链路情况（共7篇）
链路情况 篇1
1. 背景
在超大型企业网的管理模式中, 逐步已经发展成为分级管理模式。
在图一中, 骨干网接入设备落地在城网单位, 但管理权属为骨干网管理域;城网核心及以下为城网管理域。两个管理域所有权归属不同。骨干网与城网都分别有自己的路由域, 本文以此拓扑为例分析骨干网与城网两个路由域对接的四种协议分析比较。其中, 骨干网与城网内部均可以是IBGP路由协议或OSPF路由协议, 在此拓扑中, 假设骨干网的IBGP路由协议;城网为OSPF路由协议, 以便于分析。
同时假定, 在跨域时指定骨干网接入A与城网核心A之间的链路为主链路, 骨干网接入B与城网核心B之间的链路为备份链路。同时要求平时数据转发都应该走主链路并且数据包来回路径一致。骨干网与城网的对接, 可以使用多种路由协议:静态路由、VRRP+静态路由、OSPF、EBGP等, 以下仅以这4种路由协议的对接进行分析。
2. 使用静态路由协议进行对接 (见图2)
在这种方式中, 2台城网核心均采用缺省路由 (或者全网的大段路由) 的方式指骨干网接入路由器。骨干网接入路由器上将城网的汇总地址以静态路由的方式指回城网核心。当然, 由于网段不同, 各静态路由的下一跳地址均不相同。城网核心A与城网核心B将缺省路由以非强制的方式发布到内部的OSPF域内, 若本设备上的静态缺省路由失效, 则应终止对内部OSPF域内的缺省路由发布。
按照要求, 城网核心B在正常情况下的缺省路由下一跳必须指向城网核心A, 再经过主链路到达骨干网 (尤其像图二中城网汇聚D仅单链路至城网核心B这种情况, 或者城网汇聚其它设备到城网核心A的主链路临时性开路的情况下, 这些汇聚设备会将所有数据转发至城网B) 。所以必须设置城网核心B静态缺省路由的管理距离大于OSPF, 使城网骨干的缺省路由优先从OSPF邻居学来的缺省路由, 以避免城网核心B因为有自己的缺省静态路由而直接进行路由转发至备份链路。
2台城网核心将缺省静态路由导入OSPF中的时候, 必须设置策略指定metric值, 以保证城网下游设备的缺省路由数据转发只从城网主链路上行至城网核心A。同时, 城网汇聚A、B上行至城网核心B的上行链路也可以设置较大的OSPF的COST, 避免城网汇聚设备出现等价路由导致数据转发至城网核心B再绕至城网核心A出城网。
骨干网上实现的方式与城网部分基本一致。骨干核心接入A、B均将城网的汇总静态路由注入至IBGP中, 并利用本地优先级属性等方式影响IBGP邻居选路。但在某些品牌设备中, 比如CISCO设备, 需要利用路由策略将城网的汇总路由注入IBGP中的时候将其Weight属性设置为0 (缺省情况下, 将静态路由network发布至BGP中时, 其weight属性值为32768, 本路由器比较后会直接作为优选路由) 。这样才可以利用本地优先级属性进行路由的选路比较。
使用静态路由的方式进行跨域互联时比较易于管理, 思路清晰。城网部分不需要管理骨干网的路由, 骨干网下行指向的静态路由是非常清晰的汇总路由。但这种实现方式看似简单, 然而当静态路由与内部动态路由协议互操作时, 还是比较容易出现隐藏的错误。同时不适于大规模路由部署。
3. 使用VRRP+静态路由的方式
在这种方式中, 骨干网与城网均将对方的2台设备的三层地址视为1个VRRP虚地址。比如城网核心A与城网核心B的缺省路由的下一跳地址为一个相同的骨干网接入路由器上的地址。城网核心A与城网核心B均将缺省路由动态发布至域内OSPF协议中。
城网核心的上行链路必须通过2台城网核心的互连链路透传二层报文以协商VRRP, 所以城网核心的上行链路以及2台城网核心的互连链路必须在同一个二层接口组中, 此时需要考虑生成树协议的计算, 生成树的协议的开销及其的不稳定性是不得不考虑的问题。或者2台城网核心的上行链路先在本地汇聚至一台二层交换机上用来协商VRRP, 但这样势必增加单点故障点。
此时我们可以在城网核心B上将静态缺省路由的下一跳地址指向骨干网接入的VRRP虚地址上, 不需要考虑与城网核心B之间OSPF的管理距离。由于生成树的阻塞, 城网核心B会在二层链路上将流量经城网核心A上行至骨干接入A。但城网核心A、B之间仍需要启用另一段三层互联地址以运行OSPF路由协议。在将缺省路由以非强制的方式发布的内部OSPF中时, 需要设置metric值, 用来引导城网核心的下层设备将流量引导至主链路设备上。
骨干网上实现的方式与城网部分基本一致。骨干核心接入A、B均将城网的汇总静态路由注入至IBGP中, 并利用本地优先级属性等方式影响IBGP邻居选路。同时注意修改CISCO设备BGP的Weight属性。
这种组网方式可以看出, 配置与纯静态路由组网的方式比较, VRRP影响了静态路由的下一跳地址到底在主链路设备上, 对OSPF的策略需求较少。但是VRRP的组网方式需要设备至少两个端口属于同一个二层接口组中, 同时需要考虑生成树协议的计算;或者增加二层交换设备, 对设备的要求较多, 如果增加二层交换机反而增加了单点故障。
4. 使用OSPF多进程互联方式
在这种方式中, 骨网核心AB与骨干接入AB都需要采用OSPF的多进程方式 (骨干网上有可能使用OSPF协议作为IBGP的IGP承载协议) 进行互联, 与设备原来的OSPF内部协议进行隔离。进程之间相互进行重分布操作。
骨干接入AB各自发布缺省路由给城网核心AB (是否强制发布可以根据具体情况定) ;城网核心AB作为OSPF进程的ASBR对城网内部的IP地址段进行汇总发布通告给骨干接入设备 (也可将汇总路由写到null0进行汇总并重分布静态路由至OSPF进程中) 。骨干接入上将城网IP地址段发布到IBGP内部时, 可以使用半动态注入的方式。这时对于骨干接入与城网核心, 都可以设置一些策略影响选路, 可以参考上面2种选路方式的策略配置方式。但是在骨干接入B上, 需要将这个进程的OSPF管理距离与IBG的管理距离去比较, 以达到骨干接入B优选IBGP路由的目的。同时在CISCO设备上也需要考虑BGP的weight属性。
从以上可以看出, 采用OSPF多进程的方式进行处理时, 配置的策略是比较多的, 要考虑OSPF两个进程的路由选路, 在骨干接入设备上也要考虑OSPF的管理距离与BGP管理的比较。同时, 对路由汇总的方式虽然多样, 但比较来说, 还不如使用纯静态路由协议的方式来得清晰、直接。
5. 使用EBGP互联方式
在城网核心A与B之间, 由于原来采用的是OSPF互联的方式, 这里需要重新建立IBGP邻居关系。缺省路由通过EBGP从骨干接入设备上学得, 可以通过BGP的本地优先级属性影响选路。但对于城网核心发布给城网汇聚的缺省路由, 在城网核心A、B之间也会相互通过OSPF协议学习到, 所以需要调整OSPF的管理距离, 使2台城网核心均优选通过BGP学习到的缺省路由。城网核心将内部的汇总地址发布给EBGP领居的时候, 可以采用静态或半动态的方式发布。
