综合组网（共9篇）
综合组网 篇1
1 引 言
在航空航天飞行器发展迅猛的今天,航空领域有大量的飞机,航天领域有众多的卫星,相比位于20km～100km的高空却显得格外冷清,这片空域被称为临近空间。长期以来,世界各国并未给予这片空域太多的关注,再加上认识和技术手段的限制,对临近空间的研究和应用没有得到应有的重视。HAPS(High Altitude Platform Stations)是临近空间飞行器中的一种,是一种高空定点平台站。近年来,各国都对它丰富的军事应用怀有浓厚的兴趣,尤其是HAPS系统的通信价值引起了人们越来越多的关注。
目前,地面蜂窝移动通信系统和卫星通信系统的发展日趋成熟,卫星通信系统作为蜂窝通信系统的补充手段,很好的弥补了地面蜂窝移动通信系统覆盖范围有限、通信能力不足等缺点,但是卫星通信系统接收信号微弱,终端尺寸大、传输延时大等缺陷也很明显,不能满足日益增长的各种通信需求。HAPS系统与传统的卫星通信相比,具有成本低、传播延迟小、通信损耗小等优点。若将HAPS系统与卫星通信系统进行综合组网,发挥各自系统的优势,可以使通信保障更具灵活性,有利于通信终端的小型化以及大大增加局部地区的终端用户数量,解决小型终端大容量传输以及远距离传输等等问题。若用于军事通信,必将大大提高我军常规和特殊应急的通信保障能力,使我军通信保障水平更适应未来战争的要求。
2 HAPS系统概述
2.1 临近空间
临近空间(Near Space)被定义为距离地面20km～100km的空域。其下为普通航空飞行器的飞行区域,其上为卫星、航天飞行器区域。此空域包括大气平流层(12km～50km)的大部分,中间层(50km～80km)以及部分电离层(60km～1000km)如图 1所示。
在平流层,空气对流运动小,温度和湿度适宜,空气稀薄,适合飞行器平稳飞行;中间层空气垂直对流运动剧烈,水平方向风速也很大,空气更加稀薄。电离层的空气处于高度电离状态,电离程度随着海拔高度的不同而不同,会影响飞行器的无线电通信。
2.2 HAPS(High Altitude Platform Stations)
在临近空间飞行器的范畴内,国际电联ITU(SI.66A)定义了高空平台站HAPS,HAPS是一个位于20km～50km高空,相对于地面保持静止的信息站。HAPS一般需要配备平流层推进器以保证其位置稳定悬停。通常可以把它们分为重于空气(HTA)和轻于空气(LTA)两类。 HTA需要借助外力升空,包括飞机、火箭推进器等。LTA则不需借助外力升空,如热气球和充氦飞艇等。
ITU在1997年召开的世界无线电大会上把47.2～47.5GHz以及47.9～48.2GHz分配给了HAPS固定业务使用。此频段的特点是频率高,波长短,容易受到雨衰的影响。2000年,日本向ITU提出增加一个Ka波段(31～31.3GHz和27.5～28.35GHz)的申请并已得到批准,可利用附加脚注的方式供某些东亚国家使用。另外,ITU WCR-2000决定在第Ⅰ区和第Ⅲ区采用HAPS作为ITM-2000的基站时,可使用1885～1980MHz、2010～2025MHz、2110～2170MHz等频段,从而和第三代移动通信兼容。
2.3 HAPS系统的优势
HAPS飞行高度低,机动灵活、成本低、周期短,具有多样的军事用途:在军事上可用于深入敌区完成高质量电子侦查、情报搜集、防空预警、战场感知等任务;作为电子对抗的平台,对敌地面雷达、预警机及导弹进行电子压制;作为空间通信系统的重要组成部分,可提供超视距、大容量、机动灵活的通信服务。HAPS系统的优势可概括为以下四点:首先,它位于平流层,不包括大气对流运动强盛的中间层和电磁环境复杂的电离层,避免了不稳定的天气环境和电离作用对信号的干扰。所以其工作空域相对稳定安全;其次,HAPS滞空时间长,持续工作时间长,可搭载比卫星更大更多的有效载荷,成本较低,发射风险小;再次,将HAPS用作探测和监视用途时,覆盖范围大,具有高分辨率,且隐蔽性好,不易被雷达发现;最后,将HAPS用于通信平台,可获得较卫星更低的延时和空间损耗,以及更优的传输质量。
下面我们具体比较HAPS系统和卫星通信系统、地面蜂窝移动通信系统的通信特点:信道损耗方面,HAPS距离地面的距离相当于同步卫星的1/1800,所以自由空间损耗减少了65dB;相对于蜂窝通信的信道损耗来说,HAPS到地面通常可以近似为自由空间,损耗约为20dB/10倍里程,蜂窝通信主要受瑞利衰落的影响,信道损耗能达50dB/10倍里程,所以HAPS的信道损耗只有蜂窝通信的2/5。低的损耗有利于获得高的通信容量以及终端设备的小型化。延时方面,HAPS大约为0.5ms左右,比同步卫星的270ms小的多,完全满足语音通信要求;覆盖面积方面,一个HAPS的通信距离能达到1000km,几乎能覆盖整个城市,是蜂窝通信距离的大约20倍。成本方面,和卫星相比,一个HAPS的造价约为通信卫星的1/10,并且每个平台可以独立运行,不像中低轨卫星需要数十颗卫星组成星座才可以工作。而且建设以及发射周期都很短,空中滞留工作时间很长。HAPS与通信卫星和蜂窝通信的特点对比如表 1。
HAPS的特点使得HAPS用于自然灾害,局部战争等应急通信作用巨大。同时,某些例如海洋、沙漠、山区等特殊地形,根本无法建立蜂窝通信赖以生存的基站,而HAPS的应用却游刃有余。
3 HAPS系统与卫星通信系统综合组网
卫星通信近年来发展迅速,已经建成了很多稳定成熟的系统,如国际海事卫星通信系统INMARSAT,美国的铱系统Iridium System,加拿大的移动卫星MSAT等。卫星通信是作为蜂窝通信的一个补充,和蜂窝通信相比具有明显的优势:利用星间转发可以完成全球内任意两点的通信;也可组成通信网络,完成地域广泛的信息搜集、传递和信息发布;受地形等自然条件影响小,无论是陆上、海上和空中均能实施通信覆盖。卫星通信作为空间通信系统的主要形式,具有机动性强、覆盖范围大、可靠性好、传输效率高等特点。但是,卫星通信还有很多缺陷,主要表现在:(1)部署周期长、成本高,系统从研制到投入使用需要数年的周期,且建设成本高、发射风险大;(2)卫星一旦发射其波束覆盖区形状和覆盖位置基本确定,覆盖的灵活性较弱;(3)传输损耗大,单颗卫星的容量往往由于其发射功率的限制直接制约了终端用户的小型化,而且通信容量难以进一步提升;(4)通信传播时延大,不利于语音通信。
此外,如果在世界范围内发生自然灾害或是局部战争等等事件,会导致部分地区的通信业务需求急剧膨胀,仅仅依靠单个通信系统远远不够。所以未来空间通信系统需要具备以下要求:高带宽通信,抗干扰能力强;低成本,具有灵活的部署能力;支持小型化终端,满足大容量用户通信的能力。
根据本文上一章对HAPS系统的介绍可知,如果将HAPS和卫星通信系统进行组网,卫星通信系统的缺陷将得到弥补。利用HAPS与卫星通信系统组网能够发挥HAPS系统和卫星通信系统的综合优势,形成通信网之间的优势互补,使空间通信系统更具灵活性,能够解决局部地区大容量通信和小型化终端的远距离通信问题,大大提高通信质量和效率。
3.1 HAPS系统与卫星通信系统 综合组网应用分析
为了实现3个W目标,即任何人(Whoever)、在任何时间(Whenever)、在任何地方(Wherever)都可以通信,目前单一的通信系统很难满足人们越来越高的通信需求。特别是信息化的联合作战条件下,要求充分获取和利用保障作战的各种信息资源,发挥诸兵种的联合打击威力。从最近几场战争不难看出,信息化战争是体系与体系的对抗,单系统无法满足战场对抗的要求,只有融入空天一体的信息系统才能发挥最大效能。下面我们对欧洲的Heliplat系统以及美国的"战斗天星"作战通信系统做简要的介绍和分析。
