无线调度论文

无线调度论文（通用9篇）

无线调度论文 篇1

无线通信消耗了无线传感器网络的绝大部分能量,这其中包括发送、接收、监听三类任务。调度机制就是需要协调节点间发送和接收的时间,尽量减少不必要的接收和监听,从而降低网络能耗。研究人员对无线传感器网络的调度机制做了大量的工作,目前有两大类主流的调度机制:(1)调度机制跟MAC协议集成在一起,例如B-MAC[1],S-MAC[2]等,MAC层不但负责信道分配,还要控制节点在睡眠、发送、接收、监听等状态之间的切换;(2)独立的调度协议,与MAC层无关,MAC层只需为数据的发送提供最基本的冲突退避机制。其调度是建立在路由拓扑的基础之上,比如FPS[3],DB-TDMA[4]等。FPS负责为父节点与子节点之间协商数据收发的时间,除收发时间之外节点均将处于睡眠状态。独立的调度协议需要时间同步机制,实现时间同步消耗大量能量,且这类算法实现相对复杂。由于B-MAC是Tiny OS系统[5]默认MAC协议,其应用非常广泛,该文在B-MAC的基础上实现一种低功耗的调度机制。

1 系统概述

无线传感器网络包括终端节点、路由节点和基站组成。这些节点通过路由协议组成一颗树型结构,如图1所示为一种典型的无线传感器网络拓扑结构图。终端节点为树的叶子节点,负责感知环境信息,选择路由节点作为父节点。路由节点组成通信网络,即树的枝干,负责将终端节点采集的数据经过多跳转发到基站。基站是树的根,所有的感知数据都在基站汇聚和融合。

在B-MAC协议中,所有节点通过周期性的休眠机制来降低能耗,假定节点的休眠周期为T(B-MAC提供多种模式来调节T的大小),即节点以时间T为周期醒来监听信道。发送节点在发送数据前,先发送前导码,其前导码的发送时间必须>T。这样可以确保数据的发送将会被所有的邻居节点所监听到并接收。这种机制没有考虑无线传感器网络节点的不同角色,对于终端节点其周期性监听机制造成了大量不必要的能量浪费。该文让不同角色的节点选择不同的调度机制:路由节点沿用B-MAC默认的调度机制,而终端节点采用一种改进的调度机制。

2 调度机制

在没有时间同步与协商的情况下,路由节点不能预知什么时候需要接收来自孩子节点的数据包。在B-MAC协议中,为了确定数据能被接收,路由节点必须监听与接收每个邻居发来的包。B-MAC的模式4被选为路由节点的调度,该模式是B-MAC的最佳工作模式。路由节点每隔100毫秒醒来,监听信道,如果有数据需要接收,则接收数据,否则进入睡眠,在下一个100毫秒醒来。发送节点需要在发送数据之前,发送长度至少为100毫秒的前导码,这样可以确保所有的邻居都可以醒来同步接收该数据包。

终端节点不需要转发数据,把自己采集的数据发送给路由节点即可,终端节点周期性采样与发包,因此终端节点能预测自己什么时候需要发送数据。在基于B-MAC协议上,我们为终端节点提出了一种简单调度机制。该机制在支持数据包发送与睡眠调度之外,还必须接收配置参数信息。每个节点有两种状态:睡眠状态与活动状态。当终端节点需要与其路由节点通信,那么它进入活动状态。由于在B-MAC中要求通信双方必须使用同一模式,所以终端节点在活动状态使用B-MAC模式4。终端节点在确定的周期醒来感知环境,然后将数据包发送给它的路由节点。在发送数据包时,它将自己的配置参数版本号附带在数据包中,当路由节点接收到数据包时,检查版本号,如果与自己的版本号一致,则回复ACK标识为0;否则回复ACK标识为1,路由节点立即发送新版本的配置参数给终端节点。终端节点发送数据后,等待ACK:1)如果收到ACK且标识为0,则节点进入睡眠状态;2)如果ACK标志为1,则等待接收新的配置信息,如果成功接收新的配置信息,则回复ACK并进入睡眠;3)超时没有收到ACK则重传,如果重传次数超过一定阈值,则进行路由维护,选择新的父节点。

3 能耗分析

下面我们对改进的调度机制与B-MAC的模式4之间的能耗进行分析。忽略参数更新与控制包交换所消耗的能量,终端节点的能量消耗主要由发送数据包(Etr)、感知环境(Es)、接收数据包(Erx)、空闲监听(Elisten)、与睡眠(Esleep)这几部分的能耗组成,总的能耗用E表示,如式(1)所示。

其中n是邻居节点个数;T是采样间隔,假定采用周期为5分钟,则T=5*60=300秒;V为电压;Nlisten是在时间T内总的监听次数;Ilisten为监听时的电流;tlisten为一次监听持续的时间;Tlisten是在时间T内总的监听时间;Tsleep是在时间T内总的睡眠时间;Isleep为睡眠时的电流。对应的各参数的取值请参考表1与表2,这些参数的值引用于文献[1],Ilisten与tlisten为我们在实验中的所获得的值[6]。

在B-MAC的模式4中,节点每隔0.1秒监听一次信道,监听持续的时间为tlisten=0.01秒。在5分钟内,总的监听次数为Nlisten=5*60/(0.1+0.01)=2,727,总的监听时间为Tlisten=27.27秒,所以监听的能耗为Elisten=163.6m J。在B-MAC中,节点将监听并接收所有邻居发送的数据包。假定节点平均有n个邻居,在时间T内,每个邻居发送一个包,则该节点在T内接收到n个包,当n=3时,接收数据消耗的能量为n Erx=17.24m J。睡眠的时间可以计算得Tsleep=271.12秒,耗能为Esleep=24.40m J,所以总的能耗为E=278.92m J。可见在模式4中,监听信道和接收数据的能耗分别占总能耗的58.6%与6.2%。

如果使用改进的调度机制,终端节点不需要接收数据包也不需要监听信道。所以终端节点的能耗由环境感知(Es)、数据发送(Etx)、睡眠(Esleep)三部分的能耗组成。可以计算得Tsleep=298.873秒,Esleep=26.898m J,总的能耗为E=100.5613m J。当采样周期为5分钟,在终端节点中,该文改进的调度机制比B-MAC的模式4要节省65%的能耗。

4 结论

Tiny OS中B-MAC协议的调度机制没有考虑不同角色传感器节点的差异,其周期性监听机制使得终端节点造成了大量不必要的能量浪费。该文改进了调度机制,终端节点可以获得最大限度的休眠,分析表明该改进机制为终端节点节约了大量的能耗。

摘要：无线传感器网络的能量主要被无线通信所消耗,延长网络生命周期的办法是尽量减少数据的接收,在空闲的期间关闭监听并进入休眠状态。该文在B-MAC协议的基础上实现一种调度机制,让终端节点大部分时间处于休眠状态,通过分析证明该机制可以有效减少终端节点的能耗。

关键词：无线传感器网络,MAC协议,能量高效,调度机制

参考文献

[1]J.Polastre,J.Hill,and D.Culler.Versatile low power mediaaccess for wireless sensor networks.In Proceedings of the 2nd Interna tional Conference on Embedded Networked Sensor Systems(SenSys),Nov.2004.

[2]Y.Wei,J.Heidemann,D.Estrin.An energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networks.In Proceedings of 21st Int'l confIEEE Computer and Communications Societies(INFOCOM 1002),New York,NY,June 2002.

[3]B.Hohlt,L.Doherty,E.Brewer.Flexible Power Scheduling for Sensor Networks.In Proceedings of the 3rd International Symposiumon Information Processing in Sensor Networks(IPSN),Berkeley,CA,USA,2004;pp.205-214.

[4]Z.Zhang,F.Yu.A Depth-based TDMA Scheduling for Clustering Sensor Networks.In Proceedings of 4th International Conferenceon Frontier of Computer Science and Technology(FCST),2009.

[5]Levis P,Madden S,Polastre J,et al.TinyOS:an operating system for sensor networks.In Ambient Intelligence,Springer-Verlag:Ber lin,Germany,pp.115-148,2005.

[6]Z.Zhang,F.Yu,L.Chen and G.Min.CENet:A Cabinet Environmental Sensing Network.Sensors,10(2),PP.1021-1040,January2010.

无线调度论文 篇2

传统的调度算法主要有轮询RR算法，最大C/I算法，比例公平PF算法等。轮询RR算法主要的方法如下：系统遍历其中所有的用户，循环的进行调度，提供信道。RR算法主要的特点是循环调度每个用户，使得每个用户在任何时刻都有相同的调度机会，保证用户的公平性，而且复杂度低，容易实现;但是在RR算法中，完全没有考虑用户的信道质量，将不同用户的优先级设定为相同的，系统吞吐量很难提高，而且被调度的信道质量较差的用户不能很好的利用资源，从而降低了整个系统的频谱效率。最大C/I算法的主要方法是为信道条件最好的用户服务，信道条件最好即为最大C/I，所以在此算法中优先级可以用在某个时刻用户信道的载干比值来表示，载干比较高即优先级较高。最大C/I算法的特点是，信道条件好的用户可以一直占用信道资源，而信道条件差的用户调度机会较小，所以此算法中，用户公平性差，但是系统吞吐量可以达到最大，频谱效率较高，而且算法复杂度也不高。比例公平PF算法是对上述两种算法的一种中和，使用较为普遍，比例公平算法同时考虑用户信道质量和前面一段时间内此用户在调度中获得的吞吐量，用户的优先级可以用用户某时刻信道质量和用户在此时刻前的一段时间窗口内的平均吞吐量的比值，这样信道质量好的用户在一段时间的持续调度后，优先级就会减小，因为()增大了。这样在用户的公平性和系统效率间取得了一定的平衡，该算法为每个用户都分配了一个优先级，每一个调度时刻，优先级高的用户会优先进行调度，该算法优先级计算公式如下：()=()()其中()为用户的优先级，()为的瞬时数据速率，即当前信道质量，()为用户在时间段的平均吞吐量。()的更新规则为：()=(11)*(1)+1*(1)比率公平算法的时间窗口的选择是比较复杂的，实现相对复杂。改变不同的参数，该算法就可以带来不同的公平性程度。

无线调度论文 篇3

现代意义的应急通信, 一般指在出现自然的或人为的突发性紧急情况时, 同时包括重要节假日、重要会议等通信需求骤增时, 综合利用各种通信资源, 保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法, 是一种具有暂时性的、为应对自然或人为紧急情况而提供的特殊通信机制。

近年来, 不断发生的自然灾害和社会公共安全事件对应急通信系统提出了日益严峻的考验, 各部门为提高应急通信能力做了不少努力, 目前, 除了三大运营商、中国卫通以外, 包括公安、交通、民航、林业、渔业等在内的各个部门和行业也建立了各自的应急通信系统。以公安部为例, 目前, 公安部拥有80多个固定地球站、4, 000余个无线通信专用基站、1万余个总信道。中国电信和中国联通还分别推出了高空平台应急通信系统和区域空间应急通信系统。

