia-Luna-Aeeves et al.Hybrid gateway advertisement scheme for eonnecting mobile Ad Hoc networks to the Internet[J].IEEE,2012:191-195.
[3]刘元安,刘凯明,翟临博,等.移动自主网与Internet互联中的自适应网关发现算法[J].吉林大学学报,2011,41(4):1157-1163.
[4]沈斌,柯海燕,胡中功,等.MANET与Internet互联时的自适应增强机制[J].计算机工程与应用,2012,36(3):112-116.
[5]沈彬,李波,石冰心.基于HELLO机制的Adhoc与Internet高效互联[J].微电子学与计算机,2006(10):90-95.
卫星信道自适应传输技术研究 篇8
卫星通信系统由通信卫星、地球站、测控系统和监测管理系统组成。卫星通信具有覆盖面积大、通信距离远、建站成本几乎与通信距离无关、组网灵活、基本不受地形影响等一系列优点。因此, 在过去半个多世纪里, 卫星通信得到了长足发展[1]。
我国现有的卫星通信和星地数据传输系统, 其信息速率、信道编码方式、调制方式等系统参数大多设置固定, 这会产生两方面的问题:
一方面, 雨衰、卫星颤抖、低仰角等因素引起信号功率变化, 如果功率变化范围超过设计的余量, 会导致系统误码率性能下降, 甚至使系统瘫痪。
另一方面, 由于在链路设计时, 为雨衰、卫星颤抖等因素导致的信号功率变化留有相当大的余量, 而当这些因素没有出现或影响较小时, 则留有的功率余量完全被浪费, 即通信或数传系统没有按当时信道条件的最大能力传输信息。
信道自适应传输技术应用于卫星通信系统后, 信息速率、信道编码方式、调制方式等参数能够自动的随着信道功率受限程度和带宽受限程度等因素变化而变化, 使系统总以最大的信息传输能力工作, 则系统功能在信息速率、数据传输时间、信息传输时延、频谱利用率、可靠性等方面会有很大幅度提升[2]。
1信道自适应传输总体架构
信道自适应传输主要包括自适应编译码、自适应调制解调以及信道信息实时反馈自适应控制等几个关键部分。
信源信息进入调制器后, 首先根据当前体制控制信息进行相应的编码, 编码后数据组帧后进行自适应调制, 调制数据经过成形滤波后经正交调制输出。解调输入信号经过下变频后首先进行自适应时钟载波恢复, 再进行自适应均衡, 最后进行自适应译码, 数据输出。自适应解调的同时, 进行信道预估, 得到当前信道信息, 将其通过反馈通道回传给调制器, 调制器根据信道信息和当前体制参数, 决定参数变化策略, 给出下一帧数据的体制参数, 从而完成自适应传输和控制。
2信道自适应编码
信道编码是数字通信的重要组成部分, 在目前广泛应用的信道编码中, LDPC码在误码平层、高速传输等方面优于TURBO码, 在编码增益、传输效率等方面优于级联码。因此, LDPC码在DVB-S2等多项标准中获得应用[3], 是自适应传输信道编码的最佳选择。LDPC自适应编译码是指在编译码不失步的情况下, 改变编码效率、帧长等参数, 增加系统灵活性, 为数据传输系统的最大功效自适应传输创造技术条件。
不管什么码字, LDPC的编码过程都是信息比特与矩阵的相乘, 不同码率的LDPC码编码过程的区别就是相乘的模块数不一样。因此, 在实现自适应编码的过程中, 只需根据指令的要求, 调用不同的乘法模块即可。LDPC译码过程, 都是行处理和列处理, 处理的方法都一样, 而且, 资源的耗费也主要是在这些部分。因此, 可以通过将上述部分编制成统一通用的标准模块, 不同的编译码方式通过不同的参数都可以调用。通过以上方案, 就可以实现自适应译码。
3信道自适应解调
自适应系统的调制方式应根据信道条件变化发生改变。解调锁定又分为时钟锁定和载波锁定。对于不同的调制体制, 都可以采用过零检测法, 通过GARDEN环路实现自适应时钟恢复。
