空间信息传输

空间信息传输（共9篇）

空间信息传输 篇1

现阶段, 我国航空航天事业保持着较快的发展速度, 为了适应其发展的需求, 对通信网提出了更高的要求, 构建天空地的一体化通信网得到了广泛的关注, 此通信网的构建具有积极的意义, 解决了空间飞行器的诸多问题, 保证了航天资源的合理配置, 实现了空间大数据量信息的实时传输。但目前, 一体化通信网的研究仍存在不足, 特别在传输协议方面, 仍需对其展开进一步研究。

1 统一信息网空间数据通信传输协议研究的意义

现阶段, 数据通信存在诸多的不足, 主要表现在较高的误码率、非对称信道、易中断的通信链路等, 为了有效解决上述问题, 采用了传统的TCP/IP, 此时的空间通信协议, 虽然控制了航天任务开发、维护的成本, 保证了空间信息网与地面互联网二者间的有效互通, 但也产生了一系列的新问题, 如:对航天器的处理能力有着较高的要求, 协议未能满足空间链路的需求, 在此情况下, 空间通信问题仍较为严峻, 制约着我国航天航空事业的发展。因此, 根据空间通信的特点及需求, 国际组织提出了空间通信协议规范, 即:SCPS。

当前, 我国航天航空主要采用CCSDS协议对天地间的数据进行传输与处理, 对SCPS协议的使用缺少广泛性, 因此, 关于SCPS协议的研究需不断完善, 以此满足我国天空地一体化信息网发展的需求。

2 空间信息网构架

在天空地一体化信息网络构建过程中, 最为关键的便是飞行器组网技术, 目前, 我国的卫星网络主要分为三类, 分别为同步轨道、中低轨道及多层轨道卫星网络, 第一类的优点为组网结构简单、卫星节点间位置及星间链路较为稳定, 第二类与第三类的网络中存在两种星间链路, 分别存在于轨内与轨间。根据我国卫星网络的实际情况可知, 卫星组网难度较大, 对技术有着较高的要求。

为了有效解决统一信息网中飞行器的组网问题, 本文提出了有线等效网络的空间信息网构架, 首先, 对太空中的飞行器进行分类处理, 其处理依据为区域、轨道与功能等;其次, 将一颗同步卫星和飞行器借助无线链路进行连接组网, 进而构成了短期有限局部区域网;再次, 将固定飞行器, 即:同步卫星与地面站, 借助链路连接成网, 进而构成了长期稳定的有线网络;最后, 将短期有限网络通过切换技术转变为稳定的长期有线网, 并将长期稳定的有线网络与短期稳定的空间局域网进行连接, 进而构成空间广域网[1]。

本文提出了基于有线等效网络的空间信息网架构, 它是由基于有线等效网络的空间局域网、空间广域网及越区切换协议组成的, 该信息网对空间飞行器进行了分级组网, 在此基础上, 飞行器间借助无线链路实现了连接, 进而形成了有线网络, 即:有线等效网络。

上述研究不仅满足了统一信息网络关键技术需求, 同时也适应了知识产权发展的需要。通过天空地一体化通信网络的研究, 实现了全球覆盖通信, 保证了航天星-地资源的高效利用, 提高了对中低轨航天器的精密测控, 延伸了通信网络实现了一体化的5W通信服务。

3 空间通信传输协议规范

在20世纪末, 空间数据系统咨询委员会提出了空间通信协议规范, 即, SCPS, 它根据空间传输环境的特性, 对传统的TCP/IP协议栈进行了修改与扩展, 在此基础上, 制定了网络协议、安全协议、传输协议与文件协议, SCPS实现的基础为Internet, 通过修改与扩充后, 有效解决了空间通信中存在的问题, 提高了空间数据传输的完整性、有效性与可靠性。

在国外, 关于SCPS的研究与应用均较为广泛, 但在国内, 受诸多因素的影响, 我国测控和通信领域均应用着CCSDS标准, 而对于SCPS的研究十分匮乏, 在此情况下, 制约着我国航天航空事业的发展, 造成了大量资源的浪费, 增加了空间系统的成本[2]。

通过SCPS传输协议的设计, 满足了当前或未来空间通信环境的需求, 此协议修改了标准协议, 进而有效解决了空间环境与资源限制的相关问题, 具体的问题有窗口缩放比例、往返时间测量、记录边界指示及高度对称通信信道性能下的应答机制等。

针对不同的通信环境, TCP提供了扩展的有效技术, 满足了互联网社区的需要, 当前, 互联网主要用于地面通信环境, 因此, TCP侧重于优化此环境的服务。但地面和空间环境对通信协议性能的影响存在差异, 空间环境下的属性倾向于移动和无线通信, 因此, SCPS应优化移动和无线通信社区的服务。在通信环境不同的问题得到解决后, SCPS传输协议要对TCP进行进一步规范, 主要体现在误比特率、RTT、连接连通性、链路性能及内存性能等方面[3]。

4 结论

综上所述, 本文介绍了统一信息网空间数据通信传输协议研究的意义, 阐述了基于有线等效网络的空间信息网构架及空间通信协议规范传输协议的相关内容, 相信, 随着一体化通信网络的构建, 我国航天航空事业的发展将更加稳定。

摘要：随着社会的发展与科学水平的提升, 为了适应各行行业发展的需求, 急需构建统一的通信网, 通过此网络, 不仅可以提高资源的利用率、减少信息量, 还能够解决移动通信全球覆盖的问题。为了构建此网络, 我国各个单位、部门与人员均对一体化通信网展开了研究, 在此背景下, 本文探讨了统一信息网空间数据通信传输协议研究, 分析了此项研究的意义, 介绍了空间信息网构架与空间通信传输协议规范, 旨在进一步完善我国的无线网络通信。

关键词：通信网,空间信息网构架,空间通信协议规范

参考文献

[1]刘小跃.空间信息网高性能路由协议研究[D].西安:西安电子科技大学, 2012.

[2]郝选文.空间信息网抗毁路由及网络防攻击技术研究[D].西安:西安电子科技大学, 2013.

[3]廖勇.统一信息网空间数据通信传输协议研究[D].重庆:重庆大学, 2014.

空间信息传输 篇2

为提高探测资料的完整准确和通讯传输及时可靠，加强气象信息网络系统设备正常运行的条件下各类气象数据的正常观测和传输，特制定本应急预案。

一、应急流程

（一）、电力供应

UPS及发电机维护：王立斌（***）、李新华（***）

1、本局业务用UPS供电，正常情况可供两台计算机使用3小时左右，不发报时注意要关闭人工站计算机以节电。

2、出现电力供应故障，当班值班员应及时检查判断故障的原因，属于办公楼内部故障，通知电工维修，属于外部市电故障，联系供电部门维修，供电服务95598，供电所电话5629844，及时向当天带班领导报告停电情况。

3、因停电时间长，UPS无法保证自动站设备正常工作时，立即转成发电机供电。

4、注意备份发电柴油量，当班值班员应及时检查发电柴油量，柴油不够时及时向分管业务领导汇报，并安排购买柴油，保障发电用油。

5、定期对ＵＰＳ和发电机进行维护，主要包括对ＵＰＳ进行定期充放电和对发电机定期更换机油等。电力故障事后，值班员应及时进行分析总结。

（二）、网络通讯

网络管理人员：艾世杰（***）、王立斌（***）

1、当发生网络通讯故障后，当班值班员及时向市局业务科进行故障汇报报，网络管理人员应及时赶到现场排查，尽可能判断故障原因并排除故障。

网络故障排查方案：

（1）检查网线有无松动或损坏，如有损坏及时更换。

（2）检查光端盒到路由器及相关交换机之间通信是否正常；

（3）确定机箱设备无故障后，电话通知电信网络机房进行光纤检查；

（4）确认本地网络无故障后，电话向省局网络科汇报情况，请网络科进行VPN线路及程服务器检查；

（5）如无法及时排除故障，立即使用无线传输进行临时通讯连接，保证业务的正常运行。技术保障联络方式：

电信机房：5624215 省局网络科：0851-5202301 市业务科：8923132 计算机网络管理员应及时进行分析总结

（三）设备备份

仪器管理员：艾世杰（***）

1、仪器管理员对各种仪器要按照使用年限的要求，及时更换即将超检仪器、及时送检；不得使用超检仪器，根据业务规定及时对观测现用仪器进行日常维护，使其始终处于良好状态。

2、仪器管理员应对损坏的仪器设备进行维修或送修，保证备用仪器设备正常。

3、仪器管理员要对现用仪器、备份仪器进行详细登记。

（四）、自动站故障 自动站维护： 全体业务人员

1、报表预审员应及时做好报表数据的备份工作。

2、值班员应加强仪器巡视，当自动站设备故障时，确保及时发现，能及时恢复的立即恢复（按采集器使用说明进行操作）；

3、自动站设备出现故障时及时向市业务科申报故障，同时在中国气象局综合气象观测系统运行监控平台进行设备故障单填报。

4、不能及时恢复的，采用人工观测代替，并按故障类型区别对待：

（1）自动站软件故障应急

因自动站软件故障导致无法采集、编发报和资料整理的，启用备份机编发报；或进行手工查算、编发报。

当发生故障后，通知业务人员及时到现场，协助值班员做好各项应对事宜，并及时通知网络管理员到现场排查，尽可能判断故障原因并排除故障。

①及时将自动站主机上已有的数据备份在备份机上，并调试好备份计算机。

②察看自动站监控软件、通讯组网软件和地面气象测报软件，看是否出现故障，如无，请检查其他设备；如出现故障，则在本站内力所能及的条件下修复。

③如是自动站采集内部出现故障，则立即更换备份采集器。

④如是计算机本身软件出现故障，则立即启动、更换备份计算机。并将自动站和人工观测数据备份到备份机中。

（2）硬件故障应急

①自动站主机故障，能立即修复的组织人员修复，不能修复的立即切换到备份计算机。

②如是自动站设备硬件故障，则及时向市业务科联系汇报更换事宜。

③每月定期对自动站计算机运行情况进行测试，发现问题及时解决。定时升级杀毒软件，对计算机进行查杀，保证网络的安全可靠性；

④业务人员应加强学习，能够判断和处理一般网络故障；

计算机管理员应在值班日志上详细记录维修情况。

（五）、复杂天气及灾害性天气应对

主要责任人：何权安（***）、吴进忠（***）。

1、值班员平时应加强仪器巡视和维护。加强启用备份仪器时人工查算等基本功训练，确保遥测仪器出现故障或损毁时编发报工作的正常进行。

2、仪器管理员平时加强对备份仪器的检查和维护，不使用超检仪器。

3、通信传输和资料备份方面：确保网络畅通，编发报时如网络不通，则改用无线传输或用电话（0851-5202301）口传，上传时间确保在规定时间内，如时间超出必须说明理由。

