时间:2023-02-08 18:49:23
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇无线电技术论文,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
1卫星通信应用软件无线电技术的设想与展望
卫星通信技术则是由使用围绕地球的同步/非同步的通信卫星来做一个中间站进行一种远距离通信的实现方式。它本质上是由微波通信以及航天技术之上发展新颖的无线通信的技术,而卫星通信技术自身采用的无线电频率为微波频段。从而产生的卫星通信技术,它的主要特点就是传输的距离远,且频率高。也因为卫星通信频带宽,且频率高,变化范围大的重要优点,卫星通信技术在我国的军事建设和经济发展等方面都具有深远的意义。
我国的现今卫星通信技术的发展在扩展新的频段,加强先可用的频段的利用率以及现在公用干线的通信网都应该一步步转向跟随宽带化的发展趋势,能够准确地利用卫星通信技术来建立我国的卫星宽带业务以及数字化通信网络。所以对于卫星通信网技术而言应该逐渐的走向小型化的、智能化的未来方向。从目前我国的计算机科技的水平来看,假设把设备功能全部换由软件来进行操作实现,那么由于软件的特点也就是需要按照一条条的指令来运行,就算我们采用多处理器的方式来进行协助共同运算,也没有办法真正保障高频率情况下的处理能够及时有效,也使得软件无线电技术在卫星通信领域中的使用范围明显受到限制。基于以上原因,以下设计想法是为了能够让软件无线电技术能真正应用在卫星通信方面。
首先我们所有的设备都需要经过模块化处理,各个模块分开保证控制功能,以及各个模块之间的高速数据的交换问题。而信道设备以及接口设备的内部结构信道设备包括调制解调器、信道的编译码器和置乱器等,在总的CPU的控制之下,信道设备的具体参数值可以做到由软件来进行定义处理。而将无线射频的设备、信道设备和接口设计在卫星通信技术中也是十分关键的存在。再来考虑到了卫星通信技术有着多址方式,业务类型广以及其频率高且变化区域广等各种优点,在信道设备和接口设备的设计选用模块化的设计构思。各个模块应该能够各自拥有能定义自身功能的各个软件接口,而选用的软件接口更应保证标准化以方便各个不同供应商的生产。然后在各个模块的具体设计上面,也要根据具体运算量大小,选择不同的软件接口功能。再来根据具体的各类应用环境,更加灵活地修改和使用数据帧结构,并且保证以软件协同硬件两相结合的方式实现。最后就是设备功能和系统功能的定义要靠网络管理系统来最终实现。
伴随着因特网大面积普及及现在移动网络的迅猛发展,卫星通信技术绝对会在未来迎来更进一步的发展机会。现在我国逐渐采用自主研发的通信卫星为主体,来建立完善的卫星通信系统。软件无线电技术作为一个可利用在卫星通信方面的技术来说,也一定会伴随卫星通信的脚步,成为加速我国科技发展的重要技术。
2结语
通过以上的详细分析以及深入探讨,我们可以清楚的得知,在我们现今的软件无线电技术之上,对软件无线电技术在卫星通信领域内的应用的设想已经不仅仅是一种可能,而是一种具有可操作性和实现性的想法。而对于未来的软件无线电技术在卫星通信及其他方面广泛使用来说,只要能有更多想法与结构概念,这种大范围应用也指日可待。
作者:胡志明单位:新疆公安厅特侦队
关键词:认知无线电;无线通讯;技术探讨
二十一世纪以来,人们对无线通讯的需求越来越大,要求越来越高,无线频谱空间的占用也越来越多,使得可用频谱越来越少。在这样的大背景下,如何将有限的频谱发挥出最大的功效成为了无线通讯技术领域的一个热点话题。随着研究的深入,美国联邦通信委员会研究指出,频谱的利用存在很不平衡的情况,一些非授权频段占用拥挤,而有些授权频段则经常空闲,3GHz以下频段的平均频谱利用率仅为5.2%[1]。基于此种发现,众多的专家、学者将目光聚焦到了不可再生的频谱资源实现再利用的频谱共享技术上,认知无线电随之进入了公众视野。
一、认知无线电的定义
认知无线电这一概念始于1999年,美国Joseph Mitola博士首先提出,他指出认知无线电即通过一种“无线电知识表示语言”的新语言提高个人无线业务的灵活性, 随后在2000 年瑞典皇家科学院举行的博士论文答辩中,Joseph Mitola对此进行了深入的探讨[2]。在Joseph Mitola博士研究的基础上,美国联邦通信委员会也对认知无线电进行了定义,指出认知无线电是一种可通过与其运行环境交互而改变其发射机参数的无线电,这种定义在当前得到了较为广泛的认可。综合看来,笔者认为认知无线电是一种能够依靠人工智能的支持,感知无线通信环境,根据一定的学习和决策算法,实时、自适应地改变系统工作参数,动态地检测和有效地利用空闲频谱的无线电。
二、认知无线电的功能
认知无线电的研究尚属起步阶段,其功能亦等待我们去发现。从目前的研究来看,认知无线电具有检测、分析和重构三大功能[3]。
一是检测功能。认知无线电必须具备精确的无线频谱检测能力,必须在可使用的全频段范围内多维度进行频谱检测,从而发现可使用的频段。由于是免许可使用,认知无线电必须具备迅速发现主用户的能力,在工作过程中时刻检测主用户是否处于活动状态,从而确保不对其产生干扰。
二是分析功能。分析包括对自身性能、网络内部状态、外部相关数据和用户自身需求等相关知识的分析。如果说检测是信息的获取,那么分析就是对相关信息的初步处理。认知无线电设备通过所获取的频谱检测结果分析主用户的位置、使用的频点和发射时间,同时分析可用频点位置、可用带宽、信道状况、自身传输可能会对其他用户产生的影响以及完成业务传输所需的带宽和时间等。
三是重构功能。重构能力使得认知无线电设备可以根据无线环境动态编程,从而允许认知无线电设备采用不同的无线传输技术收发数据。在不对频谱授权用户产生有害干扰的前提下,利用授权系统的空闲频谱提供可靠的通信服务,这是重构的核心思想。当该频段被授权用户使用时,认知无线电有两种应对方式:切换到其它空闲频段进行通信和继续使用该频段,但改变发射功率或者调制方案,以避免对授权用户造成有害干扰。
三、认知无线电运用的关键技术
认知无线电要得到有效运用,就必须解决好频谱资源匮乏和目前固定分配频谱利用率较低的问题,以下技术研究就显得尤为重要。
一是频谱分配技术。频谱分配是指根据需要接入系统的节点数目及其服务要求将频谱分配给一个或多个指定节点,是认知无线电实现有效运用的前提与核心。频谱分配策略的选择直接决定系统容量、频谱利用率以及能否满足用户因不同业务而不断变化的需求。频谱分配技术按分配方式可以分为一般分为静态频谱分配、动态频谱分配和混合式频谱分配,按网络结构分类可分为集中式频谱分配和分布式频谱分配,按合作方式分类可分为合作式频谱分配与非合作式频谱分配。无论是哪种分配方式,在进行分配时都必须坚持灵活性原则、系统性原则、减小信令开销和计算量原则,在此基础上设计认知无线电频谱分配模型。
二是感知位置技术。无线电信号会受到地理环境的影响,不同的地理空间对与无线电信号的影响各异。室内与室外、市区与乡村、山区与平原相比,室外、乡村和平原就更有利于无线电信号的传输。认知无线电与全球定位系统、地理信息系统结合,通过自我学习的方法,能够识别出自身所处的地理位置,进而能根据地理环境选择合适的发送频率、调制方式等参数,这对认知无线电功能的实现有着重要的作用。
三是功率控制技术。认知无线电技术必须有效控制功率,这样才能使主用户不受干扰,实现频谱共享。在研究功率控制问题时,有两种方法值得我们去尝试。一种是将测量到的主用户接收机信号的本地信噪比近似为认知用户与主用户间的距离,从而相应地调整认知用户的发射功率。另一种即采用两用户重复对策理论建模,借助遗传算法来搜索策略空间。这些方法可实现在保证主用户不受有害干扰的前提下增加认知用户的发送功率。
除了上述三大技术外,物理层安全技术、链路保持技术、动态频谱管理技术等亦有待于我们进一步去研究探索,进而促进认知无线电技术发挥出更大的功效。
参考文献
[1]郭彩丽,张天魁,曾志民,等.认知无线电关键技术及应用的研究现状[J].电信科学,2006(8):50- 55.
[2]Mitola J. Cognitive radio: an integrated agent architecture for softwaredefined radio.In: Doctor of Technology,Royal Inst Technol (KTH),Stockholm,Sweden,2000.
[3]毕志明,匡镜明,王华.认知无线电技术的研究及发展[J].电信科学,2006(7):56-60.
