分布式移动通信系统（共12篇）
分布式移动通信系统 篇1
摘要：基于光纤传输网络和分布式计算技术, 本文提出了一种未来移动通信系统结构, 它将现有移动通信系统中的无线接入网络中的基站和基站控制器的计算和处理功能移至计算处理网络中, 而信号和信息的发送和接收借助于光纤传输网络来进行。另外, 还介绍了所提出的系统应考虑的工作流程、传输协议设计原则和关键技术等问题。
关键词：分布式计算,高速计算传输网络,传输节点,计算节点,计算资源管理器
一、引言
未来的传输网络, 不管是接入网还是城域网、骨干网都将是光纤网络一统天下, 光纤到大楼将会很快实现。这也标志着高速数据传输时代的到来。
而另一方面, 分布式计算技术的发展, 使得信息处理可以通过云计算的方式, 将复杂计算功能通过光纤传输网络在远程若干计算节点进行并行计算和处理, 从而节约系统的成本。基于光纤网络和分布式计算技术的发展, 未来实现移动基站功能的分布式计算和处理成为可能, 这可以极大降低目前以硬件方式实现的移动通信基站的建设和运维成本, 提高运营商竞争力。本文所提出的方案就是基于光纤网络和分布式计算来具体实现移动通信基站功能的一种方案, 为未来实现低成本高效的移动通信系统提供了一个参考。
本文先简要介绍移动通信系统中的分布式概念, 然后提出一种基于分布式计算的未来移动通信系统结构, 再介绍所提出的系统应考虑的工作流程、传输协议设计原则和关键技术等问题。
二、移动通信系统的分布式概念
基于分布式概念的移动通信系统并非是新的概念, 早在二十年前就有人提出了分布式天线的概念, 多根简单的全向天线散布于各处, 发送相同的信号, 并将接收到的信号通过电缆传回至中央处理器。分布式天线通常被用于无线传输环境很恶劣的地区, 如建筑物内部, 隧道内, 高速公路两旁等, 以增加无线电波的覆盖面积[1]。随着光纤技术和微蜂窝的蓬勃发展, 分布式天线系统被进一步完善, 基于光纤的分布式天线在微蜂窝系统中进行了应用, 采用分布式天线不仅能够提高信噪比, 降低发射功率, 还可以减少切换次数, 从而大大改善系统性能[2]。1991年, A.Salmasi和K.S.Gilhousen将CDMA技术应用于分布式天线系统[3], 引起业界的广泛兴趣。分布式天线系统的主要目的是为了增加无线电波的覆盖面积, 其天线的分布程度是非常有限的。2002年清华大学微波与数字通信国家重点实验室和北京邮电大学信息工程学院在国家自然科学基金立项时提出了分布式无线通信系统的概念[4]。分布式无线通信系统则是为了充分利用空间资源, 从提高频谱利用率和系统容量的角度出发, 采用多天线处理技术, 在大范围内采用分布式天线进行无线传输, 为未来移动通信系统提供了一个全新的思路。
三、分布式计算构建未来移动通信系统
分布式无线通信系统具有很多优势, 但毕竟概念过于超前, 整个系统需要进行全新设计, 也不能兼容现有系统。如果将现有移动通信系统中的无线接入网络中的基站和基站控制器的计算和处理功能移至计算处理网络中, 而信号和信息的发送和接收借助于光纤传输网络来进行, 就可以极大降低基站设备的成本, 节约能源。下面所给出的基于分布式计算的未来无线通信系统结构就是基于这样的构想提出的, 它可以实现现有移动网络和未来移动通信网络的分布式计算。
3.1未来移动通信系统的网络结构的构建
假设未来的通信基础设施是: (1) 传输建立在光纤网络之上; (2) 网络中传输时所经过的节点具有计算能力。
一种基于分布式计算的未来移动通信网络由用户终端、射频单元、高速计算传输网络及核心网等部分构成, 如图1所示。与传统的无线接入网络相比, 传统的无线接入网络中的基站和基站控制器的功能将由射频单元和高速计算传输网络两个部分来实现, 其中, 高速计算传输网络可以由专用网络来承担也可以由满足要求的公共网络来承担, 原基站除了射频相关的部分外其它部分功能和基站控制器全部功能由高速计算网络通过软件来实现, 原基站与射频相关的部分功能由射频单元来完成, 也就是RAN的基带信号的处理和无线资源管理通过软件在网络中实现, 网络中通过分布式计算来完成成百上千个基站的处理任务, 这样, 可以将计算资源整合共享, 降低无线接入网络的建网投资, 并且兼容性和扩展性得到极大增强。
3.2未来移动通信系统的工作流程
一般来说, 网络中的节点, 尤其是公共节点, 并不是所有的都具有提供计算的功能, 因此, 需要区分传输节点和计算节点, 传输节点仅仅具有传输功能不具有计算功能, 而计算节点除了具有传输功能之外, 还具有计算功能。具有计算功能的节点若能够很好地完成计算功能, 需要给出计算能力和计算资源使用情况信息, 一个处理进程需要依据这些信息确定出所采用的计算节点, 如果这个确定计算节点的过程采用统一的计算资源管理器进行分配, 则这种方式称为集中式资源分配模式, 如图2所示, 我们假定未来移动通信系统将采用这种集中式资源分配模式来进行计算节点的分配。计算节点进行分配时需要考虑处理时延和传输时延, 所经过的各个传输节点时延也会影响数据的实时特性, 设计时需要进行综合考虑。
未来移动通信系统的工作流程如下: (1) 核心网确定网络拓扑结构, 为无线接入网的所有网元向计算资源管理器申请计算节点, 并将计算节点的IP发至与之相关联的射频单元。 (2) 核心网向所有的计算单元发出分布式计算脚本程序下载地址和版本, 然后发出下载指令, 计算单元下载分布式计算脚本程序, 并根据核心网指令启动该程序。 (3) 核心网向所有网元发出运行指令。
需要注意的是, 计算节点之间的时间进程要保持严格同步, 需要采用同步算法进行协调。另外, 分布式计算脚本程序版本升级或者更换计算节点时, 最好采用软更换方式进行, 使得发生影响尽可能小。控制和承载分开进行。
3.3未来移动通信系统的数据传输协议设计原则
基于以上所提出的未来移动通信系统的数据传输协议应该遵循以下原则进行设计: (1) 网络层遵循TCP/IP协议。 (2) 上层 (网络层之上一层) 承载基站信息/分布式计算脚本程序下载地址/分布式计算脚本程序版本/计算程序标识/计算参数集/输出结果目的地址。 (3) 信令传输和数据传输分别来设计传输协议。 (4) 需为同步计算节点设计同步处理标识, 支持多计算节点的迭代计算。 (5) 支持组播, 以支持计算节点的软更换方式。
3.4未来移动通信系统的关键技术
(1) 分布式多基站协作技术。多基站多用户分布式检测技术依据基站协作技术[5], 对蜂窝网络的上行链路信号进行分布式处理, 依据因子图理论, 采用和-积算法把运算分散在全网相邻基站之间, 每个基站首先分别进行局部的计算, 再把结果作为消息传递给相邻基站做进一步处理, 这两步在相邻基站之间交替进行。它将小区间干扰看作有用信号进行处理, 提高了系统容量。适合于所提出的未来移动通信系统的多基站多用户分布式检测技术, 不是基于传统的基站结构, 分布式多基站协作的处理不是在基站进行, 而是在高速计算传输网络中的计算节点中进行, 不同计算节点的协作也是通过这样的高速计算传输网络中的传输节点进行传输。
(2) 计算资源分配技术。在未来移动通信网络中, 高速计算传输网络中的计算节点承担着计算和处理信息的重要功能, 实际上, 计算和处理任务是五花八门的, 因此, 对于不同的任务来说, 所占用的计算节点的计算资源是不同的, 一般来说, 在分配计算资源时将按需进行分配, 剩余资源可以进行其它任务的计算和信息处理, 因此, 计算节点的计算资源的分配、回收、地址信息管理等需要进行专门的管理, 以提高计算节点资源的利用率, 这就是计算资源分配技术或者称为计算资源分配算法, 我们可以把它抽象为计算资源管理器, 来进行这种专门管理, 完成资源申请的应答、计算资源分配、回收、计算节点的IP地址映射等重要功能。
(3) 计算节点间同步技术。计算节点之间的时间进程要保持严格同步, 需要采用同步算法进行节点间的时间同步和进程同步, 这就是计算节点间同步技术。
(4) 数据传输技术。基于分布式计算的未来移动通信系统的数据传输技术将主要采用光纤传输技术和隧道技术来实现。
四、展望
基于分布式计算的未来移动通信系统具有很多优势, 它的发展不仅会使得通信技术的升级换代更加方便和平滑, 方便业务开展, 更重要的是能够为运营商节省大量建网成本, 节约能源。将分布式多基站协作技术与它结合在一起, 充分发挥分布式计算所带来的系统性能方面的优势, 是未来的重要研究方向。
参考文献
[1]A.M.Saleh, A.J.Rustako, and R.S.Roman, “Distributed Antennas for Indoor Radio Communications”, IEEE Trans.Commun., vol.35, pp.1245-1251, Dec.1987.
[2]Kerpez, K.J., “A Radio Access System with Distributed Antennas”, IEEE Trans.Veh.Technol., vol.45, pp.265-275, May 1996
[3]A.Salmasi and K.S.Gilhousen“, On the System Design Aspects of Code Division Multiple Access (CDMA) Applied to Digital Cellular and Personal Communications Networks”, in Proc.IEEE VTC’91, St.Louis, MO, pp.57-62, May 1991.