4、复杂天气及恶劣天气或复杂天气情况下，全体业务人员应及时到达值班室，协助值班员做好班内各项工作，确保不出现差错。

4、灾害性天气出现后应按照要求填报灾害天气报告和开展灾情调查、上报。

（六）、人工站仪器故障 主要责任人：艾世杰

1、人工站仪器出现故障时，值班员应尽力进行故障排除，不能排除时立即更换备份仪器（备份仪器在值班室仪器柜里），并及时更改相关参数，同时告知仪器管理员。人工站计算机出现故障及时通知计算机管理员进行维修。

2、出现故障期间，有关人工观测数据采用自动观测数据代替。

值班员应在值班日志上详细记录相关情况。

（七）、其他计算机故障

主要责任人：王立斌

1、计算机出现故障，当班值班员不能排除时，启用备用计算机，同时及时联系计算机管理员，由计算机管理员进行修复。

2、计算机管理员要做好计算机系统备份、资料备份，做到系统故障恢复安全、快捷、高效。

计算机管理员应及时进行分析总结，认真吸取经验教训。

（八）、观测场视频监控

主要责任人：全体业务人员0552-8011425

1、及时进行故障申报

2、软件故障（1）立即检查网络是否正常。（2）及时启动备份计算机。（3）及时与电信局联系。

3、硬件故障（1）检查监控器是否正常（2）检查连接是否牢靠（3）检查连线是否正常（4）及时与厂家联系。责任人做好记录和登记，做好总结，并报市业务科。

二、预案演练制度

主要责任人：何权安 ***

（一）应急演练制度。

建立应急演练长效机制。每月开展一次监测网络工作应急演练，演练内容包括突发灾害天气、供电故障、通讯故障、自动站故障等；演练方式采取集体学习、集中演练。每次演练后要及时总结。

（二）应急保障制度

1、网络管理员应在平时加强学习训练，做好网络相关设备的检修和准备工作，熟悉网络故障的应急处理流程，网络故障应急抢修相关部门和责任人的电话。

2、仪器管理员在平时应认真检查仪器设备的运行情况，检查备份仪器和耗材情况，及时补充仪器和耗材，做好充分准备工作。

3、办公室应做好后勤保障，平时注意检查发电机用油、供电电线和应急用车的准备和保障工作。

4、应急保障人员

局长：何权安

副局长：吴进忠

业务股长：艾世杰

保障人员：熊凯、李爱华、王立斌、陈娟

空间信息传输 篇3

一、空间信息技术与传输通信的电子集成应用价值

空间信息技术主要包括了全球定位系统、地理信息系统和遥感测绘技术, 通过与计算机技术相结合来获取地理位置信息, 从而达到能够准确的进行定位。传输通信技术则是为了使用户获得所需的空间信息, 满足用户自身需要的媒介技术。随着4G技术和安卓系统的发展, 通过将空间信息技术与移动终端的通信技术相结合能够使用户及时的获取位置信息, 改变传统的移动通信沟通方式。

二、空间信息技术与传输通信的电子集成网络系统模式

1、无线接入技术。无线接入技术包含的内容极为广泛, 其中最为人们所了解和使用最普遍的就是Wlan无线局域网技术。无线局域网技术改变了传统的以双绞铜线为连接的局域网格局, 通过电磁波就能够进行连接。同时, IEEE802.11标准的无线局域网还可以让用户不必经过授权就能够进行2.4GHz或5GHz的网络连接, 使得家庭或企业都能够得到较为便捷的网络传输服务。除无线局域网技术外, WCDMA/ CDMA2000/TD-CDMA接入技术也能够给用户带来良好的无线数据传输体验。WCDMA/CDMA2000/TD-CDMA技术最主要的优势在于较高的数据传输速率, 可以通过对频率的选择性分集来很好的解决传输多径问题。

2、移动互联网接入技术。移动互联网接入技术通过将移动通信与互联网相结合, 从而使人们能够通过移动终端就可以获取互联网上的信息和服务。最近几年, 我国的移动互联网呈现了爆发性的增长态势, 尤其是4G时代的到来和智能手机的广泛使用, 给移动互联网技术的发展提供了广阔的市场和良好的发展前景。移动互联网接入技术主要有WAP、SMS等相关技术, 来实现在移动终端上对网页进行转换处理以及网络系统间的存储。由于移动互联网技术的发展和应用使得广大的用户能够不受时间、地点的限制而获取互联网信息和服务, 方便快捷了人们的日常生活。

3、集成组网系统模式。集成组网系统分为了表示层、中间层和数据层三个部分, 并对应于客户端、数据库等部分。首先, 作为集成组网系统基石的数据层存有大量的数据和有关的服务器, 从而能够保证满足用户查询和提取数据的需求。其次, 是连接数据层和表示层的中间层, 通过利用互联网网关和传输通信网来加强移动终端设备的信息处理能力, 满足用户进行信息调度的需要, 兼之提高组网的容量, 保证终端用户访问服务器的畅通。最后, 是承载客户端的表现层, 该层主要包括了电脑、手机等电子设备, 用户在使用应用程序的过程中会产生IP网络数据, 并在传输信息的过程中能够将其中包含的网络数据将客户端的空间位置信息传输到网关, 从而实现数据的双向传输。

4、传输组网技术。传输组网技术将终端用户的GPRS信号与网络相连接, 基于IP协议的分组传送网PTN技术能够给无线信号提供更为适合和灵活的传输通道, 并进而通过光通信OTN传输技术与城域网相连, 最终经由网关到公网的服务器, 获取用户所需的信息数据。

三、空间信息技术与传输通信技术的电子集成网络系统应用

物流领域是空间信息技术与传输通信技术集成应用的最主要的一大方面, 物流企业通过该技术可以及时的掌握产品运输状况, 设置最优的运输路线, 同时客户也能够利用移动终端网络来实时了解物品运输情况, 从而将客户、物流企业、产品提供商连接起来, 形成一个有序的系统。个体消费者也能够利用该技术在移动终端进行网络购物和其他网上娱乐消费活动, 卖家和买家只需手机就能够进行便捷的交易活动, 还能够准确的掌握物品的流通状况, 从而促进了我国网络购物的蓬勃发展。

四、结束语

综上所述, 通过无线接入技术、移动互联网接入技术等, 来实现空间信息技术与传输通信技术的电子集成网络系统, 不仅符合空间信息技术和移动通信技术发展的要求, 还能够满足不断增加的移动手机用户发展的需要, 实现网络数据的实时传输和接收, 促进我国移动通信事业的发展。

摘要：当前, 信息技术处于爆发性的增长状态中, 并渗透到各行各业和人们的日常生活中。同时, 随着移动设备的普及, 将空间信息技术与传输通信进行电子集成应用将是未来信息技术发展的必然走向。本文简要分析了空间信息技术与传输通信电子集成的应用价值, 并对其集成网络系统模式进行了探讨和应用分析, 希望能够给有关的工作人员提供一些可资借鉴的地方。

关键词：空间信息技术,传输通信,电子集成网络系统模式

参考文献

[1]王磊.空间技术与传输通信的电子集成系统在物联网应用模式的探讨[J].中国新通信, 2015, 10:67

信息化项目传输施工建设标准规范 篇4

版 次：1.0 1.0 目的

为了规范全业务信息化工程传输线路施工标准，提升全业务信息化工程实施过程各层级的组织管理，加强对施工质量的管控,杜绝出现遗留问题，出台本施工规范。2.0 适用范围

适用于中国移动通信集团四川有限公司眉山分公司在信息化项目传输线路部分建设。3.0 职责

3.1市公司网络部职责

3.1.1负责组织设计单位完成信息化工程传输部分工程设计； 3.1.2负责光缆物资采购；

3.1.2负责制定相关施工规范，上报相关开挖或附挂手续；

3.1.3按月对施工现场质量进行检查和通报，并对整改结果进行复查。3.2 政企部职责

3.2.1 负责与业主进行沟通协调工作； 3.2.2 负责跨部门协调工作。3.2区县公司职责

3.2.1 负责定期/不定期对施工现场质量进行检查； 3.2.2 负责指导监理单位对现场施工进行照片存档；

3.2.3 负责指导监理单位对设计变更及隐蔽工程进行签证记录。4.0标准、规范 4.1管道光缆敷设 4.1.1塑料子管敷设

4.1.1.1塑料子管的规格、程式、盘长、材质均应符合设计要求：子管内径为光缆外径的1.5倍，多根子管的等效总外径宜小于塑料管孔内径的85℅。

4.1.1.2敷放子管的穿拉用力要均匀，敷切顺直，多根子管按颜色顺序排队放，全径路统一，备用子管在手孔端口应加帽，塑料子管在手孔内应在PVC管外露10cm。4.1.2光缆敷设