1)Heliplat系统
Heliplat是欧洲一个以太阳能为动力的无人平流层平台,如图 2所示。
Heliplat可以和卫星以及地面终端组成系统,提供宽带固定无线接入(B-FWA)或者本地多点分配服务,如图 3所示。卫星以及用户终端可以直接与Heliplat建立链路,Heliplat也可和其他Heliplat连接;地面有线网络可以通过hub与卫星建立链路,这样就可以通过卫星与较远的、不在其覆盖范围内的交换机建立连接。
2)美国"战斗天星"作战通信系统
2006年,美军在内华达州埃利斯空军基地进行了"2006年联合远征部队试验(JEFE2006)"作战演习,在演习过程中使用了被命名为"战斗天星"的作战气球。 "战斗天星"是一个无线电转发平台,能够在临近空间长时间驻留,是美军为探索HAPS通信手段而制造的一个试验型气球。它可以和卫星进行协同通信,从而组成一体化的空天信息作战体系,"战斗天星"为改善地面通信能力起到了重要的作用。于是在今后美军的全球信息栅格化的规划中,HAPS成为了空天通信的重要组成部分,如图 4所示。
3.2 HAPS系统与卫星通信系统 综合组网关键技术
3.2.1 系统体系结构
1)物理结构
卫星与HAPS通信网络的物理结构依据卫星平台、HAPS、用户的空间位置进行设计和实现。基本结构由卫星、若干具有数据信息处理转发功能的HAPS以及地面移动终端组成,各功能单元按照空间划分成不同的网段:卫星空间段、临近空间段和地面段,如图4所示。卫星空间段指的是通信的卫星平台,临近空间段由若干个具有数据中继功能的HAPS组成,地面段由临空平台用户和卫星地面用户组成,如图 5所示。
在此结构下,HAPS通过HAPS-卫星空间链路与卫星连接,同时与其他HAPS通过HAPS-HAPS空间链路连接组成临近空间子网,链路可采用无线通信或者激光通信方式。HAPS覆盖下的用户通过无线形式与HAPS连接,用户通信数据由HAPS进行中继转发。
HAPS-卫星通信网络逻辑结构的设计在网络基本物理结构的基础上,需要考虑以下原则:①充分发挥卫星通信与临近空间通信的综合优势;②系统网络具有较强的灵活性和可升级性。
2)空间链路
按照用户所处网段的不同,用户通信路径主要存在以下形式:HAPS内的用户的通信链路;不同HAPS间的用户的通信链路;HAPS内用户与卫星地面终端的通信链路。
① HAPS内用户通信链路
通信双方处在相同的HAPS内,通信数据不需要经过卫星,节约了星上的转发器资源。在这种链路形式下,HAPS作为用户信息通信的中继器,直接处理用户的通信信息。由于信号传播距离近,通信所需功率小,通信容量更大,从而更好的为用户提供通信服务,同时较短的通信时延也提高了用户通信的实时性。
② HAPS间用户通信链路
通信双方处在不同的HAPS,用户通信数据通过HAPS-HAPS链路实现路由中转。在该方式下,用户的传播时间随着临近平台中转跳数的增加而增加,但相对于卫星链路该方式仍具有很大的传播损耗和时延优势。
③ HAPS与卫星地面终端用户间通信链路
通信一方处在HAPS覆盖下,一方处在卫星地面网络中,通信数据需要经过卫星。在该方式下,HAPS与卫星地面用户通过卫星建立通信链路,HAPS内用户可借助于HAPS体积优势和较大的天线增益优势大大提高通信能力,即使是手持终端也可传输大容量业务。HAPS代理平台内部用户向卫星发起通信请求,卫星可以按照既定的传输体制处理这些用户的通信数据,再由HAPS下发给平台覆盖下的用户,这种设计方案使得HAPS的组网更具灵活性,HAPS既可以独立的设计传输体制,又可以兼容卫星系统的传输体制。
3.2.2 终端用户覆盖问题
HAPS的覆盖问题是HPAS-卫星综合通信组网问题的基础,主要目的是确定HAPS的位置问题,研究如何使用最少的HAPS节点来组成最有效的覆盖。根据覆盖终端用户的不同,可以把覆盖问题分为三类:区域覆盖、目标覆盖和栅栏覆盖。
区域覆盖是保证通信区域的任意一点都被覆盖的前提下,如何配置和调度HAPS节点而达到所用HAPS节点数量最少。如图 6展示了一个正方形通信区域内HAPS的区域覆盖实例。
目标覆盖是在所要保证的终端用户都被覆盖的前提下如何配置和调度HAPS节点的问题,如图 7所示。
栅栏覆盖是检测某个移动终端用户穿过HAPS系统网络区域时被发现的概率,如图 8所示。
此外,HAPS节点可能根据需要会有临时的增加和减少,所以网络是一个动态的拓扑结构。因此需要根据这些变化设计一个可行有效的算法,以动态调整HAPS位置而达到最有效的覆盖。
当HAPS节点部署并组网完毕后,网络面临两个基本且亟待解决的覆盖问题:1)如何评估HAPS网络对终端用户的覆盖性能;2)如何采用相应的策略来改善已有的HAPS节点分布或针对盲区部署额外的HAPS节点进而提高网络的覆盖性能。这直接关系到HAPS网络拓扑控制以及有限资源的优化分配问题。
3.2.3 系统传输体制
1)调制体制
目前通信系统中主要应用的调制方式主要有BPSK、QPSK、MSK、GMSK、OQPSK、DQPSK、8PSK、16APSK、32APSK、64APSK等。关于调制方式的选取,主要考虑4方面因素:(1)即抗噪声性能,其决定了卫星和HAPS的功率利用率,也决定了系统的抗干扰性能和用户速率;(2)频谱利用率:决定了现有频率资源下最大的通信能力,对于跳频通信决定了跳频带宽内跳频点的个数;(3)邻道干扰:由于上行常采用多载波同步跳频体制,邻道间的干扰应该尽力避免,调制方式的选取应该具有很好的抑制旁瓣特性。(4)平台实现的复杂度:对于处理转发器,上行调制方式的选取还必须考率到平台解调的复杂度。
2)编码体制
传统的卫星通信通常采用卷积编码和RS编码方式,随着编码理论的发展以及芯片处理能力的增强,Turbo码、LPDC码等高性能编码方式逐渐成为更佳的选择。然而Turbo码、LPDC码都有其自身的优势, LDPC码拥有更低的译码复杂度及实现的灵活性,但对于短编码分组LDPC码性能不如Turbo码,所以对于话音等低速业务Turbo码更适合。所以HAPS系统和卫星通信系统组网要选用哪种编码体制,则需根据业务特点进行进一步论证。
3)协同通信体制
协同通信体制的启发来源于多收发天线MIMO系统,MIMO系统显著的容量和性能优势已被广泛研究,并应用于无线通信的标准中。虽然其发射分集技术在蜂窝基站中的优势是非常显著的,但是它要求发端要有多个发射天线。而Sendonaris等人提出的协同分集技术可以通过单天线用户终端相互作为中继、共享天线,在不增加设备复杂度和设备量的条件下,构成虚拟的MIMO系统,从而获得分集增益,适用于设备大小、硬件和功耗等都有严格限制的终端用户。本研究可以利用HAPS作为中继,共享天线,以此达到提高容量、提升性能的目的。
3.2.4 网络互联协议
网络互联协议的基本架构如图 9所示。
1)物理层
终端用户物理层的设计依据HAPS和卫星的传输体制确定,HAPS物理层分为两个独立设计:一是与卫星系统物理层的兼容设计,包括调制编码方式、多址接入方式;二是HAPS内部通信系统物理层的优化设计。HAPS内部通信系统物理层的协议设计主要满足高速、大容量的要求。
2)链路层