对于解调载波恢复, 传统的误差检测算法对于不同的体制必然会失锁。而常用的QPSK、8PSK、16QAM三种调制方式在调制域上存在相同的平衡点, 因此理论上存在同一载波锁定算法同时适应三种调制方式。
为了保证在调制体制切换时载波恢复模块正常工作, 针对不同的调制体制, 采用相同的误差提取方法, 相位误差可以表示为:
上式只考虑了第一象限的相点, 若同时考虑4个象限并考虑将公式应用于16QAM, 则相位误差提取公式可以表示为:
4信道估计
科学合理准确得到通信系统的Eb/N0数值和误码率, 是整个自适应编码调制解调译码系统正常工作的前提, Eb/N0值是自适应系统变化起点, 改善误码率是自适应系统变化的最终要求。基本信道估计算法有最小二乘估计 (LSE) 、最大似然估计 (MLE) 以及最小均方误差估计 (MMSE) 。其中最小二乘估计算法对接收机结构要求比较简单, 但是在有色噪声情况下性能较差。最大似然估计适用于有色噪声的情况, 算法复杂度不大, 但估计精度较为粗略。而最小均方误差估计算法具有很高估计精度, 对于高斯白噪声有很好的抑制作用, 所以MMSE算法的效果要好于LSE算法。因此选用MMSE算法。MMSE算法适用的信道范围广, 在低信噪比和高信噪比都有良好的性能[4]。
5与固定体制传输比较
以DVB-S2系统为例, 系统支持的编码方式包括1/4、1/3、2/5、1/2、3/5、2/3、3/4、4/5、5/6、8/9、9/10共11种, 调制方式包括QPSK、8PSK、16APSK、32APSK共4种, 共有44种组合。但在实际系统中, 过多的体制选择会造成系统过于复杂, 且高阶调制体制与低效率编码结合, 既无法提高传输效率, 也无法保证系统稳定。因此选择实际经常使用的13种体制组成自适应系统。对于固定体制传输系统, 为保证低信噪比的传输可靠性, 必然选择低阶QPSK调制体制, 但这样会降低高信噪比时的传输效率。为提高高信噪比的传输效率, 就必然选择8PSK或16APSK等高阶调制体制, 但这样又无法保证低信噪比时的传输可靠性。因此, 只有随着信道条件的改变, 系统自适应的选择相应的传输体制, 才能兼顾传输可靠性和传输效率的平衡。
6结语
本文在深入研究自适应传输技术的基础上, 提出了各个关键技术的解决方案。通过对固定体制传输系统和自适应体制传输系统的比较分析, 充分证明了自适应传输系统比固定体制传输系统有更高的传输可靠性和更高的传输效率。
参考文献
[1]王丽娜, 等.卫星通信系统[M].国防工业出版社, 2006
[2]赵品华.cdma2000 lx EY-DV系统链路自适应技术研宄[D].东南大学, 2005
[3]张佳鹏, 黄普明.基于DVB-S2的遥感卫星自适应编码调制分析与仿真[J].中国空间科学技术, 2010 (5) :74-82
自适应前照灯的控制技术研究 篇9
随着社会的进步和科技的发展,人们对汽车的舒适性和安全性提出了新的要求。传统汽车前照灯系统虽经历了长足的发展,但仍存在诸多安全隐患,如弯道驾驶时,前照灯的照明角度限制会形成照明暗区,影响司机对弯道上障碍物的判断;雨天行驶时,地面的积水会反射迎面车辆车灯的光线,造成炫目等。为了解决现存的这些问题,一种新的前照灯系统——自适应前照灯系统AFS(adaptive front-lighting system)应运而生。
国外欧洲、美国和日本的公司早在2003年参与了AFS系统的开发。
国内的AFS研究起步较晚,只有少数机构在进行AFS的自主研发。上海某公司已经对AFS进行了国产化的工作,吉林某公司已研制出全LED前照灯样灯。