在骨干网上已经采用IBGP互联全网的情况下, 采用EBGP互联的方式优势比较明显。骨干网对城网的汇总路由只需要使用BGP的本地优先级属性影响选路, 对其它IBGP邻居可以通过原来的IGP协议影响对Loopback地址的选路即可。
以EBGP互联的方式, 需要考虑的因素比其它办法都要少。其重要原因是2台主备设备之间, 仅仅考虑一个IBGP的本地优先级属性即可完全影响设备的选路。
6. 总结
本文中叙述的拓扑环境实际环境中经常出现, 两个域内部分别采用BGP与OSPF协议的方式组网并考虑路由的优选, 但其思路也适应于其它双链路互连情况下的跨域组网。在这种情况下, 两个域内部都采用IBGP互联的方式肯定是下一跳网络优化部署的思路。采用EBGP互联的方式在目前情况下显得简单、清晰, 同时也利于将来的拓展部署。
摘要：双链路互联上下级路由管理域情况下使用不同路由协议进行互联的技术比较。假定上级为IBGP路由域, 下级为OSPF路由域, 分析多种路由协议互联各自的优缺点, 以期为同等情况下的跨域互联提供技术思路的参考。
关键词：跨域路由协议,对比分析,优缺点
链路调度故障的解决 篇2
首先, 在链路调度申请前, 必须核实所涉及系统的资源, 包括端口、端口规格、传输带宽、链路套数等。在本端、对端端口资源初步确定或者传输局向基本确定 (传输ODF基本确定) 的情况下, 可以申请传输链路调度。
1 申请传输和链路调度时要注意的问题
申请链路调度前需要完成传输申请的准备工作, 这部分工作尤为重要, 是避免后续传输调度出现故障的先决条件。
许多项目在实施的时候就直接申请传输链路, 并没有核实实际情况, 当要用链路时, 才发现链路尾纤不匹配, 例如需要SC接口, 却配置了LC接口。因此在申请传输过程中, 要注意以下几个问题:①了解本端光模块、对端光模块需要什么类型的接口;②核实本端、对端使用的尾纤类型;③核实设备楼层ODF至传输ODF光缆是否满足使用需求;④申请前, 尽量通过工程主管询问传输维护部门传输路由是否满足条件。
在申请链路调度时, 要注意以下几个问题:①根据现场核实的具体情况如实填写传输链路申请表;②再次到现场核实ODF端口情况, 如果端口已被占用, 需要及时联系传输维护部门更改端口;③核实传输系统是否已经可以使用;④尽量避免使用裸纤直接接入。
2 链路调试中需要注意的问题
链路调单批复前, 可以根据确定的ODF端口进行预测试。在链路调试时, 涉及的系统有些是现网的, 有些未割接上线, 极易造成安全事故, 例如拔错纤等。所以在链路调试中需要注意以下几个问题:①要特别注意核实端口的位置。②核实传输调单分配端口是否与申请端口一致, 如果分配的是其他端口, 则要按照前面的要求详细核实新端口的情况。③在传输链路调单下来后, 切记不要急于接入, 避免因为光功率过大而烧坏光模块。④无论本端, 还是对端, 在接入前首先使用光功率计对发光端进行测试, 确保发光端光功率在规定范围内。⑤在传输链路的故障排查中, 如果出现光衰耗过大, 那么该节点肯定是故障点, 必须对其进行清洁或更换材料。⑥可以根据链路调单先行排查本端的楼间ODF光缆以及设备到ODF光纤的情况, 这时需要借助传输代维的部分工具, 包括光功率计、光源、小段测试用尾纤等。⑦如果安排有本项目工程人员, 则可以自行调试对端;如果没有安排本项目工程人员或对端在外地, 则可以联系对端机房传输代维协助测试。⑧在传输调单未下来前, 不建议与传输系统联调, 贸然调试容易造成安全事故。⑨调纤前, 先清洁成端内盒连接法兰头的成端尾纤头和法兰头 (FC头) 。插拔光纤操作时, 一定要先清洁设备尾纤。一般最好使用擦纤带, 尽量不使用其他清洁方式。⑩在将设备纤插入法兰头时, 应注意一定要对准插口, 用力要适当, 以免弄伤光纤或光纤头。⑪除了上文提到的问题外, 还有一个比较容易忽略的问题, 那就是光纤的转弯半径。
3 接入传输系统后的各种故障及排除方法
链路调单批复后, 只有在保证光功率不过大的情况下, 才能接入传输系统进行调试。下面讨论接入传输系统后的各种故障及排查方法:①传输链路不能正常工作时, 要判断出故障位置, 然后要求传输部门检查传输设备数据配置, 并清洁或更换法兰头, 更换故障光纤。②借助设备指示灯的情况。传输链路不能正常工作时, 可以借助现有的数通设备检查故障, 而且要求本端设备已经上电, 设备厂家或调试人员要在场。③设备指示灯仍无法满足调试需求的情况。首先要在本端某一位置打环, 打环前要确保光功率正常, 不能过高, 以免烧坏设备。打环后, 在设备维护平台输入命令查看端口状态, 此时端口状态一般情况下是UP, 但是数据状态为DOWN或者0时, 可以采用PING命令或者其他命令对本机IP进行测试, 观察数据丢包情况。如果本端已打环, 则数据包不会丢失。最后逐段对ODF光纤进行打环测试, 对比测试的数据, 数据异常段即为故障段。④通信协议不匹配的情况。这是由于数据设备与传输设备之间协议不匹配造成的。⑤交换机光模块配置方式有误。目前, 在数据通信中, 数据在线路上的传送方式可以分为单工通信、半双工通信和全双工通信3种。⑥传输链路丢包率过大的问题。首先要求厂家检查设备的配置情况, 包括通信协议、光模块是否完好等, 同时建议传输维护部门检查传输设备的状况是否良好。除了检查数通设备外, 问题还很有可能出现在了传输介质上, 包括光纤、法兰头、ODF架等, 这个时候需要逐段排查。⑦时断时续的情况。这种情况通常会在挂表测试、光功率测试、环路测试都正常的情况下出现, 主要原因是数据配置出错。⑧延时过高, 造成链路传输带宽不达标或者时断时续的情况。出现这种情况后, 首先要检查数据配置是否存在问题, 然后检查物理层面的光纤、法兰头、ODF架等。⑨极端特殊的情况。即使是最新设备, 都有可能存在极端特殊情况, 近2年来仍然会经常遇到。这种问题多数发生在数通设备和传输设备不是同一厂家的情况下。
在链路调度故障排查中, 由于每个项目、每条传输链路都有自己的特点, 本文所述不能完全涵盖。总之, 保证传输链路的高效、安全、稳定运行是所有通信系统稳定工作的前提, 也是所有通信项目建设最重要的节点。
摘要：网络传输技术的发展是互联网发展的基础。在云平台等互联网项目中, 最重要的一环是传输链路的调度。传输链路调度的故障排查是确保传输链路能正常工作的首要条件。
关键词：互联网,链路调度,传输系统,光缆
参考文献
[1]武新华, 段玲华.计算机网络维护与故障排除案例精选[M].北京:中国铁路出版社, 2006.