链路层要解决用户信道分配问题,通常可采用预分配(PA)、按需分配(DA)、动态分配(DYA)、随机分配(RA)等方式。HAPS-卫星通信网络的信道分配方式选择应充分结合网络的基本特点。在卫星平台,其直接用户为地面终端和HAPS用户群,该用户群可以灵活的接入卫星通信网络。HAPS作为平台内部所有用户的"代理者"向卫星提出资源,通常情况下其所需通信资源量会远大于普通地面用户,因此卫星平台的信道分配方式适应这种特殊的"用户"需求。通过以上分析,建议卫星平台分配方式应综合动态、按需分配、随机分配方式的优势。HAPS内部网络资源分配方式应该面向平台通信应用的场景,满足大容量用户通信需求,采用动态、按需、随机分配综合方案。
3)网络层
网络层主要完成用户数据的交换问题,可选交换方案主要有:电路交换、分组交换,需要根据系统的整体特点进行选择。
①电路交换
在此方式下所有的交换过程都是在网控的控制下完成,网控根据各用户的业务申请、源及目的波束决定业务的交换对应方式,进而控制交换矩阵的输入和输出,完成业务交换过程。电路交换的优点是适合话音业务等固定速率的业务,并且实现简单、实时性和可靠性高,但数据通信业务量大时效率比较低。对于传统的话音等实时性要求较高的固定速率业务,电路交换方式优势明显。
②分组交换
目前在地面上存在三种主要分组交换方式:ATM交换方式、IP交换方式、MPLS交换方式。三种技术各有优势和不足。分组交换的优点是适合数据通信,满负荷条件下效率高,但实现复杂,对交换设备要求高。考虑到未来地面终端IP等分组业务增多和星上实现IP技术逐渐成熟,HAPS-卫星通信网络分组交换方案值得进一步研究。
3.2.5 用户终端动态管理
由于地面终端用户呼叫的不规律性以及自身的运动性,系统会涉及到平台内信道切换问题。当终端用户处的用户范围比较大时,用户可能移出当前HAPS的覆盖范围而进入另一个HAPS或是卫星的覆盖范围,则会涉及到平台间信道切换问题。此时用户的通信会受到多重信号覆盖的干扰,为保证用户通信的质量必须由原有的通信信道转到新的较好的信道,以保持高质量不间断的通信。切换需要高速及时执行,否则用户通信的质量会下降,甚至不可接受。网络切换通常有两种机制可选:硬切换和软切换机制,如图 10所示。
①硬切换
当用户处在重叠的覆盖区域时,直接断开原来通信链路,并选择最佳信道重新建立通信链路。如果新的通信链路不能及时建立,硬切换会引起通信中断。
②软切换
针对硬切换会引起通信中断而设计的一种平缓的切换机制,当用户处在需要切换的阶段时,同时和当前可切换的平台建立连接,到新建的信道通信稳定时再断开原来的通信链路,这样做可以使用户在整个切换过程中的通信不间断,保证了用户通信的质量。软切换的主要缺点是切换时需要同时占用两条链路,增加了系统开销;另外能否采用软切换受到传输体制的限制。
在用户终端动态管理的研究中,可以把用户的速度分为低速(手持终端等)、中速(车载、舰载等)、高速(机载、弹载等)三种,并根据用户的运动特性设计一个合理的切换算法来管理用户终端的信道切换问题。
4 结束语
本文主要介绍了HAPS系统特点和通信优势,并对HAPS系统与卫星通信系统综合组网进行了讨论和分析,为今后HAPS组网的研究提供了可能的方向。HAPS系统与卫星通信系统综合组网的研究还存在着很多空白,各国都处于起步阶段,我们应该抓住这个不可多得的机遇,展开深入研究论证,以占领HAPS系统与卫星通信系统组网研究的至高点。
综合组网 篇2
而且以太网接口的ADSL一般可支持多种ADSL模式，不仅具有ADSL调制解调器的功能，很多产品还具有先进的路由处理和网关功能，完全不占用计算机系统资源。设置灵活方便，一次设置完成后，开机自动与网络连通，稳定性强，传输速率高。是家庭、小型局域网和SOHO用户最理想的选择。在本文中我们就来介绍一下以太网接口的ADSL硬件组网。
ADSL硬件
一、ADSL产品如何选择分析
以太网接口的ADSL也可分为以太网接口的桥式及以太网接口的路由式的两种ADSLMODEM，它们在共享应用上也各有不同。
从整体性能上来看，一般来讲以太网接口的ADSL设备在硬件性能上要比USB的ADSL产品更为强大，其具有独立的CPU(处理器)，能够脱离电脑处理网络传输工作，所以它不会占用电脑的CPU资源，使用更方便。
而PCI接口的ADSL设备虽然成本较低，但肯定会或多或少的占用电脑CPU的资源，而且需要安装相应的驱动程序才能使用，对于一般的用户相对使用起来比较麻烦。出现故障后，对故障的判断也不如外置式ADSL直观明了，常常需要打开机箱对PCI设备进行拆卸检查，很不方便。
同样的以太网接口ADSL设备也存在两种模式的产品。一种就是单纯性以太网接口的桥式ADSL产品，其成本更低，具备一定的防火墙功能甚至IP过滤功能，但不带有路由功能，一般只能允许一台电脑同时上网，要用这种产品共享上网，一般需要借助于其它路由设备，如目前大众化的宽带路由器或无线宽带路由器等等。
单纯的ADSL
一种就是以太网接口的路由式ADSL产品，这种产品内置了NAT协议及虚拟拨号程序、DHCP服务器，可在ADSL内部就完成拨号及共享等一系列功能。而且这类产品一般还具备简单的防火墙功能，可应付一般的 程序，
这类设备在进行家庭共享时只需加入一款集线器或交换机即可实现。
除此而外，还有种带4-8口交换机的以太网接口的路由式ADSL产品，其在使用时更方便，免除了家庭用户选择集线器或交换机的必要。4以太网口ADSL宽带路由器是一台高性能综合的InternetIP共享设备。包含一个内建的全速率以太网ADSLModem和一个4口10/100Mbps高速以太网交换机。
通过界面友好的Web向导，你可以针对不同的ISP环境(DHCP、PPPoE、静态IP)对4口以太网ADSL宽带路由器进行优化设置，从而使用一条ADSL线路，家庭网络里的所有电脑就能通过一个IP地址(ISP服务器分配的)同时高速接入Internet。这种4口以太网ADSL宽带路由器为SOHO用户和住宅用户提供了安装使用简单且经济的解决方案，还可为局域网用户提供防火墙保护功能。
二、通过集线器共享上网
开启以太网接口的ADSL内的路由(虚拟拨号)功能，然后将ADSLMODEM连接在集线器或交换机上，其它电脑再通过集线器或交换机上网。
①硬件连接
对于家庭用户来说，选择4-8口的国产交换机即可，其价格一般在50-100元左右。
联接方法有两种，一种是用连接ADSLMODEM的网线直接接在集线器的普通RJ-45接口上，这时需用交叉网线。第二种方法是用连接ADSLMODEM的网线直接接在集线器的UP-LINK口上，这时用直通线连接即可。
当然，目前多数主流交换机或ADSL的10/100M自适应RJ45端口都支持端口自动翻转(AutoMDI/MDIX)功能，无需考虑线序问题，大大方便了布线使用，但我们在叙述时还是按标准进行。
然后，可用直通网线把集线器的普通口和需要共享上网电脑的网卡相连，在连接时只需注意如果使用了集线器的UP-LINK接口，那么，集线器的1号普通口一般就不能被同时使用了。
综合组网 篇3
综合监控系统(ISCS)在保证系统安全、可靠的前提下,通过网络的开放性和互联性,实现地铁相关系统信息互通、资源共享和快捷的自动化联动控制功能,以提高对地铁突发事件的快速应对能力,为防灾、救援和事故处理提供方便,从而进一步提高地铁运营管理水平。综合监控系统主要集成了变电所综合自动化系统(PSCADA)、环境与设备监控系统(BAS)、火灾报警系统(FAS)、屏蔽门系统(PSD)、防淹门系统(FG)及互联了信号系统(SIG)、自动售检票系统(AFC)、闭路电视系统(CCTV)、广播系统(PA)、乘客信息显示系统(PIDS)、车载信息系统(TIS)、时钟系统(CLK)、门禁系统(ACS)。