目前,虽然有些企业和科研机构对AFS控制模型进行了研究,也有一些高档车开始装载AFS,如宝马W5系、奔驰新E级、奥迪A8、雷克萨斯LS46OL以及凌志R系列等[2],但都还存在一定不足之处,如奔驰公司使用的AFS,有旋转角度与前轮转向角基本相等的限制;奥迪公司使用的AFS只在车速达70 km/h打开前照灯时才起作用[3];文献[4,5]中只研究了弯道时的AFS控制,文献[6]中只用一个CAN节点来同时实现传感器数据的收集和前照灯的转动,这会限制收集的数据量;此外,基本没有文献涉及LED自适应前照灯系统[7]。而国内研发的AFS只取得了阶段性的成果。本文则研究由LED组成前照灯组,传感器数据收集和前照灯转向分开实现的AFS系统,重点研究AFS系统的控制技术。
1 自适应前照灯系统()的功能
AFS的具体功能主要通过以下五种模式的照明优化来体现,且各种模式可叠加实现。
(1)高速公路照明模式
汽车在高速公路上行驶时由于车速快,要求前照灯能够提供亮且远的照明光束。当车速达到设定值max1(大约为30 km/h)时开始进入高速公路模式[8],此时增强提供给前照灯的电流强度以提高光强,并根据具体的车速来适当调整远光灯和近光灯的垂直角度。而当车速降到值min1(大约为5 km/h)时则退出高速公路模式。
(2)乡村照明模式
乡村道路的岔路纷多,且缺乏明显的道路标识,汽车行驶时要求前照灯提供左右不对称的照明光束,以照亮道路边的岔路和行人状况。当车身纵倾角度变化频率达到设定大值,同时根据城市道路照明标准,单位时间内接受到的平均光照强度达到设定值min2(约为1.5 lx)时,启动乡村照明模式。在靠右行的国家中,开左灯的所有近光灯;在靠左行的国家中,开右灯的所有近光灯和雾灯(雾灯实现右灯光束的拓展),并且增强这些灯泡的电流强度。而当车身起伏频率再次降到设定小值,或单位时间内接收到的平均光照强度达到设定值max2(约为8 lx)时,关闭乡村照明模式。
(3)城市照明模式
城市道路两侧有路灯及建筑物提供的稠密灯光,环境光照强度提高,汽车行驶时要求前照灯提供的光束亮度降低。当单位时间内接收到的平均光照强度达到城市道路照明标准中设定值max3(约为15 lx)时,启动城市照明模式,此时降低近光LED的电流供给。而当单位时间内平均光照强度再次达到设定值min3(约为5 lx)时,关闭城市照明模式。
(4)弯道照明模式[4-5、9]
汽车在进入弯道照明模式时,要求前照灯提供的光束能够消除照明暗区。当方向盘转角达到设定值max4(大约为10°)时,启动弯道照明模式,此时根据得到的方向盘转角和车速信息求出近光灯的转动角度,并执行转动。
为避免危险情况发生,弯道驾驶时驾驶员需要一段反映时间,考虑到夜间行驶时,驾驶员的生理和心理视觉能力普遍下降,将此反映时间设为2.5 s,而前照灯需要照亮汽车在3 s后将到达的位置,根据此位置算出前照灯水平转角为α=(Vt)/(2R),此处V为当前车速,t=3 s,R为弯道的曲率半径,α单位为弧度。可以得出下式:
K为稳定性因数,L为汽车轴距,对于某确定型号的汽车K和L为固定值,φ为前轮转角。
(5)恶劣天气照明模式
恶劣天气包括很多种,此处探讨出现较频繁的阴雨和下雾两种天气,这两者分别通过雨水传感器和湿度传感器的输出数据来判定。
阴雨天气时,路面的积水会反射对面车辆或路灯的灯光造成炫目,这要求改变近光灯的光型,可通过适当降低近光灯的垂直角度来实现。
下雾天气时,道路上的可见度下降,这要求提高前照灯的照明亮度,可通过打开雾灯并增强提供给所有近光灯的电流强度来实现。
自适应前照灯还有一个默认的工作模式,当不满足上述任意一种模式时,打开默认模式。
2 闭环控制系统
AFS的控制技术属于自动控制领域的应用,其输入包括:车速V,车身高度h,车身纵倾角度变化频率f,光照强度H,方向盘转角θ,雨水量N和湿度M;输出包括提供给LED的电流强度I,前照灯水平偏转角度α和垂直偏转角度β。此处,从AFS的输出出发,考虑到减小误差,可以得到三个闭环控制系统。
(1)电流I闭环控制系统
