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城際鐵路通信系統(tǒng)承載的主要業(yè)務(wù),有電路域數(shù)據(jù)話音業(yè)務(wù)和分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。具體如表1所示。電路域數(shù)據(jù)話音業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高,又要十分準(zhǔn)確地傳遞信息,具有最高或者較高的優(yōu)先級(jí);分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較低(與電路域業(yè)務(wù)相比),突發(fā)性強(qiáng),有一定的數(shù)據(jù)量。本文將跨層設(shè)計(jì)應(yīng)用于城際鐵路無線通信系統(tǒng)中,根據(jù)業(yè)務(wù)類型的不同,在物理層和鏈路層進(jìn)行AMC-HARQ跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)。AMC-HARQ跨層自適應(yīng)傳輸?shù)南到y(tǒng)模型如圖1所示。
物理層釆用自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù),根據(jù)業(yè)務(wù)類型分類,制定M種調(diào)制方式和編碼方式。首先,接收端通過信道測(cè)量技術(shù),估計(jì)出信道質(zhì)量信息,并通過反饋信道,將信道質(zhì)量信息反饋給發(fā)送端;然后,發(fā)送端根據(jù)接收到的信道質(zhì)量,選擇下次傳輸要使用的調(diào)制編碼階數(shù)。MAC層采用同步并行停等協(xié)議即HARQ協(xié)議。首先對(duì)各數(shù)據(jù)幀分別進(jìn)行CRC編碼,級(jí)聯(lián)構(gòu)成數(shù)據(jù)幀進(jìn)入物理層。物理層使用FEC編碼對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行編碼,然后存入緩存用以進(jìn)行重傳。接收端經(jīng)過譯碼、CRC校驗(yàn)后,回送確認(rèn)幀。確認(rèn)幀包含了幀確認(rèn)號(hào)和重傳比特向量。
幀確認(rèn)號(hào)表示鏈路層上一個(gè)按序接收的幀的序號(hào),重傳比特向量比接收窗口長(zhǎng)度(W)小1的比特向量,即長(zhǎng)度為W-1。比特向量表示當(dāng)前接收窗口的所有幀接收情況,如“1”表示需要重傳,“0”表示接收成功。由于重傳比特向量是接收窗口的歷史移位記錄,即使當(dāng)前的確認(rèn)幀因信道變化而丟失,確認(rèn)幀也不應(yīng)重發(fā),因?yàn)楹罄m(xù)的確認(rèn)幀包含歷史的接收記錄。確認(rèn)幀格式如圖2所示。收發(fā)雙方的鏈路層都緩存W個(gè)數(shù)據(jù)幀。發(fā)方維護(hù)發(fā)送緩存和重傳列表,發(fā)送緩存中保存著當(dāng)前發(fā)送窗口中未確認(rèn)的幀,重傳列表中保存了待重傳的幀序號(hào)。收方的接收緩存保存當(dāng)前接收窗口中亂序的數(shù)據(jù)幀,當(dāng)接收到的幀有序后,鏈路層向。
2AMC-HARQ跨層自適應(yīng)傳輸性能分析
本文使用Matlab仿真工具對(duì)基于AMC-HARQ跨層自適應(yīng)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,模擬信道使用瑞利衰落信道模型,每個(gè)數(shù)據(jù)包中含信息位500bit,通過1/3碼率的卷積碼,仿真包數(shù)目每次1000個(gè),結(jié)果取6次平均值,同時(shí)假設(shè)CRC能正確校驗(yàn)。在物理層,提供不調(diào)制、BPSK、QPSK、8PSK等4種傳輸模式,系統(tǒng)可以根據(jù)AMC中每種傳輸模式的瞬時(shí)誤包率(PER)和接收到的SNR在各種物理層傳輸模式之間的關(guān)系,自適應(yīng)地選擇合適的調(diào)制編碼方式。在鏈路層,要綜合考慮時(shí)延、誤包率和吞吐量,真正滿足城際鐵路不同業(yè)務(wù)的QoS要求。設(shè)置最大重傳次數(shù)為N=0、1、2,測(cè)試在不同干擾條件下,不同的業(yè)務(wù)類型的成功率,見圖3,圖4,圖5。可見,通過AMC-HARQ跨層自適應(yīng)傳輸方案,當(dāng)鏈路層重傳1次,可以在5%干擾情況下實(shí)現(xiàn)95%的接收成功率;鏈路層重傳2次,可以在5%干擾情況下實(shí)現(xiàn)99%的接收成功率,在10%干擾情況下實(shí)現(xiàn)94%以上的接收成功率。
具有良好的示范作用,可有利推動(dòng)整個(gè)團(tuán)場(chǎng)的高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展。推行高效節(jié)水灌溉技術(shù)后,可使地下水的補(bǔ)給減少,從而可使鹽漬化土地得到改良,使灌區(qū)環(huán)境得到改善。節(jié)水灌溉大面積推廣后,可用部分節(jié)水量來用于灌區(qū)周邊環(huán)境的改善,增加林果的覆蓋度,對(duì)灌區(qū)的長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展是及其有利的。目前新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)節(jié)水潛力巨大,增產(chǎn)效果明顯,建設(shè)滴灌系統(tǒng)工程可產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益,有利于在整個(gè)團(tuán)場(chǎng)大力推廣應(yīng)用高新技術(shù)節(jié)水灌溉,可推動(dòng)團(tuán)場(chǎng)的高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展。總之,通過建設(shè)滴灌系統(tǒng)工程,對(duì)促進(jìn)本區(qū)農(nóng)業(yè)高效用水的發(fā)展,為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在本區(qū)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件,對(duì)于推動(dòng)項(xiàng)目區(qū)及整個(gè)地區(qū)高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展,具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義和現(xiàn)實(shí)意義。
2滴灌系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)內(nèi)容包括:水源工程以及首部樞紐、系統(tǒng)設(shè)計(jì)比選、施工組織管理、環(huán)境影響評(píng)價(jià)與水土保持、工程概預(yù)算[5]。水源工程以及首部樞紐設(shè)計(jì)是根據(jù)建設(shè)區(qū)基本資料以及工程規(guī)劃確定水源位置以及系統(tǒng)首部設(shè)備;系統(tǒng)設(shè)計(jì)比選是通過不同的田間管網(wǎng)布置形式,比選比較經(jīng)濟(jì)合理的輸配水管網(wǎng)形式,選擇合適方案;通過最后的方案比選,確定較優(yōu)方案后繪制滴灌系統(tǒng)平面布置圖,結(jié)合作物需水規(guī)律確定滴灌工作制度。根據(jù)建設(shè)區(qū)特點(diǎn)以及工程布置形式,確定系統(tǒng)同時(shí)工作支管數(shù)、灌溉周期、一次灌水延續(xù)時(shí)間。基于輪灌制度確定的系統(tǒng)流量,進(jìn)行包括毛、支、干管的管道水力計(jì)算,選擇各級(jí)管道的材質(zhì)及管徑;計(jì)算管道系統(tǒng)各控制點(diǎn)的壓力水頭,進(jìn)行管道縱斷面設(shè)計(jì),管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);選配水泵和動(dòng)力裝置;最后對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行復(fù)核,包括節(jié)點(diǎn)壓力均衡驗(yàn)算以及水錘驗(yàn)算。施工組織管理是根據(jù)已形成的平面布置圖、結(jié)構(gòu)圖,進(jìn)行施工放線圖的繪制;繪制管道的橫斷面圖。按工程部位進(jìn)行工程量的計(jì)算,做出工程量統(tǒng)計(jì)表。環(huán)境影響評(píng)價(jià)和水土保持是對(duì)施工過程產(chǎn)生的環(huán)境質(zhì)量問題進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)可能出現(xiàn)的水土流失現(xiàn)象,采取適當(dāng)?shù)墓こ毯蜕锎胧3纸ㄔO(shè)區(qū)的環(huán)境和水土資源。初步設(shè)計(jì)概算是根據(jù)工程量的統(tǒng)計(jì),以及水總(2002)116號(hào)文和新疆自治區(qū)水建管(2005)118號(hào)文的各類定額標(biāo)注,確定項(xiàng)目投資。
3滴灌系統(tǒng)工程水土流失預(yù)防及治理措施
西北干旱區(qū)干旱少雨,瀕臨沙漠,植被覆蓋度低,春秋季浮沉及沙塵暴天氣頻繁,土壤易受水力和風(fēng)力侵蝕。因此在建設(shè)滴灌系統(tǒng)工程的過程中一定要做到治理保護(hù)和開發(fā)利用相結(jié)合,制定合理的水土保持方案,使工程措施和生物措施相結(jié)合,防止生態(tài)環(huán)境惡化,為團(tuán)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。
3.1建設(shè)引起的水土流失預(yù)測(cè)
泵房、管理房等首部土建工程、機(jī)電設(shè)備安裝工程均會(huì)使地表及植被遭到破壞。由于地表擾動(dòng)及植被的破壞,在外力的作用下產(chǎn)生少量水土流失。另外,建設(shè)耕地管溝開溝、回填必然產(chǎn)生少量棄土和棄渣,為水土流失創(chuàng)造條件,如不及時(shí)合理的進(jìn)行處理,將會(huì)引發(fā)水土流失。
3.2水土流失預(yù)防及治理措施
建設(shè)區(qū)水土保持工作直接關(guān)系到當(dāng)?shù)厝罕姷纳钏胶蜕钯|(zhì)量的提高,減少水土流失、改善生態(tài)環(huán)境有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此,必須結(jié)合工程的特點(diǎn),揚(yáng)長(zhǎng)避短、因害設(shè)防,對(duì)建設(shè)過程中產(chǎn)生的水土流失必須進(jìn)行綜合治理。采取工程措施和生物措施相結(jié)合的治理方法,同時(shí)要加強(qiáng)管理,杜絕人為水土流失現(xiàn)象的再度發(fā)生[6]。
(1)工程措施。在建設(shè)過程中應(yīng)高度重視水土保持工作,將水土保持作為建設(shè)的一部分。在施工過程中首部工程及管道的管溝開挖回填后要將多余的土方攤平,不得隨意堆放,同時(shí)要注意施工場(chǎng)地植被的保護(hù),盡量減少植被破壞。必要的情況下可以進(jìn)行土工膜遮蓋和灑水處理。
(2)生物措施。管溝回填后,要及時(shí)綠化和耕作,使破壞的地表和植被得到恢復(fù),保證在建設(shè)完成后地面植被的覆蓋度不小于未建設(shè)之前的地面植被覆蓋度。
1.1系統(tǒng)硬件針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)和功能的要求,采用了平臺(tái)化的設(shè)計(jì)手段,如圖2所示。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及智能移動(dòng)終端是本系統(tǒng)的關(guān)鍵,這些平臺(tái)和智能終端設(shè)備在移動(dòng)性、實(shí)時(shí)性方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),而且其測(cè)試和數(shù)據(jù)采集功能非常強(qiáng)大(如圖3所示),是數(shù)據(jù)測(cè)試和采集的關(guān)鍵。同時(shí),利用移動(dòng)終端在多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì),可以實(shí)現(xiàn)勘測(cè)信息的統(tǒng)一采集和實(shí)時(shí)保存。根據(jù)智能移動(dòng)終端的碎片化特點(diǎn),通過為終端配置不同類型軟件,還可使其為數(shù)據(jù)的更新及成長(zhǎng)提供實(shí)時(shí)基礎(chǔ)。通過訪問后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù),也可以為現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)施管理提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的信息支持。PC終端是系統(tǒng)的重要部分,由數(shù)據(jù)維護(hù)管理和分服務(wù)器是系統(tǒng)的中心,是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)中心,也是各種流程管理控制軟件的中心。通過服務(wù)器實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的集中匯聚,為共享及交互奠定基礎(chǔ)。