不过, 在国家发改委经济体制与管理研究所研究员史炜看来, 各个应急通信系统之间, 以及应急通信和其他部门之间缺乏有效的信息共享, 成为当前我国应急通信系统建设的最大障碍。实现应急通信系统的信息共享, 一方面需要建设能够快速反应的应急指挥调度平台, 另一方面需要统一协调公安、消防、民政等部门, 实现部门间的联动。

公安部门承担着保障社会公共安全的重大责任, 急需将先进的通信技术与各类紧急与灾害事件的应急指挥和管理 (包括预防、预警、快速反应、处置、恢复) 进行深入的结合, 更加有效地利用各种综合信息平台, 掌握快速、高效的应急决策利器。

2公安无线应急通信需求

突发公共事件发生后, 公安各部门将迅速进驻现场开始事件处置及救援工作, 由于现场参与事件处置部门众多, 通信手段存在差异, 必须在现场设立应急通信指挥平台, 以保证前方环境及事件发展情况可以及时回传到后方指挥中心, 并实现后方指挥中心下发的处置指令得到完美执行。如图1所示, 完善的无线应急通信处置应该具有3层, 并实现4个维度的管理, 具体而言包括语音通信管理、图像通信管理、警力处置管理以及处置预案管理。语音通信、图像通信管理是警力处置的基础, 处置预案的管理就是警力处置的具体实施方法。

3公安应急无线通信系统特点

因应急通信具有以下特点:时间不确定, 地点不确定, 通信容量不确定, 网络制式不确定, 通信安全不确定。所以, 现场应急指挥平台应该能做到迅速布设网络, 兼容多种通信制式, 保障重要信息的传输, 快速有效地指挥发, 同时确保相关信息的安全, 打造出信息高速公路上的应急专用车道。现场应急指挥平台必须满足以下几个基本要求:

(1) 小型一体化设计。目前应急通信通常使用的装备主要是配置有“动中通”、“静中通”的应急通信指挥车或便携卫星地面站设备。以上系统设备在汶川、玉树大地震及新疆715事件等大型自然灾害和安全维稳活动中发挥了一定的通信保障作用, 保证了现场临时指挥部对后端指挥中心的音视频互联互通, 从而使远程指挥中心能根据现场传输回来的音视频进行及时研判和决策, 并能传达给予现场部署指令。

然而在山体滑坡、地震等自然灾害导致道路中断, 通信车无法进入灾害现场的情况, 就需要小型化的便携应急通信设备能够通过人力搬运快速抵达现场, 进行通信保障。

(2) 快速部署、操作简便。应急通信现场, 情况瞬息万变, 常规的通信车、计算机系统为基础的应急通信解决方案设备操作繁琐复杂, 操作系统响应慢, 没有熟练的专业人员是无法在短时间内移动、部署及应用。应急指挥平台基于快速移动、快速部署、快速应用的现场调度, 需要时快速收起、移动, 只要开启电源, 设备就能快速开机使用。

(3) 持久续航能力。在应急通信现场, 给予设备供电的UPS容量够大才能满足各种集成设备的正常使用。现场应急指挥平台如果各种设备功耗小, 同样提供后备电池, 又能满足使用的需求, 将可以为设备提供长久的续航能力。

(4) 操作直观、便宜。现场应急指挥平台设备需要高度集成化和简捷化, 从而可以在一个界面进行所有现场通信调度, 普通工作人员即可操作。

4江西现场应急指挥平台的特点

根据公安部《公安指挥通信系统建设指导意见》提出的“每个县级公安机关需配备1套小规模的通讯指挥车”的要求。江西省结合自身情况, 按照指导意见, 区级公安机关配备一套现场应急指挥平台, 用于县区级紧急事故现场组网与调度、现场图像采集与上传、远程指挥。现场应急指挥平台搭建在任意警用车辆内, 并且根据需要可移动至室内的临时指挥调度场所。

综上需要, 我们使用的应急设备采用拉杆箱式设计, 可拖、可提、可背, 搬运便捷;设备集成度高, 内置集成有专网集群、专网常规、G网手机、固定电话、无线专网视频接收、有线视频接收、3G/4G视频传输、音视频存储、音视频矩阵等功能, 外部扩展有专网通信扩展口、卫星通信扩展口等丰富的功能扩展接口。既可以满足现场应急通信指挥调度的语音和视频通信需要, 也能与后端指挥中心音视频进行互通。

设备的功能实现主要体现在语音和视频两个方面:

在视频方面, 该平台可接收1~2路专网视频和2~3路有线视频, 全屏显示和画面分屏显示, 视频灵活切换, 并对音视频自动存储。同时, 可通过扩展接口连接到其他显示设备。该平台还可利用内置3G/4G视频传输模块或外接专网图传设备、卫星通信系统实现现场视频实时传输至指挥中心。

在语音方面, 该平台集成常规、集群、公网手机、固定电话等各种语音通信模块, 并可外接多种语音终端或者中转台, 实现现场多部门、多制式语音的互联互通以及前端人员、现场指挥部、后方指挥中心多方的语音会议。

5现场应急指挥平台的应用场景分析

在大型自然灾害抢险救援时, 由于道路中断通信指挥车无法抵达现场, 现场应急指挥平台可作为便携式装备由救援人员携带至现场快速组建应急通信指挥部, 解决现场救援人员语音通信、视频图像采集和现场指挥调度问题, 配合便携式卫星地面站实现与后方指挥部音视频的互联互通。

在处置持续时间较长的群体性事件时, 现场应急指挥平台可部署于附近高楼内快速组建应急通信指挥部, 接入城市公安无线通信网和临时组建的现场无线应急通信网, 解决不同警种 (不同制式、不同频段、不同群组) 语音互联互通、视频图像采集和现场指挥调度问题。

在执行大型活动安保任务时, 现场应急指挥平台可部署于通信车或者临时指挥室内, 对目标区域进行移动性的视频实时监控。当出现突发状况时, 通过该装备对现场周边警力进行指挥调度。

6现场应急指挥平台具备的功能

6.1语音通信功能

6.1.1专网通信

若突发应急现场有集群/常规信号覆盖区域, 则现场人员可通过集群/常规系统实现对指挥中心的呼叫, 直接和指挥中心进行语音通信。

6.1.2公网通信

现场应急指挥平台利用内置G网手机/固定电话语音模块, 通过G网手机/固定电话公网语音链路和后方指挥中心进行联系, 及时了解应急现场的实时情况。

6.1.3卫星语音通信

现场应急指挥平台利用外置便携卫星设备, 通过卫星通信链路实现与后方指挥中心的语音通信, 及时汇报应急现场的情况。

6.1.4现场语音互联互通

支持现场多部门、多制式语音通信设备的互联互通, 可外接3路语音设备, 包括数字集群、常规, 模拟集群、常规、短波电台与卫星电话等。

6.1.5多方语音会议

建立应急现场人员、现场指挥部及后端指挥中心的多方通话, 将后方指挥中心按需接入, 实现统一指挥调度和跨部门协同作战。

6.1.6录音查询功能

对调度语音进行实时录音备份, 可以在现场应急指挥平台上回放调度语音也可以通过USB接口导出录音文件并在电脑上回放。

6.2视频通信功能

6.2.1视频采集

该平台内置无线视频接收模块, 可根据实际需求接收1~2路不同频点的无线单兵视频, 并且频点可定制, 视频传输带宽可分为2M或8M两种模式。

该平台具备扩展视频接口, 可灵活接入最多3路有线视频源。车载应用时, 可接入车顶、车内摄像头监控视频源;室外便携应用时, 可直接接入DV、摄像头等作为视频源。

6.2.2视频展示

现场应急指挥平台集成1块工业级高清高亮宽温显示屏, 半透屏技术可保证室外强光下的显示效果, 结合4*4视频矩阵以及4路DVR模块, 实现全屏显示和4画面视频显示及灵活切换。

6.2.3视频无线回传

6.2.3.1专网传输

现场应急指挥平台可接收现场单兵采集的音视频信息, 通过该平台进行显示、存储、回放, 从而满足现场指挥的监控需求;同时, 可配合车载视频发射机将视频传输到基站, 基站接收后对视频信息进行编码转换成IP数据通过E1专线、光纤专线、微波等链路方式传输到指挥中心, 指挥中心部署的解码器对IP视频信息解码成模拟视频信号, 将现场实时视频图像显示在大屏上。

6.2.3.2 3G/4G传输

在公网条件允许的情况下, 该平台可采用内置3G/4 G视频传输模块将现场视频信息传输到指挥中心。该平台采用3G/4G视频传输时实现如下:

现场应急指挥平台内置3G/4G视频模块对接收到的现场视频信息进行编码转换成IP数据包, 通过3G/4 G上网卡上传到运营商3G/4 G网络。3G/4 G视频模块可通过双网卡实现负载分流技术, 提高传输带宽和可靠性。

后方指挥中心需向运营商申请公网IP地址 (作为前端3G/4G视频的接入地址) , 通过部署3G/4G视频服务器、3G/4G视频服务软件、3G/4G视频解码器, 实现现场实时视频查看、存储、回放、大屏显示。

6.2.3.3卫星传输

现场应急指挥平台可接收现场单兵采集的音视频信息, 在现场指挥部进行显示、存储、回放, 可满足现场指挥调度需求;同时, 该平台可将视频、音频接入卫星系统的多业务接入设备, 卫星系统对接收到的信息进行加密、调制、上变频后, 传送到卫星地面站, 地面站接收到卫星信号进行下变频、解调、解密后, 通过卫星多业务设备, 最终分离成视频、音频等各种业务信息, 其中, 视频通过解码器解码将现场实时视频图像显示在大屏上。

6.2.3.4视频有线回传

现场应急指挥平台能够实现视频的IP网络有线方式回传, 在派出所、酒店等固定场所通过有线方式回传最稳定可靠。

6.2.4视频存储回放

现场应急指挥平台通过内置DVR模块以及64G固态硬盘实现4路视频图像的实时存储, 并可随时本地播放;存储格式可以采用CIF/HD1/D1等方式, USB读取接口可方便进行取证回放。

6.2.5供电模式

220伏交流电、12伏车载直流电、外置电池 (满足5小时以上的工作时长) 3种供电方式, 灵活解决设备供电问题。

7结束语

根据以上设计思路, 现场应急通信设备集成度较高, 具备小型化、快速部署、续航能力强、移动性好、简单易操作等特点, 十分适用于县域的救援、抢险、救灾、维稳、处突各种事件快速应急通信部署。初步形成以省厅“动中通”卫星通信车和设区市应急通信车为主力, 以县级现场应急指挥平台为基础的省-市-县三级应急机动通信保障体系, 大大提高我省公安应急通信保障水平。

摘要：本文主要针对公安安全领域小型化便携式装备形态的应急通信指挥平台, 平台基于快速移动、快速部署、快速应用的业务定位和系统组成进行探讨, 提出相应的解决方案和应用实例。

关键词：应急通信,指挥调度,小型化

参考文献

[1]王海涛.应急通信的发展现状和技术手段分析[J].中国无线电, 2010 (11)