2 骨干网的组网方式
综合监控系统骨干网是连接车站级和中央级综合监控系统的主干传输通道,它将中央级、车站级和车辆段综合监控系统连接为一个有机的整体。目前,由于不同的系统集成商对网络系统设计及网络设备的IP规划有着不同的方式,综合监控系统的骨干网又可依据具体的应用分为二层网络或三层网络。
2.1 二层网络交换原理
交换机通过ASCI芯片查MAC表,然后知道数据包是通过哪个接口进行转发的。这就是二层交换的基本概念,主要用于同一个IP子网内的数据包交互,主要应用于以太网。
以太网上主机之间的通信链路通过二层网络交换机,在很大程度上依赖于一种广播包,严格来说广播包只负责建立和维系通信而不传送有效的数据,当网络上主机数量增大时广播包会以指数级增长,占用太多带宽,降低网络效率,或者当网络中出现广播风暴时,整个网络出现堵塞状态。
2.2 三层网络交换原理
三层功能的主要目的就是需要完成跨网段的任务,在不同的局域网之间通信,通过CPU查路由表来实现。A网段的一台主机将数据包发送到ASCI交换芯片上,然后芯片查MAC表,这时封装的MAC是本局域网中网关的MAC,也就是路由器的LAN口MAC。交换芯片将数据包提交到三层,然后CPU完成路由查表,将数据包转发到另一个网段。三层交换机是根据IP地址进行数据包的转发(或交换)。
3 广佛线综合监控系统骨干网的组网方式
由于纯粹的二层组网方式以及二层加三层的组网方式均会存在广播域过大的不利因素,在地铁网络规模不断扩大,应用的复杂性不断增加的背景下,这个问题会尤其突出。因此,广佛线综合监控系统中采用三层组网方式。
广佛线综合监控系统骨干网采用双环千兆工业以太网构建,车站、车辆段和OCC等每个网络节点采用主、备2套工业级的千兆以太网交换机。所有车站、车辆段和OCC的ISCS设备都连接到交换机上进行数据通信。针对轨道交通及本项目的要求,交换机采用由上海海得提供的德国Hirschmann公司的MACH4000系列产品。
OCC采用两台MACH4002 48G-L3E交换机,背板处理能力为96G,每台配置4个1000M的RJ45模块,可接32个RJ45口;4个千兆光纤模块,可接多模或单模光纤。车站、车辆段均采用2台MACH4002 48+4G-L3E交换机,背板处理能力为16G,每台配置2块100M的RJ45模块,共有24个100M接口;4块千兆光纤模块,用于连接双环千兆工业以太网,以及主备服务器。
网络交换机组网示意图如图1所示。控制中心和所有车站的A网和B网交换机之间均由一根级联线连接2台交换机。所有交换机之间的连线均是出于激活的状态。不同的站点之间均使用三层路由通信作为主干,可将整个网络的广播域限制到最小,可实现不同车站内的不同业务类型均处在独立的广播域内。
三层组网方式要求网络中所有交换机均是三层交换机,并且需要开启RIP或OSPF动态路由协议。出于系统可靠性及冗余性考虑,还需要在每个车站的2台三层交换机上进行互相匹配的VRRP或HiVRRP配置。在这种应用下,不同车站的终端设备的IP地址均需要规划在不同的网段内。
4 三层组网方式的优缺点
使用三层组网方式,具有非常明显的优点:
(1)广播域更小,某个车站的广播包,只会限定在本车站相同业务的VLAN内传输,不会影响到其它终端设备,方便故障分析和处理。
(2)通信的路由路径更合理,某两个车站间的三层通信可直接在骨干网上进行传输,无需先进入核心交换机再进入另外一个车站内。
(3)针对不同断线的故障应对能力更强。
这种组网方式相对于二层组网方式,也有一定的缺点:
(1)交换机配置更复杂,对网络维护人员的能力要求更高。
(2)由于是使用三层作为网络主干,网络断线恢复时间在某些情况下会比二层网络的收敛时间更长。
5 三层组网方式的网络故障及切换机制
(1)终端设备出现断线。
终端设备出现断线的切换机制如图2所示,车站1的FAS系统终端设备的A网卡链路发生中断,此时,整个网络系统并不进行任何的切换。该终端设备会从A网卡自动切换到B网卡,同时,该设备通信路径也由原来直接由A网传输变为图上所示的先进入车站的B网交换机后转为A网进行传输。同样的,如果是控制中心的服务器出现类似的断线,其切换与下端车站是相同的。
(2)交换机上联链路出现断线。
交换机上联链路出现断线的切换机制如图3所示,与二层组网方式不同,使用三层组网方式下,由于每条链路均处于激活的状态,交换机会自动选择B网作为该车站下所有终端设备的通信骨干网。所有的切换均由交换机的动态路由协议来实现,但是会增加一定的切换时间,因为路由路径需要重新计算。
(3)控制中心A网、B网核心交换机级联链路出现断线。
控制中心A网、B网核心交换机级联链路出现断线的切换机制如图4所示,这种情况下,终端设备通信不发生任何切换。
(4)车站交换机出现故障。
车站交换机出现故障的切换机制如图5所示。当控制中心或车站上的某台交换机出现故障时,由于在每个车站内的2台交换机之间使用的是VRRP或HiVRRP的路由冗余协议,B网的交换机会自动启用设置好的路由接口。同时,该故障站点的终端设备会使用第二块网卡进行通信,而其余非故障站点的终端设备仍然使用A网卡进行通信。
6 结语
采用三层组网方式可以极大降低出现广播风暴的概率,并且其针对不同断线的故障应对能力更强。
摘要：从地铁综合监控系统的概念以及组网方式入手,结合广佛线综合监控系统的组网特点,介绍骨干网组网方式在综合监控系统应用的优缺点,以及三层组网方式的网络故障和切换机制。
关键词：城市轨道交通,综合监控,骨干网,三层交换
参考文献
[1]魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术[M].北京:电子工业出版社
组网实例 篇4
项目背景
近年来，网络技术教育和人才培养已经成为高等院校一项重要的战略任务。作为培养和孕育未来高素质教师队伍的师范类高校来说，信息化教育和实践相结合将是提高教师信息化水平的有效方法。在学校的信息化建设中，网络建设是前沿，而在网络建设过程中，网络实验室的建设则成了当务之急。
高校网络实验室的核心价值即在于它能够从人才培养、科技创新的实用领域入手，从高等教育的层面向社会输送专业人才和技术成果，使学校、学生和企业都成为受益人。
需求分析
云南师大通过建设网络实验室，从实际应用出发，结合理论知识，摸索出了一整套培养信息化专业人才的行之有效的.方法。早期云南师大已经建设了一个网络实验室，为培养学生的实际动手能力起到了重要的作用。但是随着网络应用技术的快速发展，单台设备、单应用的网络实验室，已经不能满足现有系统化、整体化网络技术应用的需求。
为了适应新时代对信息化专业人才的需求，培养全面的、实际应用型人才，云南师大网络实验室的改造已显得尤为重要。
方案设计
设计原则：
前瞻性
通过对现有实验室的改造，能够满足未来几年内网络应用的需求。
开放性
网络实验室系统具有一定的兼容性，能够满足标准协议应用。
可用性
能够满足现有先进的、前沿的、普遍的网络技术应用。
投资保护
在系统建设过程中充分考虑到用户以前的投资，减少不必要的重复性投资，节约建设成本。
解决方案：
根据云南师大网络实验室的现状，结合实际应用，把握前沿技术，联想网络提出了分期建设的思路。