作者简介:
论文摘要:21世纪移动通信技术和市场飞速发展,在新技术和市场需求的共同作用下,未来移动通信技术将呈现以下几大趋势:网络业务数据化、分组化,移动互联网逐步形成;网络技术数字化、宽带化;网络设备智能化、小型化;应用于更高的频段,有效利用频率;移动网络的综合化、全球化、个人化;各种网络的融合;高速率、高质量、低费用。这正是第四代(4G)移动通信技术发展的方向和目标。
一、引言
移动通信是指移动用户之间,或移动用户与固定用户之间的通信。随着电子技术的发展,特别是半导体、集
成电路和计算机技术的发展,移动通信得到了迅速的发展。随着其应用领域的扩大和对性能要求的提高,促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展。20世纪80年代以来,移动通信已成为现代通信网中不可缺少并发展最快的通信方式之一。
回顾移动通信的发展历程,移动通信的发展大致经历了几个发展阶段:第一代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信,技术特征是蜂窝网络结构克服了大区制容量低、活动范围受限的问题。第二代移动通信是蜂窝数字移动通信,使蜂窝系统具有数字传输所能提供的综合业务等种种优点。第三代移动通信的主要特征是除了能提供第二代移动通信系统所拥有的各种优点,克服了其缺点外,还能够提供宽带多媒体业务,能提供高质量的视频宽带多媒体综合业务,并能实现全球漫游。现在用的大多是第二代技术,第三代技术还不太成功,但已有了第四代技术的设想。第四代移动通信系统(4G)标准比第三代具有更多的功能。
二、4G移动通信简介
第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络,具有非对称的超过2Mbit/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准拥有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务,可以在任何地方用宽带接入互联网(包括卫星通信和平流层通信),能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外,第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统,是宽带接入IP系统。目前正在开发和研制中的4G通信将具有以下特征:
(一)通信速度更快
由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率,因此4G通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。专家预估,第四代移动通信系统的速度可达到10-20Mbit/s,最高可以达到100Mbit/s。
(二)网络频谱更宽
要想使4G通信达到100Mbit/s的传输速度,通信运营商必须在3G通信网络的基础上对其进行大幅度的改造,以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究,每个4G信道将占有100MHz的频谱,相当于W-CDMA3G网络的20倍。
(三)多种业务的完整融合
个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体,满足用户的各种需求。4G应能集成不同模式的无线通信——从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信,移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。各种业务应用、各种系统平台间的互联更便捷、安全,面向不同用户要求,更富有个性化。而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破,可以想象的是,眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端。
(四)智能性能更高
第四代移动通信的智能性更高,不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化,更重要的是4G手机可以实现许多难以想象的功能。例如,4G手机将能根据环境、时间以及其他因素来适时提醒手机的主人。
(五)兼容性能更平滑
要使4G通信尽快地被人们接受,还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此,从这个角度来看,4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G、3G平稳过渡等特点。
(六)实现更高质量的多媒体通信
4G通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等,大量信息透过宽频的信道传送出去,为此4G也称为“多媒体移动通信”。
(七)通信费用更加便宜
由于4G通信不仅解决了与3G的兼容性问题,让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信,而且4G通信引入了许多尖端通信技术,因此,相对其他技术来说,4G通信部署起来就容易、迅速得多。同时在建设4G通信网络系统时,通信运营商们将考虑直接在3G通信网络的基础设施之上,采用逐步引入的方法,这样就能够有效地降低运营成本。
三、4G移动通信的接入系统
4G移动通信接入系统的显著特点是,智能化多模式终端(multi-modeterminal)基于公共平台,通过各种接技术,在各种网络系统(平台)之间实现无缝连接和协作。在4G移动通信中,各种专门的接入系统都基于一个公共平台,相互协作,以最优化的方式工作,来满足不同用户的通信需求。当多模式终端接入系统时,网络会自适应分配频带、给出最优化路由,以达到最佳通信效果。目前,4G移动通信的主要接入技术有:无线蜂窝移动通信系统(例如2G、3G);无绳系统(如DECT);短距离连接系统(如蓝牙);WLAN系统;固定无线接入系统;卫星系统;平流层通信(STS);广播电视接入系统(如DAB、DVB-T、CATV)。随着技术发展和市场需求变化,新的接入技术将不断出现。
不同类型的接入技术针对不同业务而设计,因此,我们根据接入技术的适用领域、移动小区半径和工作环境,对接入技术进行分层。
分配层:主要由平流层通信、卫星通信和广播电视通信组成,服务范围覆盖面积大。
蜂窝层:主要由2G、3G通信系统组成,服务范围覆盖面积较大。
热点小区层:主要由WLAN网络组成,服务范围集中在校园、社区、会议中心等,移动通信能力很有限。
个人网络层:主要应用于家庭、办公室等场所,服务范围覆盖面积很小。移动通信能力有限,但可通过网络接入系统连接其他网络层。
固定网络层:主要指双绞线、同轴电缆、光纤组成的固定通信系统。
网络接入系统在整个移动网络中处于十分重要的位置。未来的接入系统将主要在以下三个方面进行技术革新和突破:为最大限度开发利用有限的频率资源,在接入系统的物理层,优化调制、信道编码和信号传输技术,提高信号处理算法、信号检测和数据压缩技术,并在频谱共享和新型天线方面做进一步研究。为提高网络性能,在接入系统的高层协议方面,研究网络自我优化和自动重构技术,动态频谱分配和资源分配技术,网络管理和不同接入系统间协作。提高和扩展IP技术在移动网络中的应用;加强软件无线电技术;优化无线电传输技术,如支持实时和非实时业务、无缝连接和网络安全。
四、4G移动通信系统中的关键技术
(一)定位技术
定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。它主要分为基于移动终端定位、基于移动网络定位或者混合定位三种方式。在4G移动通信系统中,移动终端可能在不同系统(平台)间进行移动通信。因此,对移动终端的定位和跟踪,是实现移动终端在不同系统(平台)间无缝连接和系统中高速率和高质量的移动通信的前提和保障。 转贴于 (二)切换技术
切换技术适用于移动终端在不同移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降低信道选择等情况。切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术。它主要有软切换和硬切换。在4G通信系统中,切换技术的适用范围更为广泛,并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。
(三)软件无线电技术
在4G移动通信系统中,软件将会变得非常繁杂。为此,专家们提议引入软件无线电技术,将其作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信的桥梁。软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线,即将A/D和D/A转换器尽可能地靠近RF前端,利用DSP进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。它旨在建立一个无线电通信平台,在平台上运行各种软件系统,以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。因此,应用软件无线电技术,一个移动终端,就可以实现在不同系统和平台之间,畅通无阻的使用。目前比较成熟的软件无线电技术有参数控制软件无线电系统。
(四)智能天线技术
智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能,能满足数据中心、移动IP网络的性能要求。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰,增强特殊范围内想要的信号,这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。
(五)交互干扰抑制和多用户识别
待开发的交互干扰抑制和多用户识别技术应成为4G的组成部分,它们以交互干扰抑制的方式引入到基站和移动电话系统,消除不必要的邻近和共信道用户的交互干扰,确保接收机的高质量接收信号。这种组合将满足更大用户容量的需求,还能增加覆盖范围。交互干扰抑制和多用户识别两种技术的组合将大大减少网络基础设施的部署,确保业务质量的改善。
(六)新的调制和信号传输技术
在高频段进行高速移动通信,将面临严重的选频衰落(frequency-selectivefading)。为提高信号性能,研究和发展智能调制和解调技术,来有效抑制这种衰落。例如正交频分复用技术(OFDM)、自适应均衡器等。另一方面,采用TPC、Rake扩频接收、跳频、FEC(如AQR和Turbo编码)等技术,来获取更好的信号能量噪声比。
五、OFDM技术在4G中的应用
若以技术层面来看,第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术,第四代移动通信系统技术则以正交频分复用(Orthogonal Freqency Division Multiplexer,OFDM)最受瞩目,特别是有不少专家学者针对OFDM技术在移动通信技术上的应用,提出相关的理论基础。例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等,都将在未来采用OFDM技术,而第四代移动通信系统则计划以OFDM为核心技术,提供增值服务。
在时代交替之际,旧有系统之整合与升级是产业关心的话题,目前大家谈的是GSM如何升级到第三代移动通信系统;而未来则是CDMA如何与OFDM技术相结合。可以预计,CDMA绝对不会在第四代移动通信系统中消失,而是成为其应用技术的一部份,或许未来也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生,前文所提到的数字音讯广播,其实它真正运用的技术是OFDM/FDMA的整合技术,同样是利用两种技术的结合。因此未来以OFDM为核心技术的第四代移动通信系统,也将会结合两项技术的优点,一部份将是以CDMA的延伸技术。
六、结束语
对于现在的人来说,未来的4G通信的确显得很神秘,不少人都认为第四代无线通信网络系统是人类有史以来最复杂的技术系统。总的来说,要顺利、全面地实施4G通信,还将可能遇到一些困难。
首先,人们对未来的4G通信的需求是它的通信传输速度将会得到极大提升,从理论上说最高可达到100Mbit/s,但手机的速度将受到通信系统容量的限制。据有关行家分析,4G手机将很难达到其理论速度。
其次,4G的发展还将面临极大的市场压力。有专家预测,在10年以后,2G的多媒体服务将进入第三个发展阶段,此时覆盖全球的3G网络已经基本建成,全球25%以上的人口使用3G,到那时,整个行业正在消化吸收第三代技术,对于4G技术的接受还需要一个逐步过渡的过程。
因此,在建设4G通信网络系统时,通信运营商们将考虑直接在3G通信网络的基础设施之上,采用逐步引入的方法,使移动通信从3G逐步向4G过渡。
参考文献
1、谢显忠等.基于TDD的第四代移动通信技术[M].电子工业出版社,2005.
关键词:无线电监测;计算机;网络信息安全保密
从现代的社会整体情况来看,我们已经一步一步进入了全面的信息化时代,我们传统的生活方式和工作途径已经被先进的通信技术逐步改变。无线电技术的信息通信技术的技术核心,需要无线电通信手段进行信息的传递和接收进行机密保护。伴随着计算机行业和互联网的不断普及和发展,我们逐渐关注计算机的网络通信安全问题。鉴于目前这种网络环境和市场对网络安全的需求,在此简单分析了无线电监测过程中对计算机的网络进行加密安全保护。
1计算机网络信息泄密的原因分析
1.1计算机硬件设备安全问题
计算机之所以能实现正常的通讯功能,和计算机的硬件存在有密不可分的关系,因为硬件设备的性能决定计算机能否的流畅运行。为了保证上网的快速和便捷,目前各种微型、小型计算机的产生得益于PC电脑能够缩小自身的尺寸,使得电脑能够更加的方便携带,但很多信息黑客正是运用了这些变化,破解并窃取使用者电脑中的信息。
1.2计算機软件安全漏洞问题
现代人们非常的依赖计算机,不管是工作和娱乐,计算机软件的开发和使用为人们的生活提供了便利。虽然很多计算机技术人员在软件的开发中就已经考虑到软件的安全性问题,但是难免出现疏漏,留下软件的技术漏洞,许多电脑黑客或者病毒就利用了这一缺陷,入侵到计算机中,窃取使用者的信息,这对于计算机通信安全的危害是非常大的。现在很多软件具有修复功能,可以及时发现软件存在的漏洞并进行修复,采用这种新技术,既能够防止病毒的入侵,又保护计算机的安全。软件漏洞已经成为了现代计算机安全中一个不可忽视的问题。
1.3计算机人为主观操作错误的存在
网络信息的和传输都是个人完成,在建立信息传输的过程中,信息一方面容易改变原有的意思,导致了信息在源头处传输的过程中容易改变自身的真实性,安全通信体系难以建立。另一方面,计算机使用人员自身安全意识不足,或者是使用的过程中,自身的操作存在问题和缺陷,也让信息泄漏的风险提高。很多计算机安全人员对于信息安全的重视程度不够,可能导致重要的信息外泄,被黑客利用。
2无线电监测技术概述
无线电监测技术是一种基础的信息传播和通信途径,可以用对应的通信技术手段和通信器材进行无线电信号的判定和监测,根据无线电信号的传播频率和网络带宽等数据进行监测,从而实现对信号的诊断识别,屏蔽和封锁不被系统识别的不明信号,以此来保证信息的存储安全。计算机可以通过无线电监测得到更加全面的保护,而且可以很好地保护与网络断开的离线计算机,并且可以对网络的安全性能进行评估。无线电监测主要有以下几项监测的内容:
2.1立体监测
无线电监测技术可以根据互联网信息中的网络地图等各种信息处理平台,对时间和空间维度进行判断,对计算机周围的电磁场环境进行监测,一旦发现周围电磁场出现变化,可以立即对新加入的无线电信号进行监测和识别,保证电磁环境的安全。
2.2自动监测
无线电监测技术可以根据网络情况的变化,自动调节和控制各种监测项目,对各种流程快速调整,实现计算机进行自动安全监测。
2.3主动监测
无线电监测技术能够实现主动监测,当值班监测信号出现异常的情况下就会自动报警,从而主动的实现对计算机信息的防护。
2.4协同监测
无线电监测技术能够建立中心监测网,对监测设备、分析系统以及干扰设备等进行统一的调度,实现协同监测,保证监测的系统化。
3无线电监测于计算机网络信息安全保密策略
上文中已经对计算机的多种泄密可能途径进行了概要的叙述,然后对无线电监测技术进行了介绍,根据无线电监测技术的技术工作特点,详细叙述了无线电监测技术的原理和监测项目,让读者清楚明了的对无线电监测技术有了一个正确认识。接下来对无线电监测在计算机网络信息安全中的具体实施方式和网络保密策略进行讨论。
计算机使用者需要定期对计算机进行安全系统的监测,进行病毒的查杀等基本计算机安全工作,采用更加先进的计算机安全软件,对计算机的整体安全性进行提高。同时对计算机的磁盘进行清理和管理,增强无线电监测技术的应用层面和范围,从而对计算机网络的信息通信功能进行提升,保证网络系统的安全性。
除此之外,计算机的使用者还应当定期对防火墙的层次进行提升,不断对防火墙进行升级和加密工作,保证防火墙可以跟上病毒库的针对性变化,对计算机登录用户的信息进行判断,杜绝一切非法入侵手段,对数据信息进行加密处理,管理软件的一切运行权限,由使用者自行判断是否给予对应权限,对计算机的安全性能进行更深入的提升。
4结论
综上所述,无线电监测技术在计算机网络信息安全中的应用,实现了准确、快速、低价格的目的。在这个阶段,如何在计算机网络信息安全中更有效地利用无线电监测技术已成为业界关注的热点和焦点。本文以当前针对网络漏洞与攻击的情况的防御需求为出发点,讨论了将无线电监测技术应用到计算机网络信息安全领域的收集、存储、检索以及分析的应用手段,有效地提升了计算机网络信息安全防御的准确度和效率。
参考文献:
[1]尚海燕.浅谈无线电监测与计算机网络信息安全保密[J].电子技术与软件工程,2016(12).