生效日期：2013年3月26日

全业务信息化项目传输施工指导意见

版 次：1.0 人员到位、通信工具齐全、穿拉光缆用力适度均匀，光缆在手孔内预留及弯曲半径应符合规定，每个手（人）孔内光缆均需挂标志牌，标志牌注明起点、终点及光缆芯数。4.1.3光缆续接

4.1.3.1接续环境要干净整洁，且有工作棚，接续工具齐全、完好，接续人员持证上岗。4.1.3.2接头两侧预留符合规定，接头两侧预留光缆应挂标志牌，并注明端别。4.1.3.3光纤熔接全部达标，双窗口、双向衰减平均值符合要求。4.1.3.4光纤的收容和盘绕应符合规定。

4.1.3.5接头套管或接头盒宜挂在人（手）孔壁上或置于电缆托架上，安装要牢固，并在密封前要放入防潮剂，预留光缆应有保护措施。4.1.4光缆防护及终端

4.1.4.1光缆在引入室内前应做绝缘节，其外侧金属护层和加强芯应接地保护。

4.1.4.2光缆在引入室内外的预留应符合设计要求，光缆引上应采用保护管（距地面大于2.5m）保护。

4.1.4.3光缆在室内的终端接头及连接器的安装位置应符合要求。4.1.5光缆中继测试

4.1.5.1中继段光纤线路衰减平均值必须符合设计的规定指标。4.1.5.2中继段放光纤后向散射信号曲线应符合要求。

4．2直埋光缆敷设 4.2.1直埋光缆路由复测

4.2.1.1核定光缆路由走向及地面距离, 光缆路由具体走向，敷设位置、接头位置应安全可靠，并便于施工和维护，核实路由实际长度。

4.2.1.2核定光缆穿越各种障碍物的位置及其防护措施, 光缆穿越铁路、公路、河流、沟流、沟渠、地下其他管线的具体位置及其保护处理措施。

4.2.1.3直埋光缆与其他通信管线、电力缆线、各种管道、树木等建筑物的平行、交越最小净距要符合规定。

4.2.2直埋光缆单盘检验及配盘

生效日期：2013年3月26日

全业务信息化项目传输施工指导意见

版 次：1.0 4.2.2.1光缆单盘检验，检查光缆外皮无破损、端头包封良好，光缆规格、程式符合要求，端别、盘长标志清晰，光纤几何、光学和机械物理性能、传输特性符合要求。

4.2.2.2光缆单盘检验，光纤衰减常数、长度、光缆护层对地绝缘电阻应符合出厂标准。4.2.2.3光缆配置，根据单盘测试结果和复制资料选配单盘光缆、尽量做到整盘敷放，减少中间接头，接头位置应选在地势平坦、地质稳定的地点。4.2.3直埋光缆敷设

4.2.3.1光缆沟开挖, 光缆沟应顺直，沟深符合设计或规范要求，沟底应平整无碎石，石质、半石质沟底应铺10cm厚的细土或沙土。

4.2.3.2直埋光缆敷设, 用机械牵引时应采用地滑轮，用人工抬放时，用力适宜均匀，光缆不能拖地，弯曲半径应符合规定，光缆必须平放沟底，不得腾空和拱起，坡度大于20度且坡长大于30米时宜采用S形敷设。

4.2.3.3直埋光缆防护, 直埋光缆在特殊地段埋深达不到要求或穿越各类障碍物或与其他建筑物的净距达不到要求时应采用钢管或水泥槽或砂砖防护。4.2.3.4直埋光缆防护,光缆线路的防雷措施必须符合设计规定。

4.2.3.5直埋光缆沟回填, 光缆沟回填土应先回填15cm厚细土或碎土，严禁用石块、砖头推入沟内，回填土应分层人工踏平并应高出地面10cm。

4.2.3.6直埋光缆线路标石埋设, 标石的结构、埋设位置、埋设深度编号等应符合设计、规范要求。

4.2.4直埋光缆接续与安装 4.2.4.1光纤接续

4.2.4.1.1接续人员持证上岗，接续工具齐全、完好，接续环境整洁，有工作棚。4.2.4.1.2光纤熔接全部达标，双窗口，双向衰减平均值符合要求，接头衰耗平均值符合要求。

4.2.4.1.3光纤的收容和盘绕应符合规范要求。4.2.4.1.4光缆在接头出的预留应符合设计规定。

4.2.4.1.5光缆接头套管（盒）应放在接头坑内，接头坑的坑底应平整无碎石，应铺10cm 厚生效日期：2013年3月26日

全业务信息化项目传输施工指导意见

版 次：1.0 细土或沙土并踏实。

4.2.4.1.6接头套管（盒）在封装前要放入防潮剂。4.2.4.1.7光缆护层对地绝缘电阻应符合规范规定。4.2.4.2直埋光缆引入及终端

4.2.4.2.1光缆在引入室内前做绝缘节，其外侧的金属护套和加强芯应接地保护。4.2.4.2.2光缆在引入室内处的预留应符合 要求，光缆沿墙引上时，距地2.5m应用钢管防护。

4.2.4.2.3光缆的终端接头及连接器的安装位置应符合要求。4.2.5光缆中继段测试

4.2.5.1光纤中继段衰耗平均值必须符合设计规定的指标。4.2.5.2光纤中继段后向散射信号曲线应符合要求。4．3架空光缆敷设 4.3.1架空杆路复测

4.3.1.1核对杆路具体走向、电杆、拉线、（撑杆）埋设位置、杆高、杆距、拉线程式，光缆接头具体位置及杆路实际长度。

4.3.1.2核定架空光缆线路与其他设施、建筑物、树木的水平、垂直最小净距及处理措施。4.3.2光缆单盘检验及配盘 4.3.2.1光缆单盘检验

4.3.2.1.1核对单盘光缆的规格、程式、制造长度。

4.3.2.1.2检查外皮、端头包装、端别标志是否完好无损，检查光纤几何、光学和传输特性、机械物理性能是否符合要求。

4.3.2.1.3测试光纤衰减常数、长度及光缆护层对几绝缘是否符合要求。4.3.2.1光缆配盘

4.3.2.1.1根据单盘测试结果和路由复测资料选配单盘光缆，应尽量做到整盘敷放，以减少中间接头。

4.3.2.1.2接头点应选在杆上或电杆两侧各0.5-1.5m范围内。

生效日期：2013年3月26日

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版 次：1.0 4.3.3架空光缆线路建设

4.3.3.1杆路器材检验，电杆、拉线、钢绞线、挂钩等线路器材运输到位、检查无损伤。4.3.3.2杆路建筑

4.3.2.1.2.1电杆、拉线埋设位置、埋设深度、杆高、杆距等符合规定。4.3.2.1.2.2钢绞线架设位置及其垂度符合要求。4.3.2.1.2.3光缆挂钩的卡挂距离为50±3cm。

4.3.3.3光缆敷挂, 光缆布放应用滑轮牵引，光缆垂度及在杆上的预留长度应符合要求。4.3.4架空光缆接续 4.3.4.1光缆接续

4.3.4.1.1光缆接续环境，光缆接续部位、工具、材料应保持清洁。

4.3.4.1.2光纤的熔接须在有遮盖物的环境中操作，光纤熔接完成并测量合格后应即做增强保护措施。

4.3.4.1.3光缆接头的平均衰耗值应符合要求。

4.3.4.1.4光缆接头套管（盒）封装前应放入防潮剂和接头责任卡，光缆接头套管交越出应用胶管在杆上或吊绳上的固定位置，固定方式及光缆预留（或伸缩弯）应符合规范规定。4.3.5架空光缆的防护 4.3.5.1光缆防护

4.3.5.1.1架空光缆线路的防强电、防雷措施应符合设计规定，与电力线交越处应用胶管或竹片做绝缘处理，与树木接触应用胶带或穿管保护。

4.3.5.1.2光缆在引入室内前应做绝缘节，其外侧金属护层和加强芯及钢绞线应接地保护，光缆引上应采用保护管（2.5m以上）保护。

4.3.5.1.3架空光缆在“三线交越”处，必须用塑料保护套管进行保护，并对保护套管进行绑扎固定，挂警示牌，保护两端必须超出交越范围水平距离1.5米。4.3.5.1.4架空光缆过路处必须悬挂警示牌，并穿反光警示管。4.3.5.2光缆防护

4.3.5.2.1光缆引入室外内的预留应符合设计或规范的规定。

生效日期：2013年3月26日

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版 次：1.0 4.3.5.2.2光缆在室外内的终端接头及连接器的安装位置应符合要求。4.3.6架空光缆线路中继段测试

4.3.6.1光纤中继段衰耗平均值必须符合设计规定的指标。4.3.6.2光纤中继段后向散射信号曲线应符合要求。4.4标签规范

4.4.1标签的规格及使用

4.4.1.1要求使用经过UL-969标准认证的标签。线缆专用标签还要满足UL969标准所规定的清晰度、磨损性和附着力的要求。4.4.2标签说明：

4.4.2.1配线架到配线架（图一）上排代码表示跳线起始端（字体为4）中间 TO 表示去向（字体为2）

图一 A-00-08U-01 TO A-01-09U-22 下排代码表示跳线中止端（字体为4）4.4.3标签张贴方法

4.4.3.1 将标签字体部分绕线缆一周裹在线上，如图A

4.4.3.2将标签对折，使标签字体部分竖立在线缆一侧, 如图B

4.5安装其他要求：

4.5.1机房应保持干净、整洁，地面不应有剪下的线扣和螺丝及其它杂物。作废的包装箱等杂物应清除，安装剩余的备用物品应整齐合理堆放。4.5.2机房内严禁存放易燃易爆等危险物品。