分布式移动通信系统 篇2
中国移动通信集团江苏有限公司
分布系统建设合作协议
【2014】年【3】月于【】
甲 方：
地 址：
负责人：行政部电话：
乙 方：中国移动通信集团江苏有限公司
地址：
负责人：中国移动通信集团江苏有限公司
为了提供良好稳定的移动通信服务，改善甲方（楼宇名称：）及相关设施内中国移动通信手机通话的质量，甲，乙双方同意在甲方区域内安装中国移动室内分布系统，本着互利合作的原则，甲乙双方经过友好协商，现签订下列条款，双方共同遵守。
1、由乙方免费提供设备、安装调试以及设备的日常维护，乙方拥有所安装的室内分布系统设备的产权。
2、甲方按照乙方的设计方案提供安装位置和设备所用电源，乙方负责安装电表、根据电表数据向甲方支付相应的电费，电费计算方法为电表实际数×电费单价，电费单价为1.1元/度（电业局调整电费则双方另行协商）。乙方每半年结算一次，每年6月1日-6月10日和12月1日-12月10日结算。结算缴纳时甲方需向乙方提供收据。如乙方未按时缴纳电费，应每日按千分之五向甲方支付赔偿金，甲方有权停止供电。
3、乙方负责设备的日常维护、保养和故障排除。甲方应为乙方设备提供良好的工作环境及安全保障，甲方如发现设备的安全和失盗现象，尽快通知乙方。
4、乙方负责与相关部门办理申报和审批手续。
5、乙方负责室内分布系统安装完成后系统工程的验收工作。
6、甲方应为乙方的工程施工、光缆引入、日常维护提供方便，并提供联系方式，保证联系畅通，乙方在施工过程中应注意甲方设备设施的保护，如造成损坏、业主财产损失的必须照价赔偿。
7、乙方有权限根据网络运行需要对设备位置进行调整，调整方法需事先和甲方协商，协商一致后方可实施。（如乙方拆除设备，需与甲方协商。）
8、工程竣工后，由乙方负责为甲方提供电梯内中国移动通信信号覆盖标签的粘贴。（一般在电梯控制键上方视线平齐位置）
9、本协议一式四份，甲乙双方各执二份，经双方签字盖章后生效,每份具有同等的法律效力,本协议有效期 5年。
10协议有效期内，双方就协议内容及执行情况发生争执时应协商解决，如协商不成，向徐州仲裁委员会申请仲裁。
11、甲方的管理或所有权结束时（无论何种原因结束），有义务将本合同中甲方的权利和义务转交给第三方（新的物业管理等组织），并及时书面通知乙方，否则将视为甲方违约，乙方有权对甲方追求相关责任。
盖章盖章
分布式移动通信系统 篇3
[关键词]湘教版 高中地理 气压带 风带 教学设计
[中图分类号] G633.55 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2016）250112
一、基础分析
1.课标分析
一是学生能够自己绘制气压带风带分布示意图；二是学生能够通过观察示意图，结合地球的自转运动总结归纳出气压带风带的分布和移动规律。
2.教材分析
本节课为湘教版《地理Ⅰ》第二章第三节第二课时，教学内容在教材中是重点也是难点，包括两个部分：一是全球气压带和风带的分布；二是全球气压带和风带的移动。
3.学情分析
学生通过对初中地理有关气候知识的学习以及对高中地理（《地理Ⅰ》）第一章第三节关于地球的运动的学习，基本掌握地转偏向力和太阳直射点季节性的移动规律；通过第二章第三节《大气环境》第一课时的学习，基本掌握热力环流形成的原理和大气的水平运动。这些知识的学习为本节课教学提供了基础和前提条件。
二、教学目标
1.知识与技能
理解气压带和风带的形成及分布规律，理解气压带和风带的位置与太阳直射点移动的关系，培养学生地理绘图能力、地理空间思维能力、地理想象能力。
2.过程与方法
通过教师边画边讲解“北半球气压带和风带的分布”的形成过程，由学生分组合作绘制“南半球气压带和风带的分布”示意图；通过多媒体演示，让学生了解气压带和风带的移动规律并联系已学内容探究其成因。
3.情感态度价值观
事物之间是相互联系、相互作用的。让学生学会用整体的观点看问题。通过自主学习、合作学习和探究学习培养学生探究地理规律的兴趣。
三、教学重难点
1.重点
气压带和风带的分布；气压带和风带的移动。
2.难点
三圈环流的形成；气压带和风带分布的形成。
四、教学方法
启发教学法、探究学习法、合作学习法、归纳总结法、多媒体辅助教学法。
五、教学过程
1.情境导入
材料阅读：“贸易风”的由来。在我国古代，商人搭乘借助风力的帆船完成贸易，逐渐地人们发现海上有一种常年方向不变的风，因此人们把它叫做“贸易风”。这种“贸易风”也就是今天的“信风”，是指它方向不变，守信用。
教师提问：“贸易风”或“信风”是怎样形成的？
学生活动：阅读材料，产生疑问，思考问题。
设计意图：由材料引出问题，引导学生思考问题，激发学生的学习兴趣。
2.复习旧知
教师提问：根据上节课所学，我们知道地球表面是不均匀的。不均匀的地表受热不均会引起什么环流？在大气水平运动的过程中，高空风仅受到几种力的作用？分别是哪几种力？而近地面的风向则是几种力共同作用的结果？分别是哪几种力？
学生活动：思考问题，回答问题。
3.假设情境
教师活动：假设三个条件，分别是“地球表面是均匀的”“不考虑地球自转（即不考虑地转偏向力）”“不考虑地球公转（即太阳直射点在赤道）”。在这些条件下，请同学们结合上节课的知识画出赤道和两极之间的热力环流。
学生活动：通过讨论绘制大气环流图（即单圈环流），上台展示并讲解绘制依据。
设计意图：检测学生对上节课所学内容的把握程度及灵活运用程度，培养学生绘图的能力，培养学生的语言表达能力。
4.归纳总结
教师提问：实际上这种现象存在吗？如果不存在，那又是以什么现象存在呢？
学生活动：联系所学知识进行思考并回答。
设计意图：促进学生思考问题，培养学生解决问题的能力。
5.假设情境
教师提问：假设三个条件，分别是“地球表面是均匀的，考虑地球自转（即考虑地转偏向力），不考虑地球公转（即太阳直射点在赤道）”，在这些条件下，北半球大气环流图又是怎样绘制呢？
6.启发教学
教师演示：用边画边讲的形式演示三圈环流和风带的形成过程。
学生活动：在教师的引导下完成北半球大气环流图（即三圈环流）。
7.合作学习
教师活动：将学生分成两个小组，每组选派一名代表到黑板上绘制南半球大气环流图。
学生活动：各小组讨论，选派代表展示其成果并分析讲解绘制的依据，其他同学进行点评。
设计意图：培养学生合作意识和探究意识。
8.深入探究
教师提问：如图，全球有几个气压带？几个风带？这些气压带、风带的分布有什么规律？
学生活动：各小组展开讨论并派代表发言，其他小组进行补充并点评。
归纳总结：全球有七个气压带、六个风带。气压带分布规律：高低气压相间分布，并且南北半球对称。风带分布规律：南北对称分布，但风向不同。
设计意图：培养学生归纳总结的能力，形成一个完整的知识框架。
9.假设情境
教师提问：还是假设三个条件，分别是“地球表面是均匀的，考虑地球自转（即考虑地转偏向力），考虑地球公转（即太阳直射点在南北回归线上及之间来回移动）”，在这些条件下，又会发生什么样的变化呢？
学生活动：展开讨论。
设计意图：培养学生知识迁移的能力，联系前面学过的内容解决当前问题。
10.演示教学
教师活动：多媒体展示气压带和风带位置随太阳直射点移动而移动的动画演示。
学生活动：观察动画演示，小组展开讨论，联系已学内容，得出结论。
归纳总结：北半球，大致是夏季北移，冬季南移；南半球，大致是夏季南移，冬季北移。
设计意图：培养学生归纳总结的能力。
分布式移动通信系统 篇4
在早期的SCADA系统中,由于控制规模以及网络技术应用的局限,多采用集中式的处理方式,即将所有的功能集中在一个节点上(数据采集、数据处理和数据展示),我们称之为单机模式。这种模式结构比较简单,且维护方便。但由于单机模式的节点中包含了所有的功能,其内部功能模块之间彼此依赖性过强,某个模块出现问题时,极易造成整个系统的崩溃;再者,我们只能在一台机器节点上监视现场数据和控制现场设备,其局限性是显而易见的。随着工业现场控制规模的扩大和网络技术的发展,单机模式的SCADA系统已经很难适应需求,而分布式SCA-DA系统的应用成为必然。在分布式SCADA系统中,通信模块的作用是至关重要的[1]。本文将讨论分布式SCADA系统中的通信模块的设计思路及其实现。
2 分布式SCADA设计
2.1 早期SCADA系统概述
早期SCADA系统在一个节点上集中了所有的功能,可简单归结为几个主要功能模块:数据采集模块、数据处理模块、数据展示模块。
数据采集模块与数据处理模块:负责采集I/O设备的数据,并进行相应处理(包括数据计算、历史存储、报警、数据发布等),同时响应数据展示模块的数据请求(如实时数据、历史趋势、下行命令等)。
数据展示模块:负责现场数据的展示(文本、图形、趋势等),同时也下发命令给数据处理模块。
如图1所示,这两部分运行于一个机器节点上,两者之间采用了异步消息机制进行通信。
单机模式的消息分组格式如表1所示。
2.2 分布式SCADA的目标和实现原则
2.2.1 实现目标
将单机模式SCADA扩展为分布式SCADA过程中,我们设定必须实现以下目标。
(1)一个服务器可接受多个客户端的访问。
(2)一个客户端可访问多个服务器。
2.2.2 实现原则
原有单机模式的SCADA系统经过了长时间的运行考验,证明各功能模块的运行是可靠和稳定的。在扩展为分布式SCADA的实现过程中,应保持原有的系统架构,对现有功能模块尽量少作修改。
2.3 系统设计
要将原有系统扩展为分布式SCADA系统,首先需要将原有系统的功能进行分割。很自然地,我们将数据采集模块与数据处理模块作为服务器端的功能,而将数据展示模块作为客户端的功能。
原本两个部分部署在一个节点上,它们之间的通信采用了进程间的异步消息机制,现在两个部分分别运行在不同的机器节点上,原有的通信机制不再适用。因而我们必须新增一个通信模块。扩展后的分布式SCADA系统中,在每个节点上都必须运行通信模块。
系统组件间实现远程通信有多种方式,如Windows平台下的DCOM组件,可跨平台的CORBA组件等,但如果在系统中引入这些组件,一来引用这些组件本身就比较复杂和繁琐,二来对原本基于异步消息机制的各个功能模块需要进行大幅度的修改[2]。
我们采取的处理方式是:
(1)客户端的数据展示模块与通信模块之间依然采用异步消息通信机制,可最大限度地减少对数据展示模块的修改。同样,服务器端的数据处理模块与通信模块之间也依然采用异步消息通信机制。
(2)远程通信模块之间采用TCP/IP协议连接。TCP/IP协议是一种面向链接的可靠传输协议,能够保证数据的可靠传输[3]。同时,通信模块本身不对消息分组进行处理,基本采用透传的方式传递消息分组,只是承担消息分组转发的功能。
采用这种实现方式既简单灵活,降低了系统的复杂性,又满足了系统的需求。分布式模式如图2所示。
3 通信模块设计
3.1 通信模块初始化
分布式通信模块分为3种模式,完全客户端模式、完全服务器模式和客户端/服务器模式。
通信模块启动时首先读配置文件来决定自己的模式,作为完全客户端模式时,通信模块负责接收数据展示模块的请求,并把它转发给服务器,同时把服务器返回的数据发送给数据展示模块;作为完全服务器模式时,通信模块负责接收客户端的请求,并转发给数据采集与处理模块,同时把数据采集与处理模块返回的数据转发给客户机的通信模块;而客户端/服务器模式,这种模式即表示该节点既是服务器又是客户端。
图3描述了通信模块启动后的初始化操作。
3.2 通信模块实现
(1)在客户端线程中,通信模块根据配置文件,建立与一个或多个服务器的TCP连接,并将连接信息加入到自己的连接信息链表中。
在服务端线程中,通信模块创建服务监听,接受客户端的连接请求,并将连接信息加入到自己的连接信息链表中。
客户端和服务端放在同一模块,有利于一次开发,多处应用,通过相应的配置就可以部署在客户机和服务器处进行使用。
(2)客户端和服务端都各占用一个线程,一个线程里又维护着与外部的多条链接,链接信息存储在各自的结构链表里。客户端线程管理着与所有外部服务器的连接。服务端线程则管理着与所有外部客户端的连接。采用单线程进行多条链接通信,可以减少资源的开销。
(3)每一个链接都有独立的缓存存储本链接的传输数据。缓存是在链接建立时建立,链接断开时释放。这样的设计有利于数据的相互独立性,避免数据混乱,使每条链接的数据都能够有序存储并转发,使其速度和效率大大提升。
(4)通信模块和其他模块之间的通信采用消息传递的方式。其他模块(本地的数据展示模块或数据处理模块)把每一条数据,都封装成一个消息投递到通信模块,通信模块再转发到远程的通信模块。采用消息传递的方式实现进程间通信比较方便,并且可靠稳定。