[2]张俊钦.无线电监测与计算机网络信息安全的综合探析[J].无线互联科技,2015(03).
关键词:静态;动态;电磁频谱;管理分配;认知无线电
DoI:10.15938/j.jhust.2016.04.007
中图分类号:E917
文献标志码:A
文章编号:1007-2683(2016)04-0036-04
0引言在“陆海空天电网核”全维联合作战的现代高技术信息战争中,依赖先进的电子战装备夺取到制电磁权是取得战争胜利的法宝,现代战争中,电磁频谱是信息获取和传递的最主要媒介,是信息依存的核心载体,夺取了“制电磁权”就为最终夺取制“信息权”创造了有利条件频谱资源是一种非常宝贵的稀缺资源,为了避免各种不同的通信业务之间的相互影响和干扰,目前各国采用的大都是静态频谱分配体制,由专门的无线电频谱管理部门对无线电频谱资源进行统一管理和分配,
信息化战争中,电磁频谱环境日益复杂,尤其近年随着无线通信技术不断发展,朝着智能化、宽带化和无缝化的方向演进,对频谱资源的需求越来越大,由于现代战场上装备数量和通信业务量不断增加,己方通信网的自扰也日益严重,为了提高频谱利用率,现有的技术手段多是采用时域、空域、频域、码域复用的方法,但是与日益增长的新业务和对带宽的需求增长相差甚远,另一方面,据实测数据表明3 GHz以下的频段利用率不到30%,3~4 GHz频段利用率只有0.5%,而4-5 GHz频段竟然有99.7%未被充分使用,由此可见,传统的频谱资源静态管理方式导致大量的授权频谱在不同地域和时间严重浪费,是造成当前频谱稀缺的紧张局面的重要原因,采用动态频谱接入和共享的方式提高频谱资源的利用率来替代传统的静态频谱管理体制是解决上述问题的根本途径,
由于存在巨大的经济和政治背景,且一直以来静态频谱资源分配体制发挥了重大作用,故想在短期内从根本上废除静态频谱分配和接人体制是不现实的,所以论文基于认知无线电思想提出了采用静态与动态相结合的频谱共享模型,可以很好地兼容现有静态频谱分配体制并能最大限度地保证授权用户的权益,且可以大幅提高频谱利用率,由此,论文引人认知无线电,建立一种静态与动态相结合的频谱分配体制,对军事通信中提高频谱利用率、建立可靠通信以及通信抗干扰都有重要的现实意义,
1.基于认知无线电技术的频谱管理
认知无线电(CR)是以软件无线电为扩展平台的一种新的智能无线通信技术,作为频谱动态调度管理体制的核心技术,它可以对周围的电磁环境特征进行感知,通过无线电描述语言与通信网络进行沟通,采用构建理解的方法进行学习并实时调整系统传输参数,使通信系统的无线规则与输入的无线电激励的变化相适应,使通信系统的频谱利用达到随时随地的高效性和高可靠性一系列适合无线频谱合理使用的空中接口、时空模式设置、射频带宽及相关协议称之为无线规则,系统的重构能力是认知无线电系统的重要特性,该功能的实现是基于软件无线电为平台,除此之外,信号处理和机器学习也可作为认知无线电的实现方式,
一个基本的认知无线电实现周期要经历3个过程,分别是:
1)无线电信道分析和估计:负责分析和估计无线电环境干扰温度、检测无线环境空闲频谱;
2)估计信道状态并进行预测建模:包含估计信道状态信息、对发射机可用的信道容量进行预测等;
3)频谱资源管理和发射功率控制:该部分主要完成认知无线电周期中的多址接入及控制,其中动态频谱分配由发射机来实现。
认知无线电系统其认知功能的实现依赖上述环节的顺序执行,一个完整的认知环路如图1所示。
2.动态与静态结合的认知无线电频谱
管理
2.1无线电频谱管理现状
现有的无线电频谱管理体制采用的是静态频谱分配方案,即某个频段被无线电频谱管理部门分配给某项业务、某业务部门或团体,则该频段只能由某项业务、某业务部门或团体使用,非授权用户不得使用该频段,即使该频段处于空闲状态,这样就导致一方面频谱利用率很低,另一方面许多亟待使用该频谱的用户无法使用该频谱,这种传统的静态的频谱分配机制限制了对频谱资源的有效充分利用,因此亟需进行优化改进,
在传统的无线电管理体制中,无线电频谱管理机构负责制定频率使用规则,使用者、部门或团体向其申请使用频率,无线电频谱管理机构将频率分配给无线电频谱使用者、部门或团体,该过程如图2所示,
现有的无线电频率分配包括频带划分、分配和指配3个层次,这3个层次具体为:
1)频带划分:制定频率划分表,将某个特定频带列入表中,对该频带使用指定使用条件,条件满足时可将频带分配给无线电业务使用者使用,
2)频带分配:规定频带使用区域和使用条件,将无线电频带分配给指定部门的无线电通信业务使用,
3)频道指配:制定使用条件,使用对象为无线电台,满足条件时将频道指配给某个无线电台使用,
2.2静态与动态相结合的电磁频谱管理方法
在静态的频谱分配体制中,某些频道被占用,某些未被使用,其中某些已分配的频道的利用率很低,大部分时间处于空闲状态,可以利用时分复用的思想来提高这些频道的利用率,我们将已经分配但在某时某地用户未使用的频谱称为“频谱空洞”,根据频谱被占用的时间长短,定义3种类型的频谱空洞:
1)黑洞:频带资源被授权用户的业务占据,存在较强的发射功率干扰,不能被非授权用户利用,
2)灰洞:频带资源被授权用户的业务部分占用,存在低发射功率的干扰,在某些情况下可以被非授权用户使用,但使用效果不理想,
3)白洞:频带资源未被授权用户的业务占用,仅存在背景噪声,能够被非授权用户利用,
现实中频谱空洞已经被大量的理论研究和现场实测所证实,意识到上述问题,那么如何通过时间复用的方式利用灰洞和白洞来提高频谱利用率就成为要研究的关键问题,而这恰恰是认知无线电的优势所在,
在认知无线电中,用户被分成两类:授权用户和非授权用户,通过申请获得授权频带且可以独享已分配频段的用户称为授权用户;在一定条件和规则下复用授权频段且不影响授权用户使用的称为非授权用户,而非授权用户具体又分为两类:一类用户具有认知功能,能够自主探测频谱空洞并自动调整无线电通信参数;另一类用户不具有认知功能,系统中设置了动态调度管理系统,由管理系统负责探测频谱空洞,用户向管理系统申请频谱和无线电通信参数,具有认知功能的用户极其少数,不是本文研究的重点,本文重点研究不具有认知功能的非授权用户的频谱分配和管理机制,论文针对其提出了一种频谱动态调度管理方法,
开发一套自适应管理和分配机制来充分有效地利用频谱资源是频谱动态调度管理系统的首要任务,其重点是构建无线频谱使用状况数据库,并根据频谱空洞检测和分析结果动态更新数据库,另外要实时处理非授权用户的频谱申请并应答,为申请用户从数据库中优选频道,从而在不影响授权用户的情况下充分利用频谱空洞,有效提高频谱利用率,
频谱动态调度管理系统需要考虑授权业务出现时非授权业务的实时规避,且非授权业务出现时不能影响其它用户的正常通信,因此需要设计一种动态的频谱管理和分配方法,同时专门设置频谱动态调度管理部门为非授权用户分配频谱,
因此,在现有的静态频谱管理方法的基础上,基于认知无线电的思想,需要设计一种频谱动态调度管理方法为非授权用户分配频谱,原有的静态频谱分配管理方法仍适用于授权用户,该方法本文称之为静态与动态相结合的认知无线电电磁频谱管理方法,
本文给出的静态和动态相结合的频谱管理系统的最高管理机构称为无线电频率管理部门,该系统接受授权用户和非授权用户的申请,同时按照一种自适应的策略利用频谱空洞来为非授权用户分配频谱,在本系统中,针对授权用户,频谱管理部门将频带分配给次级频管部门,再由其指配频率给授权用户,针对非授权用户,频率管理部门下属专设的频谱动态调度管理部门,由该部门为非授权用户指配频率,静态和动态相结合的频谱管理体系如图3所示。
针对非授权用户,要同时满足频谱管理的性能要求和实时性要求,本文设计了一种频谱动态调度管理系统,它由频率使用状况数据库、频谱动态调度管理中心、频谱侦测单元和被侦测的实际的无线电频谱使用环境构成,
整个频谱管理和分配过程包含了一系列管理办法或规则,实际的无线电频谱使用环境由授权用户和非授权用户构成,无线电环境的变化被频谱侦测单元周期侦测并将结果上报频谱使用状况数据库,数据库对频谱数据进行实时更新,
整个频谱动态调度管理过程如下:
1)无认知能力的非授权用户按照规定格式提出申请,申请内容包括频谱使用需求、业务类型、使用时间、使用地点等,形成申请信令提交给动态频谱调度管理中心;
2)动态频谱调度管理中心接收到申请信令后首先回复一个申请已接收应答,然后根据申请信令提供的信息按照查询规则在频谱使用状况数据库中为申请用户匹配频谱,并对符合条件的结果进行优选,构建优选频谱集合;
3)频谱动态调度管理中心再将优选频谱集自动形成分配信令发送给申请用户,申请用户收到分配信令后进行解析,获得优选频谱集合和使用条件,条件达到后即可接入;
4)在整个动态频谱调度管理过程中,频谱侦测单元在满足实时陛要求的条件下作周期性的循环侦测,获取无线环境中的频谱空洞信息,并根据侦测结果实时更新频率使用状况数据库,在侦测到授权业务出现后,立刻发送规避信令要求非授权用户退出当前频谱接入,使用次优选频谱接人;
5)非授权用户接收到规避信令后立即退出接入并使用次优选频谱接人,如果接入不成功则继续选择优选频谱集中的其它频谱接入,如果接人不成功或接入效果不理想,用户可以重新发送申请信令申请新的优选频率集,
频谱动态调度管理系统的具体构成和动态频谱管理过程如图4所示,
非授权用户申请过程和频谱动态调度管理中心分配过程完全依靠网络自动实现,一个完整的频谱动态调度管理过程体现了高度的自主性,一方面非授权用户的申请是自动的,另一方面频谱动态调度管理中心的受理过程和应答也是自动的,
在系统运行过程中,无线频谱环境时刻在发生变化,如某授权用户结束业务释放频谱出现新的频谱空洞,频谱侦测设备会立刻侦测到此频谱空洞,并据此更新频谱使用状况数据库,数据库将此频段的状态由忙碌改为空闲,
关键词:高职数学,应用意识,应用能力
高职教育主要是培养高等技术应用性人才,高等数学作为基础课,适用于各个不同学科和专业的不同领域,因此,高职高等数学教学要以应用为目的,把培养学生应用高等数学解决实际问题的能力放在首位,切实培养学生“用数学”的能力。然而,现实情况表明,学生数学应用意识普遍淡薄,应用能力十分欠缺。
一.应用意识薄弱的主要原因
1.教师的知识结构不合理