4.5.3拆卸包装、插拔、安装使用工具符合防静电操作规范。4.5.4未使用的插头应进行保护处理，加保护帽等。

图B

Xxxxxxxxxxxxxx

Xxxxx

xxxxxxxxxxxxxxxx Xxxxxxxxxxxxxx Xxxxx

xxxxxxxxxxxxxxxx

狭小空间无线信号传输特性 篇5

关键词：土壤,下水道,能量损耗,最佳频率

中国淡水资源十分短缺,人均拥有量2 300 m3,相当于世界人均水平的1/4,居世界110位。1997年起,全国城市污水排放量占废水排放总量的比例接近45%。据《2003年中国环境状况公报》公布,2003年全国废水排放总量为460亿吨,现在更是有过之而无不及。随着中国乃至全世界对环境保护问题的重视,加强城市污水的综合治理工作已成为当务之急。精确测量污水流量排放俨然成为人们关注的焦点。

本文研究的内容为明渠流量计[1]——新型板式流量传感器的顺利投入使用提供了理论依据。下水道内的无线传输模式[2,3,4]将工厂、城市污水的排放量传输到地面接收设备,以便了解污水的流量。

因下水道为掩埋在地下且狭小的密闭空间,其影响因素有:1)土壤成分、下水道材料和下水道表面粗糙度等,对无线传输的研究相对困难;2)无线传输使用电池供电。因此将其在理论上分成两个部分进行研究。

1 基本理论

为了方便研究下水道内无线传感信号与地面设备间通信的能量损耗,在此将下水道、覆盖在下水道上的土壤分成上下两个部分进行研究。

从下水道内传感器发出的无线信号必会经过电气特性完全不同的两种介质:土壤和空气。由于电气特性不同,电磁波会产生折射。运用几何光学方法中的射线法,其示意图如图1、图2所示。

1.1 电磁波在土壤中的能量损耗[5,6]

无线信号从传感器出发,经过扩散到达接收点,其扩散过程相似于自由空间,因此,参照Friis[7]方程,无线信号在土壤中经过路径长度r后,接收点的能量为

Pr=Pt+Gr+Gt-L0-Lm (1)

式中:Pt是发射能量;Pr是接收能量;Gr接收天线的增益;Gt是发射天线的增益;L0是路径损耗;Lm由土壤中的传播引起的附加路径损耗。Pr,Pt的单位为dBm;其他变量单位为dB。

根据产生的原因,Lm可分解为两部分

Lm=Lm1+Lα (2)

式中:Lm1是由于波长在土壤和空气中传播的不同而产生的衰减损耗;Lα是由于土壤中成分中损耗介质吸收产生的衰减损耗。α为衰减常数,β为相移常数,可表示为

$\{\begin{array}{cccc}\alpha =\omega \sqrt{\frac{\mu \epsilon }{2}\left[\sqrt{1+(\frac{\sigma }{\omega \epsilon }){}^2}-1\right]}& & & \\ \beta =\omega \sqrt{\frac{\mu \epsilon }{2}\left[\sqrt{1+(\frac{\sigma }{\omega \epsilon }){}^2}+1\right]}& & & \end{array}(3)$

式中:ω为工作角频率;σ为土壤导电率;ε为土壤的介电常数;μ为土壤的导磁率。

则无线信号在土壤中传播损耗为

Lp=6.4+20lg d+20lg β+8.69·α·d (4)

由式(4)可见,无线信号在土壤中传播的能量衰减与工作角频率、土壤导电率、土壤的介电常数和土壤的导磁率有关。

1.2 电磁波在下水道内的传播损耗[8]

1.2.1 近场区电磁波损耗

电磁波传播近似于无线电波在自由空间的传播,空间信道的基本传输损耗为

$\begin{array}{l}L{}_{\text{b}\text{f}}=10\lg \frac{{\rm P}{}_{\text{i}\text{n}}}{{\rm P}{}_{\text{r}}}=32.45+20\lg f+\\ 20\lg r-10G{}_{\text{t}}-10G{}_{\text{r}}(5)\end{array}$

式中:r为传播距离;f为工作频率;Gr接收天线的增益;Gt是发射天线的增益;Pin为输入功率;Pr为接收点功率。在r,f,Pin和Pr均相同时,设接收点的实际场强为E,功率为Pr′,而自由空间的场强为E0,功率为Pr,则信道的衰减因子为

$A=20\lg \frac{\left|E\right|}{\left|E{}_0\right|}=10\lg \frac{{\rm P}{}_{{\text{r}}^{\prime }}}{{\rm P}{}_{\text{r}}}(6)$

所以,信道损耗为

$L{}_{\text{b}}=10\lg \frac{{\rm P}{}_{\text{i}\text{n}}}{{\rm P}{}_{{\text{r}}^{\prime }}}=10\lg \frac{{\rm P}{}_{\text{i}\text{n}}}{{\rm P}{}_{\text{r}}}-10\lg \frac{{\rm P}{}_{{\text{r}}^{\prime }}}{{\rm P}{}_{\text{r}}}=L{}_{\text{b}\text{f}}-A(7)$

若不考虑天线的影响,即令Gt=Gr=1,则实际的信道损耗为

Lb=32.45+20lg f+20lg r-A (8)

由上可知,实际信道损耗与工作频率、传输距离有关。

1.2.2 远场区电磁波损耗

把平直的无限长圆形隧道看作有耗介质管波导,其横向和纵面如图3所示。在圆形隧道中:设下水道半径为a,下水道内为理想介质且外部为有损介质。下水道内的磁导率和介电常数分别为μ1和ε1;下水道外部磁导率、介电常数、电导率分别为μ2,ε2,σ2。

采用圆柱坐标系,坐标原点选在下水道正中间。根据下水道壁圆柱面上的边界条件,可得到下水道的波模方程为

$\begin{array}{l}-\left[\frac{\mu {}_1}{\mu }\cdot \frac{J{}_{m^{\prime }}(\mu )}{J{}_m(\mu )}-\frac{\mu {}_2}{\upsilon }\cdot \frac{{\rm H}{}_{m^{\prime }}(\upsilon )}{{\rm H}{}_m(\upsilon )}\right]\cdot \left[\frac{k{}_1^2}{\mu {}_1\mu }\cdot \frac{J{}_{m^{\prime }}(\mu )}{J{}_m(\mu )}-\frac{k{}_2^2}{\mu {}_2\upsilon }\cdot \frac{{\rm H}{}_{m^{\prime }}(\upsilon )}{{\rm H}{}_m(\upsilon )}\right]=\\ m{}^2\gamma {}^2\left(\frac{1}{\upsilon {}^2}-\frac{1}{\mu {}^2}\right){}^2(9)\end{array}$

特别地,当m=0时,TE0n波模的波模方程为

$\frac{\mu {}_1}{\mu }\cdot \frac{J{}_{m^{\prime }}(\mu )}{J{}_m(\mu )}-\frac{\mu {}_2}{\mu }\cdot \frac{{\rm H}{}_{m^{\prime }}(\upsilon )}{{\rm H}{}_m(\upsilon )}=0(10)$

下水道内的介质通常为空气,当电磁波的工作频率较高时,模衰减常数的近似解为TE0n波模,即

$\alpha {}_{0n}=\frac{\eta {}_{1n}^2}{k{}_0^{2}a{}^3}\mathrm{Re}\left(\frac{1}{\sqrt{\epsilon {}_{r^{\prime }}-1}}\right)(11)$

式中:η1n为一阶贝塞尔函数的第n个根;a为下水道半径;k0为电磁波波数;εr′=(ε2-jσ2/W)/ε0。

1.2.3 分界点前后的电磁波损耗

运用混合方法确定分界点[9]:隧道中两种传播区域的界面为发射天线到转折点的最大距离,即

$d{}_{\text{Ν}\text{F}}=\max \left(\frac{h{}^2}{\lambda },\frac{w{}^2}{\lambda }\right)(12)$

可见,dNF与隧道的h或w的平方成正比,而与λ成反比。本文将矩形隧道等效为圆形隧道进行研究[10]。

2 实验证明

根据上述资料选定:1)下水道材料。采用HDPE双壁波纹管,它是一种以聚乙烯为原材料的下水道,相对土壤造成的能量损耗微乎其微,因此忽略不计[11,12]。2)土壤参数:σ=0.1,ε=10,μ=1。选取半径r=0.8 m的圆形下水道为研究对象,无线模块选取为CC1000,其工作电压为3～5 V,载频频率为430 MHz,最大发射功率为10 dBm,通信距离约100 m。

图4为土壤中电磁波的衰减常数、相移常数与频率的关系图。衰减常数与频率的关系:在频率为100～300 MHz之间几乎没有衰减,频率在400～500 MHz之间存在明显的衰减,频率在500～1 000 MHz之间变化幅度较大;相移常数与频率的关系:相移常数随频率的变化成线性增长。

图5为土壤中距离、频率与能量损耗的关系图。相移常数与频率成线性关系,衰减常数在小于500 MHz时相对衰减幅度较小,大于500 MHz时成大幅度衰减。因此,选择频率小于500 MHz在土壤中传播较为合适。

由图6可知,随频率大幅度增长,相对的能量损耗与距离的关系趋于平缓;由图7可知,在100～400 MHz之间迅速衰减,而在400 MHz之后趋于平缓,即随着频率的增大,衰减逐渐减小。图8为当f=900 MHz,r=1 m时,拐点前为近场区,拐点后为远场区前后的大致损耗。

3 结论

研究了无线信号传播特性,得出如下结论:在土壤中,频率越高,信号的衰减越大;在下水道内,频率越低,信号的衰减越小。综合上述条件可知,适合地下设备与地上设备无线通信的最佳频率段是400～500 MHz,这一范围内无论是土壤还是下水道能量的衰减幅度均相对较小,基本上满足下水道内无线信号低传输功率、低能耗的要求。另外,在土壤中,离接收点的距离越远,能量损耗越大。所提出的结论是在各个因素对无线传感器信号传输影响上建立的,它大致能够估算出路径的损耗范围,基本符合应用中对能量消耗的考虑,达到课题研究的目的。但是仍有不完善的地方,例如,只研究了空圆形下水道,并没有将污水考虑在内。

参考文献

[1]马珺,马福昌.新型板式流量传感器的设计[J].太原理工大学学报,2008,39(3):265-267.