(5)前面已经谈到通信模块本身不对消息分组进行处理,只是承担转发消息分组的功能。但通信模块会读取消息分组中的目的地址,并与连接信息链表进行比较,以便将消息分组发送到正确的目的节点。
以前的消息分组并不包含目的地址信息,所以需要对消息分组报头格式进行扩展,见表2。比较表1和表2,可以看到,新的消息分组格式仅利用了原有消息分组分组头的保留字段,增加了源地址和目的地址信息。相应地,对数据展示模块和数据处理模块也需要做出局部的修改,这里不再赘述。
消息分组分为分组头和数据两部分。分组头存储了数据的序列号、长度、类型、源地址和目的地址等信息。接收的过程中,首先接收分组头。解析分组头,得到数据的长度,根据数据的长度再接收数据。然后,分组头和数据合并,完整的数据分组存入缓存链表,以供转发。这样就能保证接收数据的完整性和准确性。
通信模块之间的分组类型可包括数据分组、心跳分组以及状态分组。通信模块之间除了转发数据分组之外,会定时彼此发送心跳分组或状态分组告知对方自己的状态,以便对方和自己及时掌握连接的最新状态。
(6)通信模块中建有内存池,通信数据所需要的存储空间可以在内存池中申请和释放。内存池的应用避免数据频繁申请内存,造成内存泄漏等问题[4]。
图4描述了分布式SCADA系统中通信模块结构及外部通信接口。包括客户端线程和一个服务端线程,每个线程维护多条通信链接。本地通信模块与远程通信模块通过网络进行通信,和本地数据展示模块以及数据库模块采用消息传递的方式进行通信。
4 总结
分布式通信模块需要长期运行,对稳定性和可靠性要求比较高。
通过以上方法实现的分布式通信模块,有效地完成了多客户端多服务器的分布式SCADA系统的需求。这种设计与实现简单有效,既节省了开发时间,又能达到很好的性能。经过测试,扩展后的系统,一个客户端连接多个服务器,一台服务器连接32个客户端的情况下,通信模块依然可长时间地稳定运行。
同时,采用以上方法实现的分布式通信模块具有一定的通用性,在进一步的完善和提炼后,可适用于采用消息透传方式的系统间通信[5]。
采用以上方法实现的分布式通信模块,对于大型控制规模的系统来说,其通信效率还是有待提高的。对于中小型控制规模的系统来说,则完全可以满足现场应用的需求。
摘要：分布式数据采集与监控(SCADA)系统中,为了保证上、下位机的数据通信,需增加通信模块为上、下位机建立数据转发通道。本文介绍了一种多对多连接的通信模块的实现方法,该通信模块采用了TCP/IP协议以及多线程技术。应用研究表明,多线程的应用可以大大提高数据传输的速度和效率。通过测试证明该方法运行稳定、可靠,即将投入工程现场应用。
关键词：分布式SCADA系统,通信,多连接,多线程
参考文献
[1]于宏霞,黄志春.嵌入式网关中分布式通信模块设计.广西科学院学报,2007
[2]任恩茂.NET框架下分布式通信技术的分析与研究.网络与通信,2006
[3]赵宏.分布式系统通信协议的研究与设计.硕士学位论文,2003
[4]王艳平,张越.Windows网络与通信程序设计.北京:人民邮电出版社,2007
通信室内分布年终工作总结 篇5
2009年过去了，我总结一年的工作，展望未来，规划新的一年，以更好的展开工作，与公司同事们团结合作，促进公司的发展，迎接2010年的挑战。
对过去一年的总结分为具体工作总结和个人建议。
一、具体工作总结
（一）概况
我的工作是室内分布设计、督导以及设备开通，主要负责是设计项目。
在过去的一年，大学刚毕业我就有幸进入公司，这一年里我每天勤勤恳恳的工作，尽量多的学习工作知识来充实自己，能让自己掌握的能力多一点
签订
合同。
（二）具体的工作内容及各环节的总结如下：
1、室分方案设计
（1）、协助厂家人员与客户进行交流与沟通，刚开始进入室分行业，对这方面还有欠缺，但通过在工作的过程中领导对我的指教，和不断的积累与学习，现掌握了一定的专业技能及经验，能够有系统的去思考与设计方案，做到有条理的设计，尽量达到厂家和客户双方满意的程度。
（2）、改造及新建项目的现场勘察
（3）、室分方案的全面设计
2、工程预算
室内覆盖工程项目预算
3、工程督导
主要指导施工人员室内布线 设备安装以及检查施工质量 保证完成工程
4、设备开通
工程后期进行设备的开通 主机和RRU的运行 保证覆盖场所及时通信。
二、个人建议
由于工作特点以及从公司的发展角度考虑，员工之间、员工与部门之间、部门之间的协作都是非常重要的，所以在这里我冒昧的提出一些我对公司部门的不成熟的建议，如有不当之处，还请见谅。
（一）、我部门技术力量的分析：
1、优势：
（1）技术部人员适中，尤其是在金融危机的非常时期，可以更多的节约公司的各项支出。
（2）凝聚力强，员工之间可以做到团结合作。
2、劣势：
（1）技术部人员多是半路出家，技术还有待提高。
（2）主观能动性不足，结合市场与自身特点的能力欠缺，自主创新有待提高。
（3）缺少新知识的培训。
（4）管理制度不够严格，个人管理能力有限。
（二）部门建议
（1）组织一个好的学习环境，促进技术部人员形成一套完成的知识体系，加强合作精神，共同提高。
（2）建立一个部门人员沟通的平台，以及时反馈，配合有序的完成领导或销售人员所交特工作，达到理想状态。
（3）拓展员工知识面，增强与其它团队的工作配合，合理有效地计划工作。
（4）具体工作建议：
①技术部每周发工作邮件报工作情况
②部门学习：规定时段交流心得，虚心向领导和他人学习相关知识。
③工作标准：做事要彻底,反馈要及时,善于钻研
④为了保证工程迅速完成同时加强员工各个方面的能力 每个工程的设计、督导开通都由一人负责完成。
三、工作目标
首先在本职岗位上做好本职的工作，加强本职岗位能力的学习。希望能够在室内覆盖和网络优化方面多一些锻炼，了解销售和技术支持在公司运营中的关联。尽可能多的与客户沟通，尽力去开发公司的经营范围
徐鑫
分布式系统中进程互斥算法的研究 篇6
关键词：互斥算法；令牌；临界区
一、引言
在单机操作系统中，临界区、互斥以及其他有关同步问题，通常是用信号量和P*V操作、管程来解决。而在分布式系统当中，各个进程被认为是运行在不同的处理机上，为了防止出现以下情况：多个进程同时处于临界区；临界区外的进程阻塞其他的进程；有些进程在临界区外无休止的等待等等，多处理机系统的互斥不能简单地用单机的方法来实现，而是要用更为方便和高效的手段来实现多处理机系统的互斥。
解决进程互斥问题有软件的方法和硬件的方法，本文重点介绍软件方法，硬件方法从略。
二、经典互斥算法的探讨
（一）集中式算法
算法：选择一个进程作为协调器，用于协调临界区得进入。
特点：协调器在同一时间只允许一个进程进入临界区，故能保证互斥；因为请求消息是顺序排队得，不会出现“饿死”现象；单一的协调器是瓶颈。
（二）分布式算法
算法：想进入临界区的进程首先建立一个消息，该消息包括待进入的临界区名、进程名和时间戳。一个进程收到消息后，会有如下操作：不在临界区内且不想进入的话回复一个消息；在临界区内的话不回消息，将请求放入队列；不在临界区，也想进入的话就比较时间戳，时间戳小的进入。
特点：算法复杂，易出现“饿死”现象，系统不健壮；但它从理论上表明了算法的可行性，必将发展出实际可行的算法。
1、Lamport算法。特点：Lamport算法统一定序所有对临界段的请求，按先来先服务的原则让请求临界资源的进程进入其临界段；进程Pi发送的请求消息形如request（Ti，i），其中Ti=Ci是进程Pi发送此消息时对应的逻辑时钟值，i代表消息内容；每个进程保持一个请求队列，队列中的请求消息根据?准关系定序，队列初始为空。
2、Ricart and Agrawala算法。特点：算法实现了进程互斥，其控制是全分布的。因为进入临界区是根据时间戳的顺序来安排的（即先来先服务方式），所以根本不可能有进程“饥饿”现象发生。死锁也不可能发生，因为不存在环路等待。问题：其一，当有一个进程请求进入临界段时，所有其他进程都被牵连到。这就是说，每个进程都要知道其他进程的名字，当有新进程出现时，必须把新进程名字通知其他各进程，同时新进程要获知全部其他进程名。其二，如果某一进程故障，那么该算法因无法收到全部应答消息而崩溃。其三，没能进入临界区的进程只能频繁地暂停，因而只适用于小的进程集。
（三）令牌环算法
算法思想：整个系统只有一块令牌，只有令牌持有者才具有进入临界区的资格。当进程i从进程i-1接到令牌时，它检查是否想进入临界区，如果是，则进入，待其推出后，将令牌传递给进程i+1；如果不想进入，则直接把令牌向下传递。
问题：一是令牌丢失，事实上，检测令牌丢失是很困难的。二是进程故障，较容易恢复。
三、算法的改进（基于令牌的解决方案）
将令牌的概念引入到分布式的Ricart和Agrawala算法中，通过令牌即动态的单一点控制，使用对称的不同定义，这个算法要求的消息数在0到2（n－1）之间。在这个算法中，进程Pi收到来自Pj的回答消息后可以进入临界区（假设它得到所有其他进程的回答消息）任意次而无需再请求Pj的许可。因为当进程Pi收到Pj的回答消息时，隐含在该消息中的授权保持有效直到Pi收到来自Pj的请求消息。
算法思想：进入临界区的进程保留令牌。初始时，令牌被赋予任意一个进程。希望使用临界区的进程Pj不知道哪个进程拥有令牌，所以它通过向所有其他进程广播一个带时戳的消息来请求令牌。如果当前拥有令牌的进程Pi不再需要使用临界区，它就按照i＋1，i＋2，……n，1，2，……i－1的顺序搜索其他进程，找出第一个j，满足Pj最后一次请求令牌的时戳大于在令牌中记录的Pj最后一次拥有令牌的时戳，也就是说，Pj有一个未决的请求。于是，Pi把令牌传递给Pj。注意，优先级不是严格基于每个请求的时戳的，但是，由于令牌是沿着一个方向环绕传递的，所以不会有饥饿现象发生。算法：
P（i）：＝?鄢[请求资源消费释放资源处理-请求-消息其他]
分布式－互斥（distributed-mutual-exclusion）：＝||P （i：1...n）
以下变量用于每个Pi中：
clock：0，1，...，（初始化为0）
token_present：Boolean（除了一个进程，对所有其他进程均为F）
token_held：Boolean（F）
token：array（1...n）of clock（初始化为0）
request：array（1...n）of clock（初始化为0）
每个Pi中的函数定义如下：
其他：=所有其他不请求进入临界区的动作
消费：=进入临界区后消费资源
请求资源：=
[token_present＝T
→[send（request_signal，clock，i）toall；
receive（access_signal，token）；
token_present：=T；
token_held：=T
]
]
释放资源：=
[token（i）：＝clock；
token_held：=F；
min j in the order[i＋1，…，n， 1，2，…，i＋2，i－1]
∧（request（j）>token（j））
→[token_present：=F；
send（access_signal，token）to Pj
]
]
处理-请求-消息：：=
[receive（request_signal，k，j）
→[ request（j）：=max（request （j），k）；
token_present ∧token_held→ 释放资源
]
]
四、以上各种算法的性能分析
Lamport的算法需要3（n－1）个消息和两个时间单位的延迟来保证n个进程的互斥，消息量很大，且发送的应答信号的目的并不是出于可靠性。
Ricart和Agrawala算法在消息量上有了一定的改进，需要2（n-1）个消息来保证。
改进后的算法即基于令牌的Ricart和Agrawala算法：当请求进程没有持有令牌时，以上算法需要n个消息（n－1个用于广播请求，1个用于传送令牌）；当请求进程持有令牌时，以上算法需要0个消息。
五、结论
集中式算法比较健壮，不会出现“饿死”现象，但是单一的协调器是系统瓶颈。
分布式算法虽然没有前一算法健壮，但是从理论角度论证了分布式算法的可行性。
基于令牌的算法比非基于令牌的算法的时间复杂性和消息复杂性小。不会发生饥饿现象，不需要关心当前谁在临界区中，是通过竞争的方式进入临界区。这在基于令牌的Ricart和Agrawala算法中得以验证。
综上所述，基于令牌的算法在排除了令牌丢失和进程故障等问题之后，在今后的分布式系统中，能有更好的应用。
参考文献：
1、徐甲同.高级操作系统[M].西安电子科技大学出版社,1998.