一期：增加部分目前主流设备(考虑了5-8年的更新和技术发展情况)主要解决网络常用结构的搭建(含局域网和广域网)的教学试验，并能在此试验环境中解决对网络整体管理的试验要求和网络具体配置的试验要求，并逐步插入网络安全概念的试验。
二期：进一步完善网络实验室的设备，使网络实验室网络结构教学能有实际配置的多样性，学生可通过自身理解动手更改网络结构;进一步深化网络整体管理试验，加强网络安全性管理试验(对带宽的管理运用、对接入用户限制管理等)，并引入IPV6等协议及实用网络技术的高端试验、教学。
三期：除能对网络教学可以实际试验实践外，开始进一步向网络使用研究发展，可利用网络实验室模拟大型城域网，校园网，并对网络管理、网络优化等进行试验性研究。
网络拓扑：局域网拓扑
广域网拓扑
整体结构图
设备选型
本次实验室改造，考虑教学和实验的方便及符合以上要求的设备，我们经过多方考证，确定新增一套联想网络iSpirit4802交换机作为核心交换机使用，3台联想网络iSpirit3750-24交换机作为汇聚交换机使用。
利用联想网络3750-24三层交换机将6个学习台分割成3个小型二层局域网，由联想网络iSpirit4802核心交换机做大核心形成完整的三层局域网;利用原有的设备充当接入交换机与联接各个学习用PC。
同时利用原有路由器分别联接核心交换机和汇聚交换机模拟广域网联接，并通过购入背对背联接电缆模拟广域连路环境。
利用原有的思科3550交换机联接服务器，营造独立服务器群，以便在今后试验过程中创造较为真实的各类网络环境。
在核心部分加装联想网络管理软件，不但可以对网络进行管理，还可以利用网络管理软件对学生进行网络结构、网络管理、安全管理等知识的教学和试验。
应用联想网络Hyperview网管软件，实现对网络系统的实时监控和管理。
网络实验课程内容
针对云南师大改造后的网络实验室，联想网络开发了一套与理论知识紧密结合、动手实践效果佳的网络实验课程，主要分为以下四个部分：
网络基础知识实验
网络结构实验
网络管理实验
网络安全实验
综合组网 篇5
传统的人工定期巡视机房和各个系统的应用方法以及无法适应当前社会发展的要求, 原始方法工作量大而且繁重, 效能低, 那么工作效率也就无法得到提高, 这对电网本书的安全生产等方面产生了巨大影响。为了解决这些弊端, 从而进一步改善并加强对电网安全的控制协调能力, 提高自动化机房及各应用系统的运行监控能力, 很多系统生产单位都逐步开发了自动化综合报警系统功能模块。这在某些角度上确实也减少了当前的矛盾, 但是, 各模块的安装部署都以自己为重心, 对全盘的协调缺乏考虑, 这就给自动化专业系统的运行和管理带来了或多或少的不便利, 因为整个系统中小模块系统的数量不断增加, 矛盾就会更加被凸显, 管理也就显得混乱。为了解决这个矛盾, 我们需要建立一套全面的自动化综合报警系统, 这个系统中包括:空调系统、电源系统以及自动化机房环境监控系统等。所采用的报警输出接口为统一的数据接口标准。这样就有效地提高了电网的自动化管理运行的工作效率。
一、系统设计简介
自动化专业系统包括:调度自动化SCADA系统、电量采集TMR系统、调度管理DMIS系统、UPS系统等。电监会的电力二次系统的应用方案为“安全分区, 横向隔离”, 并且各个系统也是按照此方案的原则进行的, 其中, 在各个分区中禁止了网络进行直接连接, 值得一提的是在生产控制欲管理信息这两个分区的物理隔离, 我们通常都是采用单向物理隔离装置。拥有这样的技术前提就使得自动化综合报警系统分区定位和组网方式上升为关键问题。例如报警信息邮件发送功能, 如下图:
组网方式分为将自动化综合报警系统部署在生产控制大区和将自动化综合报警系统部署存管理信息大区两大类。第一种将自动化综合报警系统部署在生产控制大区的组网模式采用专用传输软件将报警信息传输到自动化综合报警系统中, 这是直接运用TCP/IP协议进行传送。这种组网模式在采用的同时要注意, 因为需要将管理信息的数据送到生产控制区域, 根据上文提到的安全防护方案, 在理论上是需要对反向物理隔离装置进行一定的增加并且要制作专门的数据传输软件。也正是如此, 给自动化综合报警系统的方案布置造成了极大的不便利, 也在某些程度上对自动化综合报警系统的应用功能产生了制约, 限制了其应用功能扩展。第二种将自动化综合报警系统部署存管理信息大区的组网模式是通过TCP/IP协议直接将管理信息大区的应用系统的报警信息传送到自动化综合报警系统中。因为生产控制大区向管理信息大区传送安全数据是经过正向的隔离装置进行的, 与第一种相反, 切传输软件为现有软件, 因此不必重新开发新的传输软件。也正是因为如此, 利用现有软件将生产控制大区的报警信息传送到自动化综合报警系统中这个过程是非常方便快捷的。而且这还有利于自动化综合报警系统功能的扩展, 正好补足了第一种方式的不足。
二、系统功能简介
目前来看, 自动化综合报警系统是主要运用在集中统一完成自动化各个应用系统模块的统一报警平台管理, 其主要工作内容是完成对机房环境监控系统、网管系统等各个应用系统产生的报警信息的收集。其主要的基本功能应具备:
接口形式要做到统一, 接口方式要利落、稳定和可靠, 也必须具备扩展能力。在完成对其他应用系统的报警信息收集的同时还要进行分类整理。
为了方便讲接收到的报警信息分类, 并在这个前提之下分别发送给制定好的工作人员, 还应该实现信息类别管理和人员电话薄统一管理的功能。
对报警信息要进行保存功能, 历史数据可以被进行分类查询。
各应用系统应具备离线诊断和自动报警的功能, 这是为了避免系统在离线时无法将报警系统发布出去的情况发生。
具备自我诊断的功能, 在报警信息发送失败时, 要能够进行重现发送功能, 这样才能保证报警信息传送出去的可靠性。
这些功能都是必须具备的, 同时, 在具备上述功能, 自动化综合报警系统还应该预留统一的功能接口, 具体情况可以根据将来各自需要逐渐扩展。最好采用模块化的方式来进行扩展。
三、系统接口介绍
自动化综合报警系统的报警信息获取方式有两种——主动获取和被动获取。这两种方式比较常用。主动获取顾名思义, 就是由自动化综合报警系统发起查询指令, 对个应用系统进行周期性的检查, 从而获得准确的个应用系统的报警信息等;被动获取从字面来看也不难理解, 即是由各个应用系统吧所产生的报警信息等主动传送到自动化综合报警系统中, 这样被动的接受就不会进行周期性的主动巡检。简单的说, 自动化综合报警系统在理论上是应该对各个心痛进行周期性的自动扫描的, 只有这样才能准确、实时的获取到完成的报警信息和电子值班信息, 扫描周期可视情况而定, 三秒到五秒不定。同时也可设置连续三次周期扫描失败, 就认定该系统已经离线, 自动化综合报警系统即时发出该系统已经离线的报警信息并尽快通知相关工作人员进行处理。
在自动化综合报警系统中任何一个应用系统出现故障, 都会直接导致报警信息的不准确不及时, 进而很大程度上影响到整个电网的安全有效稳定的运行, 因此来看, 一个完美的、先进的自动化综合报警系统设计上不仅仅是能够提供丰富强大的功能从而对各类报警信息进行处理, 还应该具有对异常情况发生自主诊断和报警的处理功能, 这就要求我们的设计人员在自动化综合报警系统系统设计时注意这些问题, 也对我们的专业水平提出了一个更高的要求。
结语