1.2系統(tǒng)軟件有了硬件的保障,自然少不了軟件的支撐,本系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵軟件主要有2個(gè)部分:移動(dòng)終端軟件和服務(wù)器軟件。系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。服務(wù)器系統(tǒng)軟件采用成熟的分層體系結(jié)構(gòu),引入以服務(wù)導(dǎo)向的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。整體共分為基礎(chǔ)數(shù)析統(tǒng)計(jì)2個(gè)部分組成,是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析中心。它通過服務(wù)器對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,為終端的訪問提供支撐,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)用,同時(shí)還對(duì)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)、流程制定等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。由于移動(dòng)終端和PC的交互、協(xié)同,為項(xiàng)目數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)用、管理提供了支持,使工程現(xiàn)場(chǎng)和辦公室協(xié)同作業(yè)成為了可能。特別是移動(dòng)終端的加入保證了項(xiàng)目信息的時(shí)效性,是實(shí)現(xiàn)即時(shí)管理的關(guān)鍵。PC終端的功能具體如下:(1)資源管理功能:包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源(如站址、設(shè)施、設(shè)備等)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源(如人文、地理、經(jīng)濟(jì)等)的管理,即對(duì)所有數(shù)據(jù)的管理功能。(2)項(xiàng)目管理功能:通過項(xiàng)目的方式組織資源數(shù)據(jù),便于勘察設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理人員管理資源數(shù)據(jù),為項(xiàng)目開展提供管理工具。(3)作業(yè)管理功能:通過作業(yè)過程管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)勘察過程和設(shè)計(jì)過程的管理及控制。(4)數(shù)據(jù)分析功能:按照項(xiàng)目特點(diǎn)及管理需要,進(jìn)行資源查詢統(tǒng)計(jì)、地理化分析、經(jīng)營(yíng)分析等。據(jù)層、平臺(tái)軟件層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層中,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)通信過程中采集到的各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù);文件資料庫(kù)主要用于存儲(chǔ)文件資料,如CAD圖紙、照片、文檔等;GIS數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)及地圖文件;基礎(chǔ)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)管理的基本信息,如用戶信息、權(quán)限信息、系統(tǒng)日志及配置信息。平臺(tái)軟件層可分為配置平臺(tái)、數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和智能手機(jī)終端3部分。配置平臺(tái)是數(shù)據(jù)管理平臺(tái)及手機(jī)終端的業(yè)務(wù)與界面的可視化設(shè)計(jì)工具,在配置平臺(tái)可以配置業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型,手機(jī)端及管理平臺(tái)的業(yè)務(wù)邏輯與界面展現(xiàn),所有的配置會(huì)生成配置文件,通過服務(wù)推送到手機(jī)終端及數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。手機(jī)終端與數(shù)據(jù)管理平臺(tái)通過模板引擎動(dòng)態(tài)生成采集與數(shù)據(jù)分析應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集與分析管理的多樣化、個(gè)性化,從而達(dá)到能快速響應(yīng)通信行業(yè)多樣化需求的目的。同時(shí),手機(jī)終端與數(shù)據(jù)管理平臺(tái)利用FTP與HTTP協(xié)議,通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、文件的上傳下載,實(shí)現(xiàn)通信行業(yè)隨時(shí)隨地進(jìn)行戶外作業(yè)。
1.3基本工作流程通過通信工程項(xiàng)目實(shí)時(shí)信息管理系統(tǒng)的建設(shè),新系統(tǒng)形式下的通信工程工作流程如下:(1)項(xiàng)目經(jīng)理根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)在PC電腦上的配置平臺(tái)(也可以用智能移動(dòng)終端)定制表單,利用該平臺(tái)發(fā)送任務(wù)到相應(yīng)項(xiàng)目成員的智能移動(dòng)終端。(2)項(xiàng)目成員接收到任務(wù)表單后,按照表單要求,利用智能移動(dòng)終端完成現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè),勘測(cè)過程中的信息自動(dòng)、實(shí)時(shí)地通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)回傳至數(shù)據(jù)管理平臺(tái)(沒有信號(hào)時(shí)可以暫時(shí)保存在勘察終端上,待有信號(hào)時(shí)自動(dòng)回傳,也可設(shè)置手動(dòng)回傳)。(3)項(xiàng)目經(jīng)理實(shí)時(shí)監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)度,根據(jù)需要合理調(diào)配資源,同時(shí)對(duì)勘察時(shí)出現(xiàn)的問題及時(shí)跟蹤、監(jiān)控。(4)勘察完成后,項(xiàng)目成員可對(duì)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,根據(jù)項(xiàng)目需要選擇數(shù)據(jù)。也可根據(jù)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,繪制正式施工圖紙、編制工程概預(yù)算等。當(dāng)然,勘察信息回傳至系統(tǒng)平臺(tái)后不是簡(jiǎn)單保存,所有數(shù)據(jù)均會(huì)根據(jù)統(tǒng)一要求進(jìn)行屬性定義,同時(shí)這些數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)勘測(cè)的經(jīng)緯度坐標(biāo)顯示在GIS地圖上??辈烊藛T在現(xiàn)場(chǎng)勘察過程中也可以通過終端在授權(quán)范圍內(nèi)訪問系統(tǒng)平臺(tái),查閱前期的工程數(shù)據(jù),以利于更加準(zhǔn)確地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘,減少現(xiàn)場(chǎng)查勘的時(shí)間,提高工作效率。
2系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)
2.1移動(dòng)終端功能集成多樣化數(shù)據(jù)的采集與錄入(照相機(jī)、GPS、二維碼、錄音機(jī)、信號(hào)采集器、自動(dòng)撥測(cè)等),人工數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)同步、模板更新、手機(jī)GIS展示、終端的認(rèn)證、數(shù)據(jù)的上傳下載、數(shù)據(jù)庫(kù)信息檢索、外界數(shù)據(jù)藍(lán)牙接口等功能。
2.2管理平臺(tái)功能數(shù)據(jù)管理平臺(tái)由3部分組成:管理控制臺(tái)、數(shù)據(jù)管理分析平臺(tái)和GIS應(yīng)用平臺(tái)。管理控制臺(tái)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體管理,由系統(tǒng)的管理員使用;數(shù)據(jù)管理分析平臺(tái)有客戶端和網(wǎng)頁(yè)填報(bào)2種方式,客戶端是用戶使用PC機(jī)在本地填報(bào)的平臺(tái),利用客戶端結(jié)合Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、流程處理、任務(wù)處理、數(shù)據(jù)填報(bào)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能,網(wǎng)頁(yè)填報(bào)在功能上與數(shù)據(jù)填報(bào)客戶端相同,其特點(diǎn)為填寫方式是基于Web瀏覽器,用戶可以在沒有安裝客戶端的PC機(jī)上使用;GIS應(yīng)用平臺(tái)主要利用地理信息化進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析,使得分析結(jié)果更為直觀。
2.3配置平臺(tái)特點(diǎn)配置平臺(tái)作為智能手機(jī)勘測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用配置工具,可以根據(jù)不同的需求配置出不同的手機(jī)應(yīng)用,然后將應(yīng)用進(jìn)行,手機(jī)終端通過網(wǎng)絡(luò)獲取的應(yīng)用后,就可以使用該應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的工作。具體特點(diǎn)如下:(1)操作簡(jiǎn)單,直觀明了:通過配置平臺(tái)以所見即所得(WYSIWYG)的技術(shù),可輕松根據(jù)模板設(shè)計(jì)出應(yīng)用。真正做到了零代碼、零開發(fā)、零難度,只需簡(jiǎn)單操作就能得到高質(zhì)量符合要求的業(yè)務(wù)應(yīng)用。(2)組建靈活,配置隨心:三十控件可供選擇,拖拽硬拽進(jìn)行組合,功能配置一應(yīng)俱全,隨心所欲不再萬難。(3)迅速,省時(shí)省力:在配置平臺(tái)上以可視化的操作進(jìn)行簡(jiǎn)單組合,就能建立并應(yīng)用,告別傳統(tǒng)繁雜方式,大大提高效率并降低了成本。(4)應(yīng)用集中,管理統(tǒng)一:所有應(yīng)用集中在一起,方便統(tǒng)一管理,可以隨時(shí)進(jìn)行更新刪除。
2.4系統(tǒng)特點(diǎn)(1)實(shí)時(shí)移動(dòng)終端與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的使用,使得項(xiàng)目的業(yè)務(wù)和管理更為實(shí)時(shí),通過模板制定可以把數(shù)據(jù)庫(kù)中需要的數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的項(xiàng)目組成員手機(jī)上,用于項(xiàng)目的實(shí)施,也可以通過手機(jī)再次采集修改數(shù)據(jù)。(2)自動(dòng)高效智能終端及各種自動(dòng)化采集設(shè)備的開發(fā),使數(shù)據(jù)采集管理變得更為自動(dòng)高效。(3)多方協(xié)同以數(shù)據(jù)庫(kù)為中心,移動(dòng)終端和PC終端之間共享數(shù)據(jù)、協(xié)同處理,在各終端之間可以根據(jù)管理需要實(shí)現(xiàn)協(xié)同與共享。(4)用戶自主構(gòu)建項(xiàng)目信息系統(tǒng)的主體是項(xiàng)目管理人員和業(yè)務(wù)人員。當(dāng)不懂軟件系統(tǒng)的用戶自己就能構(gòu)建信息系統(tǒng)時(shí),信息化就成了一樁日常工作,而不是浩大工程。(5)易學(xué)易用從操作界面上看,數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器使用Excel、WPS等電子表格軟件或者類似電子表格的網(wǎng)頁(yè)作為主要的操作界面,用戶沒有陌生感,很容易上手,學(xué)習(xí)成本很低。(6)按需定制每家企業(yè)都有自己的個(gè)性化特點(diǎn),每個(gè)管理者都有個(gè)性化的管理風(fēng)格,企業(yè)成長(zhǎng)的每個(gè)不同時(shí)期也會(huì)面臨不同的管理重點(diǎn)。項(xiàng)目經(jīng)理可以利用配置工具進(jìn)行模板的配置,從企業(yè)實(shí)際情況出發(fā),完全根據(jù)管理的需要去設(shè)計(jì)系統(tǒng),并隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展適時(shí)調(diào)整和改變。(7)功能完備數(shù)據(jù)管理平臺(tái)作為一個(gè)平臺(tái)產(chǎn)品,提供了一個(gè)管理信息系統(tǒng)可能需要具備的各種通用功能,包括:組織機(jī)構(gòu)/角色/用戶的定義、權(quán)限的分配、常規(guī)系統(tǒng)管理、工作流、外部數(shù)據(jù)集成、短信和電子郵件集成、文檔管理、即時(shí)通訊、網(wǎng)絡(luò)硬盤、單點(diǎn)登錄等外部系統(tǒng)集成接口以及CAD軟件集成接口等;支持電子表格客戶端和網(wǎng)頁(yè)這2種不同的操作方式;支持多種部署方式;局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)均可應(yīng)用。(8)方便集成Excel服務(wù)器提供了多種和企業(yè)其他已有系統(tǒng)的應(yīng)用集成方式,例如:訪問外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、單點(diǎn)登錄、和CTI系統(tǒng)(呼叫中心)的集成、開放調(diào)用接口,使得用戶在自己的門戶網(wǎng)站中就可以進(jìn)行處理待辦事宜,支持對(duì)外部系統(tǒng)WebService的調(diào)用等。利用這些集成手段,使得Excel服務(wù)器構(gòu)建的信息系統(tǒng)和用戶已有的其他應(yīng)用系統(tǒng)成為一個(gè)整體,延續(xù)用戶的使用習(xí)慣,保護(hù)用戶已有的投資。