气控链路结构的应用 篇3
完整的气压控制系统是由四部分组成: (1) 气源装置气源装置即压缩空气发生装置, 其主题部分是空气压缩机。它将机械能转换为空气的压力能并经净化, 除菌 (有特殊行业要求) , 过滤为各类启动设备提供洁净的压缩空气。 (2) 执行机构执行机构是系统的能量输出装置, 如气动角座阀, 气缸和马达, 它们将气体的压力能转换为机械能, 并输出到工作机构上去。 (3) 控制元件控制元件用以控制调节压缩空气的压力, 流量, 流动方向以及系统执行机构的工作程序的元件, 有气动逻辑是门, 与门, 或门, 非门, 禁门, 或非门, 与非门, 双稳和各种方向阀, 压力阀等。 (4) 辅助元件系统中除前三类外, 其余是辅助元件, 如各种油雾气, 消声器, 散热器, 传感器, 放大器及管件等。它们互相配合组成完整稳定和持久的气压控制链路。
1 工艺流程
在实验室或食品医药行业中, 生产工艺中不同的生产区域有不同洁净度, 从低级别的区域传递物品流向高级别时, 就需要消毒灭菌处理, 通常有酒精消毒、紫外线消毒和高压蒸汽灭菌, 干热灭菌等等。其中灭菌在医药行业中是必需的一项工艺, 那么灭菌设备门的控制在工艺控制流程中如何遵循行业GMP, 本论述基于气压控制流程做以探究, 工作流程见图1所示。
等待阶段做物料处理装载的前期准备, 此时装载区门与卸载区门互锁, 也就是说卸载区门是关闭密封的, 完成装载门的关闭动作等待启动;启动时系统自检, 通过各种数字量输入元件检测工艺所需各种条件, 如压缩空气、水, 蒸汽等等。符合条件后进行处理;处理失败返回重新启动, 若处理完后卸载门打开, 此时装载区门是关闭密封的, 同样互锁与装载门, 卸载完成后门关闭密封, 结束返回到等待状态。一个工艺过程就完成了。
2 气控链路结构设计
气控链路结构设计, 见图2所示, 可分为三个过程控制, (1) 机动控制就是把压缩空气的压力能转换为机械能, 实现输出轴的旋转运动并输出转矩, 驱动做旋转运动的执行机构。装载门控由压缩空气经两位三通电磁阀SV2进入分配两位五通阀SV6, 然后再进入双向定量马达M11, 压气迫使马达叶片转动, 因而产生转矩差, 在此转矩差的作用下, 叶片带动马达转子旋转, 实现关门动作, 若改变压缩空气的输入方向, 即两位三通电磁阀SV7改变转子的方向, 实现开门动作。那么卸载门控也是一样原理, 压缩空气经两位三通电磁阀SV1分配两位五通阀SV3, 然后进入双向定量马达M8, 压气迫使叶片带动马达旋转, 实现关门动作。两位三通电磁阀SV5改变转子方向实现开门动作。 (2) 气动逻辑控制它是在控制气压信号作用下, 通过元件内部的可动部分 (如, 膜片、阀芯等) 来改变气流方向, 从而实现各种逻辑功能。此图中只使用了一种或门逻辑气路, 或门型梭阀D15、D4工作使压缩空气进入分配两位五通阀, 实现卸、装载门开门的马达动作。 (3) 安全机构由于执行机构快速运动, 可能危及设备或操作人员的安全, 在装卸载开门过程中设置了两个单电控两位五通换向阀SV12、SV10, 保证了机动门开到位置后安全卸压。安全开关SV13、SV9使电控部分继续工作时, 紧急情况下使各气动执行机构停止进行, 保证了设备和人员安全。
3 扩展结构
扩展结构是对主要系统的完善和补充, 在流程图中可以看出, 装载门和卸载门是一对互锁关系, 那么就需要气控链路互锁, 两位三通电磁阀SV5、SV7是卸载装载门开门控制阀, 在气路连接时, 装载侧门两位三通电磁阀SV7的气源b连接卸载门的密封执行机构, 同样道理, 卸载侧门两位三通电磁阀SV5的气源a连接装载门的密封执行机构, 就实现了装卸载门的联动, 如果任何一侧门气密封没有完成时, 即使开门电信号指令工作, 门控气动机构也不会执行。因此在确定了门控安全的前提下, 再接入各个工艺单元, 处理过程也就完成了。
4 电气控制
电气控制是对整个工艺流程进行综合完整的执行描述, 通过不同的电气控制设备, 来实现气控链路中各工艺元件的动作。一般有可编程控制器 (PLC) , 单板机和微电脑等等自动化控制器, 对模拟量输入, 模拟量输出, 数字量输入, 数字量输出进行自动计算执行工作。
总而言之, 气压控制的广泛应用和快速发展, 使其优异性得到了充分的体现: (1) 采用空气作为介质, 来源方便取之不尽, 用后可以直接排入大气中, 不污染环境, 不需回收气管, 安装方便, 易维护, 使用成本低; (2) 气体的性质受温度影响小, 使用安全, 特别是在易燃、易爆、高尘埃、强磁、辐射及振动等恶劣环境中, 比液压、电气及电子控制都优越; (3) 空气在管道中流动时压力损耗小, 节能高效, 可集中供气远距离传送; (4) 气压传动反应速度快, 适用于实现系统自动化控制;可与电气、液压混合控制, 调节方便。相信在大力提倡节能减排的今天, 气压控制技术一定大有可为。
摘要：气动技术的应用使能量传递方式的一次革命, 它对于实现生产过程的自动控制、改善劳动条件、减轻劳动强度、降低成本、提高产品质量发挥了很大的作用。特别是压缩空气的可储存性随时取用, 不受温度、湿度波动的影响, 没有爆炸或着火的危险, 洁净空气亦不会污染原料物体, 可获得很高的工作速度, 气动机构与工作部件无过载的危险等等一系列优点, 使其在各个行业中广泛被应用。
关键词：压缩空气,气压传动,链路互锁,电磁阀
参考文献
[1]陈立定, 吴玉香, 苏开才, 等.电气控制与可编程控制器[M].广州:华南理工大学出版社, 2001.4.
[2]袁承讯.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社, 2000.7.
社交网络链路预测研究综述 篇4
1 链路预测的早期研究
链路预测早期研究起源于计算机科学领域的数据挖掘方向, 研究的主要思路主要集中在基于马尔科夫链和机器学习。Sarukka用马尔科夫链进行网络的链路预测和路径分析, 重点研究了web网站上用户的浏览路径和访问路径;两年后, Zhu等人将马尔科夫链的预测方法延伸到了万维网的网站预测中, 帮助网站用户进行在线导航;Faloutsos等人从图论、子图的相关概念出发, 提出了基于电路法则的算法, 该算法可以从一个大型网络中快速有效的找到该网络的连接子图。虽然他们的主要工作是图论的相关理论, 但是, 他们关于子图能够清楚的反映社交网络中用户之间的关系等思想对于后面的学者研究链路预测具有很重要的影响。在后来基于概率模型的链路预测研究中, Yu等人基于引文社交网络, 构建了基于元路径的概率模型, 提出了两阶段引用概率学习方法, 通过引文网络数据证明了在引文网络中该方法相对于其他链路预测方法的有效性。
2 基于节点属性的链路预测
在早期的链路预测研究中, 为了达到预测研究的精确性, 大多采用的是基于节点属性的链路预测研究。Lin等人基于节点的属性定义了节点间的相似性, 可以直接用来进行链路预测, 该方法的前提是如果两个节点的相似性越大, 那么这对节点存在链接的概率就越大。
刘伟平和吕琳媛提出基于网络局部随机游走相似性指标的链路预测方法, 该方与基于全局信息的相关算法相比更加有效, 而且计算复杂度也更低, 特别适合较大规模的网络使用, 同时比较适合在大型社交网络使用。傅颖斌等人从社交网络的新浪微博角度考虑, 引入节点的属性特征, 构造了基于随机森林的链路预测模型, 并用新浪微博的数据对模型进行验证, 发现微博属性特征的加入可以明显提高链路预测算法的精确度。
夏凯等人结合节点属性的用户生成内容信息和网络拓扑的网络演化信息, 提出了基于信息融合相似性算法的链接预测指标对含权网络进行链路预测。针对含权网络, 陈巧玉等人考虑到Lin等人针对基于节点的相似性的链路预测忽略了链接的强度, 并且当下的研究难以确定链接的权重问题, 提出了一种基于链接重要性和数据场的链接预测算法。该方法时间复杂度不增加, 准确率提升, 美中不足的是只考虑了两个节点之间的信息。
3 基于网络拓扑结构的链路预测
虽然应用基于节点属性的链路预测研究可以得到比较好的预测效果, 但是在社交网络中, 节点的信息的获得是非常困难的。例如, 为了保护用户, 很多在线社交网络的用户信息都是保密的。此外, 即使可以通过一些方法获取节点的属性信息, 如何甄别获取的节点属性信息是对网络链路预测是否有效, 效果究竟怎么样也是困扰学者的问题。近些年, 基于网络拓扑结构的链路预测越来越受到学者的青睐。与节点的属性信息相比较, 网络的结构信息比较容易获得, 而且获得的信息比较稳定, 也比较可靠。