一般来说,各高职院校担任基础课数学教学的教师比较重视知识的传授和解题,强调数学知识本身逻辑性的完整和解题方法的多样,而不太重视实践性活动的开展。此外,教师本身对所教高职各专业的专业知识的陌生,也导致了目前教师掌握的数学应用知识寥寥无几,他们大多数只能在口头上向学生保证“数学是有用的”,努力规劝学生勤奋学习,却不能指明数学之用在何处,因而往往是缺乏证据的空洞说教。他们认为数学家做的就是把简单的问题复杂化,而数学老师做的就是对这种复杂化的过程加以解释。因而学生缺乏数学知识与实际模型相联系的能力也就不足为奇,更何谈用数学解决实际问题。久而久之,学生会认为数学学习与实际生活、生产实践是脱节的,感到学习数学枯燥无味,丧失学习数学的兴趣。正如中国科学院院士姜伯驹指出:我们现在的数学教育不是吸引学生越学越有兴趣,而是越学越害怕,感到数学很难。这实际上已经背离了高职院校数学教学的目的。
2. 高职数学教材内容编排陈旧
目前高职的数学教材,大多数仍然沿用传统的模式,强调知识的系统性,基础分量过重,应用技能比例偏轻,没有从根本上反映出高职的特色和要求。论文参考网。而且由于对生产实际缺乏深入的了解,教材往往存在着脱离实际、针对性不足的问题,因此缺乏必要的应用问题的内容也就成为必然。此外,数学教材的使用仍以学校的选择为依据、以方便教师授课为标准、以理论知识为主要目标,没有从根本上体现以应用性职业岗位需求为中心,,以学生能力培养为本位的教育观念。
二.培养数学应用能力的主要途径
1. 注重数学教师自身素质的提高
由于高职数学教学目标和内容的特殊性,给高职数学教师提出了一些特殊的要求。首先,高职数学教师除具有系统的数学学科基础理论和教学理论外,还应对所教专业的专业基础课程有所了解,以便掌握数学课程与专业之间的联系,把握专业应用数学知识的重点。如工程数学将纯粹的数学知识与工程应用有机地结合起来,是学习工科的基础,它覆盖了大部分的数学知识,如微分方程,复变函数论基础,微积分运算,线性代数基础,线性规划基础,初等概率论以及计算方法等等,这些内容都与实际需要紧密联系。“工程力学”由理论力学和材料力学组成,前者与解析几何,方程等联系密切,并且经常用到坐标、向量的知识,后者需要积分法,叠加法及平面图形的性质。在“工程制图”中,关于几何的知识是必不可少的。在“机械制图”中,空间几何中的平面、立体、三视图以及投影和交线的知识需要经常用到。“电工科学”是一门研究电磁现象及其应用的科学,由它的理论和方法为基础而形成的工程技术称为“电工技术”,它又分为电子技术和电力技术,这门科学常需用到关于微积分,统计及组合、数理逻辑的知识。“电路理论”作为通信、无线电技术、自动控制以及电子计算机等专业共同的基础课,其重要性不言而喻,没有一定的数学基础很难深入地研究问题,它广泛地用到了关于微积分,统计以及数学作图的知识。“电机学”是一门研究直流机、变压器、异步机、同步机和其它特殊电机及变压器的科学,它需要许多关于作图和计算方法的知识。在“电子技术基础”中,数学作图和计算方法同样有着极为重要的作用。在“无线电技术基础”中,由于需要研究关于回路、双口网络、滤波器、传输线、无线电信号的基本组成和原理等问题,所以广泛地用到了数学作图、数列、数理逻辑、微积分,分析和计算方法,以及参数方程和微分方程等数学知识。教师只有切实了解专业课需要什么数学,才能在教学中做到有的放矢。其次,由于高职数学课具有理论紧密联系实际的特点,课程教学目标具有职业性和实践性的特色。这就要求数学教师能自觉参与一些专业实践,和专业课教师随时沟通,了解他们的研究课题中需要用数学知识解决的内容,在为他们提供数学工具帮助的同时,提高自己运用数学方法解决专业实际问题的能力。只有建设一支适应高职数学课教学特点的教师队伍,才能使数学课程体现高职教育的特色,使学生学会用数学解决生活实际及专业技术中的问题,从而最终达到培养合格高职人才的目的。
2. 重视教学内容与专业背景的联系
教师应当重视数学教材内容与专业背景的联系,使学生体会到所要学习的数学知识来源于专业课相关内容,学到的数学知识可以用来解决实际问题。这就要求教师具有驾驭教材的能力,具有收集信息、整理信息的能力,能够从学生的专业课教材中,及时收集和整理与学生所学专业密切相关的数学材料,以加强数学概念、性质、定理的内涵或外延的教学,加强数学与专业之间的联系。例如,在讲导数概念时,除了举出书本上变化率问题中介绍的变速直线运动的速度外,还可介绍一些与变化率有关的问题。在管理专业介绍产品总产量对时间的导数就是总产量的变化率;产品总成本对产量的导数就是产品总成本的变化率(边际成本)。在机电类专业介绍质量非均匀分布细杆的线密度、变速圆周运动的角速度、非恒定电流的电流强度等变化率问题。在洁净煤专业介绍物体的冷却速度、化学反应速度等实例。用学生将要大量接触的、与专业有联系的实例讲概念,能够使学生建立正确的数学概念,能够提高整体教学效果,也能拓宽学生的思路,有利于学生提高把实际问题转化为数学问题的能力,初步了解了用数学方法去解决实际问题的过程,体会所学数学知识的应用价值,增强用数学的意识,提高自己主动运用所学数学知识去概括、抽象、解决问题的能力,从而最终体现高职教育“联系实际,深化概念,注重应用,重视创新,提高素质”的特色。
3. 抓好数学教材建设
高等数学是高职各专业的重要基础课和工具课,因此,数学学习必须紧密结合专业培养目标按“必需够用”原则安排数学内容。这就要求高职数学教材在结构上要打破传统的条块,根据不同专业的需要,在不违反认知规律的前提下组合新的教学模块:基础模块和扩展模块,基础模块为微积分部分,重点讲解一元微积分内容。在讲授过程中,将其基本内容分成两大部分,即数学概念与应用,微积分理论与计算。数学概念与应用侧重介绍数学的基本概念及其相关的实际背景,突出数学概念的图形与素质特征,同时培养学生的定量化思维方式,增强对数学的应用意识与简单的数学建模能力。微积分理论与计算部分主要介绍基本公式和基本方法,不加证明的引入数学理论的重要结论,突出对结论的应用,以培养学生的应用能力。在内容的编排上,将不定积分与定积分融为一章,先讲不定积分和原函数的概念,后讲定积分的概念和性质,然后通过微积分基本定理建立起定积分与不定积分和原函数的关系,再讲积分法,这样既突出重点又便于理解。扩展模块是为了满足不同专业要求和继续学习的需要而设置的,包括线性代数、概率统计、常微分方程、级数、积分变换等,可分专业按需选择其中的部分内容作为选修课,直接选取专业课的相关内容作为例题、习题讲解和练习,强调数学知识在相关专业的应用。此外,高职数学教材若能包括一些具有实际应用价值,饶有趣味的案例,把抽象的数学与应用实例相结合,不失为提高数学应用能力的良策。
4. 适当开展数学建模活动
教师在教学的过程中经常地、有意识地把有关的数学知识与现实生活联系起来,引导学生运用数学的立场、观点、思想和方法,去观察和分析各种社会现象,从中抽象、概括、归纳、整理出这些社会现象所蕴涵的本质属性和数量关系与特征,从而建立数学模型,并运用数学知识对数学模型进行正确的运算和推理,科学地解释这些社会现象,这就是近几年在一些高校盛行的数学建模活动。论文参考网。数学建模过程是学生创造性地运用数学知识的过程,由于实际问题千差万别,哪怕用的方法是现成的,但用哪一种方法,怎么用,却不是现成的,而且,几乎没有哪一种方法原样照搬照套就能解决问题,都需要针对具体问题具体分析,选择恰当的方法并加以改造才能解决问题。同时由于实际问题往往没有标准答案或唯一答案,不现成,不唯一,是解决实际问题的重要特点,正是培养学生应用能力的重要途径。考虑到高职学生的实际情况,现行教材内容、教学时间、以及教师的知识、经验和思维习惯,还有一个转换、适应过程,可以将数学建模工作的一部分安排在课外去做,即课内课外相结合。论文参考网。如开设讲座、采集数学建模问题、研究建模方案、撰写建模小论文等,有些建模问题比较复杂,可以将其分解、分步解决,或由教师带领下解决某些环节,其具体求解过程可留给学生课后解决,最后再组织学生宣讲、交流或写成小论文,这种“零存整取”的做法,可以激发学生学习数学的兴趣,有效提高学生解决实际应用问题的能力。
培养数学应用能力绝非一朝一夕之功,教师只有切实树立数学应用意识,将数学与专业知识、日常生活有机结合,做教和学的有心人,真正把学生和社会的需求放在心上,才能培养出高素质的应用型人才,为高职教育做出自己的贡献。
论文摘要:随着信息技术的发展,智能建筑中的通信网络技术水平决定了建筑智能化的程度。本文在分析了有线网络和无线网络的基本运作方式后,通过对比这两种网络布置的优劣势,提出了在智能建筑中对通信网络的设置选择建议。
1引言
智能建筑的核心是系统集成,而系统集成的基础则是智能建筑中的通信网络。随着计算机技术和通信技术的发展和信息社会的到来,迫使现代建筑观念不得不更新。在信息化社会中,一个现代化大楼内,除了具有电话、传真、空调、消防与安全监控系统外,各种计算机网络、综合服务数字网等都是不可缺少的。只有具备了这些基础通信设施,新的信息技术,如电子数据交换、电子邮政、会议电视、视频点播、多媒体通信等才有可能进入大楼。使它成为一个名符其实的智能建筑。随着分布式智能建筑控制系统技术的日益成熟和应用普及,在建筑设备自动化系统中控制将进一步分散,在网络中传递的将更多的是管理信息,系统的集成则越显得重要。
目前,由于人们信息需求的激增,以及计算机技术带来的多媒体终端等先进的终端技术,智能建筑实现智能化的瓶颈往往在于它的通信网络。可以说,通信网络技术水平的高低制约了智能建筑的智能程度。为此,智能建筑中的通信网络的设计是完成建筑智能化工程的重点所在。因此,在建设智能建筑时,需要在大楼的设计阶段,就要融进通信网络的设计。通信网络主要分为两大类,一类是有线网络,一类是无线网络。
2有线网络
有线网络是把分布在数公里范围内的不同物理位置的计算机设备连在一起,在网络软件的支持下可以相互通讯和资源共享的网络系统。有线网络在某些场合要受到布线的限制:布线、改线工程量大;线路容易损坏;网中的各节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点联结起来时,敷设专用通讯线路布线施工难度之大,费用、耗时之多,实是令人生畏。这些问题都对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞,限制了用户联网。
有线网络需要使用以太网电缆和网络适配器。虽然两台电脑可以通过以太网交叉电缆实现互联,但是有线网络一般还需要网络结点设备,比如HUB集线器、交换机或者路由器,以实现更多电脑的互联。以太网、集线器或者交换机都是比较可靠的,毕竟这方面的技术已经十分成熟。要出问题的话,一般也就是电缆连接松散导致网络掉线。有线网络性能十分优越。传统的以太网连接只提供10Mbps的带宽,但是现在普遍使用100Mbps的快速以太网带宽,需要的也仅仅是更高一点的成本。而且现在硬件发展迅速,大多支持100Mbps,而且有些也已经开始支持千兆速率了。