[2]孙秀斌.几种应急通信手段现状分析及应急通信体系发展探讨[J].科学大众, 2012 (06) :172-174

无线调度论文 篇4

一 建设110无线报警定位调度系统的重要意义

据深圳博宇科技的了解，国内大多数公安机关的110系统为“有线”模式，这给治安巡警的报警和定位导航、巡警车的定位导航、指挥中心根据警情实时指挥调度警务车和距离事发地最近的巡逻民警处警都带来了不便和困难。

公安机关有必要建设充分利用GPS(全球卫星定位系统)、GIS(地理信息系统)、现代无线通信技术和呼叫中心技术的能快速反应的110无线报警定位调度系统。

本110无线报警定位调度系统的主要业务功能包括：

警务车和巡逻民警实时定位；

巡逻民警，报警信息通过GSM网络传送到110指挥调度中心；

电子地图能实时显示警务车和巡逻民警位置和状态，同时能提供该移动目标的档案资料，以及有关的警力分布情况；

支持大屏幕投影仪；

自动同步录音报警信息和回放报警巡警轨迹；

接警座席数字接警、自动去除误报、自动获取主叫巡警的相关资料；

综合统计报表，后台进行案情记录，自动生成接警报表；

支持局领导通过因特网/局域网进行报警情况以及警务车和巡逻民警位置的查询。

二 呼叫中心与GPS（全球卫星定位系统）简介

2.1呼叫中心简介

在商场如战场的今天，各商家竞争的战火已由商品质量向服务质量的战场蔓延，“得服务者得天下”已为越来越多的商场战略家所领悟。各商家已将增强自已在商场中的竞争力与提高自已的服务质量密切地捆绑在一起。

呼叫中心作为一种能充分利用现代通信手段和计算机技术的全新现代化服务方式，已引起越来越多人的关注。随着全球范围内商业竞争的日趋激烈，企业更是将呼叫中心视为在竞争中出奇制胜的法宝。

近年来，呼叫中心在世界各地都呈现出高速发展的局面，全球每年由呼叫中心促成的销售额高达6500亿美元。目前，呼叫中心在证券、电信、银行、公安、保险、税务等领域获得了极其广泛的应用。专家预测，在二十一世纪，呼叫中心将迅速发展成为全球商业竞争的焦点。

呼叫中心(Call Center)起源于30年前的民航业，其最初目的是为了能更方便地向乘客提供咨询服务和有效地处理乘客投诉。

呼叫中心的发展经历了以下几个阶段： 〃第一代呼叫中心：简单的人工热线电话；

〃第二代呼叫中心：交互式自动语音应答系统(IVR)； 〃第三代呼叫中心：基于CTI技术的呼叫中心

采用CTI(Computer Telecommunication Integration，计算机电信集成)技术实现语音和数据同步的兼有自动语音服务和人工服务的客户服务系统。随着计算机网络技术的不断发展，特别是近年来计算机电信集成技术的发展，以CTI技术为核心，集语音技术、呼叫处理、计算机网络和数据库技术于一体的呼叫中心系统得到了广泛应用。这一代呼叫中心主要以电话、传真用户为服务对象。随着Internet技术的不断发展和网络的日益普及，为人们提供了更多更好的现代化通信和信息处理手段，以电话用户为服务对象的呼叫中心已经不能满足市场的需求，人们迫切需要一种能够与技术发展保持同步的呼叫中心。

〃第四代呼叫中心：多媒体呼叫中心

采用多媒体技术，支持用户以电话、传真、手机短信息、电子邮件、WEB、双向寻呼、VOIP等各种方式接入的多媒体呼叫中心。2000年初，业界正式提出了多媒体呼叫中心的概念，呼叫中心从此进入除了提供传统电话、传真等服务方式外，还支持电子邮件、信函、WEB、短消息、双向寻呼、VOIP、视频等多种接入方式，同时提供对应的多媒体服务手段。

呼叫中心在硬件实现方案上有两种方式：

〃基于前置交换的程控交换机的呼叫中心(简称交换机方案)

这种方案的核心思想是在专用交换机+ACD(Auto Calling Distribution，自动话务分配)的基础上扩展路由和统计的功能,开放CTI-Link接口,用CTI技术实现通信和计算机的功能结合,再配以必要的语音和数据库系统,从而以强大的通信和计算机功能满足呼叫中心的要求。

这种方案可以在结构上清晰地区分开计算机系统和通信系统, CTI服务器是协调控制二者的连接设备,保证坐席和IVR(Interactive Voice Response,交互语音应答系统)可以充分利用数据资源和呼叫处理资源。

这种方案比较适合于大型呼叫中心。

〃基于后置交换的工控机＋语音板卡的呼叫中心(简称语音板卡方案)

这种方案以近几年发展迅速的微机语音处理技术为基础,其基本思想是在微机平台上集成各种功能的语音处理卡,完成通信接口、语音处理、传真处理、坐席转接等功能,再结合外部的计算机网络实现呼叫中心系统的需求。

这种方案比较适合于中小型呼叫中心。其主要技术组成如下:

1.Client/Server结构的微机网络技术 在这种系统中, 呼叫处理和语音处理的 功能集中在语音工作站中, 系统的资源控制、数据库系统在服务器中实现, 业务生成、改动则由专门的应用处理工作站完成。整个系统是一个Client/Server结构的微机网络。

2.语音板卡技术 语音板卡的种类包括: 通信线路接口卡(数字中继卡、模拟线接口卡等)、信令处理卡(如七号信令卡)、语音资源卡、传真资源卡、坐席卡以及通用语音处理平台。

3.语音总线技术 语音总线使各种功能专一的语音板卡要连接成一个功能复杂的系统, 同时也是微机语音平台实现交换的基础。

4.机间扩展总线技术 限于微机的处理能力,一个语音工作站只能处理一部分呼叫或实现某一项功能。要将独立的语音工作站互连成一个大系统, 就需要机间总线技术。

呼叫中心系统主要是由带语音板卡的工控机、CTI服务器、应用服务器、数据库服务器、IVR(交互式语音应答)/IFR(交互式传真应答)子系统、人工座席子系统、业务网关子系统、指挥调度系统等硬件设备和应用软件组成。

现代呼叫中心是采用计算机电信集成（CTI）技术的新一代客户服务系统，其不同于传统电话服务中心之处在于将计算机的信息处理功能、数字排队交换机/带语音板卡的高性能工控机的电话接入和智能分配功能、自动语音处理技术、Internet技术、网络通信技术、商业智能技术与公安业务系统紧密结合在一起，将公安的通讯系统、计算机处理系统、座席业务代表、信息等资源整合成统一、高效的服务工作平台。它采用统一的标准服务界面，为用户提供系统化、智能化、个性化、亲情化的服务。

呼叫中心具有以下几个鲜明的特征： 〃实现“一号通”，便于用户的记忆； 〃智能化呼叫路由使资源得以充分利用，采用统一的智能呼叫处理（ACD/AED/AWD）模型，由多种条件决定座席路由的选择；

〃自动服务分流，由自动语音或自动传真可使客户呼叫分流，或由不同业务代表提供不同服务的客户呼叫分流；

〃通过自动语音应答设备能够做到为客户提供7天×24小时全天候服务； 〃提供灵活的交流渠道，允许顾客在与业务代表联络时可随意选择包括传统的语音、IP电话、电子邮件、传真、文字交谈、视频等在内的任何通信方式等； 〃能针对顾客的具体情况安排有特殊技能的业务代表以满足顾客的要求，非专业的话务员可从数据库中取出专业信息，也可为用户提供良好的专业一级的服务； 〃主动向新的用户群体进行政策宣传，树立公安良好形象；

〃完善的客户信息管理、客户分析、业务分析等功能，为决策提供事实依据； 〃与公安部门警用GIS地理信息系统、GPS全球卫星定位系统、交通监控系统、无线集群系统等业务系统高度集成，可与公安内部网连网通讯。

2.2 GPS(全球卫星定位系统)简介

全球卫星定位系统（Global Positioning System-GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

五十年代未，原苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星，美国科学家在对其的跟踪研究中，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系统TRANsIT的建成，在军事和民用方面取得了极大的成功，是导航定位史上的一次飞跃，我国也曾引进了多台多普勒接收机，应用于海岛联测、地球勘探等领域。但由于多普勒卫星轨道高度低、信号载波频率低，轨道精度难以提高，使得定位精度较低，以满足大地测量或工程测量的要求，更不可能用于天文地球动力学研究。为了提高卫星定位的精度，美国从1973 年开始筹建全球卫星定位系统GPS（Global Positioning System）。在进过了方案论证、系统试验阶段后，于1989年开始发射正式工作卫星，并于1994年全部建成，投入使用。GPS系统的空间部分由21颗卫星组成，均匀分布在6个轨道面上，地面高度为20000余公里，轨道倾角为55度，扁心率约为0，周期约为12小时，卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为1575.442兆 赫兹（L1波段）和1227.6兆赫兹（L2波段），卫星上安装了精度很高的原子钟，以确保频率的稳定性，在载波上调制有表示卫星位置 的广播星历，用于测距的C/A码和P码，以及其它系统信息，能在全球范围内，向任意多用 户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。

GPS历史

全球卫星定位系统是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。

该系统从上世纪70年代初开始设计、研制，历经约20年。

GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。

因此，发展全球卫星定位系统(GPS)已成为美国导航技术现代化的最重要标志，并且被视为本世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。

GPS系统最基本的特点是以“多星、高轨、高频、测量-测距”为体制,以高精度的原子钟为核心。

GPS定位原理

GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如 卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。

在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位，如用于车船等概略导航定位的精度为30一100米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级 的相位差分定位（RTK），实时差分定位需要数据链将 两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位，在进行控制网观测时，一般均采用这种 方式由几台接收机同时观测，它能最太限度地发挥GPS的定位精度，专用于 这种目的的接收机被称为大地型接 收机，是接收机中性能最好的一类。目前，GPS已经能 够达到地壳形变观测的精度要求，IGS的常年观测台站已经能构成毫米级的全球坐标框架。

GPS特点

1、全球覆盖连续导航定位。GPS有24颗卫星，且分布合理，所以在地球上和近地空间上任何一点，均可以连续同步地观测4颗以上卫星、实现全球、全天候连续导航定位。

2、高精度三维定位。GPS能连续为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时 间信息。

3、实时导航定位。利用GPS进行导航定位，1s即可完成一次定位。这对高动态用户尤其重要。

4、被动式全天候导航定位。这种导航定位不仅隐蔽性好，而且可以容纳无数多用户。

5、抗干扰性能好、保密性强。GPS采用数据通讯的特殊编码技术，即伪噪声码技术。因而具有良好的抗干扰性和保密性。

GPS组成

全球卫星定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。

空间站由美国发射的24颗GPS专用卫星组成，它们位于地球上空201832公里轨道，均匀分布在6条倾斜角地球同步圆形轨道上，连续发射GPS信号。

地面站由一个主控站和五个监控站组成，用来对GPS卫星进行监视、遥测、跟踪和控制，以纠正卫星轨道、姿态和工作特性的变化。

用户部分只适用于各种用途的GPS接收机。

GPS精度误差

根据用户工作区域卫星状态的影响，在卫星分布、运行良好的情况下，GPS单机定位精度小于15米GPS定位中的误差主要来自于星历误差、卫星钟误差和接收机误差这三部分。

随着全球卫星定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

三 深圳博宇科技110无线报警定位调度系统概述

深圳博宇科技110无线报警定位调度系统以公安部《城市公安指挥中心110紧急电话服务系统通用技术指标》为基本依据，充分利用业界先进的GPS(全球卫星定位系统)、GIS(地理信息系统)、现代无线通信技术和呼叫中心技术，为贵公安机关进行无线报警、定位、调度服务。