2、Nancy A Lynch著;舒继武等译.分布式算法[M].机械工业出版社,2004.
3、刘丹,刘心松等.基于读写特征的分布式互斥算法[J].电子学报,2004(2).
4、Jie Wu.分布式系统设计(Distribute System Design)[M].机械工业出版社,2001.
5、邱建林.分布式系统互斥问题的研究[A].全国理论计算机科学学术年会论文集[C],2003.
分布式移动通信系统 篇7
1 室内分布系统的常见问题与排查
室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案, 近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛的应用, 它的原理是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内的每个角落从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。室内分布系统结构主要由三部分组成:信源、传输介质 (中继设备/器件) 、室内分布小天线 (天馈系统) [2]。
当室内分布系统与室外信号存在干扰时, 可能导致的主要现象有:基站接通率低, 掉话率高;现场测试时, 下行信号较好, 但是起呼困难, 掉话, 通话质量不好。对于数据业务, 尤其是FTP上传业务, 还可能表现在上网速率较慢, 此外, 手机发射功率过高。而引起干扰的原因主要有以下三种情况:室内分布系统内的有源设备对基站产生干扰;室外干扰源的存在会对基站产生干扰;工程施工过程中由于工艺较差, 导致驻波比高而产生的干扰[2]。
对于室内、室外产生干扰问题的排查, 主要从以下两个方面入手:第一方面KPI (Key Performance Indicators关键业绩指标) 统计。如果在室内分布系统中存在由RRU (Radio Remote Unit射频拉远模块) 覆盖的小区及干放覆盖的小区, 对比分析这不同覆盖小区的KPI, 如果RRU覆盖小区的指标正常, 而干放覆盖的小区指标有异常, 需要首先从干放找问题。第二方面观察上行发射功率。干扰的增强, 势必会导致上行发射功率的提升, 如果某个基站或是小区的接通率比较低, 且该基站或小区下的手机放射功率较大, 可以初步认为是干扰问题, 再提取本小区的早上1点到4点的干扰信号码功率值, 如果干扰信号码功率值偏高, 则可以确认是由于干扰问题引起[3]。
1.1 干扰问题解决方法
对于外部干扰源引起的干扰, 可以在天线点用频谱仪查看接收到的信号, 或者用扫频仪进行扫频测试, 发现干扰源, 将干扰源解除。对于室内分布系统自身引起的干扰, 可以从以下4个方面着手解决:检查干放参数配置是否正确;检查干放硬件安装质量;检查室内分布系统的驻波比, 如果驻波比过大, 对室内分布系统驻波比大的地方进行整改;检查功分器、耦合器、合路器等无源器件安装是否正确, 端口没有错接问题, 施工工艺十分符合质量要求。
1.2 上下行链路不平衡
上下行不平衡问题容易发生以下几种问题:手机有信号, 但主叫或被叫困难;接入网络困难, 接入网络时间长;切换频繁甚至造成断话和掉话。由于基站的接收部件出现问题时, 会使上行损耗增大, 从而导致上、下行不均衡;其次, 上行干放增益调得太大, 也会导致上行噪声电平过高, 从而影响正常通话;再次, 馈线驻波比过大。另外, 此类问题也可能是由于室内分布系统基站与室外基站相位不同步引起的。由于PHS (Personal Handy-phone System, 个人手持式电话系统) 系统的是一个TDMA/TDD (时分多址/时分双工) 系统, 空中接口采用的是TDD工作方式, 所以系统内基站间否同步与否至关重要, 基站不同步就会带来干扰。
对于上下行链路不平衡的问题, 可以采用下面这些手段进行排查和解决:检查系统供电是否正常, 基站、干放、AP有无掉电, 如有断电 (指系统) 和掉电 (指器件) 要及时处理, 恢复供电;合理降低干放的上行衰减;检查室内分布系统的馈线驻波, 特别是一些功分器, 耦合器的连接部分。
2 室内分布系统的维护
室内分布系统的维护是为了保证系统的正常工作, 当系统发生故障时进行及时的查修。室内系统的通常维护分为日常巡检和系统检查两种方式。
为了准确的判断故障位置和器件必须首先学会查看系统图纸。系统图纸主要分为两种:一种是系统图:它主要分为主干图和平层图, 通过系统图我们可以方便的查看各个器件在大楼中所处的大概位置, 同时还可根据图纸查看每个器件所处位置的信号电平估算值。平层图是系统中每个楼层中器件和电缆的位置分布图, 平层图中的器件主要安装于各楼层天花板吊顶内, 具体的安装位置要视勘测时的情况而定。另外一种是天线安装位置图, 它所标示的是天线安装于各楼层顶部的大概位置。
2.1 日常巡检
对每个分布系统每月利用测试手机 (最好可进入测试模式) 巡检一次, 巡检项目包括:所有天线正下方的场强测试;拨打测试, 内容包括:异常通话统计 (未接通、掉话、话音不清晰断续、单方通话回声等) 、误码率等;分布系统设备的完整性, 比如馈线、天线、功分器、耦合器等元器件是否完整。巡检完成后要详细填写巡检、故障处理记录 (包括:巡检进出时间、巡检测记录, 相关频点、信号强度、基站CSID等) 。在测试中发现测试参数异常或拨打异常, 应及时报告相关人员进行处理、排障。巡检、故障处理记录要整理归档, 以便于日后查询。
2.2 系统检查
可按年为周期, 利用安装工具、测试手机、驻波比测试仪表、功率计等进行检查, 系统检查项目包括:拨打测试:选取具有代表性的楼层进行拨打测试, 以发现其通话质量、切换、干扰等情况;驻波比测试, 测试点包括系统馈入点、主干线、各楼层层面接入点;干放输出电平测试;电缆、电源线路及馈线电缆接头紧固检查;在保证运行安全的前提下, 进行主机设备、配电箱及传输设备清洁;测量供电电压, 并记录设备主机用电情况;在系统检查完成后要仔细填写相应的测试及记录表格。
结束语
对于室内分布系统出现的问题一般都是硬件和软件两方面引起的。硬件方面主要是元器件损坏、设备接口工艺差、设备抗干扰能力弱等。软件方面则包括参数设置不合理。由于室内覆盖系统的元器件数量多, 且目前不具备监控条件, 难以实现实时的故障监控, 因此为了确保室内覆盖系统的正常运行, 必须定期对室内分布系统进行巡检测试, 以便及时发现问题和解决问题。
摘要：随着移动通信建设步伐的不断加快, 为了提高网络质量, 增加话务量, 室内覆盖越来越成为网络优化的重点。简单介绍了室内分布系统的若干常见问题及排查方法, 并就室内分布系统的维护工作进行了简要探讨。
关键词：室内分布系统,有源设备,维护
参考文献
[1]刘栋.室内覆盖系统边缘场强设计的探讨[J].电信快报, 2006, 8:16-18.[1]刘栋.室内覆盖系统边缘场强设计的探讨[J].电信快报, 2006, 8:16-18.
[2]蔡杰, 王德东.综合室内分布系统中干扰分析[J].移动通信, 2008, 32 (3) :96-99.[2]蔡杰, 王德东.综合室内分布系统中干扰分析[J].移动通信, 2008, 32 (3) :96-99.