[2]ELKMANN N,ALTHOFF H,KUTZNER S,et al.Development of fullyautomatic inspection systems for large underground concrete pipes partial-ly filled with wastewater[C]//Proc.IEEE International Conference onRobotics and Automation,2007.[S.l.]:IEEE Press,2007:130-135.

[3]AKYILDIZ I F,STUNTEBECK E P.Wireless underground sensor networks:research challenge[J].Ad Hoc Networks Journal,2006(4):669-686.

[4]DOMINGO M C.Overview of channel models for underwater wireless com-munication networks[J].Physical Communication,2008(3):163-182.

[5]AKYILDIZ I F,SUN Z,VURAN M C.Signal propagation techniques forwireless underground communication networks[J].Physical Communica-tion,2009(4):2-8.

[6]李莉.无线地下传感器网络关键技术的研究[D].北京:北京邮电大学,2008.

[7]KELLER G V,FRISCHKNECHTF C.Electrical methods in geophysicalprospecting[M].Oxford:Pergamon Press,1966.

[8]马珺,库亚晓,马福昌.传感器信号在下水道内传播的信道模型[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2010,29(3):439-442.

[9]张跃平,张文梅,郑国莘,等.预测隧道中传播损耗的混合模型[J].电子学报,2001(9):1283-1286.

[10]冯慈璋,马西奎.工程电磁场导论[M].北京:高等教育出版社,2002.

[11]王世雷.HDPE/硅钙镁晶须复合材料双壁波纹管的研制[J].工程塑料应用,2005,33(2):40-42.

无线电波的空间传输 篇6

1 自由空间的无线电波传播

自由空间中无线电波传播是指天线周围为无限大真空时的电波传播, 它是理想条件下的无线电波传播。只要大气层是各向同性的均匀介质, 其相对介电常数和相对导磁率都等于1, 传播路径上没有障碍物阻挡, 到达接收天线的地面反射信号场强也

可以忽略不计, 在这种情况下, 电波就可以视作在自

由空间传播。

无线电波在自由空间传播时, 其单位面积通过的能量会随着范围扩散而减少, 这就是自由空间的传播损耗。

2 定轨卫星到地面站之间的无线电波传输

在定轨卫星传输中, 影响无线电波传输的主要因素是自由空间的传播损耗。同步卫星轨道的半径 (Rs=42 164km) , 地球半径 (Re=6 378km) , 卫星高度 (h=Rs-Re=35 786km) , 卫星到地球站之间的距离从35 786km到41 678km。

常用C波段卫星频率为4~8GHz, 卫星链路损耗为:

C波段最小损耗:PL (d B) =32.44+20lg4000+20lg35786=195.56d B;C波段最大损耗:PL (d B) =32.44+20lg8000+20lg41678=202.90d B。

常用Ku波段卫星频率为12~18GHz, 卫星链路损耗为:

Ku波段最小损耗:PL (d B) =32.44+20lg12000+20lg35786=205.1d B;Ku波段最大损耗:PL (d B) =32.44+20lg18000+20lg41678=209.94d B。

3 地面上无线电波传播计算模型

无线电波在地面传播时, 除自由空间损耗外, 还有地面路径损耗。这可以通过提高发射和接收天线的增益来补偿。

奥村模型 (Okumura) 是最常用的传播模型, 比较简单, 分析起来比较方便, 常用于无线网络的设计中。奥村模型得名于奥村, 奥村在20世纪60年代测量了日本东京等地无线信号的传播特性, 根据测量数据得到了一些统计图表, 用于对信号衰耗的估计。奥村模型有一定的适用范围, 例如, 载波频率从150~2 000MHz;离基站不能太近, 有效距离为1~100k m;天线高度要在30m以上。

Hat a在奥村模型上做了改进, 将统计图表转换为公式, 这样计算信号衰耗就不必查图表, 非常方便, 而且还适合计算机处理。尽管如此, 这些公式仍然统称为奥村模型。在城市, 奥村模型描述为以下的Hata公式:

式中, Lp对应路径损耗;f代表载波频率;hb代表基站的等效高度;hm代表终端的等效高度;d代表基站与终端之间的距离;a (hm) 是与终端有关的修正因子, 当终端的等效高度为1.5m时a (hm) 被忽略。

除了城市以外, 奥村模型还分别针对郊区、农村和开阔地定义了相应的公式。一般天线的高度为30 m, 考虑到上行信号的频率为1.9 GH z, 可以简化Hata公式中上行信号损耗计算公式为:

其中, 城市环境A为1 3 4.7;郊区环境A为127.5;农村环境A为115.4。同样, 考虑到下行信号的频率为2.1GHz, 可以简化Hata公式中下行信号损耗计算公式为:

其中, 城市环境A为135.8;郊区环境A为128.6;农村环境A为116.5。

奥村模型是无线信号传播模型的鼻祖, 后来又产生了许多基于奥村模型的修正模型, 如COST-231Hata模型、TCPU规划工具采用的9999模型和Atoll规划工具采用的SPM模型等。另外, 思科也建立了一种模型, 在损耗计算公式中加入了环境因子和穿层因子。

式中, Pf (n) 是穿层因子, 对于不同介质给出了不同的穿层因子。2.4GH z射频信号穿过木材损耗3~6d B, 穿过塑料损耗3~6d B, 穿过玻璃损耗8d B, 穿过砖损耗8~12d B, 穿过混凝士损耗12~2 0 d B, 穿过塑料损耗3~6 d B, 穿过承重墙损耗20d B, 穿过混凝士楼板损耗30d B以上等。在计算障碍物对发射信号的损耗时, 需考虑信号的入射角度。一面厚0.5m的墙, 当信号到墙的入射角呈45°时, 相当于0.7m厚的墙。

还有一种传播损耗的估算方法:在自由空间的传播损耗上引入平坦地面的路径的传播损耗:

式中, η是路径损耗指数, 一般取值为4;h1为基站天线高度, 单位m;h2为移动台天线高度, 单位为m。

4 地面上常用无线电波传播

当前, 在地面上应用最多的无线传播就是蜂窝移动通信系统和无线宽带接入系统。I EEE标准中给出了等效全向辐射功率 (EIRP) , 对于工作在2.4G频段的A P, 欧洲一般规定其输出功率为2 0 d B m, 美国一般规定其输出功率为3 0 d B m;对于工作在5G频段的AP, 欧美都规定其输出功率为2 3 d B m。而接收机的灵敏度与数据速率、调制方式、需要的信噪比和误码情况等因素有关。无线网络的的吞吐量随基站与无线终端间距离的增加而减少。数据速率越低, 接收机的灵敏度越高, 通信距离越远。

G S M系统常用发射功率为3 7 d B m, 边缘信号电平为-85d Bm;T D-SC DM A常用发射功率为20 d Bm, 边缘信号电平为-85d Bm;Wi-Fi系统常用发射功率为1 5 d B m, 边缘信号电平为-75d Bm。实际上, 蜂窝移动的LTE系统的输出功率为23~30d Bm, 接收机最小灵敏度门限能达到-110dbm左右。在城市传输距离为3~5km, 在农村可以传输10km。

Wi-Fi基站输出功率为23~27d Bm, 接收机最小灵敏度门限在-65~-75dbm。AP一般输出功率为20d Bm、网卡输出功率为17d Bm~10d Bm。实际上, 对应Wi-Fi的不同标准、不同速率其接收机的灵敏度也不同。

8 0 2.11 b标准:传输速率11 M b/s时, 接收机灵敏度为-79d Bm, 室内覆盖范围250m, 室内覆盖范围111m;传输速率1M b/s时, 接收机灵敏度为-87d Bm, 室内覆盖范围290m, 室内覆盖范围140m。

8 0 2.11g标准:传输速率5 4 M b/s时, 接收机灵敏度为-65d Bm, 室内覆盖范围37m, 室内覆盖范围32m;传输速率6M b/s时, 接收机灵敏度为-82d Bm, 室内覆盖范围274m, 室内覆盖范围125m。

8 0 2.11 a标准:传输速率5 4 M b/s时, 接收机灵敏度为-72 d Bm, 室内覆盖范围30 m, 室内覆盖范围26m;传输速率6M b/s时, 接收机灵敏度为-89d Bm, 室内覆盖范围198m, 室内覆盖范围100m。

802.11n标准:发射EI R P值为20~36 d Bm, 覆盖范围12~70m。

802.11ac标准:发射EI R P值为22~29d Bm, 覆盖范围12~35m。当20MHz编码时, 从1/2的BPSK到6/5的256QAM, 接收机最小灵敏度从-80d Bm到-57d Bm。

5 结束语

无线通信发展迅速, 随着各种新技术应用, 天线的增益会越来越高, 调制效率也会不断提升, 接收机的最小灵敏度也会有所改善。但影响无线电波传输的条件不会改变。本文给出了无线电波在空间传输时损耗的估算方法, 对于无线电通信的建设和维护给出了参考值, 为各类无线传输应用给出参考算法。

摘要：本文给出了无线电波在空间传输时损耗的计算方法, 列举了最常用的定轨卫星系统、地面蜂窝移动通信系统和地面无线宽带接入系统中的无线电波传输, 给出了各系统中常用的发射电平和接收机的最小灵敏度, 可以计算出各系统的覆盖范围。

关键词：无线电波,Wi-Fi,蜂窝移动通信

参考文献

[1]赵绍刚.LTE-Advanced宽带移动通信系统.北京:人民邮电出版社, 2012.

[2]高峰, 高泽华, 文柳, 宗海峰, 刘鲲汉, 闫丽.无线城市:电信级Wi-Fi网络建设与运营.北京:人民邮电出版社, 2012.