3結(jié)束語(yǔ)
1.1分析醫(yī)院信息工程的總體規(guī)劃
在醫(yī)院信息工程的建立過程當(dāng)中,信息工程的總體規(guī)劃是非常重要的。于是,現(xiàn)對(duì)醫(yī)院信息工程的總體規(guī)劃進(jìn)行分析,可以將其歸納為以下幾點(diǎn):
(1)選擇多名有能力且個(gè)人素質(zhì)比較高的醫(yī)院管理人員組建成一個(gè)總體規(guī)劃團(tuán)隊(duì),并讓醫(yī)院高層領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)當(dāng)團(tuán)隊(duì)的隊(duì)長(zhǎng),比如:院長(zhǎng)、副院長(zhǎng)等,然后制定出相應(yīng)的信息工程項(xiàng)目單。
(2)收集醫(yī)院所有的信息,并對(duì)其進(jìn)行整理和分類。醫(yī)院所有的信息包括:醫(yī)院各部門的信息、醫(yī)院信息工程建立的信息、醫(yī)院開展的各類活動(dòng)的信息和醫(yī)院數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。
(3)設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠表現(xiàn)醫(yī)院現(xiàn)狀的模型。設(shè)計(jì)這個(gè)模型的目的是為了讓總體規(guī)劃團(tuán)隊(duì)的所有成員能夠更為直觀的對(duì)醫(yī)院的構(gòu)造和各個(gè)組織進(jìn)行深入的分析,以此來做出一個(gè)更為全面的總體規(guī)劃。
(4)對(duì)醫(yī)院的信息進(jìn)行分析。對(duì)上述的醫(yī)院模型進(jìn)行分解,從中探究出醫(yī)院業(yè)務(wù)中的有效信息,然后確立醫(yī)院信息工程中所有實(shí)質(zhì)性信息之間的關(guān)系。其中,實(shí)質(zhì)性信息包括:每位患者的信息和醫(yī)院所有工作人員的信息。
(5)分析“醫(yī)院環(huán)境”的現(xiàn)狀。這里的“醫(yī)院環(huán)境”并不是醫(yī)院自身所處的環(huán)境,而是醫(yī)院信息和技術(shù)這兩方面上的環(huán)境。其中,醫(yī)院信息環(huán)境分為:信息的保存和整個(gè)工程系統(tǒng),對(duì)它們進(jìn)行分析可以確定它們?cè)诳傮w規(guī)劃中占據(jù)著什么樣的位置。而技術(shù)上的環(huán)境則指的是:醫(yī)院所有的基礎(chǔ)設(shè)備,比如:軟件設(shè)備和硬件設(shè)備等,對(duì)它們進(jìn)行分析是為了給架構(gòu)醫(yī)院信息系統(tǒng)做更好的準(zhǔn)備。
(6)架構(gòu)醫(yī)院業(yè)務(wù)的整體結(jié)構(gòu)。對(duì)各類業(yè)務(wù)信息進(jìn)行分析,然后架構(gòu)出醫(yī)院的整體業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)。(7)建立各種設(shè)備的配置。它的實(shí)現(xiàn)原理是:配置醫(yī)院信息結(jié)構(gòu)中所有的基礎(chǔ)設(shè)備和通信用的設(shè)施。
1.2簡(jiǎn)析系統(tǒng)設(shè)計(jì)
醫(yī)院信息工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)所遵循的原則是:可拓展、真實(shí)性、準(zhǔn)確性和發(fā)展性??赏卣贯t(yī)院的業(yè)務(wù)是隨著時(shí)間的推移而不斷的增加,這就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行拓展或者增加系統(tǒng)的設(shè)備等,以便讓系統(tǒng)發(fā)揮出更大的作用。真實(shí)性。醫(yī)院的信息系統(tǒng)必須要具備真實(shí)性,否則將會(huì)給醫(yī)院工作人員和每一位患者造成無法挽回的損失,甚至還會(huì)危及到患者的生命安全。準(zhǔn)確性。醫(yī)院信息工程建設(shè)的前提條件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性的作用是:一,確保整個(gè)信息系統(tǒng)不受外來的侵犯;二,及時(shí)的排出因操作不當(dāng)而造成的影響;三,設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),可以對(duì)故障設(shè)備上的信息進(jìn)行處理,以確保信息能夠正常的運(yùn)行。發(fā)展性。現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)飛速發(fā)展的信息化時(shí)代。這就要求醫(yī)院信息系統(tǒng)也要具備發(fā)展性。因?yàn)?,只有讓醫(yī)院信息系統(tǒng)具備了發(fā)展性,才能滿足信息化時(shí)展的需求。
1.3分析醫(yī)院信息工程系統(tǒng)的整體架構(gòu)
醫(yī)院信息工程系統(tǒng)的整體架構(gòu)分為四個(gè)部分,這四個(gè)部分分別是:軟硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。軟硬件設(shè)備。軟硬件設(shè)備是系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的必要條件,因此在對(duì)軟硬件設(shè)備進(jìn)行選擇的時(shí)候,最好能夠選擇同一家企業(yè)的產(chǎn)品,比如:Cisco企業(yè)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在網(wǎng)絡(luò)的選擇上,最好選取快速以太網(wǎng)。因?yàn)樗軌驅(qū)粨Q機(jī)里的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行快速的兩個(gè)以太網(wǎng)之間的相互交換。而且,快速以太網(wǎng)的全套設(shè)備在價(jià)格上也比較低廉,這就大大降低了醫(yī)院建立信息系統(tǒng)的成本。數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)的種類分為很多種,但是相比之下,最好還是選擇微軟公司的SQL。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。隨著Win7、Win8操作系統(tǒng)的出現(xiàn),它們被廣泛的應(yīng)用到了人們的學(xué)習(xí)、生活和工作當(dāng)中,但是這兩種操作系統(tǒng)卻不太適合醫(yī)院信息系統(tǒng),因?yàn)樗鼈兊牟僮鞅容^復(fù)雜,而且安全性能也比較低。因此,就要選用比較傳統(tǒng)的WinNT操作系統(tǒng),因?yàn)樗牟僮鳂O其的簡(jiǎn)單,也容易作人員掌握,同時(shí)它的安全性能也比較高。
1.4分析醫(yī)院信息工程給醫(yī)院產(chǎn)生的影響
建立起一個(gè)完善的醫(yī)院信息工程,可以給醫(yī)院帶來許多的效益?,F(xiàn)對(duì)醫(yī)院信息工程給醫(yī)院產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析,并將其簡(jiǎn)單的概括成以下幾點(diǎn):
(1)實(shí)現(xiàn)醫(yī)院的信息化。
(2)促進(jìn)醫(yī)院的發(fā)展。
(3)提高醫(yī)院的效益。
(4)拓展醫(yī)院的業(yè)務(wù)流。
(5)讓醫(yī)院在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中更好的生存。
2結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)溫度、濕度兩個(gè)顯著影響溫室作物生長(zhǎng)的參數(shù)進(jìn)行深入分析研究,構(gòu)建的溫濕度模糊控制系統(tǒng)方案如圖2所示。圖2中,T和H分別為模糊控制系統(tǒng)輸出的溫室環(huán)境溫度和濕度值;T1、H1分別為根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)給出的農(nóng)作物生長(zhǎng)最佳的溫度和濕度值;eT1、eH1分別為給定值與溫室環(huán)境的實(shí)際測(cè)量值的偏差;ecT1、ecH1分別為溫濕度偏差隨時(shí)間的變化率。
2溫濕度模糊控制器設(shè)計(jì)
2.1輸入與輸出變量的模糊化
根據(jù)溫室大棚的實(shí)際狀況,以溫濕度偏差及其偏差變化率為輸入變量,各輸入變量的模糊化信息如表1所示。結(jié)合研究對(duì)象實(shí)際情況,既考慮控制規(guī)則的靈活性又兼顧簡(jiǎn)單易行。表1中,4個(gè)輸入變量模糊集均取為A,A為{NB,NS,ZE,PS,PB};模糊論域均取為B,B為{-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4}。模糊控制器的輸出控制變量為前窗、天窗、后窗、遮陽(yáng)簾、通風(fēng)機(jī)、加濕器和加熱器。這7個(gè)變量均為開關(guān)量,只有開和關(guān)(0/1)兩種狀態(tài),分別用符號(hào)u1、u2、u3、u4、u5、u6、u7表示這7個(gè)變量。
2.2隸屬函數(shù)的確定
由于三角形隸屬度函數(shù)在輸入值變化時(shí)比正態(tài)分布或高斯型具有更高的靈活性[6],因此本研究中溫濕度偏差與偏差變化率均選取三角形隸屬度函數(shù)。圖4為各輸入變量的隸屬度函數(shù),選擇的模糊集寬度為4。因?yàn)閷挾冗^小會(huì)造成部分區(qū)間空缺,可能找不到相應(yīng)的控制規(guī)則,收斂性不好;寬度過大會(huì)造成控制規(guī)則的重疊部分過多,相互間影響加大并且響應(yīng)速度也變慢[7]。根據(jù)隸屬度函數(shù)對(duì)輸入變量量化為9個(gè)等級(jí),其相應(yīng)的隸屬度賦值如表2所示。
2.3模糊控制規(guī)則的制定
模糊控制規(guī)則的形成實(shí)質(zhì)上是把操作者的經(jīng)驗(yàn)或?qū)<业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行凝練得到的若干條模糊控制規(guī)則[8]。經(jīng)對(duì)實(shí)際溫室控制系統(tǒng)的研究,發(fā)現(xiàn)溫濕度間存在一定的耦合性,即當(dāng)通過某一執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變溫度(濕度)時(shí)濕度(溫度)也會(huì)發(fā)生變化,因此在制定模糊控制規(guī)則時(shí)就要滲透解耦的思想?;诖耍瑢?duì)7種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開關(guān)狀態(tài)做如下考慮:u1、u2和u3每打開一個(gè)設(shè)備降溫和降濕效果增強(qiáng)一點(diǎn),但速度較慢;u5開通后其降溫和降濕速度明顯比u1、u2、u3快;u4降溫作用明顯,對(duì)濕度基本無影響;u6主要起加濕作用,降溫為次要作用;u7主要為增溫作用,降濕為次要作用。研究中制定了溫度與濕度之間、溫度變化率與濕度變化率之間的兩個(gè)模糊控制規(guī)則表,在此僅列出溫度與濕度之間的模糊控制規(guī)則,如表3所示。表3中,U為u1到u7這7個(gè)變量的開關(guān)狀態(tài),開用“1”表示,關(guān)用“0”表示。
2.4反模糊化
模糊控制器輸出的是模糊語(yǔ)言不同取值的一種組合,由于被控對(duì)象只接受一個(gè)精確的控制量,因此需要從組合中判決出一個(gè)精確的控制量,這也就是反模糊化的過程[9]。常用的判決方法有重心法、最大隸屬度法和中位數(shù)法等,本研究采用重心法計(jì)算模糊控制輸出的精確控制量。其具體表達(dá)式為u'=∑nj=1ωjμ(ωj)/∑nj=1μ(ωj)(1)其中,n為模糊變量個(gè)數(shù),ωj為模糊變量,μ(ωj)是對(duì)應(yīng)模糊變量的隸屬度。本系統(tǒng)反模糊化的具體過程:首先溫濕度誤差或其誤差變化率經(jīng)量化后得到相應(yīng)的量化等級(jí),根據(jù)量化等級(jí)查詢各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制規(guī)則表中對(duì)應(yīng)的控制規(guī)則并使其激活。然后,由式(1)計(jì)算各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出值,計(jì)算結(jié)果等于0.5時(shí),執(zhí)行機(jī)構(gòu)保持原來狀態(tài);計(jì)算結(jié)果大于0.5時(shí),執(zhí)行機(jī)構(gòu)開;計(jì)算結(jié)果小于0.5時(shí),執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)?;谶@種思想,可建立各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模糊控制查詢表,放在內(nèi)存中,編寫相應(yīng)的PLC程序即可實(shí)現(xiàn)模糊控制器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)控制。
3溫濕度模糊控制PLC程序設(shè)計(jì)
溫濕度模糊控制PLC程序包括輸入量的采樣與模糊化程序、量化等級(jí)程序、模糊控制查詢程序、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制程序和預(yù)警程序等[10],在此僅介紹有關(guān)輸入采樣、誤差的計(jì)算和模糊控制查詢的部分程序。本研究是在STEP7編程環(huán)境下完成的模糊控制程序。