由图1可得,当高速行驶、下雾、在乡村和城市行驶时都需要改变提供给LED的电流强度,当然也可能出现下雾天气在高速公路或乡村、城市道路上行驶的状况,这三种情况下的电流改变量由各路况单独出现时的电流改变量的综合运算得到。单片机接收到V、M、f和H信号后,先与上文中提到的各max、min值做比较,若满足需求则将数值存储到相应内存单元中。接着,根据一定的转换算法,得到需要的电流量Ii,并由LED驱动电路提供输出电流I。同时用光强检测电路测得车灯光强,得到反馈的电流值If,此值与Ii运算得到Io,如此循环控制,保证得到正确的前照灯亮度。
(2)水平转角α闭环控制系统
由图2可得,当遇到转弯的路况时,单片机收集、筛选车速和方向盘转角数据,并通过公式(1)计算得到水平方向步进电机需要转动的角度αi,此值经传输后,控制LED在水平方向上转动一定的角度。同时,旋转位置传感器会将转动后的LED角度测出,得到反馈角度αf,此值与αi运算得到αo,如此循环控制,保证前照灯偏转正确的角度。
(3)垂直转角β闭环控制系统
β的闭环控制系统与闭环控制系统相似。由图3 可得,当高速行驶或下雨时需要调整LED的垂直方向角度,当然也会出现下雨天气在高速公路上行驶的状况,此时调整值为两种路况单独出现时得到的调整值的综合运算。
3 AFS的控制电路
AFS控制电路由以下四个部分组成:数据收集电路、传输电路、处理电路和执行电路。
(1)数据收集电路
数据收集电路收集车速传感器、光敏传感器、车身高度传感器、方向盘转角传感器、雨水传感器和空气湿度传感器等的数据。
车速传感器在各种汽车上都有不同的型号,在此不具体讨论使用哪种型号的传感器,而从车速里程表中直接引出车速信号。由于车速信号是12 V的单极性脉冲信号,而单片机所能处理的高电平信号只在5 V左右,所以需要12 V到5 V信号的转换电路,我们使用光电耦合器NEC2501[2]。
光敏传感器采用光敏电阻GL4526。GL4526反应速度快、灵敏度高、可靠性好。需将GL4526与一个阻值为1 kΩ的电阻相串联,再通过测量两者间的电压值变化来得到光强信号。由于电压信号是模拟信号,需通过A/D转换来得到单片机可处理的信号,此处采用12位的串行模数转换器MAX1230,有16个模拟输入通道AIN0~AIN15。光敏传感器的电压信号通过防止失真的100 p F电容与输入端口AIN0~AIN15相连,串行时钟输入端口SCLK接来自于单片机的外部时钟,由于单片机时钟频率为12 MHz,需经过四分频,达到MAX1230的工作频率要求。输出端口DOUT接至收集数据的单片机[6]。
光电式车身高度传感器在车头和车尾各置一个,放在车身和悬架之间,通过连杆将两者间的距离变化转化为角度变化,而此角度变化量与输出电压呈一定线性关系。单片机以一定的频率采集传感器输出信号,并将前后桥的信号变差,得出车身的纵向倾斜角度[6]。
方向盘转角传感器采用EPC-755A光电编码器。EPC-755A抗干扰能力强,输出稳定可靠的脉冲信号,脉冲的个数与角位移量成比例关系。编码器采用集电极开路型输出电路,通过鉴相电路输出脉冲信号,正转时输出计数脉冲T0,反转时输出计数脉冲T1。计数电路用3片74LS193连接组成,D0~D11将数据输出至单片机处理[2]。
雨水传感器采用SSM-002,空气湿度传感器采用HS1101/HS1100,输出电压经过A/D转换后送入单片机。
(2)传输电路
本文中的数据收集和处理电路为两个独立的CAN节点,故接收后的数据要通过CAN总线传到处理单元。
CAN是现在汽车上普遍使用的串行总线,CAN总线的物理层要通过收发器和总线控制器与单片机相连,此处采用的收发器为PCA82C251,控制器为SJA1000。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,控制器SJA1000的输入和输出需通过高速光耦6N137与82C251的TXD和RXD相连,发送点的单片机数据通过82C251后,再通过CAN总线传输到接收节点[6]。