深圳博宇科技110无线报警定位调度系统的系统容量如下：支持8个以上接警座席，4路高阻录音，30路以上中继接入,200个以上巡警/车载移动导航型GPS接收机；具体的系统容量可根据各公安机关的要求进行进一步设计。

〃系统基本工作原理

110无线报警定位调度系统主要由指挥调度中心与移动终端组成，其信息传输借助于现有的GSM网络的短信服务或语音信道。

巡警移动终端将GPS卫星接收天线收到的信号换算出的经、纬度信息通过移动终端的内置手机以短信息的方式（当短信阻塞、不畅时则借助语音信道）发回公安机关指挥调度中心，公安机关指挥调度中心即可将其所在位置显示于电子地图上相应的地理位置。

同时巡警的案情报警信息通过GSM网络的短信服务或语音信道经过CTI（计算机电信集成）服务器分配到相应的接警座席。

其中，移动终端有两种工作方式：

移动终端主动向中心端发出信号：该工作方式是由移动终端主动向中心发送报警信息。

移动终端被动向中心端发出信号（即中心端向移动终端查询）：该工作方式是首先由中心端向移动终端发出查询信号，然后移动终端向中心发回响应信号。该工作方式主要应用情境是：警务车和巡逻民警监控、调度等。

〃系统基本结构

本110无线报警定位调度系统是基于GSM/SMS的报警系统，系统本身无需建设大量基站，而是直接利用电信部门已建的GSM基站，在其提供的短信业务（SMS）/语音业务上增值开发报警及监控调度功能。

系统的结构简单，维护容易，包括以下两个部分：

指挥调度中心； 用户终端。

为了防止其它未授权用户入网，本系统采用加密及监权技术，防止恶意用户 入网非法调度或干扰正常用户通信。

指挥调度中心包括智能接警处警平台，警用电子地理信息系统(GIS)，数字录音系统和大屏幕投影仪等。

系统支持包括Dialogic、鼎铭、东进、三汇等主流语音板卡。工控机建议采用研华公司或研祥公司的产品；以确保指挥调度中心系统的高可靠性和稳健性。

采用包含中继/语音/座席功能卡的高性能工控机作为与公众移动交换网/PSTN的接口，通过后置交换兼备强大的ACD功能，透过高带宽的SC语音总线实现资源交换，是一个数据处理能力强、容量伸缩性强、功能齐全、服务手段丰富的110综合服务平台。

博宇科技110无线报警定位调度系统指挥调度中心的物理结构由带语音板卡的高性能工控机、CTI服务器、接警座席、统计维护管理工作站、数据库服务器/应用服务器、短消息网关服务器、同步数字录音工作站、网络系统和大屏幕投影仪等以及所开发的有关应用软件构成。

博宇科技110无线报警定位调度系统指挥调度中心的网络拓扑结构如下图所示：

110无线报警定位调度系统指挥调度中心的网络拓扑结构图

110无线报警定位调度系统由以下子系统构成：（1）交换接入子系统（2）CTI子系统

（3）接警座席与电话调度指挥子系统（4）系统管理维护子系统（5）身份认证处理子系统

（6）数据库服务器/应用服务器子系统（7）同步录音子系统（8）网络子系统

（9）短消息网关子系统

110无线报警定位调度系统将按照服务“一号通、一线清”的设计理念，遵从实用性、先进性、安全性、可靠性、容错性、可扩展性、可移植性、互联性和开放性的原则和“统一规划与分步实施相结合”的方式对系统进行规划设计。

110无线报警定位调度系统的实现将采用各种基于开放标准的信息技术及符合国际工业标准的软、硬件产品，软件开发采用微软先进的软件工程方法MSF和面向对象的结构化程序设计方法。

本系统在业务和容量上具有良好的扩展性。公安局可以根据自身业务特点和处理习惯，设置系统接入服务后的处理流程，以适应业务的不断发展；系统配备健壮的开发接口和丰富的开发工具，充分支持现有的开发手段和开发成果，并且易于使用和足够强大以满足公安局未来业务变化的需求，很容易使现行系统扩展成为几十个席位的大中型110无线报警定位调度系统。

系统友好的操作界面和实时监控能力使得管理员能够轻松掌握所有功能的操作和管理。功能丰富而强大的座席业务软件系统，减少了座席服务技能的差异，大大提高了业务处理效率和服务水平。

公安局110无线报警定位调度系统将认真处理每次报警呼叫，并提供智能路由选择、电话外拨、预计客户等待时间、屏幕弹出、呼叫和客户数据以及操作界面同步转移、因特网服务等先进功能，大大提高公安局的响应速度和形象。同时，还实现客户信息的集中管理，提供业务统计和呼叫统计分析等功能，通过客户的相关信息为客户提供个性化服务，确保每个呼叫的处理都能满足的特定需求，同时能自动对所有客户的呼入过程及操作内容进行量化处理，生成报表，作为管理依据，以帮助公安局领导实现决策分析。

四 深圳博宇科技110无线报警定位调度系统的业务功能

深圳博宇科技公司 110无线报警定位调度系统人工接警座席示意性界面如下：

本110无线报警定位调度系统业务功能如下：

〃报警信息接警

接警座席对巡警及警务车报警信息进行接警处理。

另外具有：

主叫号码提取；

自动去除误报功能；

进行自动呼叫分配(CAD)。接警平台可实现排队接警功能，对呼入报警进行循环或顺序排队方式接入各接警席位，当接警座席忙时向报警者播放提示音，一旦座席空闲立即接入。

自动获取主叫巡警的相关资料；

自动同步录音报警信息。

〃报警

巡警利用移动终端（带手机通信功能的GPS接收机）发出报警信号，通过GSM系统送到指挥调度中心。

〃警务车和巡逻民警实时定位 包括：

应答式定位传输：巡警利用移动终端能重发定位信息，直至监控中心收到并确认为止，每次重复都是最新位置信息；

巡警及警务车定位点名：单点、定时点、分组点，可动态编组； 〃显示功能

（1）电子地图能实时显示移动目标位置和状态，同时能提供该移动目标的档案资料，以及有关的警力分布情况。

（2）电子地图可任意无级放大或缩小，任意平移或漫游，并多层显示。（3）当目标移动到屏幕边缘时，能自动回到屏幕的中心。

（4）系统支持多个屏幕的显示，组成全方位的显示墙。窗口可以在所有屏幕上任意移动，同时接受操作员的控制。（5）支持大屏幕投影仪，无级可调。

〃综合统计报表，后台进行案情记录，自动生成接警报表；

〃支持局领导通过因特网/局域网进行报警情况以及警务车和巡逻民警位置的查询

〃系统维护管理功能

博宇科技所设计的110无线报警定位调度系统在提供各种各样的业务服务的同时，也向公安局提供详尽的维护管理功能。

系统维护管理的主要功能如下： 〃安全管理功能

该系统具有较强的可靠性和稳定性，能够对客户提供24×7小时的不间断服务。

系统采用了多种安全防护措施来保障系统的安全，如网管系统采取高级别、多层次的安全防护措施；网管系统应提供严格的操作控制和存取控制。

对于座席人员有一个登录系统的工号和口令，既保证对其工作量进行准确考核，又保证了对座席工作状态的更准确的监控。

〃服务质量管理

系统可以对本呼叫中心的服务质量进行统计、生成报表等操作，以便根据实际情况即使调整策略改善服务质量。

〃业务管理

系统提供个性化的业务管理模块给公安局，从而使之可以直接对其业务的开放、关闭、修改、增加等进行操作，对业务的各项参数进行有效实时的管理。

五 110无线报警定位调度系统的GIS公安地理信息子系统

随着现代公安指挥系统的发展，以及社会信息化的发展，按照统计现代化社会信息系统中，有85％以上的数据均有地理属性，MapEngine地理信息系统用地图，图形和图表等信息描述形势通过对数据库的查询、操纵来实现对各类信息的分析处理，可以将结果清晰的以地域分布或图表的形势显示出来，使用户能够身临其境。

MapEngine地理信息系统基础平台运用全组件化技术、多级组件模型、良好的体系结构。产品具有良好可扩展性以及优秀的运行效率，MapEngine同时兼顾严谨的GIS基础和易于使用的可视化技术，开发过程简便，它适用于广泛的开发 工具(如VB、VC、Delphi、PowerBuilder、VFP、Notes等)，能够链接各类数据库。

我公司将为公安局采用专用的GIS系统开发平台-MapEngine，进行开发110 GIS公安地理信息子系统，并与110无线报警定位调度系统实现无缝集成。

110无线报警定位调度系统用MapEngine可以成功的解决比例尺1:10000,1:2000,1:1000,1:500的地图合成问题，做到了高精度、高质量。它采用按钮控制，方便操作，功能强大。

1.通过此系统，可以在输出终端看到高清晰度、高质量的地理信息画面，能够快速在计算机显示屏上显示了城市地理位置图、警区分布图、大型建筑物、公共服务设备分布图、人口密集区域等地图信息，可以多层显示、区域自动切换，系统控制人员对地理信息的画面可以任意搜索、放大、缩小察看，也可以通过指定所观看的地名显示出图像，当地图信息发生变化，可以修改相关地图。

2.利用MapEngine的多层次地图显示功能，能够快速实现多窗口之间的地图切换：城市地图(包括商业、文化娱乐、人口密集场所、街道、重点单位平面图)。重点部位保卫部署图。

3.能够快速在计算机显示屏上显示出以下文字信息：从地图上 直接查勘建筑物群的名称、特性、道路、安全措施、概况、生产 性质等。区域环境简介，包括地理特点、警力分布情况以及其它注意事项。演练情况记载，包括时间、部位、情况组织人。自动 显示报警点的准确位置以及周围地图的同时，以文字说明报警来源、报警登记(包括类别、时间、部位、情况、原因)。

4.利用MapEngine的动态数据连接、查询功能，通过多种图形和文字信息的操作手段辅助，接受多种途径的报警，确定警情发生地 点，自动完成警情分配，进行计算机辅助指挥，同时处理多个警情。

5.MapEngine提供多种数据显示方式，如饼图、直方图等等，方便指挥人员定期进行分类统计，对报警多发区强加防范，最大限度 地减少损失。分析人员可以利用MapEngine的分层工具显示出暴力犯罪集中区，再逐层叠加该地区的服务设施分布格局图以及假释犯分布密度图、酒吧分布图、拘留分布图、吸毒者分布图等。此系统在110无线报警定位调度系统的应用，将给用户带来一个强有力的、可使数据地图化的动态工具，它提供给用户一个容易使用和容易修改的信 息网络，并且可以节省开支，节约时间，提高效益。在使用MapEngine 之前，很多110无线报警定位调度系统工作只能依靠数据库程序相应的地理位置建立关联系统,使用户不能方便地完成工作。除了图形以外，强有力的数据库连接功能可帮助用户与某一地点有关的所有数据建立联系，建立地图文件，它的分析功能可以大大提高110无线报警定位调度系统的工作效率，所有的数据可被选择，查看及比较。数据库可以从其它系统转入，或通过网络应用MapEngine的DataLink直接访问上述远程数据库。