3.1輸入量采樣和ET/EH計(jì)算程序
研究中應(yīng)用的溫濕度傳感器的變送單元分別取0~50℃、0~100%RH,線性對(duì)應(yīng)電流均為4~20mA,因此在編寫PLC程序前需把溫濕度的值與PLC中的數(shù)字量關(guān)系建立起來。具體過程如下:以溫度為例,用I表示電流值,T表示溫度值,X表示實(shí)時(shí)溫度轉(zhuǎn)換為PLC中的數(shù)字量值。由于0~50℃與4~20mA對(duì)應(yīng),4~20mA又與PLC中的數(shù)字量為6400~32000對(duì)應(yīng),因此可得曲線方程如式(2)與式(3)所示。根據(jù)式(4)即可計(jì)算0~50℃對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的數(shù)字量值。如22℃對(duì)應(yīng)數(shù)字量值為17664。同理,可求得濕度值與PLC中數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如式(5)所示。其中,H表示濕度。下面以溫度為22℃和濕度為70%RH的情況編寫相應(yīng)的PLC程序,70%RH對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為24320。
3.2模糊控制查詢程序
由反模糊化得到的模糊控制查詢表實(shí)質(zhì)上是一個(gè)9×9的二維數(shù)組,存在以VW200開始的81個(gè)字單元中。在此把數(shù)組的首地址指針設(shè)定為VD48,根據(jù)(VW20×9+WV18)×2即可計(jì)算偏移值,在查詢表中定位并把相應(yīng)值賦予WV28。
4系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試
控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后,任選某一天對(duì)控制效果進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。測(cè)試時(shí)的起始溫度和濕度分別為32℃和52%RH,控制設(shè)定值分別為22℃和70%RH。對(duì)溫濕度采樣時(shí)間間隔均為5min,根據(jù)采集數(shù)據(jù)繪制的曲線如圖5所示。由圖5可知30min左右時(shí)溫濕度值均達(dá)到設(shè)定值,再經(jīng)10min左右溫濕值即達(dá)到預(yù)設(shè)的穩(wěn)定狀態(tài)值,達(dá)到了較滿意的控制效果??刂葡到y(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間可通過增減有關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)各個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)功能的不同,按照由下至上的順序分別予以設(shè)計(jì)。
1.1溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊這部分工作主要是對(duì)ZigBee節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的單片機(jī)模塊進(jìn)行編程。首先考慮到CC2530有3個(gè)8位端口組成,端口1、2、3分別用P0,P1,P2來表示,其中,P0和P1是完全的8位端口,而P2僅有5位可用。所有的端口均可以通過SFR寄存器P0、P1和P2位尋址和字節(jié)尋址。傳感器芯片只提供2個(gè)I/O端口:DA-TA和SCK,前者為數(shù)據(jù)輸入輸出端口,后者為只可輸入的時(shí)鐘信號(hào)端口。因此將P0_0與SCK相連以提供時(shí)鐘序列,P0_1與DATA相連以讀寫溫濕度數(shù)據(jù)。在了解硬件連接基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(jì),程序由3部分構(gòu)成:(1)主函數(shù)部分:首先調(diào)用函數(shù)初始化串口通信以及溫濕度傳感器,然后調(diào)用函數(shù)獲取溫濕度數(shù)據(jù),最后將數(shù)據(jù)處理后調(diào)用串口控制函數(shù),打印調(diào)試信息。(2)溫濕度傳感器控制部分:具體實(shí)現(xiàn)初始化傳感器函數(shù),即設(shè)置P0端口的相關(guān)寄存器;實(shí)現(xiàn)獲取溫濕度數(shù)據(jù)的函數(shù),根據(jù)傳感器資料說明,端口按照一定時(shí)序發(fā)出特定的序列即可進(jìn)行相應(yīng)控制;實(shí)現(xiàn)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算修正的函數(shù)。(3)串口打印控制部分:包括從串口獲取PC鍵盤按鍵值、發(fā)送一個(gè)字符、發(fā)送一串字符等功能使主函數(shù)的打印信息能顯示在串口通信軟件界面上。其主要部分的流程圖見圖2。
1.2溫濕度數(shù)據(jù)傳輸模塊該模塊分為兩部分,一為基于Z-Stack協(xié)議棧開發(fā)使節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器自動(dòng)組網(wǎng)形成ZigBee網(wǎng)絡(luò),并通過該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸;二為使協(xié)調(diào)器與嵌入式核心板中ARM處理器進(jìn)行串行異步通信,將數(shù)據(jù)最終交由嵌入式平臺(tái)處理。Z-Stack采用分布式尋址,兼容AODV路由協(xié)議,可以滿足近程通信的要求,即使通信鏈路失效發(fā)生也可有效工作。為了區(qū)分Z-Stack協(xié)議棧中復(fù)雜的硬件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),又提供了OSAL層[10](類似于單片機(jī)上的操作系統(tǒng),實(shí)則為根據(jù)所觸發(fā)的事件選擇調(diào)度相應(yīng)任務(wù)),可調(diào)度APP層的任務(wù)。另外,Z-Stack提供了源碼例程SampleApp。該例程實(shí)現(xiàn)的功能主要是協(xié)調(diào)器自啟動(dòng)(組網(wǎng))和節(jié)點(diǎn)設(shè)備自動(dòng)入網(wǎng)。在了解Z-Stack的工作流程后,程序的開發(fā)將在APP層對(duì)Sam-pleApp.c進(jìn)行改寫完成。這部分程序主要為利用OSAL層任務(wù)事件輪詢調(diào)度機(jī)制,通過系統(tǒng)周期性定時(shí)廣播數(shù)據(jù)到group1中去實(shí)現(xiàn)。當(dāng)ZigBee節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后觸發(fā)狀態(tài)改變事件,系統(tǒng)開啟定時(shí)器,定時(shí)時(shí)間一到就觸發(fā)廣播消息事件;系統(tǒng)為其創(chuàng)建相應(yīng)的任務(wù)ID,調(diào)用廣播消息函數(shù);節(jié)點(diǎn)端的廣播消息函數(shù)讀取前一個(gè)模塊得到的數(shù)據(jù),利用AF_DataRequest()函數(shù)接口調(diào)用下層射頻硬件驅(qū)動(dòng)函數(shù)發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù);觸發(fā)協(xié)調(diào)器端的接收數(shù)據(jù)事件處理函數(shù)SampleApp_M(jìn)essageMSGCB(),將捕獲的溫濕度數(shù)據(jù)處理后,以字符串的形式通過串口顯示在宿主機(jī)的終端中,以方便調(diào)試和開發(fā)。另外,協(xié)調(diào)器通過異步串行接口將數(shù)據(jù)交由ARM處理器。
1.3溫濕度處理模塊為了后續(xù)拓展,為可處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù),該模塊設(shè)計(jì)采用服務(wù)器與客戶端兩進(jìn)程間通信來實(shí)現(xiàn)[11]。將接收Z(yǔ)igBee協(xié)調(diào)器通過異步串行通信發(fā)送過來的數(shù)據(jù)作為服務(wù)器進(jìn)程,并封裝ZigBee功能提供相應(yīng)應(yīng)用接口??蛻舳诉M(jìn)程則主要是用于同服務(wù)器端進(jìn)行交互,解析獲取溫濕度數(shù)據(jù),同時(shí)為實(shí)現(xiàn)UI圖形界面提供封裝好的接口,為此還需用Qt設(shè)計(jì)UI界面。其中雙方是利用套接口(Socket)來使進(jìn)程之間通信,但是由于Socket本身不支持同時(shí)等待和超時(shí)處理,所以它不能直接用來完成多進(jìn)程之間的相互實(shí)時(shí)通信。本實(shí)驗(yàn)采用事件驅(qū)動(dòng)庫(kù)libev的方式構(gòu)建服務(wù)器模型。Libev是一種高性能事件循環(huán)/事件驅(qū)動(dòng)庫(kù)。需要循環(huán)探測(cè)事件是否產(chǎn)生,其循環(huán)體用ev_loop結(jié)構(gòu)來表達(dá),并用ev_loop()來啟動(dòng)。用戶需要做的僅僅是在合適的時(shí)候,將某些ev_io從ev_loop加入或剔除。服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)流程:首先開啟一個(gè)Zigbee后臺(tái)線程(底層)監(jiān)聽服務(wù)器調(diào)用信息,接著利用ev_io_start(loop,&ev_io_watcher)啟動(dòng)一個(gè)接收線程,專門用來接收客戶端發(fā)送過來的命令數(shù)據(jù)幀;然后按照相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行解析,跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的接口,進(jìn)一步調(diào)用底層Zigbee協(xié)調(diào)器并返回正確的信息給客戶端??蛻舳酥饕獙?shí)現(xiàn)流程:首先調(diào)用GetConnect接口函數(shù)連接到服務(wù)器的端口,然后開啟一個(gè)Zigbeetopo線程用來調(diào)用接口函數(shù),發(fā)出獲取ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息的數(shù)據(jù)幀,創(chuàng)建另一線程接收并解析服務(wù)器端返回的數(shù)據(jù)幀,同時(shí)已創(chuàng)建的UI界面設(shè)置定時(shí)器,動(dòng)態(tài)刷新加載溫濕度數(shù)據(jù),繪制成溫濕度曲線圖。服務(wù)器與客戶端進(jìn)程間通信模型如圖3所示。此外還需利用Qt對(duì)UI界面設(shè)計(jì)。首先利用Qt-designer為整體界面布局,其中包括背景顯示框、LCD數(shù)值顯示框以及曲線圖顯示框,編譯生成一個(gè)UI類;然后采用多繼承的方法構(gòu)造新類,并使用Qt中的信號(hào)與槽函數(shù)機(jī)制,使得接收到溫濕度數(shù)據(jù)觸發(fā)LCD數(shù)值顯示和曲線圖顯示槽函數(shù)動(dòng)作。設(shè)計(jì)流程見圖4。
2Web服務(wù)搭建
以上只是完成了溫濕度的采集顯示,還未真正發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)所實(shí)現(xiàn)的人與物相連,這部分就需要搭建Web服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)需要移植嵌入式服務(wù)器,設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè),并通過WiFi最終在已搭建好的局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)手機(jī)、PC等可實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)。
2.1嵌入式服務(wù)器移植由于嵌入式設(shè)備資源一般都比較有限,并且也不需要同時(shí)處理多用戶的請(qǐng)求,因此不能使用Linux下最常用的如Apache等服務(wù)器,而需要使用一些專門為嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)的Web服務(wù)器。常見的嵌入式Web服務(wù)器主要有:lighttpd、thttpd、shttpd和BOA等。本文選擇移植BOA作為嵌入式服務(wù)器。BOA是一個(gè)非常小巧的Web服務(wù)器,可執(zhí)行代碼只有約60KB,它是一個(gè)單任務(wù)Web服務(wù)器,只能依次完成用戶的請(qǐng)求,而不會(huì)fork出新的進(jìn)程來處理并發(fā)連接請(qǐng)求,但BOA支持CGI,能夠?yàn)镃GI程序fork出一個(gè)進(jìn)程來執(zhí)行。對(duì)BOA服務(wù)器的配置主要是在/etc/boa目錄下創(chuàng)建一個(gè)boa.conf文件,此文件包括服務(wù)器將使用主機(jī)的端口號(hào)、運(yùn)行服務(wù)器的身份、錯(cuò)誤信息記錄的指定文件、存放html文件的目錄、默認(rèn)首頁(yè)文件等相關(guān)信息,此外還需根據(jù)配置信息在相應(yīng)的一些目錄下創(chuàng)建文件。