在大量使用网络资源的时候,有线网络中的集线器很容易造成网络拥堵。而如果使用以太网交换机的话,则完全可以避免这个问题,所增加的成本也仅仅是一台集线器的费用。
对于接入互联网的任何有线网络来说,防火墙是最首要的考虑因素。众所周知,集线器和交换机本身并没有防火墙功能,对于使用这些网络设备的家庭用户,可以在主机电脑上安装防火墙。而使用路由器的用户,则可以利用路由器本身具有的防火墙模块,在连接路由器的电脑上,打开配置页面进行简单配置即可。
3无线网络
所谓无线网络,既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络,也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术,其与有线网络的用途十分类似,而最大的不同在于传输媒介的不同,即利用无线电技术取代网线。无线网络技术既可以节省铺设线缆的昂贵开支,避免了线缆端接的不可靠性,同时又可以满足计算机在一定范围内可以任意更换地理位置的需要。近年来,无线网络已能够通过与广域网相结合的形式提供移动Internet多媒体业务。无疑,无线网络将以它的高速传输能力和灵活性在智能建筑中发挥重要作用。
在现今有线网络条件下的写字楼中,随着公司员工数量的增加,导致了工位的增加,但办公室的空间有限,一味扩大办公室、增加桌椅会增加运营成本,并不是理想的解决办法。同时,人员座位和部门办公室的调整也都会造成很大的麻烦,而销售及服务支持人员频繁外出使座位闲置造成了公司资源的严重浪费。
无线网络可以克服这些问题,例如:在装备了无线网络以后,惠普公司的移动办公环境使工位不再是唯一的办公地点,与以前相比,员工数量在增加,但办公桌椅的数量却减少了,因为每天都有外出的员工,而那些在公司工作的员工,只要找到一个空位置就可以开展工作。员工不管在办公室的任何一个角落,都能随意地发电子邮件、分享文档及上网浏览,大大提高了工作效率,同时也降低了总体拥有成本。
4有线网络与无线网络的对比
与有线网络相比较,无线网络具有开发运营成本低、时间短,投资回报快,易扩展,受自然环境、地形及灾害影响小,组网灵活快捷等优点。可实现“任何人在任何时间,任何地点以任何方式与任何人通信”,弥补了传统有线网络的不足。随着IEEE802.11标准的制定和推行,无线网络的产品将更加丰富,不同产品的兼容性将得到加强。现在无线网络的传输率已达到和超过了10Mbps,并且还在不断变快。目前无线网络除能传输语音信息外,还能顺利地进行图形、图像及数字影像等多种媒体的传输。
众所周知有线网络是通过网线将各个网络设备连接到一起,不管是路由器,交换机还是计算机,网络通讯都需要网线和网卡;而无线网络则大大不同,目前我们广泛应用的802.11标准无线网络是通过2.4GHz无线信号进行通讯的,由于采用无线信号通讯,在网络接入方面就更加灵活了,只要有信号就可以通过无线网卡完成网络接入的目的;同时网络管理者也不用再担心交换机或路由器端口数量不足而无法完成扩容工作了。总的来说无线网络相比传统有线网络的优点主要体现在以下两个方面:
第一,无线网络组网更加灵活。无线网络使用无线信号通讯,网络接入更加灵活,只要有信号的地方都可以随时随地将网络设备接入到企业内网。因此在企业内网应用需要移动办公或即时演示时无线网络优势更加明显。
第二,无线网络规模升级更加方便。无线网络终端设备接入数量限制更少,相比有线网络一个接口对应一个设备,无线路由器容许多个无线终端设备同时接入到无线网络,因此在企业网络规模升级时无线网络优势更加明显。
但是无线网络相比传统有线网络同样存在着缺点:
1.传输带宽方面:与有线网络相同,无线网络的数据传输也受到带宽限制,而且由于无线电传输没有外部屏蔽能力,因此带宽实际受限程度要远超有线网络,即使最先进的无线网络技术也只能达到54Mbps每秒,比起100Mbps网络而言实在是小巫见大巫。
2.传输距离方面:有线网络与无线网络都有信号衰减,与有线网络相比,无线技术由于在空气中传输,随着气候条件的改变,衰减速率有高有低,往往实际有效距离达不到最大极限,尤其在电器设备使用频繁的室内,使用距离更是大幅度缩短。
3.抗干扰能力方面: 有线网络是通过加屏蔽层等技术抗干扰,必要时以光纤技术提供千兆级别的传输质量,而无线网络没有任何屏蔽能力,只能通过自身的无线信号发射强度以及频率、频跳等技术来增强抗干扰性能,也由此造成了成本、体积和使用上的区别。
4.安全性方面:无线网络的信号没有边界,任何人都可能截获,其安全性能的缺陷主要体现在如下几个方面:
第一,加密密文频繁被破译,已不再安全。曾几何时无线通讯最牢靠的安全方式就是针对无线通讯数据进行加密,加密方式种类也很多,从最基本的WEP加密到WPA加密。然而这些加密方式已被陆续破解,首先是WEP加密技术被黑客在几分钟内破解;继而国外研究员将WPA加密方式中TKIP算法逆向还原出明文。
WEP与WPA加密都被破解,这样就使得目前无线通讯只能够通过自己建立Radius验证服务器或使用WPA2来提高通讯安全了。
第二,无线数据sniffer让无线通讯毫无隐私。用户最不放心的就是由于无线通讯的灵活性,只要有信号的地方入侵者就一定可以通过专业无线数据sniffer类工具嗅探出无线通讯数据包的内容,不管是加密的还是没有加密的,借助其他手段都可以查看到具体的通讯数据内容。然而从根本上杜绝无线sniffer又不太现实,毕竟信号覆盖范围广泛是无线网络的一大特色。所以说无线数据sniffer让无线通讯毫无隐私是其先天不安全的一个主要体现。
第三,修改MAC地址让过滤功能形同虚设。虽然无线网络应用方面提供了诸如MAC地址过滤的功能,很多用户也确实使用该功能保护无线网络安全,但是由于MAC地址是可以随意修改的,通过注册表或网卡属性都可以伪造MAC地址信息。所以当通过无线数据sniffer工具查找到有访问权限MAC地址通讯信息后,就可以将非法入侵主机的MAC地址进行伪造,从而让MAC地址过滤功能形同虚设。
5.适用范围方面: 无线技术不同的固有属性决定了它们大致的使用范围,即使某些时候试图强行使用不合适的技术也将没有合适的产品。一般来说,无线网络更适用于移动特征较明显的网络系统,而有线网络则更适用于固定的,对带宽需求较高的网络系统。
5结语
因此,在智能建筑的设计过程中,通信网络的选择就要针对建筑物本身的使用功能进行分别选择,多数为固定人员位置的宜选用有线网络,多数为移动人员位置的宜选用无线网络,若两者兼具则应考虑实现有线网络与无线网络兼容使用。
参考文献
关键词: 自动增益控制;单刀双掷开关;PIN二极管;插入损耗;隔离度
0 引言
自动增益控制电路(AGC)在微波接收系统中应用广泛。随着无线电技术的发展,以及为了适应日益复杂的电子战的需要,对接收机的线性度、动态范围、灵敏度、抗干扰能力等方面的性能和指标提出了越来越苛刻的要求。由于天线接收到的有效信号功率会在一定范围内变化,同时接收到的干扰的功率也有可能变化[1]。为了提高接收机的动态范围,需要自动增益控制电路将天线接收到的不同功率的信号放大到接收机线性工作所需的最优功率。另外,接收机工作时,由于电源电压的不稳定、环境温度的变化、电路工作参数的变化等,都可能引起接收机增益的不稳定,用AGC可以补偿这种增益的不稳定[2]。
实现AGC的方法有很多种,常规是使用数控衰减器,但是数控衰减器通常有好几位步进,对于只需一位AGC控制的接收机来说造成电路上的浪费。并且数控衰减器往往是宽带匹配,在所需使用的频段端口驻波可能并不理想。使用两个单刀双掷开关串联加上衰减器的电路方式来实现一位AGC控制功能,可提高器件使用效率,优化端口驻波匹配。
在微波高频段电路中经常采用PIN二极管来实现单刀双掷开关。与MESFET和PHEMT器件相比较,PIN二极管具有插入损耗低、截止频率高、功率容量大的特点[3],特别适合于制作性能优异的微波控制电路。
在实际电路中,PIN管是通过金丝搭焊技术连接在微带线中的,在仿真电路中,也需要建立金丝的模型。
从仿真结果中可以看出,在9.5~10.5GHz频带内,插损在-1.2db以内;S11和S22均小于-24dB;开关隔离度在-85dB以下。
2 自动增益控制电路的设计
将两级单刀双掷开关串联,中间加上固定衰减器,组成一位自动增益控制电路。
两级单刀双掷开关共用一组控制线,开关控制信号即为自动增益的控制信号。正常工作时,选择开关的J2端口,当需要衰减时,选择开关的J1端口,即可实现一位自动增益控制。
3 电路实现方法
为了更好的方便芯片的安装和电路的调整,盒体采用双层结构。正面为射频电路,采用Rogers5880的板材。首先用183℃铅锡焊料将基板烧结于盒体内,再用183℃铅锡焊料将pin二极管、芯片电容、衰减器芯片烧结于盒体之上[8]。背面为电源和控制电路,采用TTL集成驱动器控制信号的走向。使用高频SMA插头作为射频信号端口。结构紧凑,小巧,成本低,相位特性较好。实物如图8所示:
4 主要测试结果
经测试,电路的工作频率为9.5~10.5GHz,正常支路的插损小于4dB,带内平坦度0.5dB,输入输出驻波比小于1.6。
5 结论
自动增益控制是射频接收系统中常用的功能,采用单刀双掷开关加固定衰减器的形式来实现自动增益控制电路,可提高器件使用效率,优化端口驻波匹配。可以利用pin管设计出各个频段符合要求的开关,同时,计算机仿真软件的应用和工艺上的精确操作也是非常重要的方面,可以提高电路的性能指标。
参考文献:
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关键词:蜂窝网络;频谱效率;能量效率;业务感知;重配置;排队论
Abstract:In this paper, we propose a dynamic traffic-aware reconfiguration (DTR) scheme that can maximize average system energy efficiency (EE) and guarantee system performance. The system can be configured to achieve maximum spectral efficiency (SE), EE, or hybrid SE-EE according to the DTR traffic load. The key criterion for reconfiguring the system is the queuing model.