基于网络拓扑结构的兴起得益于以下两者的贡献:Clauset、Moore和Newman2008年发表在《Nature》上的论文以及Redner发表在《Nature》上的评论文章, 其中Clauset等人提出了利用网络的层次结构进行链路预测, Redner则关注和挖掘网络中丢失的链接。包括我国学者周涛、吕琳媛等在内的瑞士弗里堡小组也较早地发现并研究基于网络结构的链路预测的相关问题, 并取得了一些进展。周涛等人在Liben-Nowe研究的基础上, 用9种基于局部信息的指标对6种现实网络进行了对比, 验证了Liben-Nowe等人研究的正确性, 并且在此基础上提出了资源分配指标 (Resource Allocation Index, RA) 和局部路径指标 (Local Path Index, LP) , 这两个指标准确性高于原来的指标。Yin等人基于Twitter网络的局部结构化信息, 利用决策树和回归模型的链路预测方法来预测两个结点间产生链接的概率。他们充分利用网络结构信息, 分析不同结构特征下用户间产生关注的可能性。
4 结合节点属性和网络拓扑结构的链路预测研究
最近几年, 随着现代计算机技术的进步, 节点属性和网络拓扑结构的相关信息变的相对容易收集, 国内外学者开始尝试将节点属性和网络的拓扑结构结合起来研究各个领域的网络。Popescul等人提出一个结构回归模型, 利用关系特征来对科学文献引用的社交网络链接进行预测, 对早期节点属性和网络拓扑结构的结合研究进行了研究。他们不仅利用网络结构中的引文信息, 还利用了作者信息、期刊信息等节点属性的信息。张斌等人与传统考虑同质网络不同, 以科学知识网络为主要对象, 将科学知识网络中分为同质网和异质网, 从合作网、引证网、二分网对知识网络的链路预测进行了梳理, 并介绍了异质网络的链路预测方法。同样考虑异质网络, 黄立威等人从异质网络出发, 提出一种基于元路径的链路预测模型, 通过组合不同元路径上对象之间连接建立的概率来进行链路预测, 在DBLP和Last.fm两个网络上进行实验, 验证了算法的有效性。王莹等人基于地理位置的社交网络 (Location—Based Social Network, LBSN) 提出签到时间和频率2类新的链接预测特征, 综合考虑用户签到的时间、空间、频率等多种信息, 建立LBSN的链路预测框架, 通过Bright kite网验证了预测准确率的提升。
5 结语
综上所述, 目前社交网络链路预测研究存在预测精度不高, 对象不明确的缺点, 随着现代科技的进步, 节点属性和网络拓扑结构的相关信息变的相对容易收集, 充分考虑社交网络的特殊性, 学者们对链路预测的研究不能仅仅靠节点属性或者网络拓扑结构, 而是把网络节点属性和网络拓扑特征结合起来研究, 不断提高精确度, 为社交网络的实际管理者提供决策依据和参考方案, 帮助制定和完善相关营销策略, 探索如何提升社交网络用户满意度和忠诚度的方法。
参考文献
卫星地球站传输链路计算 篇5
1 卫星链路计算的任务
卫星链路计算的任务主要是根据传输系统功能和要求, 并通过计算信息速率、字符率求出基带信号占用带宽, 确定向卫星公司租用转发器的使用带宽;通过转发器及地球站的参数, 计算地球站能得到的载噪比以及相应的发射EIRP;通过转发器及接收机的基本参数, 确定地球站的天线尺寸、发射功率等。 一般链路计算中主要是对地球站天线尺寸、发射功放、占用的卫星功率及链路可用度进行优化设计。
2 链路计算相关参数
2.1 天线增益
卫星通信中, 一般使用定向天线, 它把电磁能量聚集在某一方向辐射。
天线的增益定义为:
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对于喇叭天线, 抛物面天线等面天线其增益的计算公式为:
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式中:A——天线的口面面积;
λ——工作波长, m;
η——天线效率。
2.2 自由空间传输损耗
卫星通信的一个显著特点是电磁波传输的距离非常远。电磁波在传播过程中受到极大的衰减, 传输损耗非常大。当采用C波段传输, 上下行频率分别是6GHz及4GHz时, 自由空间的传输损耗约分别为200dB及196.5dB。通信距离方程表示电波在自由空间以球面波的形式传播, 电磁能量扩散在球面上, 而接收点只能接收到其中一小部分, Lf就是此含义。对于C波段来说:
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2.3 全向辐射功率
卫星传输中用有效全向辐射功率EIRP来代表地球站或卫星发射系统的发射能力。EIRP是天线所发射的功率Pt与该天线增益的乘积:
EIRP=Pt×Gt
它表明了定向天线在最大辐射方向实际所辐射的功率, 它比全向天线辐射时在该方向大了Gt倍。
2.4 损耗
电磁波在空间传输时除自由空间损耗外, 还有其他损耗。这些损耗包括:大气损耗, 大气的折射影响, 天线跟踪误差损耗, 极化误差损耗, 电离层闪烁。在链路计算中, 主要考虑的是大气损耗中的降雨损耗 (对于Ku频段的卫星尤其重要) , 天线的跟踪误差。
3 计算
详细的链路设计主要根据卫星地球站计划租用卫星的参数、节目传送方式和系统要求, 并依据发射点和落地点的相关参数进行的。下面是以甘肃卫星地球站为例进行链路的相关计算。
3.1 计算参数
以中星6B卫星S10转发器为例, 卫星轨道位置为东经115.5度, 上行频率6135MHz, 下行频率3910MHz, 转发器带宽36 MHz。卫星等效全向辐射功率EIRPs为36～44.5dBW, 在兰州约为41 dBW, 饱和功率通量密度SFD为-70到-95 dBw /m2 , 卫星接收天线增益和噪声温度比G/T=-5dB/K。
发射点有关参数。甘肃卫星地球站为例, 发射点地址为东经103.75°, 北纬36.07°.使用卫星转发器为C波段.天线口径为9M, 其天线增益为53.1dB.GENⅣ功率放大器功率P为3kW, 其输出饱和功率为64dBW, 对于QPSK调制信号传输, 要求功放工作在线性区, 至少需要回退1～2dB.高功放输出波导开 关及馈线系统损耗约2dB。
接收端有关参数。接收端地点以兰州为例, 天线口径选用1.8M, 2M二种。
3.2 基带信号
根据系统功能和要求, 并通过计算信息速率、字符率求出基带信号占用带宽, 以向卫星公司租用转发器的使用带宽。
3.2.1 信息速率
一路视频5Mbps, 一路立体声电视伴音0.256Mbps, 三路立体声广播3×0.256=0.768Mbps, 一路图文电视0.338Mbps, 一路低速业务数 据通道0.0192Mbps, 一路高速数据1.5Mbps.总信息速5+0.256+0.768+0.0.338+0.01922+1.5=7.88Mbps。取开销为总信息速率 的2% , 则有效传输比特率为7.88× (1+0.02) =8.03Mbps。
3.2.2 传输速率
因前向纠错率FEC为3/4, RS纠错编码为 (188, 204) , 故有传输速率为R=8.03×4/3×204/188=11.6Mbps。
3.2.3 字符率
QPSK调制时, 有11.6/2=5.8Mbps。
3.2.4 占用带宽B
当滚降系数取0.35时, 载波带宽为5.8× (1 +0.35) =7.83MHz, 加0.16MHz保护带宽后, 则占用带宽B=7.83+0.16=8MHz。
可见, 根据计算结果, 租用转发器带宽至少要8MHz。
3.3 卫星下行EIRPs的计算
卫星公司提供的技术资料表明, 转发器用SCPC方式多载波时, 为减少失真, 则转发器的总输出功率回退 (OPBP) 需3dB, 甘肃卫视占用带宽8而言, 输出功率还需回 退101g (36/8) dB, 故卫星下行等效全向辐射功率即:EIRPs=41-[3+101g (36/8) ]=41-9.5=31.5 (dBW) 。
3.4 卫星上行EIRPe的计算
由于上行EIRPe与上行频率和传播损耗有关, 因此, 必须首先求出自由空间电波的传播损耗 Lf上=201g (4πd / λ) , Lf又与卫星到发射点的距离d有 关, d=6378/44.7-13.22cosξcosφ=6378/44.7-13.22cos36.07cos (115.5-103.75) =37380km。