分布式移动通信系统 篇8
1.1 智能Agent的概念
所谓Agent是指一类在特定环境下能感知环境,并能自治地运行以代表其设计者或使用者实现一系列目标的计算实体或程序。而智能Agent是人工智能技术、分布式计算技术及神经网络技术等多门技术相结合的产物[1]。
1.2 智能Agent的特性
1) 自治性
Agent可以在没有人类直接干预的情况下进行操作,并且可以控制自身的行为和内部状态。
2) 协作性
多个Agent之间可以通过Agent通信语言相互协作,共同完成一个大的任务。
3) 自适应性
Agent可以感知他们的环境,并能对其变化作出及时的反应。
4) 主动性
Agent不仅能够对所处的环境作出简单的反应,而且能够通过学习陈列出用户感兴趣的模型,使得主动服务成为可能。
5) 自组织性
多个Agent可以物理分布于不同的机器,且可以自组织自己的行为。
6) 移动性
移动性是指具有跨平台持续运行、自我控制移动能力、模拟人类行为关系,并能提供一定人类智能服务。
1.3 多智能Agent系统
所谓多智能Agent系统是指在一个系统中有多个Agent,他们通过Agent通信语言相互协作,共同完成一个大的任务,从而大幅度提高了系统的性能。多智能Agent的协作求解问题的能力超过单个Agent,这是其产生的主要原因[2],在MAS中,数据是分散或分布的,计算过程是异步、并发或并行的。
2 分布式智能移动Agent信息检索系统
2.1 搜索引擎的发展现状
2.1.1 搜索引擎的分类
· 按照信息搜索方法和服务提供方式的不同,搜索引擎系统 可以分为三大类:目录式搜索引擎、机器人搜索引擎、元搜索引擎。
· 按照搜索引擎覆盖的范围,可分为通用型(如Googel)、专题型(如专门收集法律信息的LawCrawler)和特殊型搜索引擎(如查询地图的Webseek和检索文件的Archie FileZ)。
· 从是否有人参与索引过程,可分为人工搜索引擎和智能搜索引擎。
· 按检索分布情况来分,可分为集中式搜索引擎和分布式搜索引擎(如WebAnts和NWI)。
2.1.2 目前搜索引擎存在的问题
尽管搜索引擎对人们的信息查询起到了很大的作用,但同时我们应该看到,搜索引擎技术的发展没能跟上因特网上呈几何级数爆炸性增长的信息的速度[3]。总的来说,目前搜索引擎存在的突出问题主要表现在:
1) 搜索精度差 大多数搜索引擎求全而不求精,用户输入关键词后,会出来一大批网站索引,其中真正有用的并不多。
2) 搜索导航能力差 很多情况下,用户本身无法准确地表达自己的兴趣,在这种情况下,系统的导航能力的作用就显得尤为突出。
3) 针对性差 没有针对不同的用户建立并存储不同的兴趣模型;
4) 一般不具备学习能力,智能性较差
3 系统结构及工作流程
3.1 系统结构
系统中设置有五种Agent,注册Agent(RA)、移动Agent(MA)、用户Agent(UA)、工作Agent(WA)和过滤Agent(FA)。一个系统中有且仅有一个RA,至少有一个MA,每个服务器中至少有一个UA。其中各种Agent的职能如下:
· RA:主要负责注册和注销各种Agent,派遣移动Agent(MA)到异地服务器。
· MA:主要负责携带用户的查询条件和相关信息移动到指定的服务器。
· UA:主要负责与用户交互,将用户的请求反映给系统,并在最后将系统的查询结果返回给用户,充当用户与系统间中介的角色。
· WA:主要负责信息检索,对数据库中的数据执行信息检索程序来进行查询工作。
· FA:FA从WA处得到检索的结果,并根据过滤算法和用户的信息需求进行过滤,滤掉重复的网页、无意义网页和非兴趣网页等。
3.2 系统工作流程
其工作流程可描述如下(见图1):
1) 系统初始化阶段,所有的活跃Agent均到RA注册。
2) 用户通过UA向本地服务器S1提出查询请求。
3) S1根据一定的策略生成多个MA,RA将这些带着查询请 求和相关信息的MA派往到异地的各个站点。
4) 异地的服务器创建一个相应的WA,根据MA带来的信息进行查询工作,并将结果返回给MA带回S1, 交给本地的FA。
5) FA负责将收集到的异地的查询信息和本地搜索的结果进行综合整理,并将整理后的结果提交给UA。
6) UA将结果返回给用户。
7) RA将不再需要的Agent进行注销,至此一次检索任务完成。
4 系统关键技术
4.1 用户兴趣模型及Agent的自学习方法
系统为每个用户建立一个用户兴趣模型[4],其中记录着用户感兴趣的主题对象和其对应的权值(越感兴趣的主题,其对象对应的权值越高)。最初所有对象的权值都是一样的,随着对用户兴趣了解程度的提高,各对象的权值也发生变化,越感兴趣的主题,其相应对象的权值越高,而用户不再感兴趣的主题,其对应的对象应该从兴趣模型中移除掉。通常,权值过一段时间会自动降低,所以,如果没有兴趣迹象的话,主题对象的权值就会一直降低,当降到一定的程度就会被移除(类似于操作系统中的最近最少使用替换规则——LRL)。
Agent通常有三种方法来学习用户的兴趣。
a) 通过观察用户来学习 系统使用一个记忆模型来记录用户输入的关键字以及选择的主题,通过分析模型进行分析,将分析结果记入用户的兴趣模型,以备后用,即Agent从用户日常的浏览行为和用户提供的样本中进行了学习。
b) 从用户的反馈中学习 在多Agent系统引入相关性回馈技术,当查询结果呈现给用户时,用户可以显式地作出反馈,如“我很满意”、“我不满意”、“一般”等;而且,如果用户仅仅将需要的页面内容存到本地存储器的话,系统也可以记录这种隐式的反馈,通过分析模型的分析将结果记入用户兴趣模型。
c) 通过训练来学习 如果使用该系统的用户是他感兴趣主题领域的专家,他可以修改主题树,例如加入新的主题,删除现存的某个主题等,系统可以记录这些变化,更新主题树分支并修改相应的兴趣模型。
4.2 Agent副本和虚拟环境技术
该系统设计中用到MA,为了使系统更完善,我们应该考虑系统的安全问题。主要包括两个方面:一方面要保证系统操作环境不被恶意的Agent破坏;另一方面要防止MA被操作环境损坏[5]。为此,我们提出了如下的解决方法:MA在进入一个系统的时候先注册,然后创建该MA的一个副本,和一个虚拟系统环境,让Agent副本在虚拟环境中试运行,如果运行完毕双方都正常的话就让真正的Agent到真实的系统环境下运行,如果有一方在运行完毕后报告错误的话就制止此次活动。该方法可以保证检索过程的安全性,但是缺点是会影响检索的速度。
4.3 多目标决策制定技术
由于在网络上实现检索有多种性能指标,而且一个性能指标的提高往往会导致其他性能指标的降低,于是就应该根据用户对各性能指标的不同要求程度(紧迫程度)进行选择——即多目标的决策制定。因为各决策过程中不能对各性能指标用数字加以精确的衡量,于是,我们在系统中用到模糊算法来解决这个问题。假设i为用户关心的各个性能指标,Wi代表性能指标i的权值,于是有:
0<=Wi<=1 且
用户可以自己设置各个Wi的值,只要满足上式就可以,且越是用户关心的性能i, 其对应的Wi的值越大。然后根据模糊算法得出结论,即用户选择哪套检索策略即可。
5 小 结
本文中针对现在搜索引擎存在的问题提出了一系列解决方案:利用MA到异地服务器执行检索任务来提高检索速度,利用FA对检索的结果进行过滤来提高检索精度,为了解决MA和系统的安全问题,又引入了虚拟环境和Agent副本的方法,但这同时影响到系统的查询速度,于是我们又提出多目标决策制定的方法——模糊算法来针对不同的用户采取不同的检索策略。然而模糊算法不能精确描述问题,这也是今后要研究的热点。
参考文献
[1]刘大有,杨鲲,陈建中.Agent研究现状与发展趋势.软件学报,2000,11(3):315-321.
[2]张玉芳,熊忠阳,吴中福.智能Agent在网络中的应用.计算机应用研究,2000(11):52-62.
[3]王浩鸣,张日贤,吴志军,等.基于智能Agent的中文元搜索引擎模型研究.计算机工程与应用,2005,31:154-156.
[4]林强.基于智能Agent的用户个性化检索系统的实现.图书馆学研究,2005(5):7-10.
分布式移动通信系统 篇9
视景仿真综合运用计算机图形学、多媒体技术、数据库技术等,通过三维图像、声音等手段生动地展现仿真过程,使观察者获得比数字、文字、曲线等传统形式更加直观、深刻的感受[1]。基于此优势,它已经获得了广泛的应用。同时,无线通信网络的快速发展和普及促使对网络性能方面的仿真和评估日益成为网络通信研究的重要方面。国内近年来对两者的研究都处于快速发展阶段,但对两者结合的研究工作尚处于初级阶段。笔者把分布式视景显示与OPNET网络仿真平台相结合,通过视景仿真技术来表现通信网络的特征,对通信仿真结果中的非视觉物理量进行可视化显示,并开发了比较丰富的视景显示内容。
2 仿真系统功能设计
为逼真地展示分布式系统的网络通信效果,把视景平台设置成海洋战场环境,并把各海上作战模型作为网络通信节点模型,模拟自然环境变化、噪声干扰及通信节点移动、消失等因素对通信网络性能的影响[2]。本仿真平台不仅要能完成通信系统技术体制的性能分析,也要能进行通信网络的组织运用分析,为通信网络的优化配置提供参考。因此,通信网络仿真平台应能对预定的通信方案进行仿真分析。
本仿真系统的主要功能包括:1)模拟动态的海洋综合环境。本系统综合运用图形化建模、软件编程等手段,模拟了海洋的天空、云朵、海面等自然环境,并构建了环境数据库(包括实体模型数据、纹理数据、地形数据等)。然后把这些环境内容依据不同的视景显示平台和视点位置做出渲染并显示。2)通信网络组建、仿真及可视化。利用工具选单在属同一视景平台的3D实体模型间组建通信网络并通过后台的OPNET网络仿真软件[3]仿真其通信过程,通信仿真结束后在相应视景显示平台用直观可视化方式显示非视觉物理量,如网络拓扑结构、信噪比、误码率、通信频段等。3)战场效果模拟。本仿真系统设计开发了一些战场效果,对节点模型的运动和攻击、节点模型之间及与自然环境间的碰撞都进行逼真模拟,并制作了相应的爆炸、烟雾、火花、水柱、水花等特效。
从用户角度看,本仿真系统需要拥有良好的人机交互界面。一方面,允许在仿真过程中灵活输入各种组网或运动指令,对场景环境进行实时监视和控制,如自由改变视点、切换显示画面、改变海洋环境、发起通信或攻击等;另一方面,仿真系统必须能够生成合乎现实物理规律的三维场景,进行实时视景展示。由于分布式系统中各节点模型间既相对独立又互相协同,仿真系统必须实时接收本地控制平台和其他特定控制平台的仿真指令和更新通报,以实现整个仿真系统的协调统一,反映全局态势[2]。
3 仿真系统软硬件实现
分布式仿真系统的设计要充分考虑当前应用要求和未来的扩展性,而且系统中的实体模型普遍较复杂、数据量大,还存在基于网络的控制平台之间的交互,因此必须充分考虑系统内模型和软件模块的可重用性和共享性。
3.1 硬件配置
根据仿真系统的功能要求,并考虑系统稳定性、可移植性和扩展性,本系统硬件主要由2个视景控制平台和1个通信仿真平台构成。2个视景控制平台各模拟1支编队的行为,同时兼具实时场景显示的功能。系统的硬件结构如图1所示。