Key words:cellular networks; spectral efficiency; energy efficiency; traffic-aware reconfiguration; queuing model
在过去10年中,蜂窝网络用户急剧增加,用户对系统速率的要求也越来越高,这就要求移动通信系统具有较高的频谱效率。近年来,3GPP LTE提出了4G移动通信系统,该系统采用正交频分复用(OFDM)和多输入多输出(MIMO)来提高系统的频谱效率。由于4G移动通信系统的能量消耗相比其他移动通信系统急剧增加,因此,怎样提高移动通信系统的能量效率成为系统设计的亟需解决的问题。在本篇论文中,传统的以最大化系统频谱效率为目标的无线移动通信系统被称为频谱效率(SE)系统,而以最大化系统能量效率为目标的新型系统,则被称为能量效率(EE)系统。由于SE系统最大化系统频谱效率,其能量效率可能会很低;而EE系统最大化系统能量效率,其频谱效率可能无法满足系统需求。文献[1]中提出了一种在频率选择性信道中最大化能量效率的方法。文献[2]提出了OFDM系统中上行能效最大化设计。文献[3]提出了一种低复杂度的算法,用于最大化每焦耳能量传输的比特数(bits-per-Joule)。其他相关工作[4-5]要集中在基站的睡眠模式,在业务量较小的时候,关掉部分基站来节省能量。文献[6]中的研究分析了在给定中断概率情况下,怎样节省蜂窝网络的能量消耗。文献[7]中研究了自适应调制和编码系统的排队现象,并将其应用到睡眠模式中。
在实际系统中,业务量可能会急剧地变化,导致单纯的最大化频谱效率或者能量效率的系统无法满足系统性能要求。因为SE系统在业务量低的时候可能会浪费过多能量,而EE系统则可能在业务量高的时候导致高中断率。蜂窝网络系统和用户的业务请求可以看作一个排队模型。根据该排队模型预测出的系统中断概率,基于上述考虑,本文提出了一种动态的业务感知重配置方案,该方案根据业务量强度和干扰水平,采用排队论模型预测系统的中断概率,并根据中断概率来动态的选择SE、EE或者是混合SE-EE系统。
1 系统模型
蜂窝网络中的业务流量具有一定的特点[8]。在(0,t 0)和(t 1,t 2)时间段期间,业务量密度分别为λmin和λmax。在(t 0,t 1)和(t 2,T )期间,系统业务量线性递增或是线性递减,如图1所示。假设系统中有C个子信道,被调度到的用户可以根据其业务需求和网络中资源情况分配到至少一个子信道。用户产生业务请求服从均值为λ泊松分布,系统对每个用户的服务时间服从均值为1/μ的指数分布。我们可以采用M/M/N/K队列模拟系统的中断概率[9]。系统中有j个用户的中断概率为:
其中ρ=λ/μ并且K = arg{T d =Δt },T d 为用户的平均等待时间。则系统中用户无法接入至少一个子信道的
2 频谱效率和能量效率
频谱效率ηSE定义为每赫兹带宽每秒传输的比特数,ηSE =R /B,其中B为达到数据速率为R的带宽。而能量效率定义为每焦耳能量每秒所传输的数据比特。
P T (R )为数据速率为R时的传输功率,假设各子信道上的数据速率分别为r i,则R =(r 1,r 2…r n)表示系统的数据速率向量。能量效率与频谱效率之间的关系如图2所示。当干扰强度过高时,系统的数据速率会降低,系统的最大频谱效率ηSE可能会低于
η*SE,即ηaSE η*SE。此时,SE系统与EE系统间的折中点在η*SE的右边,即b点,此时能量效率随着频谱效率单调递减。则系统最大可达能量效率为ηbEE,对应的频谱效率为ηbSE,小于η*SE。当系统要求的最小频谱效率为ηaSE时,且最大频谱效率为ηbSE时,则SE和EE系统的折中点为η*SE,系统可达的最大能量效率为全局最大能量效率。由此我们可以总结得出系统可达的最大能量效率不一定是全局最大能量效率η*SE,因为不同的干扰强度和不同的要求频谱效率可能会变化,导致SE和EE系统的折中点可能不会包含η*SE点。
3 动态业务感知重配置
我们仔细分析了SE和EE系统所能达到的不同频谱效率和数据速率。当业务量随着时间不断变化时,EE系统无法随时保障系统所要求的频谱效率,导致无法满足用户所要求的服务质量。本文提出一种动态的重配置方案来适应业务的变化。
3.1 动态业务感知网络重配置方案
概述
动态业务感知重配置方案的主要思想如图3所示。动态业务感知网络重配置方案(DTR)包含3个主要部分。第一部分是RE,即速率预测,用于预测EE和SE系统速率。第二部分是OPE,即中断概率预测模块。该模块的输入是第一部分RE所预测出的SE和EE系统的系统速率RSE,REE和当前业务强度λ,输出是预测的SE和EE系统的中断概率 和 。第三部分则是系统重配置(SR),即是根据不同情况将系统重配置为SE,EE和混合SE-EE系统。
3.2 优化目标
假设系统中有C个子信道,每个子信道的带宽为W。被调度到的用户一次可以分配到一个或者多个子信道。在实际系统中,业务量可能是动态的,一个用户在以下情况可能会中断:
(1)用户接收端检测到的信号与干扰噪声比(SINR)小于门限值γ:SINR
(2)用户在规定时延内T d =Δt,其中T d 是两次调度之间的时间间隔,Δt为预先定义好的时延门限。这种类型的中断概率有p out 2表示,则系统的总中断概率为p out = 1-(1-p out1)(1-p out 2)。为了简化模型,本文假设所有在基站覆盖范围内的用户都满足SINR≥γ,即pout1 = P [SINR ≤γ]=0,此时系统的中断概率为p out =p out 2。一旦用户被调度到,直到其传输完自己的数据比特,才会释放资源。即意味着系统中断概率为用户在规定时延Δt无法接入系统的概率。
在纯SE系统中,优化目标为最大化系统的频谱效率。系统中各个子信道传输功率小于基站总发射功率。SE系统的目标函数如下:
在一个纯EE系统中,优化目标为最大化系统的能量效率。各个子信道上发射功率之和必须小于某个动态的值PEE。EE系统的目标函数如下:
混合SE-EE系统主要用于当系统中业务量适中的时候。在这种情况下,EE系统的中断概率高于目标中断概率而SE系统的中断概率小于目标中断概率,即(pEEout >p 0, pSEout
由于混合SE-EE系统的中断概率总是保持为p 0,因此我们可以推出相应的数据速率R 0,p 0 =g (R 0,λ)?
R 0 = g -1( p 0,λ),其中,
是与速率、业务强度和数据比特D相关的中断函数表达式,且g -1()是g ()的反函数。具体功率分配方案如图4所示,即速率注水算法。
3.3 动态业务感知网络重配置算法
由于优化目标不同,我们可以得到SE、EE和混合SE-EE系统的不同的功率分配算法。具体的,当DTR将系统重配置为SE、EE或者混合SE-EE系统时,分别采用经典的注水算法,能量效率注水算法和速率注水算法。根据图3所示的DTR工作框架,第一步为预测SE和EE系统的速率R SE和R EE。假设R *为能量效率最大时候的数据速率,R r为要求数据速率。系统最大和最小数据速率为R min和R max。方案细节由如图5所示。通过排队论模型预测SE和EE系统的中断概率pSEout = g (RSE,λ),pEEout =g (REE,λ),DTR进行系统重配置。详细过程如图6所示。
4 仿真结果
仿真平台为LTE系统级仿真平台[10],由于系统带宽被分为若干个180 kHz的资源块,每个资源块视为一个子信道。表1是仿真参数设置。本文对单小区场景进行了仿真。图7(a)显示了单小区场景下纯SE、EE和DTR的中断概率对比。我们可以看到EE系统的中断概率随着用户的个数N的增加而增加,且当N =32时,中断概率大于目标中断概率p 0 = 0.1。而SE系统的中断概率随着N的增大缓慢增加,直到N大于125时,系统的中断概率等于目标中断概率。对比纯SE和纯EE系统,DTR的中断概率在用户少的时候,即业务量低的时候,与EE系统基本保持一致。图7(b)所示为单小区场景下纯SE,纯EE和DTR的能量效率。当业务量强度增加,EE系统总是可以达到最大的能量效率。但是SE系统的能量效率总是3者最低的。DTR在业务量轻的时候能量效率与EE系统相同,而业务量高的时候趋向于与SE系统相同。图7(c)比较了纯SE、EE系统和DTR的吞吐量。当业务量很低的时候,3种系统的吞吐量一样。当业务量很高的时候,SE系统和DTR的吞吐量明显高于EE系统。
5 结束语
本文介绍了一种动态业务感知网络重配置方案(DTR),其主要目标为最大化系统的平均能量效率同时满足给定的中断概率要求。方案根据业务量的不同,引入排队模型预测系统的中断概率,并根据该中断概率对系统进行重配置,使系统切换到SE、EE或者混合SE-EE系统。
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[10] Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering, Vienna University of Technology.LTE_system_Level_1.2_r300 [EB/OL]. [2012-08-12]. http://nt.tuwien.ac.at/ltesimulator.
收稿日期:2012-11-05
作者简介
周旋,电子科技大学通信与信息工程学院本科毕业,电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室在读硕士研究生;主要研究方向为移动通信网络。
现代意义的网络指的是用通信线路和通信设备将分布在不同地点的多台自治计算机系统互相连接起来,按照共同的网络协议,共享硬件、软件,最终实现资源共享的系统。校园气象科普教育网络是指专门用来进行气象科普教育和开展气象科技活动的现代网络系统。该网络的使用既是校园气象科普教育一种与时俱进的崭新手段,更是校园气象科普教育进入现代化发展的一个标志。
1 校园气象科普教育网络的诞生与兴起
现代意义的网络萌芽于20世纪60年代,完善成熟于20世纪90年代。网络的诞生是人类继语言产生、文字发明、印刷术出现和无线电技术应用以后出现的人类信息传播史上的第五次革命。它的意义在于为人类各种信息传播提供最便捷、最迅速、最巨量的通道。这条信息传播通道的诞生问世,为人类社会的政治、经济、军事、文化、科学等各领域的进步发展产生了非同凡响的作用与效益。
我国校园气象科普教育有着悠久的历史渊源,气象站进入校园也有90多年的历史。但在20世纪90年代前,我国校园所使用运转的都是地面气象人工观测站。到了20世纪90年代中期,一种自动观测无线传输的地面气象自动观测仪器进入气象部门台站使用,并建立了业务性自动观测网。此后,我国便有学校将这种仪器引入校园,开展气象科普教育和气象科技活动,并组成校园气象科普教育和气象科技活动网络。
1.1 GLOBE计划在我国
1994年,当网络刚刚兴起的时候,该年4月22日,在全球范围内发起了一个旨在“有益于环境的全球性观测与学习计划”(简称GLOBE计划),该计划的核心是参与学校通过一套专用的观测设备,将当地所观测到的气温、温度、大气压、降水等气象要素,直接通过Internet网络,把数据发送到处理中心,为志愿者们对全球气候的研究提供具体的数据。1996年4月22日,北京师范大学附属实验中学等四所学校率先加入该计划,到2000年4月,我国已经有56所学校成为GLOBE计划成员单位。GLOBE计划,给我国校园气象网络科普吹来了一股清新的空气。
1.2 台北市校园气象台