全文针对整个自动化综合报警系统进行了分析, 对系统的设计、功能、接口标准等进行了讲述, 这些都采用了现今最现今的计算机网络通信技术, 与此同时还满足了电力二次系统安全防护的原则和方案, 该方案在我国某些城市也已经建成并且投入到使用中, 目前来看运行状况良好, 未来发展势头也是较好的。此系统的推广, 是适应了自动化专业的进一步发展——智能自动化控制。能将所出现的问题及时发送给相关工作人员, 使他们尽快发现问题并及时处理, 这样, 在系统运营正常的情况下也提高了人员的工作效率。
科技是在高速发展的, 各项技术也随着科学的发展迅速腾飞, 自动化是所有科学技术发展的必然趋势, 自动化程度的提高就意味着未来自动化综合报警系统的功能应用一定会得到更加迅速的发展和广泛的推广。
参考文献
综合组网 篇6
根据我国铁路中长期的发展规划,到2020年全国铁路营业里程将达到12万km以上。同时,铁路科技发展“十一五”规划和国家中长期铁路网发展规划纲要已将高速列车、高速行车控制技术、高速铁路安全监控系统列为重点研发内容。随着我国200 km/h及以上铁路客运专线建设的全面铺开,安全防范问题成为铁路客运专线建成后运营安全的重中之重。视频监控作为铁路防火、防盗、防灾、事故救援、客运调度指挥的重要辅助手段,为铁路的安全运营提供了技术保障。在不断完善的路网环境下,综合视频监控实现网络化、远程化已成为必然趋势。
1实现视频网络化应用的关键技术
1.1 视频信号的数字化处理
视频信号是通过对在CCD感光靶面上的光学图像进行扫描和光—电转换而成,视频就是由一幅幅具有相关性的静止图像构成。视频信号根据ITU-R601标准经过扫描、采样、量化和编码变成数字视频流,一路视频流按照传输速率来计算将有124.4 Mb/s的带宽,这个数据量大得惊人,不可能大规模用在网络上传输,所以必须对其进行视频压缩处理,去除信号中的冗余信息(甚至丢掉一些不太重要的有用信息)。
H.26x系列其编码及压缩仅对图像而言,声音编码及压缩则另有标准,这种编码标准在电信行业使用较多,如多媒体通信、电视会议等。MPEG-x其内容包括MPEG系统、视频及音频,MPEG-2数字图像压缩技术所传送的图像质量能达到电影级,图像分辨率可达720×576像素(PAL);H.26x系列只处理图像,不处理音频,传图像设备简单、设备价格低,图像质量较MPEG系列图像质量差。
MPEG-x系列的对比见表1。
从表1可以看出,铁路综合监控系统图像上传可采用MPEG-2编码方案,图像存储可以采用MPEG- 4。
1.2 视频远距离传输
目前铁路通信数据网已建成了高带宽、高可靠性的光传输网络,骨干带宽可达1 000 m以上,接入带宽不低于100 m,完全可以满足视频图像传输的带宽需求;随着铁路通信数据网的不断完善,为视频图像的网络化应用提供了一个可靠、高效的承载平台,使铁路综合视频监控的网络化应用成为可能。
1.3 图像存储技术
随着视频网络化的应用需求,综合视频监控系统应采用网络化存储NVR技术。NVR-网络视频存储主要包含SAN(IP SAN,FC SAN),NAS和DAS存储技术。
1)SAN存储通过专用交换机连接到一群计算机上。在网络中提供多主机连接,允许任何服务器连接到任何存储阵列,让多主机访问存储器和主机间互相访问一样方便,这样可直接方便的存取所需的数据。传统的SAN称为FC SAN,而基于标准IP技术的称为IP SAN,两者的主要区别在于连接主机和存储阵列之间的传输通道是使用FC技术还是使用IP技术。
2)NAS网络存储采用独立于PC服务器,单独为网络数据存储而开发的一种文件服务器,其最关键的就是使用专用于数据存储设备管理和数据存储的文件服务器,可直接通过IP以太网作为网络的一个节点而存在,服务器和工作站用户都可以直接通过网络访问NAS服务器。
3)DAS直接连接存储是指将外置存储设备通过连接电缆,直接连接到一台计算机上。采用直接外挂存储方案的服务器结构如同PC机架构,外部数据存储设备直接挂接在内部总线上的方式,数据存储是整个服务器结构的一部分。
4)NVR的优点。NVR网络存储是指存储设备直接与数字视频传输网相连接,提供对编码器产生的数字视频流的直接存储的技术。NVR主要优点如下:存储容量大,配置灵活,安全可靠;支持RAID(廉价磁盘阵列),确保存储图像的安全性,提高了存储系统长时间连续工作能力;支持磁盘热插拔,可在线维护、更换故障磁盘;存储的图像质量高。由于其直接存储编码器产生的数字视频流,即可得到与日常观看的监控图像质量相同的存储图像质量;网络功能强大。可放置在网络上的任意位置,网络吞吐能力强大。可向全网提供存储、检索、查询及回放服务。
通过以上分析,铁路综合视频监控系统的图像存储应采用分布模式,集中管理,支持网络的多点查询、回放。考虑到建设成本,积极采用可支持IP SAN技术的DAS服务器的方式,在每个车站放置一台DAS存储服务器(直接连接车站本地网络),通常满配备可支持到16 T的存储容量(做完RAID5,并格式化后,实际可供存储的空间约为13.5 T),日后扩充可再添加一台DAS服务器,或可直接在网络上加支持IP SAN的小型磁盘阵列,即可方便的实现存储系统的扩容,无需中断现有业务。
2系统需求分析及功能
目前综合视频监控系统主要为客运服务系统提供所需的车站客运服务即站台、候车厅、进出站大厅等视频监控,为防灾安全监控系统提供区间重点部位如公跨铁路桥的视频监控,为牵引供电系统各所亭提供重点部位视频监控,为动车管理信息系统提供动车检修作业流程视频监控等。
系统支持自动监视和人工监视模式。在自动监视模式下,能够自动对监视区域进行图像分析和行为分析,实现对异物“入侵”的自动跟踪监测。
系统具有告警功能。系统能够对异常情况给出报警;告警与视频联动,告警时自动切换视频、保存视频、抓拍。查询该告警时,系统自动查找告警时间及相应时段保存的对应视频文件。
系统可设置为自动轮巡、人工点播及自动巡检模式。
网络化的综合视频监控系统可作为一个共享视频监控网络平台,为各业务部门提供视频监控功能。具有使用灵活方便,支持分级管理,多用户同时观看功能。
系统能实现远程实时监控、远程控制管理、智能图像处理,可对图像进行放大、缩小、历史图像回放及局部放大操作,可以为每路图像配置文字注释和编号设置,可以叠加时间信息。
系统具有24 h自动回放和7 d内连续信息存储功能,以备需要时查询。
3系统构成
3.1 网络结构
铁路综合视频监控网的建设应积极制定近、远期的发展规划,并制定相应的技术规定。由于铁路建设时期、线路等级的不同,很难一步建成完善的网络,所以应该采用分步实施,逐步完善的方针。对于新建铁路,可一次性建成本线的综合视频监控系统,既有线可根据情况逐步实施建设。
全路的视频监控网络应为两个层面,即线路层、铁路局层。线路层主要对本线图像进行监控、管理,对其他线路的图像不具备调用的能力;铁路局层是一个区域监控中心,能够对局管内所有线路实现视频图像的监控、管理和任意调用,在重大灾害情况下,发挥全局监控的功能。
3.2 系统组成
1)线路层。
综合视频监控的线路层面由三部分组成,即监控中心、监控分中心和监控局站。
在调度中心设监控中心,负责全线视频监控设备及网络的统一管理和调度。调度中心相关部门(如电力及牵引供电、综合维修、动车运用、列车运行控制、旅客服务、防灾安全监控)以及安全监察室可按需要设置监控分中心。在客运公司、车站、综合维修工区、牵引变电所、电力配电所、信号中继站、区间无线基站等地的通信机房内设监控局站。各监控局站负责各现场监控点摄像机的就近接入,并接受处理中央视频管理中心的指令。
调度所配置系统中央管理服务器及监控终端,接收来自本线各车站视频分析单元的视频图像、处理结果和报警信息,并根据报警类型、报警级别和报警点位置做出处理决策。