式中:ξ 是发射点纬度;φ是发射点与卫星经度差.知 道了 后, 就可方便地求出Lf =201g (4×3.14×37380×10×6.135/3) =199.65 (dB) ;另考虑到上行大气吸收和雨衰的原因, 取0.5 dB左右, 则上行链路总损耗为Lu=200.15 dB, 因此, S10B转发器推至饱和所需上行EIRPes可根据公式求得:
EIRPes=SFD-10lg4π/λ2+[Lf]+[Ls]
即:EIRPes=-87-37.2+200.15+0.7=76.65 (dBW) , 卫星公司提供的技术资料, 转发器用 于SCPC方式多载波传送时, 为减少失真, 转发器输 入回退需要6dB, 则: EIRPe=EIRPes-IPBO=76.65-6 =70.65 (dBW) 。
3.5 高功放输出功率
要求高功放输出功率, 首先要求得天线发射端口功率P天, 因为P天=EIRPe-[G]=70.65-53.1=17.55 (dBW) , 考虑到高功放到天 线的馈线损耗约为2.4dB, 因此, 高功放输 出功率应为19.95dBW。因功放最大输出设定为60dBm, 即30 dBW, 那么上行功率储备 P备=30-19.95=10.05 dBW。
3.6 下行接收计算
3.6.1 接收天线增益
取2M, 1.8M天线的效率均为0.65 , 下 行频率3910MHZ, 则根据天线增益计算公式
G=20lgπd/λ+10lgη
得2M天线增益G2=201g (3.14×2/0.0767) +101g0.65 =201g81.8+101g0.65=20×1.91-1.87=36.33 (dB)
1.8M天线增益 G1.8=201g (3.14×1.8/0.0767) +101g0.65=201g73.68+ (-1.87) = 20×1.87-1.87=35.53 (dB)
3.6.2 卫星接收机的输入电平
卫星接收机的输入电平应该在接收机规定的范围之内, 若输入信号过强则在接收机内部产生较大的失真。
而输入信号过弱, 接收机内部噪声的影响就会很严重。目前市场上的数字卫星接收机输入电平范围的典型数值是-60～-30dBm。
卫星接收机输入功率电平Pi=EIRP-L0+Gr+GLNB-Lcable-Ls, 其中为L0自由空间损耗, Gr为接收天线增益, GLNB高频头增益, Lcable为电缆损耗, Ls为功分器损耗。若使用2M天线接收甘肃卫视, 高频头的增益为60, 第一中频电缆长50M。采用SYKY-75-9-7型电缆, 采用十二路无源功分, 则接收机的输入功率电平Pi=41-195.7+36.3+60-8.3-14=-80.3dBw=-50.3dBm这样的输入电平对目前市场上见到的数字卫星接收机来说很合适的。
4 结束语
在进行计算时一般遵循以下三个原则: 功带平衡的原则, 上、下行降雨不同时考虑的原则, 适度保守的原则, 这样的计算结果才有可靠性。
摘要：利用卫星转发广播电视信号, 转发的质量如何, 接收站的设备如何配置, 都需要涉及传输链路的计算, 它是设计地球站或接收站时进行的信号传输质量和各种技术参数的定量分析计算。以甘肃地球站为例, 对卫星租用带宽、上行功率、天线接收系统等的计算作了全面的阐述。
关键词：卫星,广播电视,传输链路,计算
参考文献
文昌油田卫星通讯链路优化设计 篇6
随着数字技术的迅速发展, 卫星通讯作为一种重要的通讯手段, 在海上通讯等方面得到了迅速发展, 具有全球覆盖性、固定的广播能力、按需灵活分配带宽以及支持移动性等优点, 成为一种向海上平台用户提供通讯网络服务的最佳选择方案。
因为海上作业平台所处位置的特殊性, 不同于陆地的通讯光缆连接, 海上作业平台局域网需要采用卫星链路技术的广域网实现与陆地总部的互联互通。 而卫星链路有延时大、带宽小和费用高等特点, 针对这些特点, 我们对文昌油田的通讯链路优化进行了研究。
2 文昌油田数据链路现有情况
文昌油田与陆地的数据链路连接采用128K卫星线路的形式, 拓扑图如下:
平台网络应用主要有生产、办公、上网浏览等系统, 如MAXIMO和NOTES等, 而现在仅有的一条数据链路带宽为128K。在实际生产应用中, 一些重要的应用并不能得到很好的使用, 经过有关的测试发现网络里的最重要信息流无法顺畅流通, 广域网资源使用量无法被很好地识别, 油田上非关键、非紧急应用信息流对有限的卫星带宽资源的抢占是个令人挺头痛的问题, 如现在上INTERNET和内部网站将大量的卫星带宽吃掉, 严重影响了重要应用的运行。
我们通过流控设备 (packeteer) 监测某平台的数据, 发现这种非重要性应用吃掉的带宽达到令人吃惊的程度, 上INTERNET和内部网站的流量在高峰时将128K全部占满。
由此可知, Maximo、办公室自动化、数据库等关键业务应用要与其它相对无关紧要的应用如网上浏览、下载等争夺有限的广域网资源。网络阻塞直接影响关键业务的应用, 降低了企业生产力。
3 引起网络阻塞的主因分析
3.1 带宽的局限性分析
3.1.1 局域网与广域网接合部吞吐容量的巨大落差
今天局域网所普遍采用的局域以太网技术有10 兆、100 兆、千兆和全、半双工之分, 广域网采用DDN、帧中继、ISDN、或卫星等传输技术, 传输管道带宽通常在2 兆以下。在局域网与广域网接合部上吞吐量的如此巨大差异, 使通信瓶颈自然形成。理论上局域网可向广域网发放广域网能够承受的以倍数计的信息量。
也就是说, 网络中信息源, 即服务器和客户机向网络发送信息的量不受控制, 阻塞的发生就很自然了。
3.1.2 信息源发放数据的随机性
除了以上所述的信息量不受控制以外, 就是信息发放的时间也不受控制。信息源, 无论是服务器或客户机, 在收到对方信息发送请求后就会向网络发送对方所需的数据。信息源在这时是不会关心或顾及网络是否有资源去处理正在被发送的数据量, 而是先发了再算。数据包因为阻塞被丢弃而需重发则是另外一回事。当网络中所有信息源都是这样毫无节制地任意发送数据, 阻塞就会产生。
3.1.3 信息包在路由器上漫长的等待和迷失
路由器就象交叉路口上的交通灯一样, 不断地指挥着南来北往的车流。问题是, 在交通流量高峰期, 当车流总量远远超过路口负荷极限时, 再有效率的交通灯也束手无策, 所有车辆只能在灯下排队。当从局域网发向广域网的信息流总量超过广域网传输管道容量时, 路由器只能让来不及转发的信息包在路由器上大排长龙。除了排队需要时间, 路由器花在管理所有大大小小队列上的精力也不可忽视。路由器, 特别是网络边缘的低端路由器平时完成主要路由任务已经忙得不可开交, 现在还要它们分散精力去处理与路由无关的艰辛的队列优化任务, 它们自然就显得力不从心, 路由工作也就慢了下来。当路由器里队列过长, 路由器上不同的信息包丢弃机制就会起动, 大量的信息包就会被抛弃, 导致严重的TCP 重发。
综上所述, 在今天的多业务企业网中, 缺乏了一种更行之有效的保障应用运行服务质量 ( 即QoS) 技术以根治种种引起阻塞出现的问题, 我们就无法在任何时候都能保障企业关键应用的畅通无阻。没有一种更好的应用带宽管理工具, 网管人员就不能高枕无忧地不必为应用响应而担心。没有一套完整的, 复盖全企业所有分支机构的应用效能基础设施, 企业管理层就不能确保昂贵的应用投资有很好的回报, 不能控制广域网资源的循环开销, 无法确保直接与生产力有关的企业关键应用的运行效能。
3.2 卫星固有的缺陷及分析
卫星信道的一些固有特点对TCP/IP体系影响很大。在现有的卫星信道条件下, TCP/IP协议的性能较差, 带宽利用率较低。
(1) 长时延。
由于地球站与卫星之间相隔遥远, “一跳” (从地球站到卫星再到地球站) 的时延可达279ms, 一次响应时间至少558ms, 它的传输延时远远大于地面信道的传输延时。这么长的时延会形成一个长的反馈环路, 对于可靠传输协议TCP来说, 其发信机判断数据包是否已到达目的地的时间较长。而且, 长时延会使时延带宽积相当大, 当时延带宽积达到105bit时, TCP的性能将明显下降。卫星传输信道的长延时特性使TCP协议控制策略的综合性能受到了影响, 主要表现在两个方面:
①最大数据传输速率受限
②TCP协议的基本拥塞控制协议性能下降