无线调度论文 篇5

现代城市中已基本建设了污水收集管网、污水处理厂等环境改善设施,采用了生物处理(活性污泥法和生物膜法)、自然净化(如:高效稳定塘、人工湿地等)等技术,为处理水污染改善环境起到重要作用,也为此投入高额资金和承付不菲的运行费用。如何保证这些设施的安全高效运行、降低运行成本的问题摆在我们面前,本文作者认为采用控制技术、通信网络技术进行节能控制、优化控制是有效的解决之道。本文论述采用无线GPRS网络进行污水收集调度的集中优化控制案例,讨论通信网络技术和控制技术在污水处理领域的应用。

2. 建立污水收集管网泵站自控、联网监控及调度控制系统必要性

为了改善人类生活及自然生态环境,城市中的污水要集中起来进行处理,通常的做法是各个用水单位和居民排放的污水通过市政污水管道自流到各个污水收集泵站。污水收集泵站具有传统污水预处理工艺的部分功能。污水收集泵站将污水调入污水厂,经预处理工艺及一级处理工艺、二级生物处理的悬浮生长生物处理工艺(活性污泥法)和附着生长生物处理工艺(生物膜法)、自然处理工艺、深度处理工艺和消毒工艺进行处理。一般的污水处理工艺适合于城市生活污水或工业污水少于30%的城市污水。各种处理工艺对进厂的污水指标有相应的范围和安全要求,而各路污水收集管网的污水参数存在相当大的差异,还有突发事件的影响,这些都对污水处理系统的承受能力、处理效率甚至安全具有很大的影响。理想的方案就是对收集的污水进行实时有效的预处理(如:中和、调配等),使进厂污水达到指标要求,这样的污水收集管网就应具备污水参数的监控、预处理的自控及联网集中调度控制能力。

3. 污水收集泵站自动控制系统

建立污水收集泵站自动控制系统,实现实时污水收集管网污水参数监控、设备状态监控及联网调度控制,如监控污水收集管网的流量、水位、PH、可燃气体浓度等,根据联网收集的污水状态进行调度控制。各路污水收集管网收集到污水的参数与该地区的居民生活、商业及工业类型有关,特别是污水的PH值(酸碱度)相差甚远,同一路的不同时段所收集的污水参数变化较大,过高和过底的PH值会破坏微生物的生存条件,甚至突发事件中的有些有毒物质能毒死污水处理工艺中的微生物,使整个处理工艺失效。为了保证污水处理厂能正常运行,就必须保证污水的水质和水量比较稳定,这就需要对污水收集管网进行合理调度,使各种水质的污水基本上按比例调配,确保PH值平衡在6—9这个允许的范围内。

泵站自动控制系统硬件功能框图如图1所示。PLC是核心,数字量输入/输出单元是开关量连接的通道(如设备状态、报警信号等),模拟量输入/输出单元是PLC与模拟传感器、变频器进行模拟量(4~20m A或0~5V、0~10V)连接的接口。系统中,变频器用于变频调速控制,由PLC控制其工作状态,并将其工作频率、输出电压、故障信号等反馈到PLC。通信模块采用了无线GPRS网络技术实现信息的实时传递。

泵站自动控制系统设置三种控制模式:手动控制模式、本地自动控制模式和联网集中优化控制模式。在正常情况下,泵站以联网集中优化调度模式运行。如果由于某泵站的无线网络链路发生故障时,则该泵站自动进入单机自动运行模式。在设备检修或自控设备发生故障时,采用手动控制模式。

泵站自动控制系统也可集成视频监控、IC卡门禁及考勤管理、自动消防、自动除臭等功能,实现自动化和智能化控制。

4. 联网监控及联网集中优化控制

要实现联网监控及联网集中优化控制,首先是选择通信网络技术。城市集中污水收集处理设施一般分布在几平方千米到几十平方千米的地域上,且城市中各种社会化的通信网络设施齐备,有多种通信网络技术(有线DDN、有线Internet互联网(TCP/IP协议)、数传电台、GPRS通信协议等)可供选择。应考虑这样几个因素:联网监控及联网集中优化控制的网络数据流量、有线模式或无线模式、成本、是否是社会共享资源(频段、公共服务等)、技术发展方向、扩展升级限制等。GPRS是现有GSM网络上的分组数据传输技术。为构建低成本的无线工业监控网络提供了可能,具有“永远在线”、“自如切换”、“高速传送”等优点,上网速度约50-70Kbps。GPRS提供端到端的广域的无线IP链接,采用GPRS构建的工业远程监控系统,其构建成本(粗略估计)仅为有线网络的十分之一,而且运行成本亦很低。

联网集中优化控制模式下,泵站将水位和流量等诸变量、视频监控、IC卡门禁及考勤管理、自动消防、自动除臭等信号通过GPRS传送到中控室,中控室将各泵站的状态数据取样存入数据库,依据状态变量的变化趋势和历史经验变化曲线,按照预先设定的最优调度数学模型,通过GPRS发出调度命令,分配各泵站的输水量,以实现入厂水量和水质平稳及保证各泵站节能运行。各泵站按照分配的输水量,以变频+变台数恒流输水。由该泵站的PLC按预先编制的软件控制变频+变台数恒流控制和电气安全连锁控制。在此模式下,数据库系统不断储存状态数据和能耗数据,并按一定的时间间隔,修改调度数学模型,使之不断优化。这样实现了泵站群的远程监控、集中优化调度。

无线网络的组网方式和网络结构如图2所示。

5. 结束语

污水处理是保护水资源和可持续发展战略中的一个重要环节。目前,我国城市中建设了一定数量的污水处理设施。如何降低污水处理成本、提高处理效率,是一个重要课题。污水收集泵站自动控制、污水状态参数的联网监控及进厂输水联网集中优化调度控制的投入使用,提高了污水收集泵站输水效率,可应对突发事件,使得进入处理厂的污水水质和水量基本平稳,可采用各种先进污水处理工艺,使水处理厂高效、安全地运行。

摘要：论述在城市污水处理系统中采用先进的控制技术、GPRS技术等,优化污水收集管网的预处理工艺及一级处理工艺,即通过污水收集泵站自动控制、污水状态参数的联网监控及进厂输水联网集中优化调度控制,实现安全、节能运行。提出了一种提高污水处理的效率、降低处理成本的解决方案。

关键词：GPRS,联网,控制,污水处理

参考文献

[1]建设部科学技术司组织编写.赵庆良、刘雨.废水处理与资源化新工艺[M].北京:中国建设工业出版社,2006.

无线调度论文 篇6

众所周知在运输生产中, 所有的工作必须是以计划的形式传递。调度计划是铁路运输作业的依据和主线, 要完成铁路运输任务, 首先必须使相关作业人员明晰当前调度计划的内容和要求。

由于机车是运输中的主要执行设备, 所有的调度命令的执行都是靠机车牵挂车辆移动来完成的, 同时机车又是一个移动的设备, 有线网络无法与之直接连接, 目前信息系统已搭建了光纤主干网, 并开发了物流跟踪、ERP三级, 但是机车成了无法纳入系统的关键设备形成了信息的瓶颈或失控的环节。

2 铁路机车无线动态调度系统具体实施过程

2.1 项目实现方案

目前无线组网方式有数传电台组网, 集群通信组网和数字移动通讯公网组网方式。通过对覆盖范围, 盲点, 容量, 实时性, 传送速率, 抗干扰能力, 系统可扩容性, 系统建设初期投资, 系统维护费用, 后期运营费用等方方面面进行对比后 (见下对比表) 决定采用WCDMA 3G数字移动通讯系统公网组网方式建立无线专网。

不同无线组网方式下系统的性能对比表

WCDMA 3G数字移动通讯系统是国家投资建设的公众网络, 覆盖范围广、系统可靠性高, 通信速率高, 费用低廉。采用WCDMA 3G网络目前市场上移动终端成熟的产品多, 容易实现调度中心与机车之间数据传输和报文通信的双向通信。

2.2 系统构成

系统分WCDMA 3G网络部分、运输部调度中心设备、机车设备、手持机部分组成

2.3 开发内容和解决的主要技术问题

目前铁路运输系统利用公网WCDMA 3G数字移动通讯系统公网组网方式实现调度指令传递在该项目中使用为首次开发, 需解决的技术问题很多。

2.3.1 利用最新 VPDN 虚拟专网技术建立邯钢运输部无线专网，并在邯钢与联通基站之间建立有线光缆连接，减少在源端的空中传输。开发利用 VPDN 虚拟专网技术组建无线专网的软件。通过上述技术措施，组建的无线专网消除了各种干扰，系统安全稳定。

2.3.2 对于调车员使用的腕式数传接收机，用短信传输技术实现调度指令无线传输非常合适。一方面腕式数传接收机功耗很低，短信技术对功耗和装置性能要求不高，另一方面因为短信运营费用极低，对于200 多名调车员来说可节约了很多设备初期投资和运营费用。

2.3.3 安装和抗震的问题。一般的计算机设备都是在设计在静止状态下工作的，但机车是一个移动设备，不但在运动中有来自轨道接缝的颠簸，还有来自对车挂车当中的碰撞，纵向振幅、横向振幅都很大。如果抗震问题解决不好，设备都无法安装就谈不上项目的成功。攻关小组设计了安装支架，并请机务段制作了样品，对平板电脑采取了抗震加固措施，并实际安装在一台机车上测试运行，根据运行结果再采取相应的措施，克服了振动大的难题。

2.3.4 由于“铁路机车无线动态调度系统”项目，解决了调度指令直接上传到机车上的难题，就为公司实现扁平化管理提供了技术支撑。

3“铁路机车无线动态调度系统”投用后的效果

通过实施“铁路机车无线动态调度系统”项目, 可以解决调度指令无法上传到机车上的难题, 可以产生的效益和作用非常显著。对提高运输生产效率, 减员增效等方面起到至关重要的作用。具体体现在以下几个方面:

3.1 提高机车的作业效率, 提高运量。降低机车运用成本, 节约机车各种消耗。

3.2 减少地面岗位人员设置, 减员增效。

3.3 提高调度作业计划执行过程的灵活性, 减少作业间的干扰, 压缩局车停时。

3.4“铁路机车无线动态调度系统”项目实施后，可以解决调度指令直接上传到机车上的难题，为公司实现扁平化管理提供技术支撑。目前公司实施的物流管控中心，其支撑项目之一就有该系统，这样公司就可以将铁路运输、仓储、和生产进行综合管理，在公司层面实现物流的整体优化。