(3)处理电路
本文中采用8位单片机AT89S51作为数据处理器,AT89S51可兼容标准8051指令系统及引脚,片内有4 kbytes的Flash只读程序存储器,能够灵活的在线编写和修改程序。
(4)执行电路[6]
前照灯通过步进电机的控制实现转动,共需四个步进电机,且水平旋转和垂直角度的调整电机,选择不同的型号,控制时两者也分开执行。
水平旋转部分由电机、减速机构和位置反馈三块组成。电机选用四相六线的42BYG001型永磁感应式步进电机,步距角0.9/1.8,采用双四拍通电形式,且通电顺序为AB-BC-CD-DA-AB时,电机正转,反之电机反转。在左转弯和右转弯时,左右前照灯分别转动不同的角度,结合方向盘转角与前照灯转角间特定的比例关系,如表1所示:
根据表1中电机转角及灯具转角间9∶1的比例关系,可得到旋转电机和前照灯之间1∶9的传动比,即可利用1∶3∶3两级齿轮来实现减速。
本文选用RPN旋转位置传感器来实现反馈,RPN在±45°角范围内输出电压与角度成线性关系,其输出电压经A/D转换后即可得实际转角。
垂直角度调整电机采用SAIA公司制造的两相线性步进电机,该电机反应速度快,它通过传动杆的进给量来反馈输出信号,从而保证精确的控制。
通过四个锁存器74LS373来实现水平、垂直方向电机的分开控制,单片机P3.0、P3.1口来发送片选信号。P3.0有信号时,选通对应水平控制的两个锁存器,P2.0-P2.3发送左灯的PWM脉冲,P2.4-P2.7发送右灯的PWM脉冲;P3.1有信号时,另两个锁存器选通,P2口发送PWM脉冲实现左右灯的垂直角度控制。
步进电机的驱动通过达林顿阵列管ULN2003来实现,单片机直接接ULN2003的输入端。
亮度控制比较简单,本文不再赘述。
4 总结
自适应前照灯控制技术在减少车祸的发生、提高驾车人身安全方面贡献突出,近年来它正在逐步发展起来,本文对此做出了一定的研究,但尚存在着诸多不足。例如针对本文中的数据收集部分,只是采用传感器收集数字信号,这很难有预见性,所以可适当地加入诸如红外、GPS等有预见作用的装置,收集包括数字和图像等多种类型的数据。此外,现在汽车中经常是CAN总线和LIN总线结合使用,LIN总线的报文帧相比较于CAN总线的数据帧,结构更加简单,若直接用在执行部分的总线连接会更方便。
参考文献
[1]Francis Berghmans,Anna G.Mignani,Antonello Cutolo,Patrick P.Meyrueis,Thomas P.Pearsall.Headlamps for light based driver assistance[C].SPIE,2008,7003:70032B.1-70032B.10
[2]束华明,高明煜,王园园.基于单片机控制的汽车前照灯自适应系统[J].电子测量与仪器学报,2008(S2):318～320
[3]王维锋,吴青,吕植勇,初秀民.基于弯道模式的自适应前照灯控制建模及仿真[J].武汉理工大学学报,2009,31:70～71
[4]Yongtian Wang,Yunlong Sheng,Kimio Tatsuno.Study about AFS swerve mode[C].SPIE,2009,7506:75060W.1-75060W.6
[5]郑韬,徐小良,何必仕.汽车前照灯弯道自适应照明系统的研究[J].自动化仪表,2009(07):46～47
[6]黄仁忠.汽车自适应照明系统开发[D].大连:大连理工大学,2008
[7]Thomas P.Pearsall.LED headlamps:the spiny path to a legal headlamp[C].SPIE,2005,5663:112.1-112.10
[8]雷雨海.前照灯智能化控制[J].交通科技与经济,2004(5):42～43.