饱受台风暴雨等气象灾害侵袭的台湾地区,受到GLOBE计划的启发,为了在中小学生中普及气象科学知识,从小培养学生防灾减灾意识,探究掌握大气变化规律,在台北市教育局的统一筹划下,于2003年12月在台北市教育局所辖的60所中小学内统一安装了地面气象自动观测仪器,并组成“台北市校园气象台”。2006年7月,桃园市也有21所学校建立了校园自动气象站,并与台北市共同连接成“台湾校园气象网”。这些密集的自动站,组成严密的天气监测网络,记录着台北市长期的气候变化,提供学校本位及在地性探索,并开展系列校园气象科普教育和气象科技活动,这是我国校园气象科普教育网络诞生之始。
1.3 香港联校气象网
2004年,我国香港地区的学校,由新界翁佑中学牵头,组织了30多所中小学建立了校园气象自动站。到了2007年,在香港天文台和香港理工大学应用物理系的大力支持和帮助下,又发起创立了“社区天气资讯网络”的香港Co-WIN天气网,参加成员有100多个。这是继“台湾校园气象台”后的第二张校园气象科普教育网络。
1.4 中小学校园气象站
2005年10月,浙江省温州市第十四中学任咏夏老师为探索校园气象科普教育,前往香港天文台和新界翁佑中学访问学习,回来后筹备建立“校园气象科普教育”网络,并于2006年6月创建了“中小学校园气象站”网站。2010年,“中小学校园气象站”网迁址到浙江省岱山县秀山小学,由该校的网络管理员兼校园气象科普教育辅导员邱良川老师负责硬件的管理和信息维护。网站运转数年,每年都有数万点击率。这是我国第一个也是唯一由个人出资建立的一个校园气象科普教育网络。
1.5 北京气象科普网
2007年年初,由北京市气象局牵头,在北京市海淀区8所中小学安装了校园气象自动站,后来逐渐扩展到十几所学校,并依照台湾、香港的模式把这些自动站的数据统一传输到“北京气象科普网”上,这是我国内地形成的第一个校园气象网。
1.6 岱山校园气象信息网
2007年年底,浙江省岱山县秀山小学红领巾气象站增添了一套气象自动站。自动站可以收集十多个气象要素,这些数据通过“校园气象信息网”同步传送到网上,为全校师生及其他气象爱好者研究气象提供了准确翔实的气象数据。
1.7 无锡校园气象网
2009年,江苏省无锡市教育局电化教育馆在创建“感知生长”和“感知中国”传感网络的同时,为了便于探究植物生长与气象条件的关系,在全市20多所中小学安装了气象自动站,并把各校的气象数据集中发送到“果实网”上供大家分享。
1.8 校园气象网
2011年7月,中国气象局公共服务中心为推进全国校园气象科普教育的进一步发展,为全国中小学的气象科普教育提供平台创设窗口,创办了“校园气象网”。这是我国第一个由国家政府部门设立的全国性的校园气象科普教育网络。
1.9 中小学校园气象网
2012年5月,浙江省气象学会为推动全省校园气象科普教育的迅速发展,以邱良川老师管理的“中小学校园气象站”为基础,改名为“中小学校园气象网”,作为于该月成立的“浙江省气象学会校园气象协会”的公网。这是我国首家省级单位政府部门设立的校园气象科普教育网络。
2 校园气象科普教育网络的分类与作用
我国迅速发展起来的校园气象科普教育网络,就功能而言,大致可以分为观测、科普等各种不同类型,在校园气象科普教育中能够发挥各种不同的作用。
2.1 校园气象观测网
校园气象观测网是由数台自动气象观测仪器与上位计算机链接而成的网络。该网主要由具备自动气象仪器的学校,把自动气象站得到的气象要素,通过计算机的处理,并运用软件把数据通过记录、输送、存储、统计、整理等功能,实时地在网站上显示,它可以为课堂教学、科学探究、科技活动以及学习研究提供历史或实时测量数据。它的作用就是为成员单位存储和整理教学与科技活动所需要的历史气象要素数据和实时观测资料,如“台湾校园气象台”和香港“社区天气资讯网络”等,都具有这种功能作用。
2.2 校园气象科普教育网
校园气象科普教育网是一个独立的校园气象科普教育载体与平台。其不具备观测、记录气象要素的功能,但可将气象科普教育内容,展示在无限的空间,任意地方的任何一台计算机都可以翻开它的书页,浏览它的内容资料。它不但有常见的文字资料,还有图片、视频等多种媒体信息。它的作用就是为从事校园气象科普教育的单位提供最新信息和深度探究的结果,交流各学校在校园气象科普领域所开展的经验与方法,如“校园气象网”“中小学校园气象网”等。
2.3 校园气象科普栏目
校园气象科普栏目是某学校或教育机构开辟在自己单位网页上的一个窗口。内记载本校或本单位气象科普教育的总体态势,目的是宣传、彰显本单位的发展状况和成绩,同时可以展示交流学校的教育成果和学生的科技作品,如浙江省岱山县秀山小学的校园气象信息网。
3 校园气象科普教育网络的发展思路
校园气象科普教育网络在校园气象科普教育发挥着不可替代的作用。
首先,相对于传统的平面媒体来说,网络科普的一大特点是它的时效性。它没有地域和时间的限制,可以把即时发生的事件通过网络的,迅速传递到世界各地。特别是关系到人们生活与生命财产的气象灾害性事件,人们可以通过网络气象信息站,随时了解当地乃至世界各地的天气情况,便于及时地安排工作与生活。在灾害性天气即将发生时,可以迅速作出应对措施。
目前我国的这种自动气象站分布还不平衡,人们对解读天气网站中气象信息的能力还有所局限,这就需要我们在这方面有所投入,加大气象科学技术普及的力度和速度。
其次,网络科普的另一个特点是传播的广泛性。据官方不完全统计,到2012年年底,我国现有网民5.64亿,其数量可以与电视观众相媲美,而网络信息涵盖量却是电视节目无法比拟的。特别是青少年人群的上网比例又远远高于普通的人群,而校园气象的科普又集中在青少年这一人群中。综上所述,我国现阶段的校园气象网络还远未达到普及。大力发展校园气象科普宣传的网站,让广大在校的青少年学生更多地了解气象知识,宣传和推广气象知识,还有待于有关部门进一步去开拓发展。
其三,网络科普有别于其他科普手段的最明显特点是互动参与。而这一特点也正好符合了当代广大青少年不愿意被动接受外来的信息、勇于个性张扬、积极表现的生理特征。通过网络的反馈和双边互动,能够及时地了解和掌握气象科普的成绩与效果。但目前具有互动功能的,能够举办参与性的知识竞赛、征文比赛、网络调查类的网站很少。如果能够增加一部分参与性、互动性强的网站,无疑会取得更好的效果。
4 结束语
纵观我国校园气象站,其有着悠久的历史。网络气象站与时俱进,跟上了历史的潮流,在宣传和普及校园气象知识方面迈出了可喜的一步。但目前所做的还仅仅是开始,发展的步子还不平衡,普及的面也还很不够,形式也不够丰富。这也给以后的工作留下了一个发展的空间,有待于我们去进一步努力填补。
参考文献
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一、对学生的组织与过程管理
对学生的组织与过程管理贯穿于整个电子设计大赛的各个时期,它既包括对学生的选拔和专业集训,又包括对参赛学生的纪律和意志的培养与考察。这项工作开展的好坏直接关系到学校在大赛中取得的成绩的好坏。为有效地组织与管理学生,可从以下几个环节人手。
1.成立电子设计大赛领导小组。为高效组织竞赛活动,在竞赛正式进行前至少一学期,应专门成立电子设计大赛领导小组。领导小组人员不要太多,一般在10人以内。小组里应设组长1名,可由专管教学的副校长肩任;副组长2人,可由代表学校参赛的学院院长和校教务处处长共同肩任;小组成员5一7人,由与电子大赛的开展工作相关联单位的负责教师构成。领导小组的主要职责是负责大赛的组织与管理工作。具体包括:(l)培训计划和集训方案的制定淞)负责电子设计竞赛环境建设及资料收集;(s)负责竞赛联络与组织工作;(4)定期召开领导小组研讨会,交流电子设计竞赛指导经验。
2.加强宜传与学生动员工作,激发学生的参赛热情。针对参赛学生所学专业知识及所掌握基本技能的实际情况,在宜传及动员学生时,应以大三学生为主力军,大二、大一学生中的佼佼者为后备军。因为大三学生已具备一定的专业基础知识和实践动手能力,而大二、大一学生相比较大三学生来说要弱些。所以,鼓励大三学生自己报名,要求辅导员及专业课教师推荐大二、大一学生中的佼佼者,从而构成培训班。这样既满足电子设计大赛参赛学生具备扎实及宽广理论知识的基本要求,又起到“高年级学生带低年级学生”、延续锻炼学生的目的。在这种宜传和动员思路的依托下,充分发挥辅导员及学生干部的积极作用,集中对大三学生进行关于电予设计大赛的广泛宣传及动员。领导小组开动员大会,让学生了解学校在前几届全国大学生电子设计竞赛中取得的成绩及参加电子设计大赛的目的和意义,通过学校和学院各部门对这项活动的宣传和热情支持,能充分调动学生的参赛积极性。
3.做好学生的集训工作,并选拔出优秀的参赛选手。将报名的学生和辅导员推荐来的低年级学生中的佼佼者组建成一个理论培训班,以参加专业的专题集训。由于正式参加竞赛的学生名额有限,因此须对培训班的学生进行筛选。筛选的基本原则是综合考虑学生在接受培训期间所表现出来的纪律性、团队精神、意志品质、自学能力、专业知识的强弱和实际动手能力。最后留下的学生应该具备两方面的素质:一方面应该具有严格的自律性、坚韧不拔的精神和较强的团队协作精神,另一方面应该具备较宽广扎实的专业知识、较强的实践动手能力、一定的科技论文写作能力和灵活应变的能力。当然,学生在报名前接受的是大众化的课堂学习和实验室里的实验课练习,没有进行专门的纪律性教育,所学专业知识面很窄很浅,而且由于实践环境也有限,学生实际动手能力没有得到系统的锻炼,理论联系实际的能力较差。此外,因为没有系统的完成一个设计题目,所以不能在几个同学的协作下较好地完成论文写作、题目设计、实物制作和答辩这整个过程,而这些都是电子设计竞赛涉及到的必要内容。因此,必须对学生进行有针对性的培训,增强他们的专业理论知识,提高他们的实践动手能力,培养他们的团队协作精神和坚强的意志力。根据培训的进程,将学生的筛选工作分为初选、复选和终选三个阶段。
(1)初选:专业理论知识专题讲座和基本计算机操作培训结束后,组织教师向领导小组系统汇报培训期间学生集训及组织与管理等方面工作的开展情况,领导小组通过听取组织教师的汇报,再听取上课教师和培训学生代表双方对培训的心得意见,经充分讨论后,根据上课考勤、作业完成情况、专业基础知识及学生的意志品质,对培训学生进行初选,最后留下三倍于正式参赛人数的学生继续接受基本技能培训。很显然,初选的原则主要看重学生的纪律性、专业基础知识、自学能力和意志品质。
(2)复选:基本技能培训结束后(包括常用仪器仪表的使用,常用EDA软件使用技巧,单片机系统设计,软件工程技术,HDL语言及编程,无线电技术,科技论文写作,以及相应的实验和设计),根据学生在培训中体现出来的自己解决问题的能力、实践动手能力的强弱及论文写作能力进行筛选,最后留下两倍于正式参赛学生人数的学生接受综合训练。
(3)终选:根据复选后的学生的个人兴趣和特长,将学生分为几个专业专题小组,由指导教师指导各组学生单独完成一个设计题目,包括资料查找、设计方案的确定、电路设计、软件编写、硬件调试、论文写作及答辩。通过这次综合训练,系统地提高了学生的论文写作、软件编程及硬件制作与调试的综合能力,同时进一步地培养了学生的团结协作精神。因而在筛选学生时,主要考查学生三方面的能力—科技论文写作、常用电子电路软件设计、硬件设计与调试。首先留下那些同时具备上述三种能力的学生,但实际上这样的学生很少,大部分学生只是具备其中某些方面的能力,比如有的学生论文写得好,但是软硬件差,有的学生硬件制作与调试能力强,但在软件编程方面又有欠缺。而电子设计竞赛就需要参赛组具备上述三种能力,并不是一定要求参赛小组的每个成员都具备上述三种能力,因而在筛选学生时,只要将只具备某项能力的学生有机搭配在一起,促使参赛小组共同具备上述三种能力就行了。所以,根据参赛组数,按照比每组参赛学生多一名学生的原则进行终选。然后将终选的学生再一次按照几个大的专业方向进行分组,每组配备两名指导教师。在指导老师的指导下,一方面,预做一些常用的单元电路,如电源、放大器、机箱、软件开发平台等,为大赛作好一切的前期准备工作;另一方面,有针对地进行实战模拟训练,即在规定的三四天的时间里,全面系统地完成指定的设计题目。