整个系统处于局域网中,各硬件节点的功能如下:
视景控制平台(Client)模拟海洋自然环境和Client编队的各种行为,实现队内成员间的组网通信及成员个体的运动、对敌攻击等特性。编队成员包括驱逐舰、预警机、直升机等5个节点模型。该控制平台具有良好的人机交互界面,既能动态显示场景内自然环境及Client和Server编队节点模型的状态属性,又能对用户的输入指令精确响应。
视景控制平台(Server)在系统中具有两种功能。一是模拟场景中Server编队的行为,其成员包括巡洋舰、战斗机、预警机等5个节点模型,具备上述Client控制平台的所有对应功能。二是充当交互数据库服务器,双方编队的组网通信情况、通信仿真结果及所有节点模型运动、攻击行为的更新数据都在该控制平台内汇集然后发布,这种设计主要考虑到整个系统的可扩展性及控制平台子系统间场景属性更新的同步。该控制平台在整个系统中处于核心位置。
通信仿真平台利用基于专业网络仿真软件OPNET开发的通信仿真驱动程序,对2支编队所组建通信网络的性能参数如误码率、延时、信噪比等进行仿真统计和评价,然后反馈给视景控制平台进行可视化显示。通信仿真平台对各编队所有已建网络都能仿真,但只与Server端进行数据传输,即所有组网信息及仿真结果都在它与Server之间进行传输,然后由Server判断进行转发或自用。
3.2 软件结构
根据本仿真系统的功能要求和硬件配置,针对分布式系统的特点,本文对仿真系统进行了精细的模块化设计。视景控制平台的软件部分主要由5大功能模块组成,分别是模型数据模块、仿真控制功能模块、用户交互功能模块、网络通信接口模块和视景显示功能模块。这5大功能模块中仿真控制功能模块是居中的核心模块,它又分成模型控制子模块和系统控制子模块。模型控制子模块主要针对与节点模型本身相关的控制内容,如运动、发起攻击、沉没等,这些内容在各模型间具有某些相似之处,可以进行抽象化设计。系统控制子模块主要针对和整个系统运行相关的控制内容,涉及到模型间的协调和整个仿真系统运行的可信度,是设计的最关键部分。软件模块的具体结构关系如图2所示。
仿真系统开发中用到的支撑软件包括:
1)预处理软件,如三维建模软件Creator和图像处理软件Photoshop。
2)视景支撑软件,如可视化仿真软件Vega[1]和OpenGL三维图形库[4]。
3)通信网络仿真软件(如OPNET)。
4)开发平台及语言,如VS2005,MFC和C语言。
3.3 系统运行机理
本仿真系统作为一个综合性的仿真平台,软硬件结构复杂、涉及面广,需要对系统结构进行精心布局,分步骤分阶段地实现。整个系统的框架结构如图3所示。
在框架结构中,处于核心地位的仿真控制单元将调度本地场景数据库中的数据,处理来自用户的交互指令和通信接口的请求,最后驱动视景显示单元完成场景的渲染工作。本地场景数据库单元管理着子系统的模型数据,这些数据包括地形数据、基本模型库、纹理库以及其他场景数据。场景模型可以通过建模工具进行优化,然后重新组合到数据库中。用户交互单元接收来自用户的输入,传送到仿真控制单元执行。通信接口单元接收来自仿真系统中其他控制平台的信息和请求,发送自身的信息和请求。视景显示单元根据控制单元的驱动来完成用户所订制的显示内容。
4 关键技术研究
4.1 OPNET仿真机制
OPNET软件是美国OPNET Technology公司开发的大型通信与计算机网络仿真软件包,采用离散事件驱动的仿真机制,其中“事件”是指网络状态的变化[3]。其仿真核心通过维护全局事件列表来确保每一事件都在正确的时刻和模块下被执行。在仿真粒度上,OPNET以Packet为基本通信单位来模拟网络中数据的流动,一个Packe可以包含多个存储信息的分组域。仿真过程中,节点可以根据实际情况创建、修改、检查、复制、发送、接收以及销毁分组。在建模层次上,OPNET采用3层建模机制来描述网络:
1)网络层,描述被仿真网络的拓扑结构,如网络的终端数量及其各自的位置。
2)节点层,OPNET中所有网络设备(如交换机、路由器)都抽象地称为节点。节点由一系列描述其特性的属性构成。
3)进程层,描述节点内部具有的行为、决策和算法,如某路由协议的具体实现过程。
4.2 OpenGL图形化绘制
本文所实现仿真系统的诸多界面效果采用OpenGL开放性三维图形库进行设计。OpenGL是输出到图形硬件的一个软件编程接口,它包含有许多的命令,可以用来定义3D物体和交互式三维应用的各种操作[4]。利用OpenGL,本系统实现了半透明的操作选单及消息窗口;当网络节点间发生通信时,OpenGL绘制的三维运动线段将表示通信链路,而且线段的颜色和粗细分别代表通信的频段和流量;当鼠标指向该线段时,将弹出仿真数据窗口以显示当前网络的性能。下面以绘制三维运动线段为例说明OpenGL的使用,首先定义OpenGL所要绘制线段的颜色:
定义线段的格式及其运动速度:
定义线段的粗细:
4.3 仿真实时性
在确保场景模型逼真度的前提下,如何提高仿真实时性一直是视景仿真领域的研究重点。三维实体建模一般分两步:一是几何建模,用基本面构建对象的立体外观;二是形象建模,对模型进行增强视觉效果的处理。为降低视景系统的计算开销,提高仿真实时性,在用Creator软件进行建模时可以在保证物体模型的真实性和可塑性的基础上,尽量使模型所含的面数最少[5]。这样可以减少系统的存储负担,提高系统的渲染速度;而且单个多边形有一系列的属性和顶点,可以把许多属性相同的多边形整合成网格,就能使多边形共享共同的属性和顶点。在实时运行时,系统处理网格效能更高,可以大大提高运行性能和显示效果。为减少组成模型的面片数,还可以通过纹理映射技术代替低细节层次的模型,这样用极少的多边形进行纹理映射后就能得到真实感较强的模型平面。大量高分辨力纹理的使用也会给系统带来沉重负担,为提高实时性,可以采用纹理拼接和Mipmap技术。纹理拼接可以使系统只调用视点观察到的一小块纹理,Mipmap技术可产生一系列精度不同的纹理。
4.4 碰撞检测技术
仿真系统中节点模型间的攻击行为以及节点模型与自然环境间的接触等都涉及到碰撞检测技术,碰撞后所触发的一系列效果也是表现仿真真实性的重要内容。碰撞检测的基本任务就是确定2个或多个模型彼此之间是否发生了接触或穿透,本系统采用是否发生了线形相交的判断技巧,实现了2种情形的碰撞检测:1)视点与周围环境模型的碰撞检测,使视点变化时能随地形或障碍物形状而改变位置,不至穿透地表或进入障碍物模型内部;2)场景内节点模型与周围环境模型的碰撞检测,本系统为场景内所有模型均进行了碰撞检测设置,而且依据对象类型分别设置了不同碰撞效果,如导弹击中飞机或舰船将引发爆炸起火、飞机坠海时产生水柱、舰船碰撞时着火下沉等。视景仿真软件Vega能够对Creator建立的模型文件中各个不同的部分进行分类(如地形可分为陆地、海洋等),然后设置标记,利用分类标记和碰撞对象还能够实现碰撞发生后产生不同效果。
5 仿真结论
本文的软硬件设计确保了仿真系统运行的实时性和逼真性,图4和图5显示了本仿真系统的工作效果。随着分布式仿真技术的发展,仿真系统将不断向复杂化和大型化发展,使得大规模仿真成为可能。笔者提出的分布式视景仿真系统从结构上为大规模无线通信网络仿真系统的研究提供了参考,下一步还可从增加分布式规模、加强网络性能理论分析方面对其深入开发。
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分布式移动通信系统 篇10
1 综合通信网网络管理的功能
综合通信网网络管理的功能主要包括：配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和计费管理等。
配置管理:自动发现网络拓扑结构，构造和维护网络系统的配置。
故障管理:过滤、归并网络事件，有效地发现、定位网络故障，给出排错建议与解决方案，形成整套的故障发现、告警与处理机制。
性能管理:采集、分析网络对象的通信性能数据，监测网络对象的性能，对网络线路质量进行分析。同时，统计网络运行状态信息，对网络的使用发展做出评测、估计，为网络进一步规划与调整提供依据。
安全管理:结合使用用户认证、访问控制、数据传输、存储的保密与完整性机制，以保障网络管理系统本身的安全；维护系统日志，使系统的使用和网络对象的修改有据可查；控制对网络敏感资源的访问。
计费管理:对网际互联设备按IP地址的双向流量统计，产生多种信息统计报告及流量对比，并提供网络计费工具，以便用户根据自定义的要求实施网络计费。
2 通信网络管理系统分层模型
综合通信网的网络管理系统可参照T M N的功能分层模式，可以将其分为网元层、网元管理层、专业网络管理层、综合网络管理层和业务管理层共5层。其功能分层模型如下图1所示。
网元层主要是指被管对象，可以是设备、网络或者逻辑资源等。针对综合通信网的特点，可将通信网按卫星通信、光纤通信等子系统进行分类。
网元管理层是以单个设备为被管对象进行管理，并支持网元层提供的功能。其主要目的是：控制、协调网元层；提供网络管理层到网元的管理通信；维护网元层的有关数据。主要由各通信设备的监控台和维护台实施。
专业网络管理层指对所有网元进行管理。以所管网络范围内所有网元为目标进行管理。其主要功能是：从全网角度对其辖区内的网元进行控制、协调；提供支持用户服务的能力。主要由各专业通信网的专业网络管理系统实施。
综合网络管理层指对提供给用户的服务等方面进行综合管理，包括配置管理、故障管理、性能管理、安全管理、计费管理和信息支持服务等功能。其主要目的是：提供与用户和其他管理者的接口；提供与维护人员交互能力；提供服务间交互能力；维护统计数据。
业务管理层设计对整个项目的管理，通信网管理系统中主要提供任务管理和请勿管理功能。
3 通信网管理系统组织结构
综合通信网是多种通信子系统的综合体，有可能还存在多级的上下级管理形式。针对综合通信网的实际应用特点，参考ITU-T和ISO开放性网络管理标准的组织结构，可将综合通信网按地域分成多个管理区域。全网设置1个综合网管中心，每个管理区域设置二级区域网管理中心，在区域内设若干个网管工作站，形成一套分布式的三级管理体制，其组织结构如图2所示。
综合网管中心负责整个通信网的综合管理和任务协调，管理个区域网管中心和各专业网管中心。区域网管中心管理辖区内的工作站和专业网管站，负责本区域通信网的管理；网管工作站负责被管设备的直接接入，实现对被管设备的直接管理。
4 网络管理协议
综合通信网网络管理的管理协议可分为标准网络管理协议和专用网络管理协议。以标准网络管理协议为主，目前用于网络管理系统内部和网络管理中心与支持标准协议的被管对象之间；专用网络管理协议作为过渡手段，用于网络管理与暂不支持标准协议的被管对象之间。
目前最有影响的标准网络管理协议是简单网络管理协议（SNMP）和通用网络管理协议（CMIP）。它们代表了两大网络管理的解决方案。通信网网络管理系统在选择被管设备与网络管理设备间的协议时，必须符合被管通信网的管理现状，考虑工程可行性、兼容性、技术先进性、标准化和广泛性以及效率等因素。建议通信网管理系统采用以SNMP为基础的网络管理标准协议。