自适应网页制作技术 篇10
莱钢大型压缩机采用西门子S7-400、S7-300多种控制系统,WINCC人机接口。
从站采用带有PROFIBUS的控制设备组成。可以实现PLC与PLC、PLC与现场控制设备间及PLC与上位机之间的信息传输。整个网络庞大,涉及到的设备众多,网络负担重,每个扫描时间担负的任务重,网络在现场设备故障时占用的总线时间长,容易造成网络超负荷瘫痪。同时,在压缩机的实际运行中,常常因为测量信号的准确度不高,变送器失灵或者电缆断路等问题,使控制系统安全性降低。本文对控制系统变负荷运行、压缩机防喘振故障信息分析和定位提出处理措施,并通过上位机在线直观显示出来。
1 负荷自适应
负荷自适应就是在制氧工艺中,根据用户用氧量的变化,自动调节生产运行工况,运行参数在自动控制中向最佳点逼近,实现自适应控制。操作人员只要设定好产品流量参数,系统自动计算出物料平衡和冷量平衡,计算出关键参数的自动调节工艺参数。
1.1 控制原理
设计负荷自适应控制程序,按照功能的不同,分为若干不同的模块:显示、目标计算、过程模型、通讯、优化。
1.2 显示
为操作员提供操作界面,显示工艺流程图,工艺参数值及变化趋势,工艺过程报警参数。各种气体管路用不同的颜色显示,并根据操作需要,在工艺流程画面中选取所需的局部画面显示。
1.3 目标计算
对操作员凭经验输入的主要产品如液氮、液氧、气氧的目标产量进行复核,算出每种产量允许的最小、最大值和目标产量值。当输入参数值严重与工艺数值不吻合时,显示屏会提示错误信息。
例如:FLO=[(F1-F2)/K1>-F3-K2
式中FLO为液氧产量;F1为分子筛出口空气流量;F2为膨胀机过冷空气量;F3为氧压机入口氧流量;K1、K2为系数
1.4 过程模型
过程模型包括状态模型和计算模型。状态模型对制氧工艺的稳定性起着重要作用,包括空气进化量状态模型、粗氩量模型、液氩量模型、制冷平衡状态模型、透平机空气量状态模型、透平旁通空气量状态模型和工艺气量状态模型。例如:空气净化量S1是一个关于气氧和液氧产量的函数,其表达式为
S1=f(K1,FGO,FLO,C1)
式中K1为系数;C1为工作状态下空气净化量。
计算模块以状态模块为基础计算出每个优化控制器的设定值,每个优化控制器都有相应增减负载的线性化模型和变化斜率。
1.5 通讯模块
通讯模块负责过程模型和优化模型的信息传送,一旦启动连续运转,除非人为停止。
1.6 优化模型
优化控制器由滤波器、调节器等组成,与过程模型有一一对应的关系,它们类似一套仿真系统,使上位机的控制达到工艺要求的最佳状态。优化控制器的模型状态,目标状态和当前状态不断刷新,使模型计算的产量、目标产量和输入产量吻合在规定的调节误差内,每个优化控制器就能同期同步地完成各自的控制,但产品流量、纯度、膨胀机叶片开度等参数均要满足设定条件,若有一个参数超过设定偏差,优化控制器就会处于等待状态。
2 冲击信号自修正模型的建立
在设备的实际运行中,机械振动及一次原件的损坏都会造成测量值失效,关键参数丢失会导致设备误停机。因此,过滤不真实的测量值,保持数值的可靠性是提高设备运行稳定性的重要手段。我们利用温度和温差作为输入变量,结合相关权重、阈值参数,通过判断函数和预测时间函数计算,最终输出预警等级值的模型,相比模糊函数实时判断模型可以避免因应急时间不足导致故障向事故发展;其次,短期温度值综合判断结合故障等级跃迁、解除的模式.可以过滤部分因温度波动而产生误判的“伪故障”。
实时温度预警模型,提高了对部分特殊症状(剧升、大幅波动等)判断的敏感度,过滤了部分伪故障(小幅震荡等)。
3 喘振故障响应仿真