4 结束语

无线传感网中的数据传输调度研究 篇7

随着我国经济的飞速的发展, 我国人们的生活水平得到了极大的改善, 计算机等电子产品在人们生活中的使用度也越来越高, 据统计, 我国基本上每个家庭中都至少拥有一台计算机, 而智能手机的普及程度更高, 而计算机和智能手机通信的使用的基本条件就是无线传感网中的数据传输调度的速度足够快, 因为人们使用计算机最基本的用处就是搜集和查阅信息, 而更快的上网速度也是当前人们追求的目标, 因此, 建立完善的物联网, 提高无线传感网中的数据传输调度的速度成为当前无线传感网发展的主要方向。

1 无线传感网中数据传输调度问题

1.1 低能耗

当前在我国的无线传感网数据传输中仍然存在许多的问题, 其中最主要的就是无线传感网数据传输调度的设计需求与挑战。数据传输调度是对网络中数据包的传输时间表进行规划。在无线网络中, 利用数据传输调度, 时间被划分成多个时间槽, 网络中每个等待传输的数据包获得一个或多个时间槽, 并在其获得的时间槽内由源节点发送到目的节点。与操作系统中的任务调度问题类似, 数据传输调度策略直接影响到网络系统的运行效率和服务质量。

在设计无线传感网中的数据传输调度策略时需要考虑的最大问题就是如何减少能源的损耗。近年来, 我国由于大肆的兴建工厂发展经济, 而对生态环境造成了严重的污染, 而且能源危机的逐渐加剧也迫使人们加大了对绿色能源的研究, 以及节能环保措施的应用, 可以说节能环保已经成为时代发展的必然方向, 而无线传感网在研究时也必然会向节能环保的方向发展。无线传感网能够使物联网在很大的时空规模上对物理世界实时的感知。在实际情况中, 无线传感网通常具有数百上千个节点, 并且一般都部署在无人值守的环境中, 由于无线传感器节点的能量有限, 并且给节点充电或者更换电池的补充电源的方法存在相当大的难度或根本不具有可实施性, 因此, 如何降低无线传感器节点的能耗及延长网络寿命, 成为无线传感网设计的主要目标之一。而在无线传感网中造成能耗最大的就是数据传输的过程中所损耗的能源, 因此, 如何设计无线传感网中的数据传输调度策略, 对于减少无线传感网使用中的能耗, 减少能源的浪费有重要的作用。

1.2 低延迟

当前社会的发展非常迅速, 而且信息的传播速度也越来越快, 人们希望在计算机上查阅信息时能够更全、更广、更及时, 因此, 具有实时性需求的应用是物联网的重要应用。例如, 对于基于无线传感网的实时目标监控系统, 需要保证传感器节点采集到的目标相关数据在给定的延迟约束内传输到远端的监控中心, 以进行实时的目标定位、跟踪以及识别等操作。另外, CPS也把实时性作为其核心的设计需求, 过长的数据传输延迟不但能够降低系统的性能, 甚至会破坏控制系统的稳定性。因此, 应该考虑如何设计有效的数据传输调度策略以提高无线传感网系统的实时性能。但是, 在实际的应用中, 无线传感网的数据传输过程中造成的能耗越大就会导致延迟的情况越严重, 因此, 在对无线传感网数据传输调度方案设计时, 通常要将数据传输过程中产生的能耗和数据延迟进行平衡, 数据的传输速度的不同, 所消耗的能源也不同, 速度越大, 所需要消耗的能源也越多, 只有使能耗和传输速度保持平衡才能够更好的提高数据的实时性。

在降低无线传感网中的数据传输延迟时除了要保持能耗和传输速度的平衡外, 还可以在复杂无线传输冲突环境下使用高时间复用度的数据传输调度。而高时间复用度的数据传输调度的主要应用原理是在避免无线冲突的条件下使尽可能多的节点同时传输数据, 然而, 随着网络规模的扩大, 节点间的无线传输冲突情况变得极为复杂, 因此, 在复杂无线传输冲突环境下提高数据传输调度的时间复用度也是一个重要挑战。

2 基于优选转发的多跳可靠传输方案

2.1 基本思路

基于优选转发的多跳可靠传输方案是当前在无线传感网中的数据传输调度中使用的较为常见的一种方案, 在无线传感器网络的数据传输过程中, 传输距离、多径衰落和信号干扰等因素都会降低包的成功接收率。已有研究给出如下结论:在噪声功率一定和数据包长度一定的情况下, 距离发送节点越近的节点接收信号的功率越强, 信噪比越大, 包成功接收率就越高。考虑到各种负面因素的影响, 包成功接收率并不完全随距离的增加而减小, 它也具有一定的突发性。而根据该研究结果可知, 如果在数据传输调度的过程中一味的追求高成功接受率, 那么势必会导致大量的能源被消耗和浪费, 以及大量的网络资源被占用, 因为, 想要提高成功接受率只要在数据传输时选择距离其最近的节点接受信息, 就能够提高信噪比, 从而提高成功接受率, 但是如此一来需要消耗的能源量也成倍的增加, 因此, 需要使用基于优选转发的多跳可靠传输方案来达到成功接受率和能耗之间的平衡, 促进无线传感网的发展。

2.2 方案的制定

在制定基于优选转发的多跳可靠传输方案时, 首先需要假设监测区内的全部网络节点的分布符合均匀分布, 由于网络节点的分布基本上都是不均匀的, 而不均匀的分布情况不利于方案的制定, 而且, 不能够查出所有的网络节点的所在位置, 只能够通过假设一种理想的状态对其进行测算, 因此, 假设网络节点分布均匀是非常必要的。其次还要确定理想点, 理想点的选取是为了综合考虑通信可靠性和能耗问题, 将转发区域限制为以理想点为圆心的圆形区域内, 只有在转发区域内的节点才能获得转发数据的权限, 在选取理想点都就需要对数据传输过程中产生的能耗以及节点的数量等进行计算, 从而根据所得出的结果制定最适合的方案。

3 结束语

综上所述, 对无线传感网中的数据传输调度进行研究, 能够有效的较少在数据传输过程中产生的能耗, 提高数据传输的速度, 促进无线传感网的迅速的发展。

参考文献

[1]张海涛.无线传感网中数据传输调度研究[D].北京邮电大学, 2012.

[2]欧庆波, 宋荣方.无线传感网中基于压缩感知的高效数据传输方案[J].南京邮电大学学报 (自然科学版) , 2012 (2) .

[3]于博.无线传感器网络数据聚集调度技术的研究[D].哈尔滨工业大学, 2013.

无线调度论文 篇8

无线HART是第一个开放式的工业无线通信标准,用于满足过程工业应用中可靠、稳定和安全的无线通信的关键需求。 无线HART是一个集中管理的MESH网络,它建立在IEEE 802.15.4 物理层标准上,附加了自有的数据链路层、网络层和应用层协议,在MAC层采用带有跳频的TDMA调度方法,保证系统的可靠性[1]。

无线HART网络在数据链路层采用TDMA机制, 无线HART网络中的通信资源调度成为影响网络通信性能的重要因素。

1 无线HART资源调度策略研究现状

无线HART成为工业标准后, 一些学者提出了一些基于无线HART网络的调度方法。 SAIFULLAH A提出的实时调度算法支持实时反馈闭环控制,但是只完成了仿真工作,并没有实际的应用报告[2];FANG M等提出了一种基于分层思想的调度算法,但时隙的分配中没有考虑节点的数据更新速率[3];ZHANG H等提出了基于时隙数和信道数最优的资源调度算法,但该算法仅仅是针对于线性网络和树状网络[4,5]; 董利达等提出了基于双树结构资源调度策略, 给出了资源添加和删除算法, 但该算法只适合双树结构和层数固定的网络拓扑[6]; 张盛等提出了无线HART网络中的高可靠资源分配策略, 基于资源分配的次序, 降低传输延时, 但该算法没有考虑节点数据传输速率的多变性以及资源类型的差异[7]。 上述算法都没有考虑节点更新速率的不同,同时在时隙的选择中, 采用连续顺序选择的方法( 即第一条路径选择时隙1, 第2 条路径选择时隙2), 通信易受突发干扰的影响。 本文依据现有的研究状况,针对无线HART超帧资源的不同类型和节点数据传输速率不同,提出资源分配算法。 对无线HART网络中同一节点的下一跳路径( 无线HART图路由要求每一个节点都至少有两条下一跳路径) 在超帧中均匀分配时隙, 增强对干扰信号的抗干扰能力。

2 无线HART通信资源和超帧

无线HART网络的通信资源包括以下几种类型: 加入(JOIN)、 广告(ADVERTISE)、 发现(DISCOVERY)、 广播( BROADCAST ) 和通用( NORMAL ) 。 加入和广告包用于节点加入; 发现型资源用于搜索新邻居和保持与时间源设备之间的联系; 广播资源用于广播信息; 通用型资源则用于一般的数据传递。

在无线HART网络中, 通信资源的调度是以超帧为单位, 超帧是一个由若干时隙组成的循环周期。 无线HART规范支持多信道调度即支持16 个信道, 大大提高了通信带宽的利用率。

无线HART的超帧可分为管理超帧和数据超帧, 管理超帧主要负责加入、 广告、 发现和广播类型资源及通用类型中的下行资源,数据超帧负责上行资源。 数据超帧长度由节点通信速率决定, 支持更新速率为2ns,其中n为正整数或负整数, 文中支持的最快更新数率为4 s , 最慢更新数率为16 s ( 慢于16 s按照16 s更新) 。 论文使用一个数据超帧(长度为1 600 个时隙) 和两个管理超帧,一个长度为200 个时隙(加入和广告类型资源),另一个为400 个时隙(广播和下行的通用类型资源)。

3 调度算法及实现

3 . 1 资源调度算法中的冲突

无线HART网络中对时隙和信道的分配存在着两种类型的冲突:显式冲突和隐式冲突。 若一个节点同时存在一个发送链接和一个接收链接, 则属于显式冲突,可以给两种链接分配不同的时隙;而相邻链接之间的干扰属于隐式冲突, 分配同一个时隙不同信道, 如图1 中节点2→1 和9→6 所示, 如果2 和9 同时发送数据,2和6 互为邻居,则2 会对6 造成干扰。 在实际的资源调度算法中, 根据不同的资源类型, 对冲突的解决作了不同的定义。 若通用资源和广播类型资源的起点和终点都不同,则使用同一个时隙不同信道,否则分配不同时隙。若加入资源接收地址不同, 广告类型资源发送地址不同,则使用同一个时隙不同信道,否则分配不同时隙。

3 . 2 资源调度算法软件实现

无线HART的管理超帧( 两种) 和数据超帧的长度不同, 无线HART的资源在这三种超帧上分配, 但是这三种超帧都是在同一时间上运行,因此在资源分配时还要考虑以下两个问题:(1) 在同一个时隙上, 每种超帧既不能与同超帧类型资源冲突, 也不能与其他超帧冲突;( 2 ) 由于三种超帧的更新时间不同, 更新速率快的超帧在处理与更新速率慢的超帧的冲突时,不仅考虑相同时隙的冲突, 还要考虑相应倍数时隙的资源冲突, 如加入资源超帧长度为200 个, 在相对时隙数为10 的位置处考虑与数据超帧的冲突时, 既要考虑时隙数为10 处的资源,还要考虑相对时隙数为210、410、610 等处是否有资源冲突(数据超帧)。 为解决以上问题,文中对于通信资源分配,统一在最长的超帧(数据超帧)上对各种类型的资源分配,之后再分配到对应的超帧中。 下面详述资源调度算法的实现过程。