[3]张健.无线局域网维护与测试.上海:上海交通大学出版社, 2006.

[4]郑宝玉等译.卫星通信.北京:机械工业出版社, 2011.

空间信息传输 篇7

随着人类社会对信息需求的不断增大,基于传统通信的信息获取途径逐渐体现出其不足之处,存在难以实施或者由于多山等地理特点妨碍信号传输等问题。卫星通信具有广播、多播和覆盖面广等天然优势,可有效弥补传统通信不足,逐渐成为一种重要的通信工具[1,2]。随着卫星通信技术的发展,其应用领域不断扩展,用户不断增多,卫星通信协议族在不断扩展、完善[3,4],出于安全性、适用性等方面的考虑,研究卫星网络协议识别技术对于空间协议安全性分析具有重要的意义。

空间数据是根据卫星网络协议所产生的规则集合,符合一定的规则和结构[5],为模板分析思想在协议识别研究中的应用奠定了理论基础。原有模板分析算法[6]存在识别效率较低问题,为此,文中提出了一种基于多级模板分析的协议识别算法,通过分析协议结构构建协议特征的一级模板,判断一级模板间各模板的距离,在此基础上建立二级模板,并基于距离判断算法实现协议的快速识别。

1相关理论

1.1 空间协议结构

空间数据在传输过程中有如下特点:传输时延长、信道误码率高、非对称性、适合同地面终端进行协议转换。

空间通信协议体系结构[7,8,9,10]自下而上包括:物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层。其中,每一层又包括若干个可供组合的协议。网络层协议识别是进行上层协议识别并获取截获数据真实信息的基础,所以本文重点研究网络层协议识别。空间传输协议(SCPS)结构如图1所示。

在空间传输协议识别过程中,数据经常以比特流形式存在,使得特征位难以提取,分析难度增大。

1.2 距离判别

距离判别主要通过定义样本指标X的观测值x(p维)到各总体的距离,根据其大小判定样本属于哪个总体。下面首先给出有关距离的概念。

1.2.1 统计距离

设D是某个p维空间的一个点集,在D中的任何两点有一个非负函数d,对任意xi, xj∈D,如果dij=d(xi, xj),且满足:

(1) dij≥0,当且仅当xi=xj时,dij=0;

(2) dij= dji;

(3) dij≤ dik+ dkj;

则称dij为点xi和xj间的距离。

例如,对任意xi=(xi1,xi2,…,xip)′,xj=(xj1,xj2,…,xjp)′∈Rp,有:

① Euclidean(欧几里德)距离

$d(x{}_i,x{}_j)=\left({\displaystyle \sum _{a=1}^p(}x{}_{ia}-x{}_{ja}){}^2\right){}^{\frac{1}{2}}$

② Minkovski(明考夫斯基)距离

$d{}_{ij}^{(m)}=\left({\displaystyle \sum _{a=1}^p\left|x{}_{ia}-x{}_{ja}\right|}{}^m\right){}^{\frac{1}{2}}‚m>0$

Minkovski距离是欧氏距离的推广,当m=2时为欧氏距离,当m=1时为绝对距离,当m=∞时称为Chebyshev(切比雪夫)距离,此时有:

$d{}_{ij}^{(\infty )}=\underset{1\le a\le p}{{\displaystyle \max }}\left|x{}_{ia}-x{}_{ja}\right|$

③ B模距离。设B为正定阵,定义:

$d{}_{ij}=[(x{}_i-x{}_j{)}^{\prime }B(x{}_i-x{}_j)]{}^{\frac{1}{2}}$

为xi, xj的B模距离,如果xi, xj是来自总体(μ,Σ),其中μ为总体均值,Σ为总体协方差,取B=Σ-1,则称:

$d{}_{ij}^2=(x{}_i-x{}_j{)}^{\prime }\Sigma {}^{-1}(x{}_i-x{}_j)$

为xi, xj的Mahalanobis(马哈拉诺比斯)距离,以下简称马氏距离,这种距离对平移和非异线性变换不变。

以上的各种距离度量在实际应用中,在计算复杂度方面、是否便于进行解析分析方面效果各不相同。马氏距离考虑了样本的各输入变量分量相关性影响,而上述其他距离没有考虑各输入变量分量相关性影响,同时由于马氏距离在许多情况下比较便于分析和计算,因此常被用作判别分析的准则。

1.2.2 多总体的马氏距离判别

在应用马氏距离判别时,对于一个新样本X,要判断X来自哪个总体,应首先计算X到各总体的马氏距离,并判定距离X最短的总体。在对空间协议类型进行判别时,各协议总体样本的协方差矩阵不相等,下面仅以各协方差矩阵不相等的情况予以详细讨论。

设有k个总体G1,G2,…,Gk,对应均值和协方差矩阵分别是μ1,μ2,…,μk和Σ1,Σ2,…,Σk, 它们均不相等。首先计算样本X到每个总体的距离:

$\begin{array}{l}D{}^2(X,G{}_a)=(X-\mu {}_a{)}^{\prime }\mathit{\Sigma }{}_a^{-1}(X-\mu {}_a),\\ a=1,2,\cdots ,k\end{array}$

则相应的判别规则为X∈Gi。

如果:

$D{}^2(X,G{}_i)=\underset{1\le a\le k}{{\displaystyle \min }}D{}^2(X,G{}_a)$

当μ1, μ2, …, μk和Σ1,Σ2,…,Σk均未知时,可以通过相应的样本值来替代。设X1(a),X2(a),…,X${}_n^{(a)}$是来自总体Ga(a=1,2,…,k)中的样本,则μa(a=1,2,…,k)和Σ可估计为:

$\widehat{\mu }{}_a=\overline{X}{}^{(a)}=\frac{1}{n{}_a}{\displaystyle \sum _{i=1}^{n{}_a}X}{}_i^{(a)},a=1,2,\cdots ,k$

和:

$\begin{array}{l}\widehat{\mathit{\Sigma }}{}_a=\frac{1}{n{}_a-1}{\displaystyle \sum _{i=1}^{n{}_a}(}X{}_i^{(a)}-\overline{X}{}^{(a)})(X{}_i^{(a)}-\overline{X}{}^{(a)}{)}^{\prime },\\ a=1,2,\cdots ,k\end{array}$

2多级模板分析算法

空间数据根据协议产生,而协议一般具备一定的规则和结构。针对这一特性,文中提出了一种基于多级模板分析的协议识别算法。算法根据协议特征构建一级模板P(Xi)。为提高识别效率,通过判断各个一级模板间距离,在此基础上建立二级模板P′(Xi),在识别过程中,基于距离判别算法,通过二级模板的转换机制,可实现协议的快速识别。

本文将常见的空间协议结构特征归纳为四类,不同类对应的数据在分析过程中要采用不同的处理方式。

(1) 确定的标识位:在分析中,某些标识位的位置和值是固定的,如果分析的数据均满足标识位特征,则称数据和标识位是完全匹配的。它可作为分类的前提,并为分类提供依据。

(2) 数据区间:是一个多位的集合,取值是一个范围区间,对其的判断应该采用范围控制方式,如根据数据长度等。

(3) 离散值:标识根据协议的可能结果列出的数据项,如通过本层协议确定的上层协议格式等。

(4) 随机值:此类数据常给分析带来较大困难,在分析过程中,如何跳过其所属区域,使其在搜索过程中不对确定数据、数据区间、离散值产生影响,对提高协议分析准确度十分重要。

依据上述数据类型,构造的模板也应具有四种类型:

(1) 特征模板stamp:一组数据的模板单元。

(2) 上下限模板boundary:具有区间容错能力的数据区间。

(3) 点阵模板concourse:具有离散值的模板集合。

(4) 长度模板length:该模板可有效去除数据中不确定数据对数据分析的影响,且具有占位能力,其内容没有特殊规定。

通过协议特征构建模板P(Xi),并存储N个模板串,通过组合的方式形成原型样本串styi[P(Xj),P(Xk),…,P(Xl)],待测试串pending[D(X1),D(X2),…,D(XN)]依次与存储的原型串styi[P(Xj),P(Xk),…,P(Xl)]进行比较,如果符合,则判断该数据使用这一模板,反之更换模板,直到选择出和数据串一致的模板。该方式可以准确地匹配出被测数据所使用的模板和协议。

上述四种类型的模板在具体的识别过程中,容易受到协议种类和复杂性的影响,识别效率低下,另外,现有的模板转换机制不能保证快速有效的转换,针对这两点不足,本文做出了如下两点改进:

改进点一:创建二级模板

但由于协议种类繁多,i值较大,依次比较各模板(最差情况循环执行比较i次)必然会造成识别效率低下,为了解决这一问题,本文采用了二级模板机制,所谓二级模板就是对模板采用判断距离的方式,分析出各个串距离差,分析过程中对于协议转换采用距离差,通过一级模板间距离差或相似性得分,按照最近邻的类别来标记。

将各种协议所构成的统一模板sty′[P(X1),P(X2),…,P(Xl)])作为数据协议识别的新模板。

改进点二:采用阶段记录

即将各种模板通过步数变换,形成统一的模板,并将差距得分进行阶段记录,采用阶段记录的好处在于,可以有效地根据差异位定位的方式,记录距离产生位置,为应用过程中快速转换模板提供保证。处理测试数据时,将待测数据同二级模板的初始态(初始态为该数据包使用最频繁的协议组合styi[P(Xj),P(Xk),…,P(Xl)])进行比较,如果不匹配,判断不匹配位置,依据待分析数据特征,通过最小步数变换方式,将后续模板块中差距最小的模板组合作为当前的“活跃”模板,使得模板分析具有快速模板转换功能。反复执行上述过程,直到找到最匹配待分析数据的模板,完成协议识别。

多级模板分析中的模板转换算法执行步骤如下:

输入:任一模板Px,模板Pi

输出: 模板。

1: m=length[Px],n=length[P1]