2.2網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)顯示網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)則是利用html制作靜態(tài)頁(yè)面,并結(jié)合JavaScript實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。JavaScript是一種基于對(duì)象和事件驅(qū)動(dòng)并具有相對(duì)安全性的客戶端腳本語(yǔ)言,同時(shí)也是一種廣泛用于客戶端Web開發(fā)的腳本語(yǔ)言,常用來給HTML網(wǎng)頁(yè)添加動(dòng)態(tài)功能,比如響應(yīng)用戶的各種操作。JavaScript腳本可以獨(dú)立成文件,也可以內(nèi)聯(lián)到HTML文檔之中。另外,利用AJAX實(shí)時(shí)刷新網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)。AJAX:異步JavaScript和XML,它是一種在無需重新加載整個(gè)網(wǎng)頁(yè)的情況下,就能更新部分網(wǎng)頁(yè)的技術(shù)[14]。它通過在后臺(tái)與服務(wù)器進(jìn)行少量的數(shù)據(jù)交換,便可以使網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)異步更新。這意味著可以在不重新加載整個(gè)網(wǎng)頁(yè)的情況下,對(duì)網(wǎng)頁(yè)的某部分元素進(jìn)行更新。由于溫濕度數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū),是利用fopen、fread、fwrite以及fseek函數(shù)將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)寫入XML文本適當(dāng)位置中,要想讀取XML文檔中的數(shù)據(jù)并將它顯示在Web頁(yè)面上,需將XML文件轉(zhuǎn)化為XMLDOM(XML文檔對(duì)象模型),然后再利用JavaScript來解析并實(shí)時(shí)它。
2.3WIFI模塊搭建通過搭建WIFI模塊,使得用戶可以通過支持WIFI的設(shè)備比如手機(jī)等更加便捷地查看溫濕度數(shù)據(jù)。WIFI是一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌,WIFI的運(yùn)作至少需要1個(gè)AP和1個(gè)或1個(gè)以上的client。AP由路由器搭建的局域網(wǎng)充當(dāng),將插上無線網(wǎng)卡的嵌入式開發(fā)板看作一個(gè)client,然后就可以與其他client進(jìn)行通信。要使無線網(wǎng)卡能正常工作,首先需加載驅(qū)動(dòng),然后對(duì)其進(jìn)行一系列設(shè)置,使之加入到局域網(wǎng)中。由于開發(fā)板上配置有服務(wù)器,因此設(shè)置好合適IP以后,在手機(jī)等瀏覽器中輸入IP,就能查看溫濕度數(shù)據(jù)。
3結(jié)束語(yǔ)
實(shí)際上,只有從芯片開始仔細(xì)設(shè)計(jì),才能方便地實(shí)現(xiàn)多處理器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能。這里選用的是AD公司新出品的SHARC級(jí)處理器ADSP21160。
ADSP21160具有很大的片內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)、多重內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)、獨(dú)立的I/O子系統(tǒng);具有構(gòu)造多處理器系統(tǒng)的所有特點(diǎn),能夠真正支持處理器數(shù)目的可調(diào)節(jié)功能,十分適合組成高性能浮點(diǎn)的多DSP系統(tǒng)。
VxWorks是目前世界上用戶數(shù)量最大的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。這使它除了具有優(yōu)越的技術(shù)性能之外,還具有豐富的應(yīng)用軟件支持、良好的技術(shù)服務(wù)和可靠的系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于它具有以上優(yōu)點(diǎn),本系統(tǒng)中選用了VxWorks作為MVME167的操作系統(tǒng)。
一、ADSP21160的特點(diǎn)
ADSP21160是AD公司采用超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)的一種新產(chǎn)品。21160的匯編代碼與2106x兼容,處理器具有SIMD(單指令流多數(shù)據(jù)流)功能;而2106x只具有SISD(單指令流單數(shù)據(jù)流)功能。為了充分利用這種新的功能,一些指令做了一些改變。ADSP21160包括1個(gè)100/150MHz的運(yùn)算核、雙端片內(nèi)SRAM、1個(gè)支持多處理器的集成在片內(nèi)的I/O處理器和多重內(nèi)部總線以消除I/O瓶頸。
ADSP21160的匯編源代碼與2106x兼容。SIMD計(jì)算結(jié)構(gòu):2個(gè)32bit的計(jì)算單元,其中每一個(gè)單元包括乘法器、ALU、移位寄存器及寄存器文件。具有完備的與設(shè)備接口功能。包括獨(dú)立的I/O處理器、4Mbit的片內(nèi)雙端SRAM、可直接連接的多處理器特性及端口(串口、連接口、外總線及JTAG)。
ADSP21160包括2個(gè)運(yùn)算處理單元,具有SIMD功能。處理單元指的是PEX和PEY。PEX始終是有效的,而PEY的有效是通過設(shè)置MODE1寄存器中的PEYEN位來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)PEY模式有效時(shí),同一條指令在2個(gè)處理器單元中都得到執(zhí)行,但每一個(gè)處理器單元中的操作數(shù)不同。
SIMD模式在存儲(chǔ)區(qū)和處理器單元之間的數(shù)據(jù)傳輸也是很有作用的。當(dāng)使用SIMD模式,通過加倍數(shù)據(jù)帶寬來保證處理器單元的操作。在SIMD模式,當(dāng)使用DAGs來傳輸數(shù)據(jù)時(shí),存儲(chǔ)區(qū)每次訪問所傳輸?shù)氖莾蓚€(gè)數(shù)據(jù)值。
ADSP21160包括4Mbit的片內(nèi)SRAM,分為兩塊,每一塊2Mbit??梢远x為不同字長(zhǎng)的指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。每一個(gè)存儲(chǔ)塊的雙端口結(jié)構(gòu)可以使存儲(chǔ)塊獨(dú)立地被運(yùn)算核處理和I/O處理器訪問。21160的存儲(chǔ)區(qū)最大可以容納128K的32bit數(shù)據(jù),或256K的16bit數(shù)據(jù),或85K的48bit指令,或其他混合字長(zhǎng)的數(shù)據(jù),但總和最大為4Mbit。所有存儲(chǔ)區(qū)可以16、32、48、64bit字長(zhǎng)的字訪問。外端口支持處理器與片外存儲(chǔ)器及外設(shè)的接口,片外的4G地址空間屬于21160的統(tǒng)一地址空間。
外端口支持同步、異步及同步BURST訪問。DMA控制器的操作相對(duì)處理器運(yùn)算核是獨(dú)立和不可見的,即DMA操作可與執(zhí)行指令同時(shí)進(jìn)行。DMA傳輸可以在內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)與外部存儲(chǔ)區(qū)、設(shè)備或主機(jī)之間進(jìn)行。21160共有14個(gè)DMA通道,其中:連接口(linkport)占6個(gè);串口占4個(gè);外端口(externalport)占4個(gè)。21160可以通過DMA傳輸來下載程序,異步設(shè)備也可以通過DMA請(qǐng)求/應(yīng)答線來控制2個(gè)DMA通道。
21160具有許多特點(diǎn)支持多DSP系統(tǒng)。外端口與連接口支持多處理器系統(tǒng)的直接連接,外端口支持統(tǒng)一的地址空間,允許DSP之間互相訪問。片內(nèi)具有分布式總線仲裁邏輯,最多支持6片21160和主機(jī)連接。外端口的最大數(shù)據(jù)傳輸率為400MB/s,廣播寫信號(hào)可以同時(shí)發(fā)
送到各片21160。6個(gè)連接口提供了另一種方法實(shí)現(xiàn)多處理器之間的通信。連接口的最高傳輸速率為600MB/s。
整個(gè)系統(tǒng)基于VME總線。VME總線系統(tǒng)作為最早的國(guó)際通用開放式總線,自1981年起,經(jīng)歷了近20年的發(fā)展。其影響不斷擴(kuò)大,功能不斷完善,現(xiàn)已成為性能最好、應(yīng)用最廣的國(guó)際總線標(biāo)準(zhǔn)之一。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,采用了4片ADSP21160。片外共享內(nèi)存SRAM可以被主機(jī)和各片DSP直接訪問;EPROM用來存放初始化程序和各片DSP要運(yùn)行的程序,在系統(tǒng)上電后這些程序被下載到各片DSP中;LEDs用來顯示插件的狀態(tài),如reset、normal等。每一片都有1個(gè)連接口連到插件的前面板,這樣前端采集來的數(shù)據(jù)就可以很方便地傳輸?shù)蕉郉SP上,而且也使數(shù)據(jù)的傳輸模式更加靈活。
連接口(linkport)是SHARC系列DSP芯片的一個(gè)特點(diǎn)。ADSP21160共有6個(gè)8bit連接口提供額外的I/O服務(wù)。在100MHz時(shí)鐘下運(yùn)行時(shí),每個(gè)連接口可達(dá)100MB/s。連接口尤其適合多處理器間點(diǎn)到點(diǎn)的連接。連接口可以獨(dú)立地同時(shí)操作,通過連接口的數(shù)據(jù)封裝成48/32bit字長(zhǎng)后,可以從片內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)直接被運(yùn)算核讀取或DMA傳輸。每一個(gè)連接口有它自己的雙緩沖I/O寄存器,數(shù)據(jù)傳輸可編程,硬件由時(shí)鐘/應(yīng)答握手線控制。4片DSP使用連接口實(shí)現(xiàn)DSP間兩兩互連。
21160的主機(jī)接口可以很方便地與標(biāo)準(zhǔn)微處理器總線(16/32bit)相連,幾乎不需要額外硬件。主機(jī)通過21160的外端口對(duì)其進(jìn)行訪問,存儲(chǔ)區(qū)地址映射為統(tǒng)一的地址空間。4個(gè)DMA通道可以用于主機(jī)接口,代碼和數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖_銷很小,主處理器通過HBR、HBG和REDY信號(hào)線與21160進(jìn)行通信,主機(jī)可以對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行直接讀寫。
二、開發(fā)環(huán)境Tornado
VxWorks的開發(fā)環(huán)境是WindRiver公司提供的Tornado。Tornado采用主機(jī)-目標(biāo)機(jī)開發(fā)方式,主機(jī)系統(tǒng)可采用運(yùn)行SunSolaris、HP-UX以及Win95/NT的工作站或個(gè)人計(jì)算機(jī),VxWorks則運(yùn)行在Intelx86、MC68K、PowerPC或SPARC等處理器上。Tornado支持各種主機(jī)-目標(biāo)機(jī)連接方式,如以太網(wǎng)、串行線、在線仿真器和ROM仿真器。
Tornado的體系結(jié)構(gòu)使得許多強(qiáng)有力的開發(fā)工具可以用于各種目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)和各種主機(jī)-目標(biāo)機(jī)連接方式下,而不受制于目標(biāo)機(jī)的資源和通信機(jī)制。同時(shí)VxWorks具有良好的可剪裁性。因此它適用于各種嵌入式環(huán)境的開發(fā),小到資源極其有限的個(gè)人手持式設(shè)備如PDA(PersonalDigitalAssistant);大到多處理機(jī)系統(tǒng),如VME系統(tǒng)。
Tornado可提供一個(gè)直觀的、可視化的、用戶可擴(kuò)充的開發(fā)環(huán)境,極大縮短了開發(fā)周期。同時(shí),由于Tornado是一個(gè)完全的開放系統(tǒng),使得集成第三方開發(fā)工具變得十分容易。
主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的通信是通過運(yùn)行各自處理器上的進(jìn)程來完成的,使主機(jī)上的開發(fā)工具和目標(biāo)機(jī)的操作系統(tǒng)可以完全脫離相互連接的方式。
為了擺脫主機(jī)-目標(biāo)機(jī)通信帶寬和目標(biāo)機(jī)資源的限制,Tornado將傳統(tǒng)的目標(biāo)機(jī)方的工具遷移到主機(jī)上,如shell、loader和符號(hào)表等。這樣,系統(tǒng)不再需要額外的時(shí)間和帶寬在主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間交換信息,降低了對(duì)連接帶寬的需求,也避免了目標(biāo)機(jī)的資源(如內(nèi)存)被工具或符號(hào)表大量占用,使得應(yīng)用程序擁有更多的系統(tǒng)資源。同時(shí)這種遷移也使得各種主機(jī)開發(fā)工具獨(dú)立于目標(biāo)機(jī)存在,從而使同一主機(jī)平臺(tái)上的工具可以用于所有的目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)。
作為一個(gè)應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境,Tornado提供了友好的可視化開發(fā)界面、交叉編譯環(huán)境、源碼級(jí)調(diào)試工具、目標(biāo)機(jī)命令解釋器和目標(biāo)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視器等多種應(yīng)用工具,為應(yīng)用軟件開發(fā)提供了一個(gè)高效而可靠的平臺(tái)。