无线HART资源调度算法的软件实现主要由超帧初始化、节点信息获取、路由算法实现、管理超帧资源调度算法实现和数据超帧资源调度算法实现等部分组成,下面对各部分作详细说明。

( 1 ) 超帧初始化

实现对管理超帧和数据超帧的数据结构初始化, 数据超帧的长度为1 600,管理超帧1 长度为200 个( 加入和广告类型),管理超帧2 长度为400 个(广播和下行数据类型), 在初始化中, 还分配了网络接入点的加入、 广告、发现和广播类型资源。

( 2 ) 节点信息获取

获取节点信息和邻居信息。

(3)路由算法实现

根据节点信息,实现整个网络的图路由和源路由算法,本文采用了文献[8]的算法。

( 4 ) 管理超帧资源调度算法实现

管理超帧资源分配算法过程如下:

①输入资源类型和超帧长度length, 加入和广告类型length=200 ,广播和下行数据类型length=400;

② 下行数据类型资源, 根据源路由得到相应的路径, 对每条路径调用资源搜索子算法, 其他类型资源直接调用资源搜索子算法。

③调用资源分配子算法,设i=1,no=0,△=1。

资源搜索子算法实现步骤如下:

步骤a: 对需要分配资源的节点, 在数据超帧的第i个时隙的16 个信道做资源冲突检测(各类资源冲突检测规则详见3.1 节),如果有冲突,转到步骤d,否则执行步骤b;

步骤b:j=i+length×k(k=1~(1 600/length-1)) , 分别对应不同的j值,在数据超帧的第j个时隙的16 个信道做资源冲突检测,如果有冲突,转到步骤d,否则执行步骤c;

步骤c:在数据超帧的第i个时隙, 检测是否有空闲信道, 有则该节点在i时隙空闲信道分配相应类型资源,在数据超帧第i和j个时隙和相应管理超理超帧(如果是管理超帧分配)第i个时隙中记录发送地址,接收地址和资源类型,退出,资源分配成功,否则转到步骤d;

步骤d:no=no+1;i=i+△,如果no≥length,资源分配失败,退出,否则转到步骤a。

( 5 ) 数据超帧资源调度算法实现

数据超帧分配上行图路由数据, 对于图路由, 源节点及每个中间节点都有两条到下一跳节点的路径,为了增强系统的抗干扰性,文中对于一个节点的两条上行路径,其资源分配的时隙间隔尽量大。 数据超帧资源调度算法实现过程如下:

①根据图路由,计算从源节点到目的节点的经过节点和路径(这部分算法不属于本文范围之内);

②对所有路径和节点分配资源;

③i=1,no=0,△=1,length=T×100(T为数据更新时间,单位s),调用资源搜索子算法,得到第一条路径资源;

④ i = ( L + length /2 ) % length ( L为第一条路径的时隙值),no=0,△=(-1)×no,调用调用资源搜索子算法, 得到第二条路径资源。

3 . 3 算法实例验证

选取图1 所示的无线HART网络, 节点1 为网络接入点,2~11 为现场设备, 数据更新速率为16 s, 应用资源调度算法, 得到整个网络资源分配表, 文中只选取了前20 个时隙的资源分配表, 见表1 和表2, 其中时隙0为全网发现时隙,d表示下行,u表示上行,a表示广告,j表示加入, b表示广播, * 表示多节点。

4 实验分析

4 . 1 建立实验环境

为验证资源调度算法, 搭建无线HART网络实验平台,包括网络管理器、接入点和现场设备。 网络管理者在计算机上Linux环境下完成,AP和现场设备使用飞思卡尔的MC13224 无线模块。

4 . 2 实验结果

( 1 ) 在无干扰情况下, 分别使用5 、 10 、 15 、 20 和25 个现场设备,使用4 s的更新速率和可变速率(从4 s~16 s),应用文中算法, 节点向网关传送数据, 实测端到端的单向数据传送成功率,端对端不设重传,结果如图2 所示,说明在变速率节点数据上传的情况下,算法保证了数据的稳定上传。

( 2 ) 在加干扰情况下, 分别使用5 、 10 、 15 、 20 和25 个现场设备,在时隙分配中一种选择同一节点的上行两条路径的时隙间隔尽量大( 方案1), 另一种顺序选择时隙( 方案2 ) , 数据更新速率都为固定的16 s , 从节点向网关传送数据, 加入干扰信号, 然后实测端到端的单向数据传送成功率, 端对端不设重传, 得到如图3 所示的结果。 从结果可以看出,方案1 的成功率要高于方案2,说明文中使用的算法提高了节点上传数据的抗扰性。

5 结论

目前无线HART网络的资源调度算法研究主要应用于节点更新速率固定的场合,本文提出了一种针对于节点变速率上传数据的资源分配算法,对无线HART网络中同一节点的下一跳路径在超帧中均匀分配时隙,增强对干扰信号的抗干扰能力。 实验结果表明,算法实现了无线HART网络变速率节点的资源分配,并提高了节点数据传输的抗扰性。

参考文献

[1]李继平,凌志浩.无线HART技术及其应用[J].世界仪表与自动化,2008,12(3):63-65.

[2]SAIFULLAH A.Real-time scheduling for Wireless HART networks[C].Real-Time Systems Symposium(RTSS),2010:150-159.

[3]FANG M,LI D,QUAN J.An innovative routing and resource optimization strategy for wireless HART[C].2012 International Conference Technology and Management.Germany:Springer Verlag,2012:353-360.

[4]ZHANG H,SOLDATI P,JOHANSSON M.Operational link scheduling and channel assignment for convergecast in linear Wireless HART networks[C].Proceedings of the Conference on Modeling and Optimization in Mobile,Ad Hoc,and Wireless Net works,Seoul,June 23-27,2009:1-8.

[5]ZHANG H,SOLDATI P,JOHANSSON M.Time and channelefficient link scheduling convergecast in wireless HART networks[C].2011 IEEE 13th International Conference on Communication Technology.United states Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc,2011:99-103.

[6]董利达,黄聪,管林波.基于双树结构的无线HART调度策略[J].浙江大学学报,2014,48(3):391-397.

[7]张盛,张国勇,鄢傲.无线HART网络中的高可靠资源分配策略[J].小型微型计算机系统,2014,35(12):2593-2597.

无线调度论文 篇9

甘肃省自然科学基金项目 (3ZS042-B25-012) 资助 在传感器网络的应用领域, 为了完成监控和测量任务, 大量具有感知、计算、通信能力的低能耗传感器节点被放置在环境中, 传感器节点用来感知发生的事件, 或者采集数据信息, 例如:采集温度、压力、湿度等信息, 用于将采集的数据发给簇头节点或接收器节点, 尤其是在资源有限的传感器节点, 尽可能的完成被分配的任务是非常必要的[1,2,3,4]。

本文中我们考虑这样一个问题:在传感器网络中, 由很多传感器节点构成, 每个传感器节点被分配一个任务, 传感器节点属于某簇头的成员节点, 节点任务有独立的周期、运行时间、截止期, 任务之间有一些譬如抢先、互斥、抢占等关系, 簇头节点可以融合处理n个传感器节点的任务。在每个任务的截止期失效前, 簇头节点要能够处理所有成员节点的任务。在这种情况下, 簇头节点如何合理的调度多个传感器节点的任务呢?本文针对上面的问题, 提出了一种能够合理调度上述任务的调度算法, 能够很好的减少任务传输的延迟时间, 通过实例计算证明该算法的有效性。

1 无线传感器网络的体系结构

无线传感器网络由传感器器节点、簇头节点、接收器节点、基站等几部分组成, 传感器节点负责感知周围环境的发生事件, 以及采集数据信息, 并且立即把数据传送给它的簇头节点。簇头节点把跟它连接的传感器节点的信息融合处理后, 发送给接收器节点, 然后接收器节点把数据进一步融合处理后发送给基站或者数据中心。具体的网络体系结构如图1所示。

2 任务调度算法

调度算法的目标是在任务的截止期内, 所有的任务被执行。任务调度表可以离线调度算法获得, 也可以动态获得。离线调度算法对周期性的任务提前分派, 而对非周期性的任务分时分派。动态调度算法是当任务到达传感器节点是任务被调度[5]。为了简化算法的分析, 我们作如下假设:

(1) 任务没有非抢占的区域, 并且大部分抢占被忽略不计。

(2) 节点的任务处理要求是最重要的。

(3) 所有的任务是独立的, 任务之间没有优先限制。

当然也有一些传感器节点的任务并不能很好的满足以上假设, 后面我们将讨论如何处理这类任务。任务Ti的符号定义如下:

di— 任务Ti的相对截止期 (相对于释放时间) ;

Di— 任务Ti的绝对截止期;

ri— 任务Ti的释放时间。

2.1 离线调度算法

首先, 我们开始两个定义, Ri (x) 为任务Ti在时间x释放时响应时间。如果∀x使得Ri (x*) ≥Ri (x) , 那么x*是任务Ti的瞬时临界时间。换句话说, Ri (x*) 是任务Ti的最坏释放时间x*响应时间。任务Ti的临界区域被定义为undefined, 也就是说undefined是任务开始完成和瞬时时间间隔。

2.1.1 周期任务调度

周期性任务优先权跟周期相反并且不变, 如果Ti周期小于Tj周期, 则Ti比Tj优先权高, 优先权高的任务抢占优先权低的任务, 这类任务我们用改进的RM (rate-monotonic) 算法调度任务, 我们对该算法增加另外两个假设[6]:

(4) 在任务集里的所有任务都是周期的。

(5) 任务的相对截止期等于它的周期。

首先定义几个符号, Wi (t) 是任务T1, , T2, …, Ti在初始间隔[0, t]总共工作的数量。

undefined

改进的RM调度算法的充要条件如下:

给定n个周期性任务集T (具有P1≤P2≤…≤Pn) , 当且仅当Li≤1, 任务Ti可以合理的用改进的RM算法调度。

由等式 (1) , 实际问题变成如何验证Wi (t) ≤t是非常简单的, 除了在被释放任务的有限个点外, Wi (t) 是个常数, 我们只要计算在τi时Wi (t) 。

undefined

然后我们得到两个改进RM调度算法的两个条件[6]:

IRM1 如果undefined, 任务Ti 是改进RM调度的。

IRM2 如果对于undefined, t∈Ti使得undefined, 那么整个任务集T能改进的RM调度。

2.1.2 不定时发生任务的调度

讨论没有规律不定时任务调度, 尽管这些不定时任务没有规律, 但是它们有最大发生比率。也就是说, 这种任务在连续发生时有最小交互到达时间间隔, 而且没有限制这类任务加载到系统负载的数量以及不能确保满足这类任务的截止期[7]。

处理这种任务的一种方法是简单的把它们作为周期任务考虑, 周期是它们最小交互到达时间间隔;处理种类任务的最简单方法是定义一个最高优先权的虚拟周期任务, 并且选择虚拟的运行周期, 在簇头节点调度执行这类任务期间, 节点执行正等着服务的任务, 其余时间专心处理周期性任务;延迟服务是较不经济的[8], 当节点调度执行非周期任务, 但是没有发现等着服务的这类任务, 它们开始按照优先权的顺序执行周期性任务。当非周期任务到达时, 它抢占周期性任务, 并且占用分给非周期任务的所有时间。