最大数据传输速率受限TCP协议中的最大接收窗口在长延时卫星通信网中成为通信瓶颈。在TCP协议中, 最大接收窗口为64K字节, 同步卫星信道的双跳时延是560ms。在这560ms中它最大能传输64 K字节, 这样卫星信道中的最大数据传输速率为64K×8/560=0.94 Mbit/S。这表明, 即使卫星信道的发送速率超过0.94Mbit/s, 它实际的最大传输速率也被限制在0.94Mbit/s。
基本拥塞和流量控制协议性能下降 TCP协议的基本拥塞控制协议是:慢启动 (slow start) 和拥塞避免 (Congestion avo idence) 。在长延时的通信环境中效率很低。 根据TCP协议, 连接建立后, 首先根据慢启动算法对流量进行控制。按照慢启动策略初始发送窗口大小为1个基本数据包, 然后按指数增大接收窗口。这样, 从开始到恢复到最大发送窗口所需的时间为: 慢启动时间=RTT×1og2 (max-win/MSS) 其中:RTT为往返时延;max-win为TCP最大窗口; MSS为每个数据包的长度。 按照RTT=0.5s, max-win=64K字节, MSS=512字节, 则慢启动时间为3.5s。这说明在前3.5s内, TCP传输不可能达到峰值传输速率。一旦由于拥塞或信道错误发生数据包的丢失, 就会触发拥塞避免, 这时将在很长时间内低于峰值发送速率;如果发生了多个丢失, 则需要更长的时间来达到峰值传输速率。
(2) 信道误码率较高。
卫星信道的比特差错率 (BER) 大约为10-6数量级, 这远远高于高速有线媒质 (如光纤) 。另外空间信道的各种随机因素 (如雨衰等) 使得信道出现突发错误。噪声相对高的卫星链路大大地降低了TCP的性能, 因为TCP是一个使用分组丢失来控制传输行为的丢失敏感协议, 它无法区分拥塞丢失和链路恶化丢失。较大的BER过早地触发了窗口减小机制, 虽然这时网络并没有拥塞。此外, ACK分组的丢失使吞吐量进一步恶化。
卫星信道的这些固有特征使整条通信线路上所有基于TCP/IP协议进行传输的应用都受到影响, 无论是LOTUS还是HTTP的连接都会因为TCP/IP协议在卫星信道上的传输效率低下而变的速度缓慢。
3.3 Notes系统机制
由于Lotus Notes邮件系统在客户端访问服务器时, 它是将访问对象全部通过网络下载到本地机器上在本机上运行, 这样当邮件的附件比较大时, 再加上其他应用也要占据带宽, 速度就显得特别慢。
3.4 争抢带宽
技术人员在对海上作业平台流经广域网的流量和协议进行捕获和代码分析, 发现海上作业平台的广域网承载了众多的网络应用, 除Louts Notes、Maximo等为部分重要的办公和生产应用, 其它均为次重要的网络应用, 这些次要的网络应用占用了宝贵的广域网资源, 抢夺了网络核心应用的带宽。网络阻塞直接影响关键业务的应用。重要信息流无法顺畅流通, 广域网资源使用量无法被很好地识别, 导致工作生产应用不能正常顺畅的使用。
4 解决方案
4.1 在文昌油田平台上配置PacketShaper流控设备
在文昌油田平台网络配置PacketShaper流控设备来对海上平台到基地的数据流量进行控管, 完成对卫星数据链路的带宽控制, 以达到保证主要应用的正常使用。在任何时候, 只要生产办公的核心应用服务启用, 其它非主要的应用服务数据的流量将自动降下来。
PacketShaper设备具有如下优点:
(1) 分类 ( Classify Traffic) 。
有效的带宽管理首先要能够分类出网络上有哪些应用或协议在运行, 然后才能找到关键应用并加以保护。
(2) 分析 ( Analyze Traffic) 。
通过分类我们能够清楚网络上的各种应用, 同时对每一种应用类型, PacketShaper都会自动收集详细的估指标, 以提供关于网络使用情况、应用软件性能和网络效率方面的详细分析。
(3) 控制 ( Control Traffic) 。
PacketShaper确保按每种应用的重要性来分配带宽。Packeteer的TCP整形技术和UDP整形技术通过基于策略的带宽分配和流量整形保护关键的应用软件。
(4) 报告 ( Report) 。
PacketShaper产品的报告功能可以使用效益分析报表来计划未来网络带宽管理的目标及执行方式。
海上平台网络应用PacketShaper来进行带宽控管后, 可以达到如下效果:
①保证Maximo系统进程能够随时抢占所需的卫星链路带宽和资源;
②当Maximo系统进程与其它网络进程 (比如Http、Ftp等) 同时共享卫星链路时, Maximo进程应能够优先获得卫星链路的使用权;
③当Maximo系统进程完成后, 能够及时释放卫星链路的带宽资源, 以保障其它网络应用的运行;
4.2 TCP/IP协议在卫星信道上的传输的优化
针对TCP/IP协议在卫星信道上传输效率比较低的问题, 我们可以采用基于信关站的特殊策略: TCP协议采用的是端到瑞控制方式, 将拥塞控制放在拥塞发生的信关站会得到更好的效果。严格说, 在信关站采取的策略不属于TCP协议。由于信关站对拥塞控制具有直接性, 因此对网络传输具有比较好的改进效果
采用TCP协议欺骗法:即在确认信息尚未到达时, 信关站作为虚拟的目的节点向源端发送确认信息使得源端可以继续发送下一数据包, 同时信关站又作为虚拟的源端向真正的目的端发送数据, 这样对源端可以减少确认信息的往返时延, 从而提高源端的发送速率。
优化方案描述:
需要卫星传输硬件设备的支持, 增加卫星复用器对该功能的支持或者添加新的功能硬件设备。
在卫星链路的两端复用器上启用TCP协议欺骗功能 (TCP加速功能) , 以提高TCP协议的传输效率。
5 Notes邮件系统优化方案
在本地建立邮箱复本
方案功能和描述:
通常我们打开Notes邮件, 调用的是Notes邮件服务器上的数据库, 而Notes机制决定在调用邮件数据库时会将访问对象全部通过网络下载到本地机器上, 导致打开邮件较慢。
实施方法步骤:
(1) 在本地创建一个邮箱复本, 点击Notes菜单上的“文件—复制—新建复本”, 在弹出的对话框里, “服务器”项里选择“本地”;“文件名”项里保留默认名;创建时间选择“立即创建”, 其他项不变。点击“确定”键, 此时开始建立复本。当邮箱库在本地的复本建立完成后, 再设定好“每天复制时间”及复制的“重复间隔”等参数, 每隔固定时间本地复本就会更新一次服务器上邮箱的邮件, 达到与服务器邮件同步的效果。
(2) 手动更新本地复本
在Notes的 “工作台”里的”服务器”项里选择“本地”;“数据库”项选择邮件复本库, 并将其打开, 点击一个邮箱图案的方块右上方的绿三角, 再点击“复制”, 选择“从后台复制”点击“确定”按钮, 此时复制器将你在服务器上的邮件更新复制到你的本地复本上。这样, 你打开本地的邮箱就可以阅读最新的邮件。
(3) 在本地复本上发送邮件, 不但可以在本地复本上接受邮件, 还可以在本地发送邮件, 方法完全一样, 打开本地的复本邮箱, 接受和发送邮件完全可以在本地进行, 不必一定要在服务器上进行, 一定程度上可以提高速度。
6 及时查杀病毒和安装操作系统升级补丁
维护海上作业平台计算机信息网络环境, 为每一台电脑安装杀毒软件, 及时更新病毒库。网络病毒的破坏性强、传播扩散速度快, 能够在较短的时间内, 感染网络中的所有电脑, 造成计算机信息网络和办公电脑的瘫痪。在瘫痪的网络内, 根本无法使用Maximo系统。
没有安装升级补丁的电脑系统给黑客和病毒留下了后门, 黑客和病毒可以通过这些后门攻击电脑, 破坏电脑的正常运行。我们应养成主动升级操作系统补丁的习惯, 防患于未然。
7 Internet联网优化
为了更好的管理非重要的网络应用对办公应用带宽的挣抢, 优化Internet上网效率, 我们可以采取如下措施:
7.1 禁止有害的应用和严重影响网络性能的应用
在路由器上通过设置访问控制列表将一些病毒以及DoS (拒绝服务攻击) 经常攻击的端口禁用掉。
在PacketShaper上将一些严重影响网络性能, 吞噬网络带宽的应用禁止掉。如Http下载、Ftp下载、在线音频/视频等。
7.2 对网络使用进行时间限定
通过严格的管理制度, 比如限制白天工作时间内上网、下载等应用, 有助于保证平台上工作人员使用Maximo和Notes更有效率的工作。
为了更有效的管理, 我们可以在代理服务器NetApp上添加如下策略:
在某具体时间段内 (白天工作时间段) 禁止平台上的所有计算机使用代理服务器进行Internet浏览服务, 以保证正常工作时段的网络带宽。具体的限制时间段可由甲方根据实际需要提供给我们技术人员。