在筛选学生的过程中,要注意两方面的问题:一方面是要加强对学生的培养,使学生有所获。即使大部分学生最后没能人选参赛,但是他们通过培训,知道自己在某些方面的欠缺,促使他们更加努力的学习,以迎接更大的挑战。另一方面是注意不同年级学生的延续培养。相比较而言,大二学生的专业知识比大三学生的差些,大一学生又比大二学生差些,如果只是一成不变的按照上述筛选原则,最后留下的学生中肯定没有低年级的学生了,即使有也是寥寥无几,倘若这样势必造成学生培养的断层。所以,在集训时,应有意识的对低年级学生加倍培养,以此缩短他们与高年级学生之间的差距,在筛选时有意留下其中的佼佼者,在参赛时,除了特别优秀的低年级学生直接作为选手参赛以外,其他的低年级学生被配备到各参赛小组作为辅助,让他们感受大赛的激烈气氛,为下届大赛的正式参赛作好准备。
4.加强对学生的管理工作。对学生的管理贯穿于整个大赛的赛前培训与选拔、赛中竞赛、赛后答辩的过程中,它同学生的组织工作是相辅相成的。针对大赛的赛前、赛中和赛后这三个过程的不同,对学生的过程管理的侧重点及采用的方式方法也不同。(1)赛前培养与选拔时期。主要训练学生的纪律性和自学能力,对学生听专业讲座的课堂纪律和实践操作训练的团队协作精神进行培养和管理,采用的方法除了制定严格的作息制度和实践规章并严格考核以外,重要的一条管理思路就是让学生自己管理及相互监督、提示和管理,比如在培训班里选出一名班长和一名副班长,由他们负责班里的日常事务并通知相关事宜,如擦黑板、考勤、收交作业、收集学生对听课的反馈意见、通知培训安排及反映学生的思想动态等。组织教师根据掌握的实际情况,及时采取措施作好上课教师与学生之间的沟通工作,从而促使培训任务的圆满完成。(2境赛正式进行时期。主要要求学生严格遵守赛场规则,冷静、有条理地对题目进行分析与设计,这是对赛前学生纪律性教育和专业能力培养的检验,当然对那些不遵守赛场纪律,不服从监考老师指令的学生要严格批评并坚决处理。因为赛场赛风直接代表了参赛单位即学校的名誉。(3赓后答辩时期。除了提前对学生进行答辩技巧的培训外,主要是在组织学生到答辩现场参加答辩时进一步加强学生的纪律性及其他日常管理,即在确定了论文答辩的学生和实践操作技巧答辩的学生后,加强同组三名学生之间的协作意识和应变能力,但根本宗旨只有一条,这就是服从答辩教师及专家的指令,冷静、灵活地应对所发事情,充分展示自己的能力,充分展现学校的丰采。
二、对教师的组织与协调
初选的学生只是对部分专业知识进行了简单的书本上的学习,在知识掌握的宽度和深度上都欠缺很多;同时,在实践操作上也仅仅通过实验课和一些校内竞赛得到的锻炼,它所形成的实践能力远远达不到电子设计大赛的基本要求,因此,就需要有一支综合能力强的教师队伍来对参赛学生进行综合培养,既包括专业理论知识和实际动手能力及科技论文写作能力的培养,又包括团队协作精神及吃苦耐劳精神的培养。可以说,如果没有这样一支综合能力强的教师队伍对参赛学生进行孜孜不倦的培养,就没有综合能力很强的参赛队伍,也就不可能在大赛中取得可喜的成绩。同理,仅仅有能力强的教师,而没有对这些教师进行有效的组织与协调,就是一盘散沙,也就不能发挥出这支教师队伍的巨大能量。如何对教师进行有效的组织与协调呢?总结起来有这样几个方面:
1、建立激励机制并付诸实施。学校应该专门制定对参与学生科技活动指导的教师进行激励的措施,比如对获取省级及省级以上竞赛奖的参赛小组的指导教师计算科研积分,并且这些经历及积分将作为职称评定及评优的重要项目。在学校激励措施的前提下,领导小组再结合实际制定一些奖励及处罚措施对教师加强组织与管理,比如对获取省级及省级以上竞赛奖的参赛小组的指导教师颁发证书和奖金奖励,在当年评优及推优上享有优先权。这些激励机制的出台将极大地增强教师参与大赛的积极性,再通过有效的协调与组织管理,就能发挥出指导教师的巨大作用。在赛后,根据既定的奖励与处罚措施,对相关教师进行了实事求是的奖励与处罚,既树立了学校及领导小组的良好形象,又激发了教师参与大赛指导的热情。
2、制定指导计划。在大赛总体培训计划的指引下,要求指导教师制定出自己的详实指导计划,指导计划应包括三个方面:一是培训内容的计划,既有总体目标,又有各阶段的具体实施过程和阶段性目标;二是培勺11所需经费的预算计划;三是所需环境的配备计划。
关键词:课程改革 实践策略
作为一线教育工作者,尤其是作为中学校长,笔者一直在 努力探索课程改革的突破口。自新课程改革实施以来,我校牢牢抓住了强化管理和突出特色这两个基本环节,使学校的课改工作进展顺利,并取得了明显实效。
策略一:加强组织领导,完善管理制度
在新课程改革中,校长起着十分关键的作用。校长的价值观、献身精神和工作能力是课程改革成功的基本保证,而民主型、转化型风格的校长无疑有助于课程改革有力推进及其精神的全面贯彻落实。这样的校长相信自己的价值和能力,勇于表明自己的立场,忠实于课程计划但不是做新课程改革计划的绊脚石,敢于面对各种崭新的课程尝试但又不是做亦步亦趋的过于忠实的随从。
作为一校之长,笔者十分重视新课程改革工作。新课程实验一开始,学校就成立了以校长、书记为组长的新课程实施领导小组,负责课改工作决策;成立了以校长为主任的课程指导委员会,负责研究编排本校的课程方案与课程表,组织研究校本课程开发与编制实施方案等;成立了以主管业务的副校长为组长的科目课程小组,负责提出本学科必修课和选修课开课方案及其说明,并上报学校课程指导委员会,主导校本课程开发与实施等;成立了学分认定委员会,负责对学生可否获得学分进行判定。
在管理制度方面,我校特别注意对传统的管理制度的反思,从理念、结构、运行程序、教学行为、评价方式等全方位对课程管理制度进行了变革。学校重建并规范了课改的相关制度,主要有《萍乡二中新课程管理制度》《萍乡二中校本教研制度和规定》《萍乡二中学生学分认定实施细则》《萍乡二中教学常规管理制度》《萍乡二中教学成绩分析方案》《萍乡二中继续教育条例》《萍乡二中教师培训制度》《萍乡二中减负措施》等,并且对学分制、选课制、走班制都有相应的规定。在课程实施中我们又对这些制度进行不断完善,从而确保了新课程改革顺利进行,且能高效开展。
策略二:重视教师培训,更新课程理念
在新课程改革中,教师是课改工作中的主要力量,教师的价值、信念和意识形态直接影响着课程改革的进展。新的课程改革方案,若不能改变教师的知识观,则改革成效堪忧, 只有教师积极主动地投入改革过程,认同改革理念,在改革中学习和成长,担负起重要的职责,做改革的行动者,架起自下而上的联系桥梁,才能达到改革的目标。基于这一理念,我校十分重视课改培训工作,坚持“先培训后上岗,不培训不上岗”的原则。
首先是抓好离岗培训。学校利用暑假狠抓了省、市组织的新课程的系统培训,先后有近40名教师参加了省里在南昌、新余、吉安、井冈山等地组织的新课程培训。除此之外,学校不仅组织了高一、高二的教师和全校的行政干部、年级组长、教研组长、备课组长参加了市级新课程培训,而且对所有教师都进行了新课改的校级通识培训。学校的校长、副校长也都参加了省和国家级的课改培训,教学处负责人更是多次赴课改实验省区的课改样本校进行学习考察。
其次是抓好校本培训。我校为规范校本培训,制定了校本培训工作制度。校本培训形式多种多样。一是集中培训。校长、副校长利用多次参加国家、省市级培训的契机,为全校教师开办课改专题辅导讲座;组织全校教师收看课改先进校专题报告等等。二是开展“每月一研讨、每周一反思”活动,利用每周三文科备课组活动和每周四理科备课组活动的时间,分年级分学科研究新课程、新教材、新教法。三是抓好个人自学。为了促使教师教学理念不断更新赶上课改步伐,采取多种形式交流教师学习心得,以便达成共识。
第三是抓好计划培训。教师的培训与学习,是教师专业成长的重要途径。也是课改顺利开展的助推器。我校制定了教师培训计划,通过观看光盘、听讲座深入学习新课程理论和知识,真正从内涵上把握新课程教学理念,努力做到从根本上转变教育观、教学观、学生观,树立人本意识,建立平等和谐的师生关系,提高服务意识,关心学生的思想、学习和生活,促进学生健康成长和全面发展。
策略三:科学规划课程,打造校本特色
本着学校课程规划应与国家课程改革精神相一致的原则,我们在课程设置时非常注重处理好国家地方和校本课程的关系,并在确保课程全面实施的基础上凸显学校特色。基于这样的思考,学校制订了《萍乡二中普通高中新课程实验实施方案》,由学校课程指导委员会研究并确立了校本课程的开发方向、类型并围绕人文素质、科学素质、心理健康素质、艺术素质等方面,联系生活实际或学科重要模块来进行专题深化的开发。在教师自愿申报的基础上,学校开设了多批校本课程,如笔者的《萍乡傩文化概况》、刘小东老师的《无线电技术》、邓柳萍老师的《生活中的化学》、邓国荣老师的《数学史》,以及历史组的《一百个励志的历史故事》、音乐组的《心中唱首家乡的歌》等。笔者带领英语教研组胡文香、唐汉辉等几位教师开发的《高中英语新课程词汇和常用句型经典荟萃》以及艺教处的《歌声伴我成长》等校本教材深受学生喜爱。
在实验过程中,我校充分利用现有资源,凸显校本特色。通用技术课和综合实践活动课是高中新课程的重要组成部分,但开设这两门课程,都需要专门的实验场地。花数十万元建一两个通用技术教室在当前还有些不切实际,到校外去开辟实践活动基地又不便管理。正是如此,实验年级的师生大胆创新,看上了现代农业科技的发展前景,看上了往往被人忽视的校园建筑楼顶,看上了最普通的土壤。他们充分发挥学校的智力优势和人力优势,借助市农科所专家的技术支持,建起了菌类中的尖端产品――大球盖蘑菇“空中”实验基地。通过半年的精心培植,蘑菇长势良好,产量丰富。而笔者指导的综合实践活动成果《纯谷壳屋顶露天栽培大球盖菇》还荣获了全市新课程实验综合实践活动成果一等奖。为此,省、市相关领导和专家多次到现场考察,认为此举既体现了学校的办学特色,又培养了学生一技之长,值得提倡。
学校另外一个特色是将课程改革与“名师名课工程”有机结合,互相促进,有力推进了教师的专业成长,提高了课堂教学效率。我校“名师名课工程”实施已有多年,积累了丰富的经验,取得了较好的成效,这对课程改革有着良好的助推作用。课程改革的中心环节在课堂,狠抓课堂教学研究,做好教材整合,是提高课改成效的技术保障,也是课改的主旨。从课改一开始,我校就以课堂教学评价标准和课堂教学质量作为关注点,开展以此为目标的一系列教学研究,抓住了课改的要旨。这一工作不仅使管理者逐步梳理出课堂教学评价的依据,也促使教师不断反思教学,提升教学质量。在具体实施中,我校采取了跟踪听评课、随机抽评课等形式多样的教学研究活动,有效地总结和反馈了实际教学情况,促进了教学改革和教师专业发展。
策略四:丰富教研活动,提升学业水平
在新课程改革新形势下,全面搞好教科研,注重教学的各个环节中教师的水平自我提升,对大幅度提高教学质量、全面推进新课程改革有着深远而重要的意义。首先,通过教学研究可以使不同层次的教师都有所进步,可以带动整个学校教学发展;通过教科研,可以凝聚一批人,培养一批人,锻炼一批人;通过教科研,使学校的教学工作扬长补短,创出自己的名牌。其次,通过参与科研课题的研究,将赋予教师个人科研能力,教师可以在教育教学各方面不断获取新知识、新观念,改变传统的教师观,创造性开展教育教学工作。
对此,我校积极组织教师参加省、市新课程改革的各项教科研活动。在2009年参加的省电教馆征集高中新课程教案和课堂实录评比活动中,有15人次参加并获奖,其中获省级一等奖的多达四人次。新课程实验不仅促进了学校的教育科研工作和科技创新工作,也让学校成为了“国家教育部课程资源促进有效教学的研究与实验合作学校”。2010年3月,我校“十一五”规划教育部重点课题音乐子课题顺利结题,并获得了全国一等奖,被评为优秀实验学校。在5月份课题结题的汇报表演中,我校刘琛老师的精彩演出也赢得了评委和专家的一致好评。新课程实验开展以来,有上百人次在全国和省、市级教研论文评比、课件比赛中获奖。而英语组、数学组、生物组等老师分别主持的省级课题也取得了阶段性成果,即将结题。