改进RM调度算法的缺点是任务的周期确定其优先权, 有时必须改变任务优先权确保所有关键任务被完成。一般, 我们通过一个延长周期因子k, 用k个任务取代原来的任务。或者通过一个缩小周期因子k, 用一个执行时间也缩小k的任务取代原来的任务。

这种周期转换过程的最后结果产生两个任务集C和NC, 它们具有下面的属性:

(1) C 包含所有的关键任务或者还有部分非关键任务。

(2) NC仅包含非关键的任务。

(3) Pc, max≤Pn, min (Pc, max和Pn, min 分别表示在任务集C和NC最大和最小周期) 。

· C是可以在任务最坏执行时间情况的RM调度。

任务转换首先设置关键任务集C和非关键任务集NC, 如果Pc, max≤Pn, min, 我们做周期转换, 如果该条件不满足, 然后我们去掉在任务集C中周期小于或等于Pc, max非关键任务, 如果这个新集C在最坏执行时间的情况下满足改进RM调度, 我们做周期转换, 如果不满足的话, 我们延长C中非关键任务的周期, 直到尽可能使得C满足改进RM调度, 如果这样也不可以, 就缩小最高优先权关键任务的周期, 并且把它加入到NC集里面, 在集C中所有非关键任务周期大于任何关键任务最大周期。我们继续这样处理直到集C和NC满足上面属性。

2.2 动态调度算法

任务优先权不是固定的, 而是根据临近任务绝对截至期变化, 定义undefined, undefined, P=lcm (P1, …Pn) ( lcm表示最小公倍数) , 如果所有的任务是周期性的, 并且相对截至时间等于它们的周期, 任务集调度是尤其简单的, 任务被调度的充要条件是u≤1, 否则我们首先执行截至期最早的任务, 这就是动态抢占最早截止期优先调度算法[9]。

2.2.1 考虑优先顺序和互斥条件

在上一节我们假设任务是独立的, 并且任务总可以被其它任务抢占, 现在我们将放松假设条件提出试探法的调度。任务模型如下:有一个任务集undefined, 对每个任务Ti, 最坏情况下的执行时间ei, 截止期di, 释放时间ri, 另外给出两两任务之间有下面的关系[10]:

(1) 如果Tj需要Ti的输出结果, 那么 Ti PRECEDES Tj直到Ti完成才执行Tj;

(2) 如果Ti不允许抢占Tj, 那么Ti EXCLUDES Tj;

(3) 如果Ti准备执行, 并且Tj目前正在执行, Tj总是被Ti抢占运行那么Ti PREEMPTS Tj;

定义任务变化的释放时间如下:

undefined

首先按照图2算法产生一个有效初始化调度表 (f (i) 中表示任务Ti的完成时间) , 如果调度表中满足所有任务的截止期, 我们执行完毕。如果不满足的话, 然后为了缩短任务截止期失效改变任务调度表。

2.2.2 任务延迟时间下限

定义任务Ti的延迟时间L (i) =f (i) -Di, 如果一个任务在调度表中延迟时间为正, 那么任务截至期失效。调度表延迟是任务的最大延迟时间, 我们可以计算一个有效初始化调度表延迟下限, 为了便于理解我们定义集K (i) , 若Tk∈k (i) 则Tk满足下列条件:

(1) Tk∈K (i) ,

(2) k≠i,

(3) Di

(4)  (Tk PREEMPTS Ti) ,

(4)  (Tk PRECEDES Ti) 。

Z (i) 是包含与任务Ti在相同占用周期的集合, 即包含Ti之前被调度的任务以及任务Ti本身, 可以用下面递归算法得到Z (i) 集 (s (i) 是调度表中任务Ti的开始时间) 。

· Ti∈Z (i) ;

· Tk∈Z (i) 如果∃Tl∈Z (i) 那么

undefined

G1 (i) 是不能被Ti抢占, 可以移动调度表去执行Ti后面的任务, 并且缩短最大延迟的任务集合, 任务满足下面条件:

· Tm∈Z (i) ,

· Di

·  (Tm PREEMPTS Ti) ,

·  (Tm PRECEDES Ti) ,

· Tm EXCLUDES TiZ。

G2 (i) 是由被任务Ti抢占并且可以见缩短最大延迟的任务集, 任务满足下面条件:

· Tm∈Z (i) ,

· Di

·  (Tm PREEMPTS Ti) ,

·  (Tm PRECEDES Ti) ,

·  (Tm EXCLUDES Ti) 。

· Tm和Ti之间没有第三个任务Tl调度运行, 因此 (Tm PREEMPTS Tl) ∨ (Tm PRECEDES Tl) 。

延迟时间下限能够被下面的描述确定, 在占用节点处理器时间间隔undefined内, 我们从未调整任务移到间隔右端点的后面, 间隔或者不变化, 或者进一步向右移动。先定义任务Tk移到Ti右面产生的空闲间隙函数GAP (k, i) 。

undefined

函数LB (i) 定义如下:

undefined

如果任务Ti具有最大延迟时间, 并且K (i) =φ, 不能通过移动其他任务来改善延迟Ti时间, 任务Ti的延迟时间仍保持f (i) -Di。如果K (i) ≠φ, 能通过移动K (i) 中任务来改善最大延迟, Z (i) 右端点向右移动GAP (k, i) 间隙值 (即到f (i) +GAP (k, i) ) 。包含任务Ti临时占用周期内最大延迟下限为:

undefined

下面定义:

undefined

在抢占、互斥和优先的关系限制下, LB1 (i) 为调度表的延迟下限。LB2 (i) 为任务参数定义的下限并且不能被缩短, r′i+ei是我们定义能够运行任务Ti的最早时间。调度表延迟的下限由下面?=max{LB1 (i) , LB2 (i) }确定。

图2的算法得到一个有效初始化调度表, 如果这调度表是合理的或者得到一个根节点调度表的延迟下限, 那么调度完成, 如果不能达到上述要求, 为了缩短延迟, 调度表需要做一些调整, 调度算法如图3所示 。

3 调度算法实例化分析

3.1 静态调度算法实例分析

假定簇头节点有四个成员节点, 每个成员节点有一个任务, 任务参数如表1 (ei表示任务Ti的运行时间;如果任务是周期性的, Pi表示任务Ti的周期;ai表示任务Ti的平均运行时间) 。

由 (5) 式我们得到τi

undefined

我们可以检查每个任务RM调度性, Wi (t) (i=1, 2, 3, 4) 。如图4, 当且仅当任务Wi (t) 落在Wi (t) =t线下面时, Ti可以用RM调度。

用代数术语, 可得出下列方程式:

· 任务T1可以RM调度的, 当且仅当e1≤100,

· 任务Tundefined可以RM调度的, 当且仅当

e1+e2≤100 OR 2e1+e2≤150,

· 任务Tundefined可以RM调度的, 当且仅当

e1+e2+e3≤100 OR 2e1+e2+e3≤150 OR

2e1+2e2+e3≤200 OR 3e1+2e2+e3≤210。

· 任务Tundefined可以RM调度的, 当且仅当

e1+e2+e3+e4≤100 OR 2e1+e2+e3+e4≤150OR

2e1+2e2+e3+e4≤200OR3e1+2e2+e3+e4≤210OR

3e1+2e2+2e3+e4≤300 OR 4e1+3e2+2e3+e4≤400。

从图4和上面的方程式, 可知任务T1, T2, T3可以RM调度的, 任务T4不可以。

假定任务T1, T2和T4是关键的, 任务T3是非关键的。判断可否用改进RM算法调度是很简单的, 如果每个任务花费最坏状况运行时间, 不能保证四个任务的可调度性, 但是在平均运行时间情况下, 都可以RM调度。问题是如何调度通过改进的RM算法, 即使在最坏运行情况下所有关键任务都在截止期内运行完成, T3在多种情况下都满足截止期。

解决方案是改变T4的周期来提高其优先权, 用T′4代替T4, T′4参数为:undefined, undefined, undefined, 很容易知道即使在最坏情况下, 任务T1, T2, T′4可以RM调度。现在T3比T′4优先权比低, 当算法调度T′4, 我们运行T4的代。由于我们获得e′4的方法, 如果{T1, T2, T′4}是RM调度集, 那么有足够的时间完成任务T4运行。

缩短T4周期的另外方法是延长T3的周期, 只有T3的相对截止期大于其原来的周期, 才可以这样做。假如这样的话, 我们能用两个任务T′3和T"3代替T3, T′3和T"3的周期为420 (i.e., 210×2) , 最坏执行时间e′3=e"3=80, 平均执行时间a′3=a"3=40。调度不得不分阶段T′3和T"3, 所以它们P3=210单位分开被释放。如果组合任务集可以RM调度的话, 算法结束。

3.2 动态PEDFA 算法实例

考虑4个任务集, 具体参数如表2所示

Note: T1 EXCLUDES T4。

根节点的初始化调度如图5灰色曲线, 任务T4的截止期失效, 调度表的延迟时间是5个单元, 计算在给定限制条件下延迟的下限, 计算推导如下:

由于e (4) 小于调度表的延迟, 所以延迟时间有改进的空间, 得出G1 (4) 和G2 (4) :G1 (4) ={1}, G2 (4) ={2, 3}, 现在产生根节点4的三个子节点, 附加子节点T1第一个限制条件T4 PRECEDES T1 (由于G1 (4) ={1}) , 子节点1的调度表如图5红色曲线。节点1的调度表延迟等于延迟下限 (尤其是与LB2 (1) 相等) , 是2个单元, 比根节点的延迟下限更差, 这条路径没有进一步改善延迟, 关闭节点1。

现在致力于子节点2 (由于2∈G2 (4) , 附加关系T1 PREEMPTS T2, T3 PREEMPTS T2, T4 PREEMPTS T2, 用这些附加关系, 执行图3的调度算法得到调度表如图5蓝色曲线, 这个调度表的延迟是5 (T4的截止时间失效了5个单元, 其他任务满足其截止期) 。这个节点不关闭。

最后计算子节点3 (由于3∈G2 (4) ) 。附加关系T1 PREEMPTS T3, T2 PREEMPTS T3, T4 PREEMPTS T3, 在这些附加关系下, 执行图3的调度算法得到调度标如图5绿色曲线, 这个调度表是合理的, 所以算法输出这个调度表并且算法结束。

4 结 论

在由大量传感器节点组成的无线传感器网络, 及时准确地把环境相关的信息传输到基站或者数据中心是非常重要的, 传感器节点被分配感知发生的事件或者采集数据信息的任务, 所有节点的任务在它的死期失效之前被合理的调度运行是关键的。本文中我们提出了用改进RM算法和PEDFA动态算法调度传感器的节点任务, 通过实例分析表明在有限资源限制的传感器节点用该算法调度任务是非常有效合理的, 能够缩短任务延迟时间。这将为下一步的研究节点信息的融合聚集算法有很好的工作基础。

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