车站通信信号机房、动车运用所、维修段/综合维修工区、沿线信号机房、TPS电力牵引机房、GSM-R基站机房内安装1台彩色变焦摄像机、1台视频编码器对摄像机送出的模拟视频信号进行压缩编码,并向分控中心发送高清晰视频流。
桥梁、隧道等重点区域的一端架设一个远端站,另一端的设备接入附近的基站。桥梁、隧道两端分别安装1台彩色变焦摄像机和1台红外热成像摄像机及配套的数字视频编码(带行为分析)、云台解码、架设远端站的地方需敷设光缆,并配置光端机等配套设备。
车站的重点区域安装摄像机、带视频分析的编码器。分析内容包括:车站人员流量等级划分与报警、排队、非法滞留等分析模块。
车站为系统的分控中心。各车站按照就近接入的原则接收现场监控前端视频服务器或编码器处理后的摄像机视频信号,进行长时间的存储和后期分析处理,以生成相应的报警信息,通过铁路数据网向调度所进行发送。车站监控系统设置分控管理服务器和存储系统。
2)铁路局层。
作为路局层面的区域监控中心与各线路调度所同址建设,它的功能定位应该是监控局管内所有线路的综合视频监控终端,并且控制权限应高于各线路层监控中心,该监控中心应设计为可任意选择各线全部视频信号中的至少8路进行监控。
该系统主要由编解码设备、视频服务器、显示大屏幕组成,路局层面监控中心将各线上传至中心的模拟图像信号进行在编码,将各线模拟图像编码成统一格式数字视频流,通过视频服务器,显示工作站完成对图像的显示,切换,调用。
3)图像调用方式的分析。
要实现路局层监控系统的功能,应解决图像调用问题,因为各线的供货厂商不同,致使采用的编解码设备不尽相同,在铁路局层控制中心很难进行数据流的直接共享利用,为此,各线路中心需向路局层控制中心提供8路模拟视频图像,本中心将各线上传的模拟视频图像进行在编码,将各线模拟图像编码成路局层控制中心统一格式数字视频流,通过视频服务器,显示工作站完成对图像的显示,切换,调用。同时二次开发的控制功能也通过视频服务器实现。
摘要：分析了铁路综合视频监控系统进行网络化组网的技术可行性,并提出线路和铁路局二层组网的建设模式,对各线综合视频监控的网络化运营提供了基本建设思路。
关键词：综合视频监控,编码,存储,网络
参考文献
[1]杨磊.电视监控实用技术[Z].
[2]郑西客运专线综合视频监控系统技术文件[Z].
MMEPOOL组网浅析 篇7
MME设备是EPC网络中的控制面节点, 在网络中通常集中设置。
但假如MME设备发生故障, 从故障发生到故障恢复需要花费较长的时间, 影响用户使用业务, 为此必须建立一套安全、可靠的MME系统。
3GPP提出了MME POOL概念及MME间负荷均衡、负荷重分配、过载控制等方案。运营商根据自己的网络特点规划设计MME POOL, 组建安全、可靠、高效、便于维护的EPC网络。
一、MME POOL简介
MME POOL由多个MME组成, MME POOL内每个e Node B与MME全互联。MME POOL内所有MME与e Node B之间路由均可达。当UE进入MME POOL覆盖范围时, e Node B为其连接POOL内某个服务中的MME;当UE在POOL内漫游时, 为其服务的MME保持不变, 不用切换到新的MME。
不同的MME POOL之间可以互相叠加, 重叠区的e Node B可以同时与两个MME POOL中的某个MME建立S1连接。.
MME POOL虽然与SGSN一样, 完成信令的转发和控制功能, 但与SGSN有所不同, MME POOL标识更加清晰。MME POOL增加了以下3个标识:GUTI、TAI、TAList。
GUTI包含GUMMEI和M-TMSI。GUMMEI由MCC、MNC、MME组成。M-TMSI为32个bit长度, 在一个MME内唯一标识一个UE。
当MME处于EMM-REGISTED工作状态时, 通过ATTACH或TAU流程向UE下发GUTI;当MME为ECM-CONNECTED工作状态时, 通过PTMSI重分配流程向UE下发GUTI。
TAI=MCC+MNC+TAC。
MCC:460。MNC:中国移动为00、02、07;中国联通为01;中国电信为03。
随着移动网络的不断发展和用户数的激增, MNC会有所增加。TAList是跟踪区TA的列表。
当网络寻呼用户时, 在TAList表中的所有TA区中寻呼用户;UE在此TAList所包含的所有TA区中移动时, 不需要发起TA更新;MME在Attach Accept消息、TAU Accept消息和GUTI Reallocation Command消息中, 将TAList.下发给UE。
在MME POOL网络中, 一个e Node B与MME POOL内多个MME相连接, 当TA业务区中的UE发起新的业务时, MME要将负荷权重 (Relative MME Capacity) 下发给e Node B, e Node B根据所连接的MME的负荷权重, 选择节点, 为UE选择一个工作状态正常的的MME。
ENode B实时测量与其连接的MME设备的工作状态是否可有, 如果检测到某MME不可用, 依据负荷均衡策略, e Node B会将业务请求消息分配给其他状态正常的MME。
MME POOL中各MME可用容量确定了MME的负荷权重数值。
当S1AP连接建立时, MME负荷权重值通过S1 Setup Response消息下发给e Node B, e Node保存此数值, 为UE的接入做好数据准备, e Node B向MME发起SCTP偶联建立请求Request消息, 得到响应MME的Rsponse消息, 偶联成功建立;
e Node B向MME发送S1 Setup Request消息, 请求建立接口设备的S1连接;
MME向e Node B发送S1 Setup Rsponse消息, 接口设备的S1连接成功建立, 此消息中携带了MME的负荷权重信息。e Node B保存MME的负荷权重信息。
当MME POOL网络中有MME作调整如升级或扩容, MME向e Node B发送MME Configuration Update请求, 此消息中携带了MME新的负荷权重;
e Node B收到消息后, 重新配置MME负荷权重数据, 并向MME发送MME Configuration Update ACK消息, 确认数据修改完毕。
二、MME POOL网络特点
动态过载控制:当MME POOL内某MME过载, MME通知e Node B启动过载控制策略, 将任务消息转发给负荷较轻的MME, 达到网络负荷平衡。
灵活过载重分配:若当某MME负荷过大, MME POOL会动态调整负荷, 有序卸载, 不影响网络运行, 也不影响用户的感知。
池节点集中管理:MME POOL内所有MME均统一管理、数据集中配置、网络集中监测、故障集中管理、各种性能统计报表都能随时调取, 便于网络的集中管理。
参考文献
[1]3GPP TS 36.413 3rd Generation Partnership Project;
论家庭组网方式 篇8
1.1 并/串行电缆直接连接
早期家庭电脑不多, 一般是2台电脑互联, 电脑操作系统为WINDOWS 2000以下。这时使用电缆直接, 2台电脑的距离不能太远, 一般只能几米, 电缆连接图如下图所示:
同时电脑上要安装相应的协议, 如“Microsoft网络客户端”;安装相应的服务, 如“Microsoft网络的文件和打印机共享”。
1.2 通过USB口实现双机互联