7.3 正确的使用软件
为提高上网速度可以对IE浏览器进行一些设置:比如关闭图象自动下载等, 正确设置好IE浏览器缓存和磁盘缓存, 取消浏览器软件的启动页面, 定期清理IE收藏夹及缓存, 对10.*.*.* (中海油办公网络IP地址段) 网段地址的访问, 不使用代理服务器等, 这些措施都有利于加快上网浏览的速度。
8 结语
随着中海油不断引入先进的现代企业管理思想、方法和信息技术来加强企业管理, 企业信息化的建设与现代企业管理的程度有着非常密切的关系, 企业通过运用现代信息技术改善经营管理, 达到提高公司的核心竞争力的目的, 以后各种应用将不断的增多, 如何合理利用带宽、提升网络传输性能将是一个很重要的研究课题。
摘要：卫星通讯作为一种重要的通讯手段, 有其固有的缺陷。通过对文昌油田卫星通讯链路的现状分析, 针对用户的使用情况, 提出了一些改善、提高从而尽量减小缺陷影响的方案。
我国高清电视广播链路工程解析 篇7
我国发展高清电视广播的历史并不长, 深圳电视台2003年10月曾在中国试播第一个高清频道, 其后零零星星有电视台涉足高清广播。当时用户数量很少, 大部分通过有线电视付费频道收看高清节目。高清电视广播最近两年得到快速发展:2008年2月29日, 广电总局正式确定北京、天津、上海、沈阳、青岛、秦皇岛、广州、深圳八个城市在奥运会期间开播地面高清, 实现奥运会高清数字电视转播, 这八个城市的观众可通过天线接收到无线高清信号;一年半后的2009年9月28日, 我国中央电视台一套、北京卫视、上海东方卫视、江苏卫视、湖南卫视、黑龙江卫视、广东卫视、深圳卫视、浙江卫视九个电视频道同时实行高标清同播, 到此时, 高清机顶盒、高清电视机销量猛增, 高清产业链得到迅速发展, 高清观众数量也大幅增加。
早在五年前, 我国部分电视台就已经在规划和建设中引入高清元素。到今天, 不少台已经拥有一定数量的高清演播室、高清转播车、高清播控系统、高清数字卫星系统、高清摄像机和高清编辑系统, 具备一定高清化基础。随着广播电视专用卫星鑫诺6号将于今年发射升空, 卫星转发器资源紧张状况将得以缓解, 明年将有安徽台、重庆台等很多电视频道加入到高清电视广播阵营。
2我国高清电视广播链路的技术瓶颈
长期以来, 制约我国高清发展的最大瓶颈是高清节目源匮乏, 这个问题目前依然存在, 但缓解已经指日可待, 而技术层面的瓶颈却开始浮出水面, 为了清楚阐述高清的技术瓶颈, 我们先描述一下我国高清和标清格式的图像结构对比 (图1) 。
标清画面像素是41.4万, 而高清画面像素达到了207.3万, 高清像素是标清的整整5倍, 严格地说, 水平像素达到1920线, 每帧画面像素才能达到207.3万, 这才是真正意义的高清设备, 我们称呼其为“高清全带宽”设备。理论上, 高清从拍摄、制作、播出、传输以致用户显示终端, 都必须为全带宽, 观众才能欣赏到真正意义的高清节目, 而现实的情况却不是这样, 高清链路存在着若干技术瓶颈, 他们分别是:
1. 源端奇缺高清全带宽产品
多年来, 市场上传统的高清摄像机有HDCAM、DVCPRO HD和HDV, 这些设备的CCD只有100万/150万像素, 其水平分解力只能达到1440线。最近两年, 市场大量涌现出以蓝光盘和半导体为记录介质的高清摄像机, 厂商均号称其通道性能可达到全带宽水准。其实, 决定高清摄像机质量最重要的参数还要看其通道码流, 码流多少才达到高清全带宽质量呢?该问题可以参考标清, 标清典型的通道码流为50M (见IMX和DVCPRO 50) , 若高清也采用同样的帧内压缩技术, 当画面足够复杂、画面内容空间相关度不高的情况下, 高清压缩编码效率就与标清完全相同。因此, 高清全带宽较合理的压缩码流大约五倍于50M, 即接近250Mbps。
前述分析以MPEG-2帧内压缩技术为基准, 蓝光盘摄像机采用MPEG-2帧间压缩, 其50M大约等同于MPEG-2帧内压缩的150Mbps;半导体摄像机采用H.264帧内压缩, 其100M大约也等同于MPEG-2帧内压缩的150Mbps, 都不能达到高清全带宽要求。但是它们的静态指标会很高, 甚至能通过高清全带宽静态指标测试, 只是当画面复杂时, 通道处理不了过大的数据量, 动态视频质量必然下降, 经主观评价其图像效果也未必优于HDCAM。
真正能记录高清全带宽的格式只有HDCAM SR (440M码流) 和HD D5 (235M码流) , 主要用于数字电影, 价格昂贵, 而且基本买不到这两种格式的ENG摄像机。此外, 演播室摄像机通常也能达到全带宽质量, 但极少配套配备全带宽记录设备, 演播室节目经录制后图像质量必然下降。各种记录格式详见表1。
目前使用最多的高清格式是HDCAM、XDCAM HD和P2HD, 各种格式的技术质量对比见图2, 相信未来几年必定会有价格低廉的真正的高清全带宽摄录像机面市。
2.分发端编码效率不高, 而高性能编码技术存在准入障碍
H.264是目前全球各行业公认的效率最高、技术成熟的图像编码技术, H.264替代MPEG-2进入高清各领域是技术更新换代的必然, 也是广播电视业界的共识。高清传输分发端对编码效率十分敏感, 对H.264技术需求若渴。但是, 我国行业规定了高清分发端只能采用MPEG-2进行编码复用, H.264存在准入障碍。
3.全链路带宽不足
我国高清全链路带宽分布并不平衡, 链路末端问题尤为突出, 为了使一路卫星转发器 (有效信息速率42Mbps) 同时承载2路高清信号, 规定每路高清信号经MPEG-2编码后码流为19Mbps, 操作中还要兼顾卫星信号落地进入有线电视网后的频道资源利用率, 实际最终的高清码流只有18Mbps, 其中视频码流16.5Mbps, 仅仅类同于标清3.6M的质量水平 (目前标清视频传输码流为5Mbps) , 质量水平实在不高。
广播电视测试业界有一种观点认为:高清码流对比测试表明, 选择18M视频码流基本可以达到较高质量, 码流再增高意义不大。这种观点的错误在于忽视了当前高清测试信源基本都有缺陷 (信源数量少, 且很多信源只有150万像素) , 他们对高端链路的测试结果并不可信。
4.信源加密造成资源浪费
我国对高清电视的卫星广播链路信源还进行了加密, 即限制企业、个人通过卫星接收高清信号。有加密就需要解密, 因此导致所有高清卫星接收终端都要配置解密卡, 这是一笔庞大费用;加密带来的另一个恶果是占用了十分紧缺的带宽资源, 每个高清频道大约为此损失1M以上带宽。
5.音频链路简陋, 时延特性离散, 音画不同步现象较普遍
我国广播电视业界对电视音频一直不够重视, 电视从单声道、立体声再到环绕声, 音频链路的建设进度严重落后于技术本身。目前, 采用立体声制作节目的高清频道不多, 环绕声更几乎没有, 音频链路构建也比较简单, 链路时延离散, 音画不同步现象较普遍。
3我国高清电视终端技术质量的改善
影响高清终端技术质量最根本的因素是H.264编码问题, 该问题一解决, 其他问题都很容易解决。事实上, 我国4年前就已经研发了具有自主知识产权的编码技术AVS, 由“数字音视频编解码技术标准工作组”联合国内多家企业和科研机构完成。但是, AVS高清编解码芯片至今不能进入商用, 严重滞后于技术发展。
从权利费用的角度来看, 每台MPEG-2、H.264、AVS编解码器的专利使用费大约分别为2.5美元、0.45美元、1元人民币, AVS具有价格优势, 但我们要结合其他因素综合考虑, 尤其要珍惜普及先进技术的难得机遇, 否则得不偿失。
分发端的链路分析表明, 支持高清全带宽的最低码率要求为:H.264 (或AVS) 11Mbps, MPEG-2 24Mbps。在H.264和AVS问题解决之前, 我们唯一能做的就是尽量提升信道传输码率, 将出口MPEG-2码率从18Mbps提升到21Mbps以至再达到24Mbps;除此之外, 加强对高清链路技术测评, 及时发现并改进薄弱环节也对整体质量改善有一定帮助。
4高清链路的规划策略
所谓规划就是对高清节目生产所涉足的新闻域、制作域、存储域、播出域、发送域中的流程、设备、压缩格式、码流、存储介质进行选择和应用 (图3) 。
链路规划牵涉到复杂的技术因素、市场因素和人员因数, 是一个系统问题。在我国当前的技术经济环境下, 建议采用以下四条原则来推进高清链路建设:
1.设备购置高清为主;
2.链路质量逐渐推进;
3.生产流程分步改善;
4.前端后端均衡带宽。