由于SNMP事先需要TCP/IP的支持和资源开销，而在综合通信网中，许多被管对象不能提供TCP/IP等通信环境或不能承受其开销，此时标准网络管理协议的采用会受到限制。例如：有些电台不支持SNMP管理方式，只提供RS-232方式的SLIP控制协议。此时可以考虑委托代理的使用，有必要详细阅读SLIP协议约定，针对性的开发出对此设备的网络管理程序。
5 综合通信网的被管设备接入方式
比较常用的几种被管设备接口连接方式如图3所示。
5.1 串行通信接口
网络管理设备通过串行通信接口设备完成与多个被管设备的连接，与每个被管设备之间一般采用RS-232或RS-422接口标准。网络管理设备与被管设备通过基于物理层之上的专用通信协议或标准通信协议完成信息的交互，从而实现管理功能。
串行通信接口方式的优点是：接口信号线定义是标准的，不会因被管设备的不同而发生变化；设备之间通过高层通信协议完成被管设备的管理，便于对管理项目的修改，且只需修改相应通信软件而不用改变设备硬件；由于网络管理设备与各被管设备之间都为相互独立的双工通路，所以可并行管理各被管设备；实现简单，成本较低。其缺点：由于通信协议的接受、处理和应答都需要被管设备内的CPU进行操作，所以被管设备对网络管理信息的响应速度会因此受限，进而影响网络管理性能；尤其对于单CPU设备，通常主要业务的优先级高于网络管理信息的处理优先级，在业务忙时会对网络管理信息不响应。
常用串口通信接口有R S-2 3 2接口和RS-422接口。其中RS-232接口输出电平为±1 2 V，一般只需要定义收、发、地三根信号线，通信速率为75bit/s～115200bit/s可调，其通信距离一般不超过15m;RS-422接口输出电平为±6 V，平衡方式，一般定义收+、收-、发+、发-四根信号线，通信速率为75bit/s～115200bit/s可调，其通信最大距离为1300m。
5.2 串行总线接口
串行总线接口通常选用RS-485接口标准，如总线网络一样，采用一条总线将各被管设备连接到网络管理设备上，并且其通信方式为半双工方式，所以网络管理设备通常采用轮询方式，即查询到哪个设备，哪个设备才可以应答，否则数据会在通信总线上发生碰撞。采用此种通信接口，需要在高层通信协议中规定相应的地址码，以便区分各被管设备。此接口所能挂接的被管设备数量视接口驱动能力而定。
此接口的优点是：接口信号线定义简单，只需定义数据+、数据-即可；其电平定义与R S-4 2 2相同为平衡方式，最大通信距离为1300m；占用计算机系统资源少，只相当于一个串口；被管设备扩展容易。其缺点是：网络管理实时性较差；轮询周期会因被管设备的增多而增大。
5.3 网络接口
网络接口是管理网络设备很常用的一类接口，他与被管设备都通过网络接口连接到同一个或互联的以太网上，以此来完成通信和网络管理信息的交互。
采用此接口的优点是：不受通信距离的限制，只要是以太网能够覆盖到的区域均可采用此类接口；网络管理设备与被管设备之间通信协议或管理协议通常都处在传输层以上，所以可借助许多标准的通信协议和网络管理协议，如：S N M P协议、C M I P协议。
6 结论
通过对综合通信网的分布式网络管理系统的规划，希望能提供综合通信网网络管理常用的顶层规划设计，在实际应用时还需要涉及很多细节层面，包括：管理设备和被管理设备、数据传输网络、操作系统、数据库、开发语言和工具、软件工程、网管开发平台等。本文旨在推动综合通信网网络管理技术的进一步发展。
摘要：综合通信网是指包含了卫星通信、光纤通信、微波通信等各种通信方式, 并提供了数据、话音、图像、视频等多种业务的大型综合网络。本文主要针对目前各种通信网网络管理独立分离的现象, 提出综合通信网网络管理的必要性, 并相应的给出了网络管理的功能, 分层模型和组织结构, 并列出了网络管理协议的选择, 最后给出了三种常用的被管接入方式。
关键词：综合通信网,分布式,网络管理协议,分层模型,SNMP
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分布式数据库系统的安全策略研究 篇11
【关键词】分布式数据库系统：安全策略：网络
【中图分类号】TP313 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0403-01
0、引言
分布式数据库系统（Distributed Database System，DDBS）是指物理上分布于多个网络站点而逻辑上统一的数据库系统。分布式数据库系统逻辑上属于同一系统，而地址上它们又分散在用计算机网络连接的各个场地上，并统一由分布式数据库管理系统（DDBMS）管理。随着Internet的高速发展，分布式数据库系统也得到了迅猛发展，同时也对分布式数据库系统的安全性提出了挑战。数据库系统在为用户提供完善方便的信息和数据服务，实现数据信息共享的同时，还要保证合法用户对数据的有效存储，拒绝非法用户的攻击企图。
1、分布式数据库系统
分布式数据库系统使用计算机网络将地理位置分散而管理和控制又需要不同程度集中的若干个站（节点）连接起来，组成统一的数据库系统。这些站通过网络互联在一起，每个站都拥有各自的数据库、中央处理机以及局部数据库管理系统，因此分布式数据库系统可以看作若干个集中式数据库系统的联合，是计算机网络与数据库系统的有机结合，它具有物理分布性、逻辑整体性、站点自治性等特点。
2、分布式数据库系统的不安全因素
虽然现有的数据库软件在保障数据安全方面可以提供不同程度的服务，但再优秀的软件也难以防范计算机环境中的所有不安全因素，或多或少存在缺陷，因此正确识别不安全因素所带来的威胁对于抵抗网络攻击和防止数据侵害是至关重要的。分布式数据库系统主要具有以下不安全因素：窃听、重发攻击、假冒攻击、越权攻击、迂回攻击。
3、分布式数据库系统的安全策略
3.1 身份验证
为了防止各种假冒攻击，在进行数据访问操作前，需要在用户和数据库服务器间进行双向身份验证。识别系统授权的合法用户，防止非法用户访问数据库系统，从而进一步判断该用户的访问权限。另外，由于分布式数据库系统的服务器之间要进行数据传输、分配事物处理等活动，因此在服务器与服务器之间也要进行相互身份验证。
3.2 保密通信
为了防止黑客在网络信道上监听窃取数据、对抗报文重发攻击，可以采用保密通信技术。即在通信双方之间建立保密信道，对数据进行加密传输。应用于各协议层的加密技术有：加密机，加密卡；IPSEC协议规范的安全路由器和通信软件；安全套接字协议（SSL）；安全代理软件等。
3.3 访问控制
在一般的数据库管理系统中，为了抗击越权攻击，任何用户不能直接操作数据库数据。用户的数据访问请求要先发送到访问控制模块进行审查，然后系统的访问控制模块代理有访问权限的用户区完成相应的数据操作。这个过程是系统根据合适的访问控制模型和机制对用户的数据访问请求进行是否授权检查，通过检查的请求才能被系统执行相应的操作。访问控制模型主要有自主访问授权控制和强制访问授权控制；常见的访问控制机制有用户验证机制、主存隔离访控机制、数据库内部的访控机制等。
3.4 库文加密
为了对抗黑客利用网络协议、操作系统安全漏洞绕过数据库的安全机制而直接访问数据库文件，可以采用库文加密技术。库文加密是将需要保护的数据在密钥的作用下按照一定的加密算法变换成他人无法识别和伪造的密码文。只需要选择具有一定强度的加密算法并保管好密钥，就可以有效提高分布式数据库系统中重要数据的安全性。
3.4.1 加密算法选择
系统应同时提供几种不同安全强度、速度的加/解密算法，这样用户可以根据数据对象的重要性程度和访问速度要求来设置适当的算法。
3.4.2 加密粒度
系统应能调整被加密数据时象的粒度，这样能够在保证重要数据对象安全性的同时提高访问速度。例如一个关系中有某个字段或记录的数据重要，那么就可以针对该字段、记录进行加密，而没有必要加密整个关系。
3.4.3 密文索引
数据库的加密不能过分降低对数据库的访问速度，加快访问速度的关键是加快检索的速度。对加密的数据巧妙地建立加密的密文索引，就可以利用索引进行密文的快速检索。
3.4.4 加密方式
对于依赖于操作系统进行数据管理（包括文件管理）的数据管理系统来说，库外加密是大多数数据库管理系统采取的策略。库外加密方式的优点是，对数据库管理系统DBMS的特殊要求较少，实现时只要增加一个中间层次负责加解密数据即可。相对于其它加密方式，密钥的管理也简单得多，与操作系统内部文件加密的密钥管理基本相同。但是，由于数据在查找时必须全部进行解密操作，因此往往需要付出较大的时空代价。此外，在实现数据完整性约束条件时，数据字典中的数据和数据库内的数据的同步问题也需要额的代价，必须在算法或系统内部处理上加以安排。为了提高时空效率，可以采用库内加密的方式。实现方法是在数据库的内模式和存储模式之间增加一个加密层负责加解密数据。库内加密依赖于数据库管理系统，实现复杂，但安全性更高。不论采用哪种加密方式，均可以用硬件加密的方式来实现。硬件加密主要解决静态数据加密问题。总之，分布式数据库系统加密的主要特点是字段加密、多级密钥结构和密钥动态管理等。
4、结束语
分布式移动通信系统 篇12
互联网上有大量关于各类健身运动等资源供参考,能够帮助人们更合理地安排健身计划和饮食计划。移动设备和移动互联网的普及使这些海量资源可以随时随地被获取,满足了人们对运动和饮食信息的即时性需求。然而面对海量的信息资源,用户很难在短时间内获取符合自身需要的信息,有价值的资源有很多,帮助用户找到符合自身需求的信息至关重要。推荐系统正是为解决这个问题而产生的。推荐系统可以通过采集和分析用户的历史浏览数据,从大量视频中找到符合用户需求的视频,生成推荐列表返回给用户。
1 系统概要设计
1.1 系统架构设计
(1)系统物理架构
本系统实现了客户端/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)两种软件架构。普通用户通过Android移动客户端与服务器进行交互,实现健身管理和视频观看功能;系统管理员通过浏览器与服务器进行交互,对基础数据和用户进行管理。实时推荐系统的主节点运行在应用服务器上,其他工作节点运行在分布式集群上,为用户提供实时视频推荐服务。
(2)系统逻辑架构
移动健身管理平台中有用户和后台管理员两种角色,分别通过移动客户端和浏览器与服务器交互。系统的结构自顶向下分为视图层、控制层、模型层、基础服务层和数据层。移动客户端的视频推荐功能由独立的实时视频推荐系统和服务器通过Redis数据库交互,为视频推荐功能提供用户的推荐列表。系统的架构图如图1所示。
实时视频推荐需要经过离线计算和在线计算两个步骤。离线计算以用户的历史行为数据为注入,建立用户兴趣模型,生成离线推荐列表。由于用户不断有新的行为,离线推荐列表需要每天更新一次。在线计算综合离线推荐结果和用户的当前行为,生成实时推荐列表。