采用可变极限流量控制,在防喘振控制中,根据压缩机的人口压力、出口压力、入口流量组成防喘振数学模型。空压机的流量计安装在入口位置,为消除四季空气温度变化对空压机喘振线的影响,增加两个测量点,即机组进口和出口温度,进行流量的温度补偿,并参与防喘振控制。
喘振控制器控制防喘放空阀FV1046。
出口流量(m3/h)形成过程值,该值根据下面的工艺参数计算而来:
流量传感器的温度T流体[K]=TE 1044(0-150°C)
流量传感器的压力P流体[巴,绝压]=PE 1044(0-10°巴(表压))
流量传感器的差压dP流体[毫巴]=FE 1044(0-27毫巴)
根据下面的公式:
V出口(立方米/小时)undefined
基于空压机的性能曲线,开发PLC查表程序,实现空压机出口压力(dischange press)和出口流量(actual volume flow)的故障响应即时仿真。当测量原件断线产生冲击信号时,系统区分判断误信号,报警提醒维护人员。同时激发自修正程序,根据当前入口导叶开度计算出当前的流量和出口压力值,提供给操作人员,参与设备联锁。一旦现场恢复测量,系统自动跳出修正,测量值恢复实际值。
a、喘振曲线;
b、放空防喘曲线;
c、压力限曲线
4 硬件故障实时监控定位
通过WINCC软件平台实时监测故障发生来源,对故障原因进行分类,从而对系统故障进行处理。故障分为两类:CPU故障(诊断检查错误,程序检查错误)和外部模块故障,一旦发生故障通过实时扫描把故障信息传送到上位机。
如图,CPU识别系统错误和用户程序中的错误,并在系统状态列表和诊断缓冲区输入诊断信息,可以在用户程序中使用SFC51 RDSYSST 读取诊断条目,或者用STEP 7以通俗的语言显示诊断信息,包括出错的地点和时间、该条目所属的诊断事件的类型(用户自定义的诊断事件、同步、异步的错误、工作模式改变)。
CPU在诊断缓冲区中输入标准诊断和扩展诊断的事件,如果满足以下条件,它也会生成用于标准诊断时间的过程控制组信息:
①已经指定将在STEP7中生成的过程控制信息;
(2)至少在CPU上为过程控制信息记录了一个显示单元;
(3)在当前没有一个相应等级(总共有7个等级)的过程控制组信息时,才生成过程控制组信息;
(4)每个等级可以生成一个过程控制组信息。
通过来自编程设备的STEP 7菜单命令或者SFC 51RDSYSST系统功能可以读取状态列表中的信息。
除了CPU,还有其它有诊断能力的模块,它们的数据也输入到系统状态列表中。还可以使用系统功能SFC 52WRUSMSG来扩展SIMATIC S7的标准系统诊断:在诊断缓冲区中输入个人诊断信息,发送用户定义的诊断信息到上位监控机。利用现有控制软件,获取软件发生故障时的运行序列,分析可疑模块的故障系数,利用OPC传送故障代码到远程监控机,实现故障模块的远程定位。例如,远程I/O模块故障定位中,利用系统组织块OB可以将从站中有错误的块号通过中间变量表示出来。通过远程网络传输到管理层,故障模块被准确定位。
5结束语
本系统经过现场实践,控制稳定且运行效率高,故障监测准确及时,大大降低故障率,减少了劳动强度,因此更好的满足了生产需求,并具有广泛的推广价值。
摘要：随着自诊断、自适应技术在工业生产自动化控制系统中的应用越来越广泛,本文以莱钢大型压缩机机组为例,利用负荷自适应、冲击信号自修正模型、喘振响应仿真等技术手段,设计实现了压缩机节能变负荷运行、预防性喘振响应仿真及检测设备和基础自动化设备的在线故障自诊断和自修复。该系统投运后,大大减少了停机率,提高了设备运行效率和故障处理效率,可以推广到类似的控制系统中。