三、程序設(shè)計(jì)
我們選用的DSP開發(fā)工具是AD公司提供的VisualDSP。這是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境,支持對(duì)SHARC系列DSP芯片的開發(fā)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks的開發(fā)工具是WindRiver公司的Tornado集成開發(fā)工具。VisualDSP可以C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編
寫的DSP代碼,最新版本的VisualDSP還支持C++。它還有1個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是可以編譯多片DSP的源代碼,并產(chǎn)生下載文件,這就可以很方便地進(jìn)行多DSP系統(tǒng)的軟件模擬。
ADSP21160陣列的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使它既可以構(gòu)成單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)的并行處理機(jī),也可以構(gòu)成多指令流單數(shù)據(jù)流(MISD)或多指令流多數(shù)據(jù)流(MIMD)的流水線處理機(jī),視用戶的要求而定。這兩種并行方案的選擇,簡(jiǎn)單來說就是選擇分割數(shù)據(jù)流還是分割處理工序。SIMD方案的原理如圖1所示。
以下介紹我們實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的水聲信號(hào)處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)以VME總線為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái),前端調(diào)理模件、模數(shù)轉(zhuǎn)換模件和前端控制模件等為VME插件,采用SHARC級(jí)DSP芯片陣列完成聲納信號(hào)實(shí)時(shí)處理,基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks及X窗口系統(tǒng)的中央控制和顯示。
圖2是4片DSP的任務(wù)分配圖。從前端采集來的信號(hào),經(jīng)波束形成和復(fù)解調(diào),再經(jīng)過窄帶濾波后的信號(hào)分為兩路,一路送去進(jìn)行幅度檢波,一路做頻域處理。幅度檢波就是對(duì)復(fù)信號(hào)求模,根據(jù)信號(hào)幅度判決有無目標(biāo)存在。頻域處理分兩種情況:當(dāng)發(fā)射信號(hào)為單頻脈沖時(shí),進(jìn)行功率譜估計(jì),然后根據(jù)多普勒頻移估計(jì)目標(biāo)速度;當(dāng)發(fā)射信號(hào)為雙曲調(diào)頻信號(hào)時(shí),進(jìn)行相關(guān)處理。
聲納綜合數(shù)據(jù)處理主要包括主動(dòng)聲納信號(hào)處理和被動(dòng)聲納信號(hào)處理。其中,主動(dòng)聲納信號(hào)處理又根據(jù)發(fā)射信號(hào)的不同,分為非相干處理、相干處理、功率譜處理。聲納綜合數(shù)據(jù)處理主要完成:目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)、目標(biāo)參數(shù)測(cè)定和動(dòng)目標(biāo)跟蹤。
四、操作流水線
操作流水線是模塊內(nèi)數(shù)據(jù)計(jì)算與I/O的流水線,物理上表現(xiàn)為CPU與I/O端口的DMA之間的并行。在前端處理中由于數(shù)據(jù)率高,通信開銷很大。以通信任務(wù)最為繁重的復(fù)解調(diào)和多普勒補(bǔ)償模塊為例,輸入數(shù)據(jù)率為2Mw/s,輸出數(shù)據(jù)率為4Mw/s,高速連接口LinkPort最高速率為100Mw/s,如果采用串行傳輸?shù)脑挘ㄐ艜r(shí)間就將占用60%以上的處理時(shí)間,計(jì)算時(shí)間顯然嚴(yán)重不足。所以必須采用并行執(zhí)行,流程圖如圖3所示。這也是一種異步流水線方式,每次傳送和計(jì)算完成都須要設(shè)置標(biāo)志以通知下一操作。
結(jié)束語(yǔ)
在VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下,4片ADSP21160上的程序已經(jīng)通過模擬輸入和系統(tǒng)測(cè)試。采用SHARCDSP陣列能夠很好地完成聲納信號(hào)實(shí)時(shí)處理,每一片DSP至少有10%的計(jì)算裕量,基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
送到各片21160。6個(gè)連接口提供了另一種方法實(shí)現(xiàn)多處理器之間的通信。連接口的最高傳輸速率為600MB/s。
整個(gè)系統(tǒng)基于VME總線。VME總線系統(tǒng)作為最早的國(guó)際通用開放式總線,自1981年起,經(jīng)歷了近20年的發(fā)展。其影響不斷擴(kuò)大,功能不斷完善,現(xiàn)已成為性能最好、應(yīng)用最廣的國(guó)際總線標(biāo)準(zhǔn)之一。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,采用了4片ADSP21160。片外共享內(nèi)存SRAM可以被主機(jī)和各片DSP直接訪問;EPROM用來存放初始化程序和各片DSP要運(yùn)行的程序,在系統(tǒng)上電后這些程序被下載到各片DSP中;LEDs用來顯示插件的狀態(tài),如reset、normal等。每一片都有1個(gè)連接口連到插件的前面板,這樣前端采集來的數(shù)據(jù)就可以很方便地傳輸?shù)蕉郉SP上,而且也使數(shù)據(jù)的傳輸模式更加靈活。
連接口(linkport)是SHARC系列DSP芯片的一個(gè)特點(diǎn)。ADSP21160共有6個(gè)8bit連接口提供額外的I/O服務(wù)。在100MHz時(shí)鐘下運(yùn)行時(shí),每個(gè)連接口可達(dá)100MB/s。連接口尤其適合多處理器間點(diǎn)到點(diǎn)的連接。連接口可以獨(dú)立地同時(shí)操作,通過連接口的數(shù)據(jù)封裝成48/32bit字長(zhǎng)后,可以從片內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)直接被運(yùn)算核讀取或DMA傳輸。每一個(gè)連接口有它自己的雙緩沖I/O寄存器,數(shù)據(jù)傳輸可編程,硬件由時(shí)鐘/應(yīng)答握手線控制。4片DSP使用連接口實(shí)現(xiàn)DSP間兩兩互連。
21160的主機(jī)接口可以很方便地與標(biāo)準(zhǔn)微處理器總線(16/32bit)相連,幾乎不需要額外硬件。主機(jī)通過21160的外端口對(duì)其進(jìn)行訪問,存儲(chǔ)區(qū)地址映射為統(tǒng)一的地址空間。4個(gè)DMA通道可以用于主機(jī)接口,代碼和數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖_銷很小,主處理器通過HBR、HBG和REDY信號(hào)線與21160進(jìn)行通信,主機(jī)可以對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行直接讀寫。
二、開發(fā)環(huán)境Tornado
VxWorks的開發(fā)環(huán)境是WindRiver公司提供的Tornado。Tornado采用主機(jī)-目標(biāo)機(jī)開發(fā)方式,主機(jī)系統(tǒng)可采用運(yùn)行SunSolaris、HP-UX以及Win95/NT的工作站或個(gè)人計(jì)算機(jī),VxWorks則運(yùn)行在Intelx86、MC68K、PowerPC或SPARC等處理器上。Tornado支持各種主機(jī)-目標(biāo)機(jī)連接方式,如以太網(wǎng)、串行線、在線仿真器和ROM仿真器。
Tornado的體系結(jié)構(gòu)使得許多強(qiáng)有力的開發(fā)工具可以用于各種目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)和各種主機(jī)-目標(biāo)機(jī)連接方式下,而不受制于目標(biāo)機(jī)的資源和通信機(jī)制。同時(shí)VxWorks具有良好的可剪裁性。因此它適用于各種嵌入式環(huán)境的開發(fā),小到資源極其有限的個(gè)人手持式設(shè)備如PDA(PersonalDigitalAssistant);大到多處理機(jī)系統(tǒng),如VME系統(tǒng)。
Tornado可提供一個(gè)直觀的、可視化的、用戶可擴(kuò)充的開發(fā)環(huán)境,極大縮短了開發(fā)周期。同時(shí),由于Tornado是一個(gè)完全的開放系統(tǒng),使得集成第三方開發(fā)工具變得十分容易。
主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的通信是通過運(yùn)行各自處理器上的進(jìn)程來完成的,使主機(jī)上的開發(fā)工具和目標(biāo)機(jī)的操作系統(tǒng)可以完全脫離相互連接的方式。
為了擺脫主機(jī)-目標(biāo)機(jī)通信帶寬和目標(biāo)機(jī)資源的限制,Tornado將傳統(tǒng)的目標(biāo)機(jī)方的工具遷移到主機(jī)上,如shell、loader和符號(hào)表等。這樣,系統(tǒng)不再需要額外的時(shí)間和帶寬在主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間交換信息,降低了對(duì)連接帶寬的需求,也避免了目標(biāo)機(jī)的資源(如內(nèi)存)被工具或符號(hào)表大量占用,使得應(yīng)用程序擁有更多的系統(tǒng)資源。同時(shí)這種遷移也使得各種主機(jī)開發(fā)工具獨(dú)立于目標(biāo)機(jī)存在,從而使同一主機(jī)平臺(tái)上的工具可以用于所有的目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)。
作為一個(gè)應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境,Tornado提供了友好的可視化開發(fā)界面、交叉編譯環(huán)境、源碼級(jí)調(diào)試工具、目標(biāo)機(jī)命令解釋器和目標(biāo)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視器等多種應(yīng)用工具,為應(yīng)用軟件開發(fā)提供了一個(gè)高效而可靠的平臺(tái)。
三、程序設(shè)計(jì)
我們選用的DSP開發(fā)工具是AD公司提供的VisualDSP。這是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境,支持對(duì)SHARC系列DSP芯片的開發(fā)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks的開發(fā)工具是WindRiver公司的Tornado集成開發(fā)工具。VisualDSP可以C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編
寫的DSP代碼,最新版本的VisualDSP還支持C++。它還有1個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是可以編譯多片DSP的源代碼,并產(chǎn)生下載文件,這就可以很方便地進(jìn)行多DSP系統(tǒng)的軟件模擬。
ADSP21160陣列的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使它既可以構(gòu)成單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)的并行處理機(jī),也可以構(gòu)成多指令流單數(shù)據(jù)流(MISD)或多指令流多數(shù)據(jù)流(MIMD)的流水線處理機(jī),視用戶的要求而定。這兩種并行方案的選擇,簡(jiǎn)單來說就是選擇分割數(shù)據(jù)流還是分割處理工序。SIMD方案的原理如圖1所示。
以下介紹我們實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的水聲信號(hào)處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)以VME總線為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái),前端調(diào)理模件、模數(shù)轉(zhuǎn)換模件和前端控制模件等為VME插件,采用SHARC級(jí)DSP芯片陣列完成聲納信號(hào)實(shí)時(shí)處理,基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks及X窗口系統(tǒng)的中央控制和顯示。
圖2是4片DSP的任務(wù)分配圖。從前端采集來的信號(hào),經(jīng)波束形成和復(fù)解調(diào),再經(jīng)過窄帶濾波后的信號(hào)分為兩路,一路送去進(jìn)行幅度檢波,一路做頻域處理。幅度檢波就是對(duì)復(fù)信號(hào)求模,根據(jù)信號(hào)幅度判決有無目標(biāo)存在。頻域處理分兩種情況:當(dāng)發(fā)射信號(hào)為單頻脈沖時(shí),進(jìn)行功率譜估計(jì),然后根據(jù)多普勒頻移估計(jì)目標(biāo)速度;當(dāng)發(fā)射信號(hào)為雙曲調(diào)頻信號(hào)時(shí),進(jìn)行相關(guān)處理。
聲納綜合數(shù)據(jù)處理主要包括主動(dòng)聲納信號(hào)處理和被動(dòng)聲納信號(hào)處理。其中,主動(dòng)聲納信號(hào)處理又根據(jù)發(fā)射信號(hào)的不同,分為非相干處理、相干處理、功率譜處理。聲納綜合數(shù)據(jù)處理主要完成:目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)、目標(biāo)參數(shù)測(cè)定和動(dòng)目標(biāo)跟蹤。