利用USB口和特殊的USB联网线进行双机互联不需要网卡, 还可提供高达15Mbps的传输速率, 而且能够检测到远程的PC, 可以分别在两个窗口方便地剪切、拷贝、粘贴或拖拉文件。也可以把远程的文件在本地电脑的打印机进行打印。还具有热插拔功能和远程唤醒功能, 传输的长度可以为5米左右。不过, USB联网线方案在服务器未开启的情况下无法上网, 扩展性不强, 不过用于两台机互联共享还算是绰绰有余的。
1.3 通过双绞线实现双机互联
这种连接方法, 需要2台电脑各配置一块10/100M自适应网卡, 并且用一根5类双绞线进行连接。双绞线接线方式遵循EIA/TIA 568A和568B标准。然后在各自电脑上设置IP地址为同一网段, 基本就能实现双机互联。
2 利用路由器或交换机或集线器
2.1 通过宽带路由器实现多机上网
现在宽带路由器一般有5口, 一口作为上联口WAN与ADSL MODEM相连外, 其余4个是以太网接口, 可与电脑终端相连接。假如家里有4台电脑需要同时上网, 则可按下列方式实现。
每台电脑安装一块10/100M网卡。
每台电脑各自通过双绞线连接宽带路由器4口中的任一口。注意, 双绞线的长度不能超过100m, 双绞线为直连线。
这种方案中, 共享上网的几台电脑相互之间是独立的, 其中一台电脑对另外电脑不产生任何影响。
2.2 通过路由器和交换机实现多机共享上网
如果家庭成员较多且拥有较多电脑, 一般多于4台的话, 要想实现多机共享上网, 可采用路由器+交换机的方案。
每台电脑安装一块10/100M网卡。
路由器通过WAN口与ADSL MODEM相连, 路由器的LAN口与交换机的UP_LINK相连, 电脑则连接到交换机其余端口上。
这种方案中, 每台电脑的IP地址设置成与路由器内部默认IP地址在同一网段, 这样不仅在家庭内部能实现多台电脑资源共享, 而且上网互不影响。与上一种方案相比, 中间加了一台交换机, 网络的稳定性受到了一定的影响。
3 无线家庭组网
眼下最热门的组网方式, 在有线宽带入户以后, 在局域范围内用无线连接共享和上网的一种方式。与有线网络相比较, 无线网络更灵活、更方便、更安全、适应性更强、操作也更简单, 让人能够真正体会到网络无处不在的奇妙感觉。
这种方案中, 无线网卡无需设置IP地址, 只需采用默认的自动获取IP地址, 即可实现计算机之间的连接。这种方式的优点在于无线路由器可以让用户不在受网线的牵绊, 与笔记本使用可达到最理想的搭配, 一般不受接入电脑台数的限制。缺点在于, 会受到环境因素的影响, 性能有时不是很稳定。
参考文献
[1]谢希仁.计算机网络 (第四版) [M].北京:电子工业出版社, 2004.
[2]王达.网管员必读[M].北京:电子工业出版社, 2004.
雷达组网技术研究 篇9
现代战争条件下,雷达面临着综合性电子干扰、低空和超低空突防、反辐射导弹、隐身目标的严峻挑战,单部雷达已很难抵抗这“四大威胁”,为了降低或消除这些威胁,我们可以采用雷达组网。所谓的雷达组网是指,在一定区域内合理部署多部不同体制、不同频率、不同极化方式的雷达,以构成有效的探测范围,并将各雷达的信息进行收集、传递和处理的一种探测方法。
二、雷达组网的意义和原则
1、雷达组网的意义
单部雷达无论在探测能力上,还是电子防御能力上都有较大的局限性。采用雷达组网则可以有效的增加雷达的作战性能,主要表现在:
(1)增加了时域、频域、空域的覆盖能力,并且在探测的重叠区域,提高了目标的发现概率。
(2)组网雷达中不同体制、不同频段的雷达由于其极化方式、工作频率、脉宽、重复频率等各不相同,因此其抗干扰能力也大大提高。
(3)雷达组网可以从各个不同的视角观测目标,提高了探测隐身飞机的能力,并能够实现盲区互补。
(4)雷达组网可以实现资源共享,将网中雷达的数据进行融合,可有效的提高对目标的跟踪精度。
2、雷达组网的原则
雷达组网的原则很多,除了阵地选择原则外,通常还要求在主要方向、重点角度和主要高度层中雷达网对目标覆盖冗余数最多、体积最大;单部雷达对目标的覆盖系数最多;各种极化方式、工作频段、工作方式的类别尽可能最大;在干扰环境下单部雷达间盲区互补、主要区域间盲区最小等。组网时,在权衡利弊的基础上,可以根据其中的一种原则或综合其中几种原则进行部署。按照上述原则部署,其综合效能都是单部雷达所无法比拟的。
三、雷达组网常用布站形式
目前并没有统一的雷达布站的方法,在此只给出一个初步的布站方法。
1、根据全域覆盖原则进行布站
通常,采用的雷达网部署形式由三角形配置和正方形配置,如图所示。
假定各雷达探测距离完全相等,且其探测半径为R。从图1可以看出,一部雷达的平均覆盖面积等于圆内接正六边形的面积:;若按照图2所示的正方形配置,一部雷达的平均覆盖面积等于其内接正方形的面积:。
按三角形配置较为经济合理,因为覆盖同样面积区域需要的雷达数量要少于正方形配置,所以此种布站方式最为普遍。
同时在具备的条件下,还可采用以大型雷达为骨干,中、小型低空雷达补盲相结合的雷达群进行配置。这样既可减少中、高空探测的过多重叠,又可弥补低空探测不足。
2、根据抗干扰原则进行布站
电子干扰是对敌方电子设备或系统采取的电波扰乱措施,目的是使敌方电子设备或系统效能减低甚至失效。为了使雷达网在电子干扰条件下仍能有效地工作,首先要尽量使用具有抗干扰能力的雷达(如采用脉冲压缩技术、旁瓣消隐技术、频率捷变技术的雷达);其次,网内各雷达之间地频段尽量减少重叠,各雷达之间信号类型和极化方式应尽量不同,以降低敌方干扰的影响。
通常,要把抗干扰能力比较强的雷达放置在距敌干扰机较近的位置,而将抗干扰能力弱的雷达布置在中心区域,并将常用雷达与隐蔽雷达重叠部署,以此可以在一定程度上提高雷达网的抗干扰能力。
3、根据探测隐身目标原则进行布站
飞行器隐身技术主要包括外形设计、涂覆吸波材料和选用新的结构材料等方法。但是该技术也有两个缺点。首先,隐身飞机的隐身效果不是全方位的,它主要是减小从正前方附近照射时的后向散射截面,而目标其它方向,特别是前向散射RCS明显增大。因此,通过雷达组网可以在公共空域从不同方向对目标进行照射,从而提高系统对隐身目标的探测能力。其次,涂覆的吸波材料对于长的波长是无效的,当波长和飞机尺寸可以相比时,外形设计对隐身的作用会明显下降,因此,米波或更长波长的雷达具有良好的反隐身能力。
根据该原则组网时,两个雷达站之间的间距不能大于隐身目标对两个雷达站的“隐身穿越最小距离”之和,同时应该考虑部署米波波段的雷达,以增强反隐身能力。
在实际布站过程中,除了上述各项原则外,还会受到地形、雷达的使用要求等因素的约束,因此需要综合考虑以确定所需的配置结构。
四、结束语
同单部雷达相比,雷达组网具有更高的跟踪精度、更强的抗干扰能力、更广的时域、频域、空域覆盖能力。这些优势引起了世界各国的高度重视,因而雷达组网技术得到了迅速的发展,并成为了未来雷达的发展趋势。
摘要：面对越来越复杂的电磁环境,如何提高雷达的生存能力和发挥其最大效能,成了当今雷达急需解决的问题。而雷达组网正是解决这一问题的有效途径。本文介绍了雷达组网的意义、布站原则及其常见形式。
关键词：雷达组网,电子干扰,盲区
参考文献
[1]丁鹭飞,耿富录编著.雷达原理[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2005.2
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