2: R=min[m,n]

3: c[0,0]←0

4: i←0

5: do i←i+1

6: until i=R

7: j←0

8: do j←j+1

9: c[0,j]←j

10: until j=R

11: i←0;j←0

12: do i←i+1‖j←j+1

13: if(0==find(Pt))

14: U(Res)=t

15: else

16: go to 12

17: return U(Res)

18: End

根据模板转换算法,利用模板间关联关系,可完成不同模板间转换,快速选择出最合适的模板,用于空间数据识别分析。模板更换过程如图2所示。

由图2(a)可知,数据D5,D6与当前模板不匹配,将模板5,6带入到模板集中采用最小转换机制,转换为模板7,进而最终转换为模板9,通过图2(d)可知该数据采用的是模板9,从而分析出当前数据所使用的协议。

多级模板分析算法可以通过模板相似度关系,选取和待分析数据最接近的模板,有效解决空间数据模板选择问题。依据数据特征构建一级模板,并通过一级模板间的关系构建二级模板,在识别过程中通过最小转换机制,可达到最高的识别效率。多级模板分析算法执行流程如图3所示。

以空间传输协议SCPS网络层中的SCPS-NP协议分析为例,对其构建一级模板,根据协议中是否包含扩展位,可分别搭建模板,如表1,表2所示。

注:1.ts={0001, 0100, 0101, 0110, 1000, 1010, 1011} ; 2.con1={0000, 0001, 0011}

通过分析表1和表2,两种协议的差异主要是在第4个属性。文中采用模板转换、插入或转换、删除的方式,可以快速地实现模板间的互换,提高识别效率。

3实验结果比较分析

3.1 实验结果

在Windows XP环境下用Visual C++ 6.0语言实现了本文测试程序与算法,算法针对空间协议SCPS,根据几种当前常用的网络层、传输层协议生成数据,并将数据进行分类,结果如图4所示。

注:con2={101**01**011, 1011101**010}, **表示连续两位为0,1任意值。

3.2 实验结果分析

多级模板分析算法通过创建二级模板及采用阶段记录两种方法对模板分析算法进行了改进,通过图4中实验结果可以发现,随着实验中数据量的增大,传统的应用模板分析算法识别时间显著增加,而当采用了二级模板后识别时间明显减少,此后在使用了阶段记录的方法后,识别效率也有所提高。

通过这种改进算法,有效地屏蔽了各种应用模式串匹配算法改进时可能遇到的模式串长度不足等问题,通过建立模板的方法对协议的各种特征进行了规范,实验证明这种算法有较高的识别准确率和识别效率。

4结语

实验结果及分析表明,本文提出的改进的多级模板分析算法可以较好的解决原有模板分析算法在模板数量较多时匹配效率较低这一问题。通过模板间距离建立二级模板,在匹配过程中同时应用一级模板和二级模板进行,应用于协议识别领域,提高了协议识别效率。

摘要：针对卫星系统的数据截获过程中得到数据多为比特流形式,原有的各种基于完整数据报文的协议识别方法不能很好地识别这类数据。通过距离判别算法和模板分析思想的结合,提出了一种新的基于多级模板分析的空间传输协议识别算法,并经实验进行了验证。根据空间协议特征构建一级模板,利用一级模板间距离建立二级模板,然后基于距离判断算法进行模板分析,实现协议识别。实验结果表明:多级模板分析可提高空间协议识别效率,该方法可为协议识别技术研究提供新的思路。

关键词：卫星网络协议,模板分析,协议识别,多级模板分析

参考文献

[1] DEL R E, PIERUCCI L. Next-generation mobile satellite networks [J]. IEEE Communications Magazine, 2002, 40 (9): 150-159.

[2] JAMALIPOUR A, TUNG T, GIORDANO S. The role of satellites in global IT: trends and implications [J]. IEEE Personal Communications, 2001, 8(3): 5-11.

[3]ERCETIN O,BALL M O,TASSIULAS L.Modelingstudy for evaluation of aeronautical broadband data require-ments over satellite networks[J].IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems,2005,41(1):361-370.

[4] DURRESI A, KOTA S. Real-time communications over multilayer satellite networks [C]// IEEE 62nd Vehicular Technology Conference. Dallas, Texas, USA: IEEE, 2005, 2: 907-911.

[5]GUPTA B,GHOSH K,DUTTA D,et al.Broadcasting incomplete and incomplete star interconnection networks[J].International Journal of Computer System Science and Engi-neering,2001,4:205-213.

[6]CHARI Suresh,RAO Josyula R,ROHATGI Pankaj.Tem-plate attacks[C]//Proceedings of 2002 CryptographicHardware and Embedded Systems.Redwood Shores,CA,USA:CHES,2003:13-28.

[7]CCSDS.Overview of space communications protocols,CCS-DS 130.0-G-2[R].Washington D C,USA:CCSDS Secre-tariat,2007.

[8]CCSDS.CCSDS file delivery protocol(CFDP)part 1:intro-duction and overview,CCSDS 720.1-G-3[R].WashingtonD C,USA:CCSDS Secretariat,2007.

[9]CCSDS.CCSDS file delivery protocol(CFDP)part 2:im-plementers guide,CCSDS 720.2-G-3[R].Washington DC,USA:CCSDS Secretariat,2007.

空间信息传输 篇8

由于散射信道存在严重的快衰落,必须依靠分集技术才能有效克服其对信号传输造成的损伤[1]。目前常用的分集方式(如空间与频率分集相结合)均为开环、前馈式,各分集支路只能平均分配发射功率,由于信道衰落使得各支路接收电平可能存在高达20 dB的差距,瞬时接收电平较低的支路对分集合并的贡献甚微,导致系统整体功率利用率偏低,因而限制了每分集支路检测门限的进一步降低[2,3,4]。

对此提出了基于对流层散射信道认知的复合分集技术,即通过对散射通信设备中每路空间分集信号的实时传输质量认知,选出衰落最小的频率,并将相应发射机功率全部集中在该最佳工作频率上发射,从而达到提高系统功率利用率、降低每分集支路检测信噪比的目的。

1 自适应选频技术原理

自适应选频技术就是指在通信过程中,发送方在信道中多个可用的工作频率上进行周期性探测,并根据接收方对探测信号的回应确定信号传输损耗最低的频率——最佳频率,作为当前的通信频率。当系统在各选定频率上的持续通信时间显著小于信道的时不变区间时,采用自适应选频技术可用选择式分集合并的效果来描述[5,6]。

由于采用自适应选频技术的散射通信设备能够始终在当前链路传输损耗最低的频率上发射全部功率,因此与采用其他分集方式的散射通信设备相比具有更高的功率利用率,从而在衰落信道中可获得更好的误码性能。

2 基于空间分集的自适应选频技术

采用自适应选频技术的散射通信系统的基本工作流程如图1所示。为了克服自适应选频技术在面临信道平坦衰落时可能导致的性能下降,并进一步降低每分集支路的检测门限,首次提出了空间分集自适应选频体制,它是将空间分集与自适应选频有机结合在一起的一种复合分集方式,该方式能够在不增加系统工作带宽的前提下比单独采用自适应选频体制获得更加充分的分集效果,是一种新颖而高效的分集方式。

以2重空间分集基础上的M重自适应选频技术体制为例,其分集效果可按照2重空间分集最大比合并的M重选择式分集合并方式进行描述。为2重空间分集最大比合并加M重选择式分集接收系统模型,如图2所示,它包含2个空间分集支路,每个空间分集支路内包括M个独立的分集通道,即共有2M个独立的分集通道,各个通道均为瑞利衰落,且衰落特性是统计独立的。

根据图2所示,sik(t)表示发送到第i个空间分集支路上第k个选择式分集信道的信号,对任意i(i≤2)、k,sik(t)有相同的能量,在信道传输过程中受到信道衰落{αike-jφik}以及噪声nik(t)的影响,其中{αike-jφik}表示第i个空间分集支路上第k个独立通道的衰减因子和相移,nik(t)表示该信道上的加性高斯白噪声,经过信道传输后得到的信号送至接收机。在接收端完成信号检测后,将第1个空间分集支路上M个独立通道的检测信号e11(t)、……、e1M(t)与第2个空间分集支路上M个独立通道的检测信号e21(t)、……、e2M(t)分别进行2重最大比合并,然后从得到的M个支路合并信号e1′(t),……eM′(t)中选择具有最大信噪比的一路信号输出判决。

假设所有支路的平均信噪比R11、……、R1M、R21、……、R2M相同,均为R,则上述模型中2重最大比合并输出端信噪比的概率密度为:

$p(r)=\frac{r}{R{}^2}e{}^{-r/R}$。 (1)

每个最大比合并支路的信噪比r小于一个给定门限的累积概率分布函数如下:

$\begin{array}{l}{\rm P}(r)={\displaystyle \int }{}_0^r\frac{1}{R{}^2}re{}^{-r/R}\text{d}r=\\ 1-{\displaystyle \int }{}_r^{\infty }\frac{1}{R{}^2}re{}^{-r/R}\text{d}r=\\ 1-(1+\frac{r}{\Gamma })e{}^{-r/R}。(2)\end{array}$

则上述2重最大比合并得到的M条支路再经过选择式合并输出信噪比r,其小于给定门限的概率等于所有M条支路均小于给定门限的累积概率分布,即:

$\begin{array}{l}{\rm P}(r)={\rm P}\left[r{}_{11},r{}_{22},\cdots \cdots r{}_{{\rm M}{\rm M}}\le r\right]=\\ {\displaystyle \prod _{k=1}^{{\rm M}}\text{Ρ}}(r{}_{kk}\le r)=\end{array}$

$\left[1-(1+\frac{r}{R})e{}^{-r/R}\right]{}^{{\rm M}}$。 (3)