四、操作流水線
操作流水線是模塊內(nèi)數(shù)據(jù)計(jì)算與I/O的流水線,物理上表現(xiàn)為CPU與I/O端口的DMA之間的并行。在前端處理中由于數(shù)據(jù)率高,通信開銷很大。以通信任務(wù)最為繁重的復(fù)解調(diào)和多普勒補(bǔ)償模塊為例,輸入數(shù)據(jù)率為2Mw/s,輸出數(shù)據(jù)率為4Mw/s,高速連接口LinkPort最高速率為100Mw/s,如果采用串行傳輸?shù)脑?,通信時(shí)間就將占用60%以上的處理時(shí)間,計(jì)算時(shí)間顯然嚴(yán)重不足。所以必須采用并行執(zhí)行,流程圖如圖3所示。這也是一種異步流水線方式,每次傳送和計(jì)算完成都須要設(shè)置標(biāo)志以通知下一操作。
關(guān)鍵詞:防雷系統(tǒng);氣象觀測(cè)站;完善工程;雷電災(zāi)害防御;雷擊災(zāi)害
1概述
南昌市氣象局觀測(cè)站始建于1950年,地處北緯28.6°、東經(jīng)115.92°的市郊?,F(xiàn)有三層的綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)樓、十層的雷達(dá)樓及一些一層的附屬房,由于地勢(shì)比四周高,所以比較容易發(fā)生觀測(cè)儀器設(shè)備被雷擊現(xiàn)象。隨著現(xiàn)代社會(huì)科技的進(jìn)步,高科技的氣象觀測(cè)儀器設(shè)備不斷更新,集成度也越來越高,雷擊觀測(cè)儀器設(shè)備的現(xiàn)象每年都會(huì)發(fā)生幾次,雖然前期臺(tái)站也做了一些防雷工程和設(shè)施,但一直不是很理想,儀器設(shè)備被雷擊的情況仍時(shí)有出現(xiàn)。為了進(jìn)一步改善南昌市氣象局觀測(cè)站的業(yè)務(wù)運(yùn)行環(huán)境,保障氣象觀測(cè)儀器設(shè)備的安全可靠運(yùn)行,南昌市氣象局計(jì)劃對(duì)觀測(cè)站防雷系統(tǒng)進(jìn)行完善。
2現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況及存在的問題
我們經(jīng)過測(cè)試、調(diào)查、詢問臺(tái)站工作人員,對(duì)南昌市氣象局觀測(cè)站整個(gè)防雷狀況有了較全面的了解。具體情況及存在問題如下:
2.1綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)樓
2.1.1一樓電源線路暗敷引入,無地線。不能給機(jī)房用電設(shè)備提供安全保護(hù)接地。UPS機(jī)房從墻縫處插入電源,插入處無安全保護(hù)接地。因前端市電輸入無安全保護(hù)接地,所以凡用UPS輸出電源的設(shè)備同樣沒有安全保護(hù)接地。當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生靜電或漏電時(shí)無法及時(shí)釋放,影響設(shè)備的安全運(yùn)行及人員安全;電話通信線路從室外直接引入,輸入端有電話信號(hào)防雷器,但防雷器未接地,線徑偏小、地線過長(zhǎng)。當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波沿著電話線路侵入時(shí)不能對(duì)侵入的過電壓進(jìn)行有效的釋放,從而影響網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備安全運(yùn)行:值班室電腦的電源線及網(wǎng)絡(luò)線輸入端未采取防感應(yīng)雷及雷電波侵入措施。當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波沿著這些線路侵入時(shí)不能對(duì)侵入的過電壓進(jìn)行有效的釋放,從而影響網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的安全運(yùn)行。電腦曾遭雷擊損壞;一樓所有設(shè)備未做等電位聯(lián)接,靜電地板未接地,接地引入母線線徑偏小。當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波侵入時(shí)不能迅速形成等電位,從而影響機(jī)房設(shè)備的安全運(yùn)行,不能迅速形成等電位而造成的電位差造成設(shè)備擊穿損壞現(xiàn)象。2.1.2二樓電源線路暗敷引入,無地線。不能給用電設(shè)備提供安全保護(hù)接地;新增的6kVA/UPS市電引入無處接,UPS輸出未敷設(shè)線路。市電墻縫插入處無安全保護(hù)接地。因前端市電輸入無安全保護(hù)接地,所有用電設(shè)備都無安全保護(hù)接地。當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生靜電或漏電時(shí)無法釋放,影響設(shè)備的安全運(yùn)行及人員安全;二樓電話通信線路從室外引入,輸入端安裝了電話信號(hào)防雷器。但保護(hù)電平偏高,地線連接太長(zhǎng),防護(hù)效果不良。當(dāng)感應(yīng)雷及雷波沿著電話線路侵入時(shí)不對(duì)侵入的過電壓進(jìn)行有效釋放,從而影響網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的安全運(yùn)行;二樓電源及網(wǎng)絡(luò)線輸入端未采取防感應(yīng)雷及雷電波侵入措施。當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波沿著這些線路侵入時(shí)不能對(duì)侵入的過電壓進(jìn)行有效釋放,從而影響網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的安全運(yùn)行。電腦曾遭雷擊損壞;所有設(shè)備未做等電位聯(lián)結(jié),機(jī)柜、電纜槽、靜電地板未接地,接地引入母線線徑偏小。當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波侵入時(shí)不能迅速形成等電位,從而影響機(jī)房設(shè)備的安全運(yùn)行。不能迅速形成等電位而造成的電位差造成設(shè)備擊穿損壞現(xiàn)象;值班室從室外氣象自動(dòng)觀測(cè)站及雷電定位儀引入的信號(hào)線路安裝了信號(hào)防雷器。信號(hào)防雷器選擇及安裝位置不恰當(dāng),防雷器地線與計(jì)算機(jī)外殼連接,而計(jì)算機(jī)外殼未能與安全保護(hù)地連通,又沒有等電位接地,所以當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波沿著這些線路侵入時(shí)不能對(duì)侵入的過電壓進(jìn)行有效的釋放,從而使機(jī)房電腦設(shè)備及串口隔離器易遭雷擊損壞。2.1.3三樓機(jī)房光端機(jī)通信線從室外氣象臺(tái)一樓用光纜引入,輸出端與集線器設(shè)備聯(lián)連接。光端機(jī)電源端口、集線器的電源、信號(hào)端口未采取防感應(yīng)雷及雷電波侵入措施。當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波沿著這些線路侵入時(shí)不能對(duì)侵入的過電壓進(jìn)行有效的釋放,從而影響機(jī)房設(shè)備的安全運(yùn)行。機(jī)房電源線路暗敷引入,無地線,不能給機(jī)房用電設(shè)備提供安全保護(hù)接地。2.1.4綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)樓電源系統(tǒng)已在2011年進(jìn)行了一次整理,有防感應(yīng)雷及雷電波侵入措施。但總配電柜的市電電源從室外架空引入,應(yīng)選擇10/350us波形的防電涌保護(hù)器?,F(xiàn)完善的是8/20us波形的防電涌保護(hù)器;業(yè)務(wù)樓有接地網(wǎng),接地電阻6歐姆左右(要求小于4歐姆),機(jī)房沒有等電位接地匯流銅條;未做等電位連接措施;大樓電源線路從配電室的總配電柜引入,在大樓背面墻上位置分支,未設(shè)置斷路器,存在安全隱患。2.1.5一樓、二樓、三樓機(jī)房有部分從室外引入室內(nèi)的電纜直接從窗戶引入,存在防雨、防鼠安全隱患,并且影響機(jī)房美觀。大樓房頂避雷針使用時(shí)間較長(zhǎng),表面已輕微腐蝕,存在安全隱患。
2.2室外氣象觀測(cè)場(chǎng)
氣象觀測(cè)場(chǎng)位于觀測(cè)業(yè)務(wù)樓東面,內(nèi)有兩套自動(dòng)氣象觀測(cè)站,其風(fēng)塔避雷針直接安裝在風(fēng)塔上。不符合《氣象臺(tái)(站)防雷技術(shù)防范》(QX4-2000)要求,存在安全隱患。后面那套的風(fēng)塔自帶避雷針,避雷針引下線為BVR16mm2銅芯線,線徑偏小,存在安全隱患;氣象自動(dòng)觀測(cè)站的各種觀測(cè)儀器設(shè)備的金屬外殼已接地,但由于有些接地使用時(shí)間較長(zhǎng),連接點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重,接地電阻很大,存在安全隱患。觀測(cè)儀器設(shè)備前端的各種采集通信線路及電源線路輸入端未采取防感應(yīng)雷及雷電波侵入措施。當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波沿著這些線路侵入時(shí)不能對(duì)侵入的過電壓進(jìn)行有效的釋放,從而影響采集器設(shè)備的安全運(yùn)行。數(shù)據(jù)采集器、雷電定位儀至機(jī)房的通信線路沒有全程屏蔽至機(jī)房,不能起到良好的屏蔽作用,從而響通信的安全運(yùn)行。室外L波段測(cè)風(fēng)雷達(dá)在觀測(cè)場(chǎng)的西邊,處于避雷針保護(hù)覆蓋范圍以內(nèi),接地電阻良好。
2.3雷達(dá)樓
十層的雷達(dá)樓位于觀測(cè)場(chǎng)正南80m左右,一樓光纜光端機(jī)通信線從室外用光纜引入,輸出端與集線器設(shè)備聯(lián)連接。光端機(jī)電源端口、集線器的電源、信號(hào)端口未采取防感應(yīng)雷及雷電波侵入措施。當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波沿著這些線路侵入時(shí)不能對(duì)侵入的過電壓進(jìn)行有效的釋放,從而影響設(shè)備的安全運(yùn)行。整棟大樓有良好的地線。九樓雷達(dá)機(jī)房光端機(jī)通信線從一樓用光纜引入,輸出端與路由器設(shè)備連接。光端機(jī)電源端口、路由器的電源、信號(hào)端口未采取防感應(yīng)雷及雷電波侵入措施。當(dāng)感應(yīng)雷及雷電波沿著這些線路侵入時(shí)不能對(duì)侵入的過電壓進(jìn)行有效釋放,從而影響機(jī)房設(shè)備的安全運(yùn)行。
3方案設(shè)計(jì)依據(jù)和準(zhǔn)則
《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057•94/2010)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》(GB50343-2004)《新一代天氣雷達(dá)站防雷技術(shù)規(guī)范》(QX2-2000)《氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范》(QX3-2000)《氣象臺(tái)(站)防雷技術(shù)防范》(QX4-2000)
4防雷工程建設(shè)總體設(shè)計(jì)
本防雷工程的設(shè)計(jì)在既有的防雷裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行完善,在不影響整體效果的前提下能利用既有防雷裝置的盡量利用。具體設(shè)計(jì)方案如下:
4.1綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)
4.1.1在大樓總配電柜輸出端,安裝WLF-DBJ-50-385-3+1(10/350us)型電源電涌保護(hù)器以更換既有的(8/20us)型電源電涌保護(hù)器。對(duì)從室外電力線路侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行B級(jí)過電壓防護(hù)。4.1.2在大樓背面墻上新設(shè)一只分配電箱,以減少安全用電隱患。分配電箱總斷路器的輸出端再安裝從總配電柜換下的(8/20us)型電源電涌保護(hù)器。對(duì)從室外電力線路侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行C級(jí)過壓防護(hù)。4.1.3在一樓機(jī)房UPS電源前端設(shè)置WLF-DBl-20-385/1+1型及WLF-DBl-10-385/12電涌保護(hù)器,WLF-DB1•20-385/1+1型電涌保護(hù)器與WLF-DBl-10-385/12電涌保護(hù)器中間串接30A濾波器。對(duì)從電源線路侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行D級(jí)過電壓防護(hù)。二樓機(jī)房UPS電源前端:設(shè)置WLF-DBl-20-385/3+1型電涌保護(hù)器,對(duì)從電源線路侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行D級(jí)過電壓防護(hù)。4.1.4在一、二、三樓網(wǎng)絡(luò)通信線路輸入端設(shè)置WLF.FL909EN.5-12-JRJ45型的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電涌保護(hù)器,對(duì)從網(wǎng)絡(luò)線路侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù);大樓全部電腦設(shè)備的電源線路輸入處安裝WLF-DBTl-10/2+1型電涌保護(hù)器,對(duì)從這些線路上侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù)。