这四条原则可理解为:第一, 当前市场上很多产品都符合高标清两用属性, 因此, 无论有没有开展高清广播, 设备购置都以满足未来高清广播为主, 向下兼容标清即可。第二, 在目前连信号源端都奇缺高清全带宽设备的情况下, 高清全链路技术质量也没有必要一步建设到位, 可先把末端链路建设窄一点, 3至6年后, 再拓宽链路达到或超过全带宽水准, 可节省费用。第三, 高清制播流程在标清基础上以“同播”起步最佳。同时, 在高清标清素材大量混合使用 (通过上下变换) 的今天, 流程切忌全面推进, 分步改进高清流程对提高标清节目利用率有利。第四, 链路带宽是非常宝贵的资源, 从源端到分发端, 全链路没有必要都保持高带宽, 而应该逐步降低, 这样全链路最终仍能以较低成本获得较高信号质量 (图4) 。
以下我们对高清链路规划中的重点环节进行阐述:
1.码率规划
码流规划 (表2) 实际上也决定了高清存储介质选型。另外, 对HDCAM格式作一点说明, 该格式码流为144Mbps, 虽然静态测试指标不高, 但其多带复制效果好, 最终质量主观评价不错, 不差于很多所谓的高清全带宽产品。
2.网络规划
高清网络化涉及的问题很复杂, 各台情况各异, 对此没有统一标准。不过, 高清新闻生产网络化是业界较普遍的选择。若标清新闻已经网络化生产, 则在标清网基础上增加高清编辑站点和高清合成服务器即可。至于高清专题、综艺等高端节目, 它们对资源共享要求不高, 时效性也不强, 选择传统高清对编加字幕或采用高清单机非编也是可行的方案;不过, 较好的做法还是采用高清网络非编, 比如苹果、AVID都是不错的选择。为了节省费用, 我们可在非编网中规划以本地硬盘存储为主, 网络盘配置少一些, 甚至就直接采用对等网联网, 还可以通过相互抽拔本地硬盘来进行素材交换。
高端高清网对上下载设备很敏感, 有实力选择真正全带宽的HD D5录像机最好。退一步看, 选择HDCAM、XDCAM HD422、P2 HD都不太满意, 建议结合价格等其他因素选择。
在绝大多数电视台已实现全数字化硬盘播出的今天, 高清制播系统之间可以采用文件送播、磁带送播、基带数据流送播, 这些技术都比较成熟。
3. 出口规划
高清传输分发最常用的途径有三条, 即无线数字电视地面广播、有线数字电视广播和卫星广播, 它们对链路的要求有所不同, 目前绝大部分高清机顶盒都支持H.264解码, 电视台最理想的做法是用H.264一次编码为11Mbps后分发以上三处, 这样可确保信号成本低、效率高、质量好。
4. 音频规划
高清音频链路可同时采用杜比E技术和杜比数字技术, 其中杜比E技术最多把八个声道的音频编码在一路AES (两个声道) 中, 编码后码流约2M, 格式25帧/s, 非常便于后期编辑制作;当编码后的杜比E音频进入播出系统时, 会被转换为线性PCM信号, 这时, 播出系统又将对音频信号进行二次编码为杜比数字信号AC-3, 码流最高约640kbps, 能在占用最小带宽的前提下完成5.1环绕声播出;当AC3编码信号送至家庭用户机顶盒时, 内置杜比数字解码电路会根据元数据还原出环绕声、立体声或单声道音频 (图5) 。
由于链路时延差异, 高清音频很容易与视频不同步。常有两种情况, 第一, 链路自身问题, 节目播出端已经不同步;其二, 用户终端视音频芯片延迟特性不一致, 造成音画不同步。对于第一种情况, 我们通常通过数字调音台、上下变换器、嵌入器、音频延时器等设备对声音进行延时处理达到同步。
5高清链路建设中的设备选型
设备选型牵涉的因素很多, 为了简化问题, 本文仅对高清新闻制作链路的设备选型进行举例分析。
高清新闻制作链路需要对摄像机、录像机、非编网进行选型, 其中, ENG摄像机是选型重点之一。摄像机选型意味着记录介质和压缩格式的选择, 对非编选型也有重要影响。而网络选型是设备选型的另一个重点, 主要考察网络整体运行速率、编辑性能和出口技术质量。显然, 多倍速上载和源码编辑性能也是评估非编质量、效率的重要因素。总之, 高清摄像机与非编选型至少应考虑以下因素:
1.摄像机本身的技术指标;
2.摄像机所记录视频在非编上的上下载效率测评;
3.摄录格式在非编上用原码进行编辑的性能测评;
4.非编在不同编码格式下的编辑质量测评;
5.录像机上下载技术质量测评;
6. 记录介质成本。
摄像机本身的指标主要看调制度, 它可以准确反映机器的整体通道性能, 高清全带宽摄像机能显现出27.5M和24M细条, 我们常通过画面正中27.5M细条的视频幅度大小来反映机器对细节的表现能力, 越大越好 (图6) 。
具体测试时, 我们也要对市面流行的蓝光盘摄像机格式 (采用MPEG-2 IBP长GOP 50M记录) 和半导体摄像机格式 (采用H.264 I帧即AVC—intra 100M记录) 在非编上的上下载效率和编辑性能进行对比 (图7) 。
由图7中可见, MPEG-2格式和AVC—intra格式的上载时间差别很小, 所谓半导体上载速度优于蓝光盘的结论不对, 原因是由于AVC—intra打包成100M后比MPEG-2 IBP 50M文件增大一倍, 抵消了其半导体的速度优势;而从下载时间比较来看, AVC—intra的下载时间明显比蓝光盘格式长。
由于在非编上直接采用H.264原码格式编辑对硬件要求很高, 只有极少工作站能做到, 我们选择目前硬件性能最好的HP Z800工作站对源码编辑性能进行测试 (表4) 。
可见, 在HP 800平台上, H.264 (AVC) 源码编辑性能虽然比蓝光盘格式弱一点点, 但也并不如想象那么差, 完全可以实用。况且, AVC格式在上载的同时可以将其转换为容易编辑的MPEG-2 I帧100M码流, 从前面的测试来看, 这样大约只增加5%的时间。表5和表6为非编、对编的技术质量测评。
上述两个测试采用了泰克公司的PQA500图像测试仪, 同时用PQR值和DMOS值对图像进行评估, 值越小, 质量越好。测试结果表明:非编制作质量劣于对编, 非编合成后的画面质量劣于实时回放的质量, 非编上用原码制作的质量稍差于非编码制作质量。
从综合测评结果来看, 如果选用蓝光盘格式的高清摄像机, 从外拍、非编、媒资、播出都可以一致采用MPEG-2 IBP长GOP 50M编码, 中途不需要任何格式转换, 具有较高的整体质量和工作效率。
6高清链路的未来
三网融合与下一代广播电视网NGB建设将给高清链路建设带来深远影响。2010年6月6日, 国务院通过了三网融合方案, 广电获得了IPTV播控权和互联网接入权, 未来广电网将具有宽带、双向、可控的优势, 实现看电视向用电视转变;三网融合还意味着高清电视的分发渠道除了有线电视、地面电视和卫星电视外, 还将包含IPTV、互联网电视和移动电视 (多码流分发) , 高清链路建设很快将向IP路由进军。
当前, 我国所有的高清链路都达不到全带宽, 那么, 全带宽何时能在中国普及?从趋势来看, 高清全带宽全线产品必将在3至6年内普及, 未来最重要的问题还是编码问题, H.264障碍必须解决。那时, 链路升级到全带宽却也并不太困难, 需要调整的环节有:引进全高清ENG摄像机、录像机, 提高非编码流, 提高媒资存储码流, 改变传输编码格式, 改善传输末端节目码流, 更换高质量高清双向机顶盒等等, 其中多数环节只须修改配置, 少数环节需要引入设备。
未来, 国内也会出现个别专业性强的全高清频道, 他们背后的概念就是高清3G-SDI。我们目前普遍采用的高清基带接口是HD-SDI, 带宽1.5G, 而3G-SDI带宽达到了3G (由SMPTE 425M所定义) , 可传输1080/50P的逐行扫描方式, 视频质量比高清全带宽更好。我国未来还会出现高清3D频道, 带宽提高一倍, 其载体也是3G-SDI。未来我们对全高清链路的改造应该从播控系统下手, 播控链路应该规划为既接受高清HD-SDI, 也可接受高清3G-SDI信号。高端设备通过加装3G Ready选件即可接入3G链路, 比如某切换台通过配置3G Ready选件后即可处理1080/50P信号。不过特别要注意的是, 3G接口有Level A和Level B两种标准, 只有Level B才能与现有的高清接口兼容。
摘要：本文分析了我国高清链路目前的现状、存在的技术缺陷以及未来发展等重大课题, 阐述了高清系统规划中的工程应对策略, 剖析了高清链路构建、设备选型、视频质量保障等关键技术;本文也对高清链路的升级改造进行了分析, 具有较高的工程应用价值。