对上式微分可得基于2重最大比的M重选择式合并信号瞬时信噪比的概率密度:

$p(r)=\left\{\left[1-(1+\frac{r}{R})e{}^{-r/R}\right]{}^{{\rm M}}\right\}{}^{´}$。 (4)

设$u=1-(1+\frac{r}{R})e{}^{-r/R}$,则根据复合函数求导法则可得:

$\begin{array}{l}p(r)=\left\{\left[u\right]{}^{{\rm M}}\right\}{}^{´}={\rm M}u{}^{{\rm M}-1}u{}^{´}=\\ {\rm M}\left[1-\left(1+\frac{r}{R}\right)e{}^{-r/R}\right]{}^{{\rm M}-1}[-\left(\frac{1}{R}\right)e{}^{-r/R}-\\ \left(1+\frac{r}{R}\right)\left[-\left(\frac{1}{R}\right)\right]e{}^{-r/R}]=\\ {\rm M}\left[1-\left(1+\frac{r}{R}\right)e{}^{-r/R}\right]{}^{{\rm M}-1}[(-\left(\frac{1}{R}\right)+\\ \left(\frac{1}{R}+\frac{r}{R{}^2}\right))e{}^{-r/R}=\\ {\rm M}\left[1-\left(1+\frac{r}{R}\right)e{}^{-r/R}\right]{}^{{\rm M}-1}\left(\frac{r}{R{}^2}e{}^{-r/R}\right)。(5)\end{array}$

即基于2重最大比的M重选择式合并信号瞬时信噪比的概率密度如下:

$p(r)={\rm M}\left[1-\left(1+\frac{r}{R}\right)e-r/R\right]{}^{{\rm M}-1}\left(\frac{r}{R{}^2}e-r/R\right)$。 (6)

根据式(6)所示通过概率统计方法求取平均误码率的原理,可得采用2DPSK调制、相干检测方式,基于2重最大比的M重选择式分集合并接收信号的平均误码率表达式为:

$p{}_{e1-fade}={\displaystyle \int }{}_0^{\infty }\text{e}\text{r}\text{f}\text{c}\left(\sqrt{r}\right)\cdot \frac{{\rm M}r}{R{}^2}\exp \left(-\frac{r}{R}\right)\cdot$

$\left[1-\left(1+\frac{r}{R}\right)\exp \left(-\frac{r}{R}\right)\right]{}^{{\rm M}-1}\text{d}r$。 (7)

以目前美军大量装备的AN-TRC170(V3/V5)型散射通信设备为例,该设备采用的是2重空间分集×2重频率分集技术体制,如通过基于2重空间分集的自适应选频技术对其进行改进,根据式(7)可得,在瑞利衰落信道条件下,采用2DPSK调制、相干检测方式时改进前后的系统性能如图3所示。

由此可见,采用改进方案后系统性能得到了改善,且随着自适应选频频点数量的增加,性能增益也随之显著增加。

3性能测试

在相同的散射调制解调器平台下,分别加载2重空间分集自适应选频和2重空间分集×2重频率分集两种抗衰落波形,2种波形均采用3/4码率的TPC编码,并通过SR5500型无线信道模拟器设置接近真实对流层散射信道的瑞利多径信道模型,其性能对比如图4所示。

由图4可以看出,采用2重空间分集自适应选频技术体制的波形在误码率为1×10-5时,与采用2重空间分集×2重频率分集的波形相比,信噪比改善达5 dB左右,显著提升了散射通信设备的抗衰落平稳传输能力。

4结束语

针对散射通信中接收信号的时变快衰落特性,提出了一种将自适应选频技术与空间分集相结合的新型分集方式——基于信道认知的空间分集自适应选频传输技术,并将该技术体制与传统的空间分集×带内频率分集的抗衰落体制进行了对比。测试结果表明,在瑞利衰落条件下该技术平滑信道快衰落能力优异,若用于典型现役轻型散射通信站的技术改造可取得明显的效果。

参考文献

[1]张明高.对流层散射传播[M].北京:电子工业出版社,2003.

[2]秦建存.对流层散射通信自适应选频技术研究[D].北京:北京交通大学,2010.

[3]李荣海.一种适于散射自适应选频通信的信号分析[J].无线电通信技术,2006,32(3):32-33.

[4]李正伟.数字对流层散射通信链路传播可靠度工程计算[J].无线通信技术,2010(2):41-43.

[5]甘启光.认知无线电在散射通信中的初步应用[J].电子科技,2009(9):28-30,38.

树状网络的信息传输 篇9

对于计算机网络, 人们最关心的通常是它的传输效率, 也就是以最短的时间传送最多的信息量。例如, 一个单位的各部门每天都需要共享信息, 即需要用网络进行信息传输。于是, 如何设计传输方案, 使得把所有的文件都传输完毕的时间最短就显得极为重要。

本文探讨了树状网络传输信息的方法, 结合图论中的匹配、边着色等原理, 给出了相应的算法, 从而得到此类网络传输信息的最佳方案。

2.预备知识

定义1设G是无环图, M哿E (G) , M≠覫, 若M中任意两条边在G中都不相邻, 则称M是图G的一个匹配。

定义2若对图G的任意匹配M′, 均有M′<M, 则称M为图G的最大匹配, 且M中的边数称为匹配数。

定义3设M是图G的匹配, G中与M中的边关联的顶点称为M饱和点, 否则称为非M饱和点。

定义4设M是图G的匹配, P是G的一条路, 且在P中M的边和E (G) -M的边交替出现, 则称P是G的一条M交错路。若M交错路P的两个端点为M非饱和点, 则称P为M可增广路。

定义5图G的边色数 (记作χ′ (G) ) 是指给G的边着色, 使得相邻边的颜色都不同, 所需的最少颜色数。

定义6若V (G) 可以划分为两部分X和Y, 使得图G中每条边的两个端点一个在X中, 一个在Y中, 则称G是二分图, 且具有二部划分 (X, Y) 。

定义7若图G是不含圈的简单连通图, 则G是树。

性质1:若G是树, 则G必为二分图。

性质2:若G是树图, 则χ′ (G) =Δ (G) 。

性质3:图G的边不交匹配的最小数目即为图G的边色数。

性质4:若G是树图, 且G的顶点数和边树分别为n和m, 则n=m+1.

3. 主要结果

3.1 问题描述

某单位各部门每天都要使用树状网络传输信息, 网络用图G表示, 其中各部门 (计算机) 用顶点v1, v2, …, vn表示, 两个部门 (计算机) 之间要传输的文件用边e1, e2, …, em表示。假定:任一文件的传输时间都为1, 任一计算机可以同时传输的最大文件数目为1;每个文件的传输以一个连续的整体进行, 文件传输无优先权, 即文件一旦开始, 不得中断知道所有文件传输完毕;传输的切换时间可以忽略;所有计算机不给自身传输文件。我们要设计一种最佳的传输方案, 使网络总的传输时间最短。

3.2 算法描述

根据问题的描述, 我们可以得到不同的传输方案, 但无论怎样传输, 一对正传输一个文件的计算机都不能进行另外一个文件的传输。因此, 我们可以通过选择网络中适当的边, 得到某种匹配。当把每个时间单位分开考虑时, 就会得到边不交的多个匹配, 这些匹配恰好覆盖了整个图。由此得到, 最小的传输时间就等于产生整个图的最少匹配数。

由于G是树, 所以由性质2、性质3知, G的边不交的最少匹配数就等于G顶点的最大度。下面, 我们结合图的最大匹配生成法, 给出找G的边不交的最少匹配的算法。由性质1, 设G具有二部划分 (V1, V2) 。BEGIN

Step1.令G0=G;

Step2.任给G0初始匹配M, 若M不存在, 则结束, 否则转step3;

Step3.若M饱和V1, 则M是最大匹配, 输出M, 转step8;否则转step4;

Step4.在V1中找一非M饱和点x, 置S=x∪, ∪T=覫;

Step5.若N (S) =T, 则停止;否则任选一点y∈N (S) -T;

Step6.若y为M饱和点, 则转step7;否则作一条从x到y得M可增广路P, 置M= (M-P) ∪ (P-M) , 转step3;

Step7.由于y是M饱和点, 故M中存在边yu, 置S=S∪∪u, ∪T=T∪y∪, ∪转step5;

Step8.置G0=G0M转stey2

END

设树图G有n个顶点, m条边, 且顶点最大度为。在找最大匹配时, 该算法最多找n条可增广路, 每找一条可增广路, 最多比较m条边, 又由前面的分析知, 总共找到的匹配数等于图G的顶点最大度。因而该算法的时间复杂度为O (△nm) , 又由性质4知, 算法复杂度为O (△n2) , 故该算法为有效算法。由性质3知, 该算法得到的匹配数也就是传输完所有文件所需的最少时间。同时, 每次找图的最大匹配也使得从初始时刻开始的任意时间段 (单位时间的整数倍) 传输的文件数最多, 故应用该算法可得最优传输方案。

3.3 实例求解

某单位有22个部门, 每个部门一台计算机 (分别用图1中G的22个顶点表示) , 每天需传送21个文件 (分别用图1中G的21条边表示) 。假定:任一文件的传输时间都为1, 任一计算机可以同时传输的最大文件数目为1。我们设计一种传输方案, 使得网络总的传输时间最短。

利用以上算法, 可依次得到G的3个匹配为:

从而我们可以得到该网络的一个最优传输方案, 见表1.

4. 结束语

本文结合最大匹配的生成算法, 给出了树状网络信息传输的最优方案。该方案不仅使得所有文件传输完毕的时间最短, 还保证了在任意时刻之前传送的文件量最大, 也为其他类型网络信息传输的研究奠定了一定得基础。

参考文献

[1].卜月华, 图论及其应用.南京:东南大学出版社, 2002.

[2].殷剑宏, 吴开亚.图论及其算法.合肥:中国科学技术大学出版社, 2005.