大樓的機(jī)房增加引入一條不小于25mm2的接地母線,增加接地匯流銅條。把機(jī)房靜電地板、金屬外殼、電纜槽道做等電位接地聯(lián)結(jié)處理。4.1.5在二樓的室外氣象自動(dòng)觀測(cè)站通信線路輸入處安裝WLF.FL90981-5-24-RS232數(shù)據(jù)信號(hào)型多功能電涌保護(hù)器,對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)線路上侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù);二樓機(jī)房設(shè)一只配電箱,用YJV4+l0電力電纜從總配電柜處引入市電。在配電箱市電總斷路器輸出端設(shè)置WLF-DB1•40-385/3+1型的防電涌保護(hù)器。6kVA/UPS從配電箱接市電,UPS總輸出(220V)電源進(jìn)配電箱50A兩路雙電源斷路器,當(dāng)發(fā)生UPS故障維修時(shí)手動(dòng)切換。雙電源輸出處設(shè)三路斷路器及WLF-DB1•20•385/1+1型的防電涌保護(hù)器,三路斷路器分別對(duì)一、二、三樓的UPS電進(jìn)行控制。三路UPS電分別敷設(shè)至一、二、三樓機(jī)房。4.1.6在三樓機(jī)房設(shè)置等電位接地回流排,在光端機(jī)設(shè)備的電源線路及網(wǎng)絡(luò)通信線路的輸出處安裝WLF-DBTl-10-RJ45型多功能電涌保護(hù)器及WLF-FL909C1-5-12.RJ45•8L型電涌保護(hù)器,對(duì)從這些線路上侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù)。在三樓大氣監(jiān)測(cè)儀前端電源線路及網(wǎng)絡(luò)通信線路的輸出口安裝WLF-DBTl-10/2+1型及WLF-FL909EN-5•12-RJ45電涌保護(hù)器,對(duì)從這些線路上侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù),并做好等電位聯(lián)結(jié)接地。4.1.7統(tǒng)一整治大樓內(nèi)凌亂的線路,把窗戶引入的線路改為從墻上開孔引入機(jī)房,并做好防水、防鼠及防火處理,把機(jī)房多余及沒用的線路清除掉,以改善機(jī)房的整潔度;監(jiān)控系統(tǒng)的所有設(shè)備目前都已損壞,建議重新安裝監(jiān)控系統(tǒng),把舊的線路拆除,并做好防感應(yīng)雷及雷電波侵入措施。
4.2室外自動(dòng)氣象觀測(cè)站
在室外自動(dòng)氣象觀測(cè)站數(shù)據(jù)采集器前端的各種采集通信數(shù)據(jù)線路輸入口安裝WLF-FL90981•5-*-*數(shù)據(jù)信號(hào)型多功能電涌保護(hù)器,對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)線路上侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù)。在觀測(cè)站數(shù)據(jù)采集器前端的電源線路輸入端設(shè)置WLF-DBS16-10/2+1型電涌保護(hù)器,對(duì)電源線路上侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù)。觀測(cè)站內(nèi)對(duì)設(shè)備接地不達(dá)標(biāo)的進(jìn)行整改,并做好防腐蝕處理。拆除存在安全隱患的室外觀測(cè)場(chǎng)南面的舊避雷針,安裝新的獨(dú)管式避雷針。
4.3雷達(dá)樓
4.3.1在一樓光端機(jī)電源線路輸入端及網(wǎng)絡(luò)線輸出端設(shè)置WLF.DBTl-IO-RJ45型多功能電涌保護(hù)器,對(duì)從這些線路上侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù)。4.3.2在九樓機(jī)房?jī)?nèi)光端機(jī)電源線路輸入端及網(wǎng)絡(luò)線輸出端設(shè)置WLF-DBTl-IO-RJ45型多功能電涌保護(hù)器,對(duì)從這些線路上侵入的感應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù)。在設(shè)備的通訊接口輸入端(曾遭雷擊)設(shè)置WLF-FL909EN.5-12。RJ45型數(shù)據(jù)信號(hào)電涌保護(hù)器,對(duì)從數(shù)據(jù)信號(hào)線路上侵入的應(yīng)雷及雷電波進(jìn)行防護(hù)。
作者:吳驍 單位:南昌縣氣象局
參考文獻(xiàn)
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[3]張小青.建筑物內(nèi)電子設(shè)備的防雷保護(hù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000.
網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)遠(yuǎn)程教育平臺(tái)涉及到大量的數(shù)據(jù)資料,其運(yùn)行的安全性不能忽視,必須采取充分的安全措施,保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全。目前可采取的安全技術(shù)有:(1)在總體安全配置方面,主要是在現(xiàn)有安全技術(shù)基礎(chǔ)上,增加更多的安全措施,如安裝外來入侵檢測(cè)軟件、木馬防火墻等。(2)軟件安全性方面。在使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)時(shí),需對(duì)全部用戶進(jìn)行登錄驗(yàn)證,(3)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)方面。及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份,備份時(shí)間嚴(yán)格控制,防止數(shù)據(jù)損壞和數(shù)據(jù)丟失。(4)防火墻技術(shù)。防火墻應(yīng)具有以下功能:能夠過濾網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的進(jìn)出;對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問情況進(jìn)行監(jiān)管;禁止某些業(yè)務(wù);數(shù)據(jù)的記錄。
2網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)
本平臺(tái)在邏輯上,其架構(gòu)分成三個(gè)層次:Web表示層、功能層和數(shù)據(jù)層。下圖所示。表示層:它是應(yīng)用的用戶接口部分,負(fù)責(zé)用戶與應(yīng)用間的對(duì)話功能??蓹z查用戶從鍵盤等輸入的數(shù)據(jù)內(nèi)容,并顯示應(yīng)用輸出的數(shù)據(jù)源。功能層:該層是應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯規(guī)范,也是整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用的核心組成。數(shù)據(jù)層:主要負(fù)責(zé)管理對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的讀寫工作。要求它能迅速執(zhí)行大量數(shù)據(jù)地更新與檢索。應(yīng)用較多的數(shù)據(jù)庫(kù)是管理系統(tǒng)(RDBMS)。
2.2功能需求分析
由于采用B/S結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),為滿足用戶需求,該平臺(tái)需實(shí)現(xiàn)以下幾大功能:即資源管理;在線學(xué)習(xí);在線討論;在線作業(yè)和考試;平臺(tái)后臺(tái)管理。本平臺(tái)所有資源都存放于服務(wù)器中,學(xué)生登錄系統(tǒng)后即可參與學(xué)習(xí)。
2.3總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程教育平臺(tái)是一個(gè)面向全國(guó)各地學(xué)生使用的教學(xué)平臺(tái),在總體上需考慮學(xué)生、老師和系統(tǒng)管理人員的使用需求。本系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng):學(xué)生用戶系統(tǒng),主要供錄入個(gè)人信息、選課、學(xué)習(xí)等。老師管理子系統(tǒng),供教師上傳課件、批改作業(yè)、考試等。管理員子系統(tǒng):供管理人員進(jìn)行日常維護(hù)、管理等。
2.4功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)
功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括首頁(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、用戶類型、學(xué)生用戶系統(tǒng)、教師用戶系統(tǒng)、平臺(tái)管理等。首頁(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊有欄目導(dǎo)航、校園公告、注冊(cè)登錄、教學(xué)服務(wù)等。用戶類型主要分為學(xué)生、教師、管理員等三種。平臺(tái)管理系統(tǒng)主要包括網(wǎng)站管理、人員管理、論壇、個(gè)人信息管理等。
2.5安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,可以在系統(tǒng)中針對(duì)不同用戶設(shè)置不同級(jí)別的訪問權(quán)限,為其進(jìn)行身份認(rèn)證和權(quán)限管理,Acegi技術(shù)則能夠幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),管理系統(tǒng)的安全權(quán)限,由于Acegi技術(shù)是一個(gè)比較成熟的安全框架,可以提供強(qiáng)大的安全業(yè)務(wù)及服務(wù)。
2.6數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能是將數(shù)據(jù)信息以某種數(shù)據(jù)形式、模型組織起來后進(jìn)行存儲(chǔ),然后通過數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行信息的插入、刪減、查詢等操作工作,從而保證數(shù)據(jù)庫(kù)信息的完整、一致及安全。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì),需將系統(tǒng)中數(shù)據(jù),如學(xué)生和教師基本信息、課程相關(guān)信息、成績(jī)相關(guān)信息等,通過數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行有效地存儲(chǔ)和管理。
3關(guān)鍵技術(shù)研究
3.1統(tǒng)一身份認(rèn)證技術(shù)
在本平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型中,其教學(xué)綜合管理系統(tǒng)、在線模擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)及在線考試系統(tǒng)內(nèi)容,都是基于J2EE架構(gòu)模式開發(fā)的,課件直錄播系統(tǒng)的后臺(tái)管理程序是基于ASP開發(fā)的,另外,遠(yuǎn)程的MediaTone應(yīng)用平臺(tái),是一套完整獨(dú)立的系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序,需要對(duì)外提供WebServices獨(dú)立接口。統(tǒng)一身份認(rèn)證管理則是全面整合這些應(yīng)用系統(tǒng)的身份信息,實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)間跨域之單點(diǎn)登錄、退出等,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的身份認(rèn)證和用戶管理功能。所以在本平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,采取Agent現(xiàn)代化技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的身份認(rèn)證管理,在此集成框架中,存在兩個(gè)模塊,可將協(xié)作應(yīng)用整合起來進(jìn)行管理,分別為IDSAgent和協(xié)同模塊。
3.2資源自動(dòng)更新技術(shù)
由于在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)的數(shù)字資源都是通過錄播上傳,可將多媒體課件的整個(gè)自動(dòng)化傳遞過程稱為“資源自動(dòng)更新”,其中的視頻資源自動(dòng)處理和上傳的過程中,涉及幾項(xiàng)關(guān)鍵的數(shù)字技術(shù),比如視頻圖像識(shí)別技術(shù)、教學(xué)大綱的糾錯(cuò)算法、學(xué)習(xí)視頻流的合成算法等,而所有這些關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要不同的程序,其中就包括嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)與系統(tǒng)之間,本程序采用WebServices進(jìn)行集成,在構(gòu)建系統(tǒng)或程序之間的通訊總線過程中,可使用規(guī)范的XML模塊來描述數(shù)據(jù)及接口。
4結(jié)論
級(jí)別:CSCD期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)