1.2 系统功能模块设计
1.2.1 用户功能模块设计
(1)编辑运动日志。用户查看运动日志,可选择添加新的运动项目或删除已有项目。
(2)同步健身数据。用户可以手动同步健身数据到服务器,防止数据丢失。
(3)获取视频推荐。客户端将获取视频推荐列表的请求发送给服务器,响应的servlet调用视频推荐类,调取数据库中的视频推荐列表返回给客户端。
(4)播放视频。用户进入视频主页,查看视频列表。选择一个视频后,系统分别加载视频和视频简介等信息。
1.2.2 后台管理功能模块设计
(1)数据更新模块
管理员可对运动和食物数据进行更新。首先查看运动数据,输入要添加的运动项目。如果项目已经存在则不能添加,需要重新输入。
(2)视频管理模块
视频首页由管理员维护的视频列表,固定的显示在客户端视频页面的上方。管理员登陆系统后,查看视频列表,可选择添加视频。
1.3 数据库设计
1.3.1 关系数据库设计
移动客户端产生的用户数据,如训练计划、运动日志和饮食日志等存储在Android客户端的SQLite数据库中。这些数据需要被用户频繁地查看和编辑,因此把数据存放在本地可以提高数据的加载速度,减少从网络中读取数据所耗费的时间。这些数据要定期同步至服务器端的My SQL数据库,防止用户信息丢失。My SQL数据库还存有视频、视频评论、用户收藏等信息。
1.3.2 非关系数据库设计
(1)用户事件队列。用户每一次点击视频、收藏视频的行为都会被存储到事件队列中。
(2)相似度矩阵。相似度矩阵存储任意两个视频的相似度,使用hash实现。
(3)用户评分向量。一个用户对所有视频的评分构成一个n维向量,同样使用hash数据结构实现。用户ID作为键,视频ID作为字段,存储对应的评分。
2 推荐系统算法及评测方法
2.1 基于内容的推荐
基于内容的推荐只需要用户模型和项模型,不受到项的评分信息数量少的约束,这点是协同过滤系统无法实现的。由于只关注内容,因此不会降低新项目、冷门项目被推荐给用户的几率,有助于增加推荐结果的新颖度。但基于内容的推荐系统只适用于可描述内容的项推荐,不适用于视频、声音、图片等特征提取困难的对象。
2.2 协同过滤算法
协同过滤算法中最重要的方法是基于邻域的方法,主要包含基于用户的协同过滤(User⁃based Collabora⁃tive Filtering,User CF)和基于项的协同过滤(Item⁃based Collaborative Filtering,Item CF)两类算法。
推荐系统当中有两类研究对象,一类是用户(us⁃er),另一类是项(item)。用户和某些项具有一定关系,这个关系可以被描述成一个数值。
用户和项可以构成一个效用矩阵(utility matrix),矩阵中每个值代表某用户对某个项的喜爱程度。如图2所示的效用矩阵,代表用户a、b、c对6部电影的评分,其中空白的部分表示用户还没有对电影评分。推荐系统的一个主要目标就是预测空白部分的数值,把分数最高的前n个项推荐给用户。
2.2.1 基于用户的协同过滤
基于用户的协同过滤算法的工作方式是首先找到和目标用户的兴趣相似的用户集合,然后找到这个集合中用户喜爱的项中目标用户不知晓的项推荐给该用户。判断两个用户的兴趣是否相似,通过判断用户对相同项的行为是否相似得出。
2.2.2 基于项的协同过滤
基于项的协同过滤算法广泛地应用于各种推荐系统中,它基于的假设是两个项被同样的用户喜爱则具有很高的相似度。基于项的协同过滤主要分为两步。计算项之间的相似度,然后根据项的相似度和用户的行为数据生成推荐列表。
2.3 健身视频实时推荐系统算法设计
(1)离线算法的选择
基于用户的协同过滤推荐适合用户个性化需求不太丰富但时效性较强的场合。相反,基于项的协同过滤具有很强的发掘长尾物品的能力,适合用户个性化需求强烈的领域。基于项的协同过滤推荐可以解决新用户的冷启动问题。相比较而言,基于用户的协同过滤要先更新用户的行为数据。
目标系统的用户个性化需求强烈,对新用户的冷启动有要求,由于对时效性没有要求,因此可以容忍新项的冷启动问题。本系统选择基于项的协同过滤算法作为推荐系统的离线算法。
(2)实时推荐过程算法设计
要让实时推荐的结果反应用户当前兴趣,需要将用户的点击行为和收藏行为转化成量化的喜爱程度。本算法用可调节参数a和b表示用户对未评价过视频的喜爱程度,a表示用户对点击的视频的喜爱程度,b表示用户对收藏的视频的喜爱程度。令用户对视频i的预测兴趣度为Pui,定义如下:
式中:N(i)表示喜欢视频i的用户集合;N(j)表示喜欢视频j的用户集合;s(i,j)的定义如式(2)所示。其中分母惩罚了热门物品的相似度,热门物品被大多数用户知晓,应该避免推荐。
令视频的关联矩阵为C,式(3)表示用户u的兴趣向量P,其中从上到下依次表示用户u对视频的兴趣度。
去掉用户已评价过的视频,得到待推荐视频集合,集合中的元素是视频ID和对应的预测兴趣度。取预测兴趣度最高的前k项,生成推荐列表R,如式(4)所示:
由于不同用户的评分高低的习惯不同,a和b应由用户的历史评分的平均分决定。
用户每产生一次点击操作或收藏操作,就对用户评分向量进行相应的修改,如果用户对同一个视频有数个操作,则取模拟评价分数的最高值。当用户事件数量累计达到预先设定的阈值,系统使用以上算法为用户产生实时推荐列表。
2.4 推荐系统测评
(1)实验方法
离线实验首先通过系统工具获得用户行为数据,并按照一定的格式生成数据集。然后将数据集按照一定的比例分为训练集和测试集,将训练集算法注入到推荐系统中训练用户兴趣模型,在测试集上进行预测。最后通过离线实验指标评测在测试集上生成的预测结果与实际结果。
(2)评测指标
衡量推荐质量的指标有很多,根据不同的实验方式,使用不同的指标进行评估。离线实验一般使用评分预测准确度(RMSE)、覆盖率、多样性等指标评价推荐系统。用户调查和在线实验可以获得用户满意度、惊喜度等离线实验无法获得的指标。
3 系统详细设计与实现
3.1 移动客户端设计与实现
移动客户端的架构图如图3所示。要实现移动客户端的用户功能模块,需要使用一些中间件作为基础,包括网络连接模块、网络检测模块和图片缓存模块。
(1)网络连接模块
首先通过Volley工具创建Request Queue对象,Re⁃quest Queue是使用Volley框架的核心,通过将创建的请求添加到Request Queue中,该对象就可以按照先进先出的方式按顺序分发请求。在分发请求时,首先判断该请求是否被缓存过,如果已经缓存在本地,则使用Cache⁃Dispatcher调用缓存的内容返回给客户端。如果没有缓存,则调用Network Dispatcher向网络发送请求,Dis⁃patcher返回后,通过调用相应的on Response接口,处理返回后的数据。
(2)网络检测模块
网络检测模块还负责检测网络状态是连接还是断开。当网络断开时,给用户发送提示。在Android系统中,使用Connectivity Manager类对网络进行检测。网络检测用到的主要方法如表1所示。
(3)图片缓存模块
LRU(Least Recently Used)缓存把最近最少使用的数据移除,将系统内存让给最新读取的数据。要想实现LRU存储策略,可以使用哈希表和双链表实现。将Cache的所有位置都用双向链表连接起来。当一个Cache被访问之后,通过相应的链表操作,将该Cache调整到链表表头的位置。新加入的Cache直接插入到链表表头。在进行多次调整操作后,最近被命中的Cache就会向链表头方向移动,而没有命中的则向链表尾部移动。因此,链表尾表示的是最近最少使用的Cache。当空间不足需要清除一部分内容时,链表最后的节点就是最少被使用的数据,根据需要将最后面的几个数据清除。
3.2 后台管理子系统详细设计与实现
(1)视频管理模块
管理员对视频首页进行管理,可以增加和删除视频,这些视频将显示在移动客户端的视频界面。
(2)用户管理模块
管理员删除用户评论的流程图如图4所示。首先查询被举报的评论是否存在,如果存在则删除,否则终止操作。
(3)数据更新模块
管理员也可以对已有的运动和食物数据进行修改。图5所示为管理员更新运动数据的流程图。
3.3 实时推荐系统详细设计与实现
(1)Storm分布式流处理框架
在Storm集群中,有主节点和工作节点。主节点上运行着Nimbus进程,工作节点上运行着Supervisor进程。主节点上的Nimbus后台程序负责资源分配和任务调度,它会尽量均匀地将任务分配给Supervisor。Super⁃visor负责接收Nimbus分配的任务,启动和停止属于自己管理的进程。Nimbus和Supervisor的通信通过Zoo⁃keeper集群完成。
(2)事件生成模块
一个事件纪录了时间戳、Sessionid、事件类型、用户ID和视频ID。事件流的类型分为三类,分别为点击事件、推荐事件和会话终止事件,分别代表用户的点击操作、推荐请求和会话结束状态。
(3)实时视频推荐模块
要实现实时视频推荐,首先要计算离线推荐结果,编写Map Reduce批处理任务。离线结果和它的中间结果是实时推荐的基础。得到了离线推荐结果和它的中间结果后,将这些数据存储到Redis中。运行在Storm集群上的topology接收用户的点击事件流,根据用户的点击时间和离线推荐的计算结果生成实时推荐列表。
(4)推荐系统实验
本文的实时推荐系统实验数据基于Youtube上的用户评价健身视频数据的仿真数据。在Youtube上搜索关键词,取最热门的N个视频链接作为起点使用爬虫工具抓取用户对视频的评价信息。将这些数据整理,得到8千个用户对2千个视频的行为。进而可以得到用户对视频的评价矩阵和视频的相似度矩阵。将评论了视频但是没有把视频标记为喜欢的用户作为用户的点击数据。选择某一个时间点的点击数据作为实时数据。
4 系统测试
对系统的功能测试主要涉及健身管理模块、视频模块和账户管理模块的主要功能。通过测试得出,结果均通过。本系统使用Monkey对Android系统进行压力测试,使用命令adb shell monkey⁃p com.bit.fitlab⁃v 10对com.fitlab.manage包发送一定数量的随机事件流,模拟用户随机操作,然后返回这些操作对系统的影响。该测试结果说明,模拟了100次操作,系统没有产生崩溃,Wi Fi传输数据的耗时为520 ms。
5 结论
本文实现了一款基于实时视频推荐系统的Android平台健身管理类应用软件,将健身视频资源和健身管理应用整合,便于用户提高健身效率。提出了实时视频推荐与健身管理结合的研究方向,系统的健身管理功能实现了对运动的时间、持续的时间、消耗的能量、项目完成的进度、摄取食物的质量和能量的全面管理功能,设计并实现了视频实时推荐系统,解决了新用户推荐的冷启动问题,并且增强了系统的实时性,使用户的兴趣点被实时捕捉。使用Storm分布式流处理框架实现,系统的性能卓越。
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