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卫星通信调度问题

卫星通信调度问题
卫星通信调度问题

卫星通信调度问题

摘 要

卫星通信系统通过SS-TDMA 技术使得卫星可以为每个地面站传输数据,而卫星上的转发器,允许在n 个发射器和n 个接收器之间进行任意的排列组合,因此我们需要找到一个最短传输时间的优化方案。

针对问题一,对此我们根据SS-TDMA 工作原理,提出算法,利用“拆分法”将待传输的数据矩阵进行拆分,分次发送,并使总的传输时间所用最小。因为一个工作模式的长度即其中最长的数据包的长度,为此我们对矩阵TRAF 进行优化处理,使得每组传输模式的数据量尽可能相等,这样进行下去,传输时间必定最小。因此我们选择矩阵TRAF 中colr 值或rowt 值等于LB 值(colr 值和rowt 值中最大的一组数组)所在的行或者列,确定该行或者列数组中的最大元素。当确定最大元素

ij

a 后,将该元素所在位置处赋值为s (本文中s 取1),并令第i 行j 列中其他元

素为0,产生一个新的矩阵。然后再从该矩阵找到剩余元素中的最大元素''j i a ,重复上述步骤,找到每行每列中至多有一个非零数s 的模式矩阵B 。再用A 减去B ,得到新的矩阵

n

A ,循环上述步骤,找到所有的工作模式矩阵

n

B 。用MATLAB 对该

过程进行编程求解,得到最优方案,并对模型进行检验。

针对问题二要求的一般情况,我们将数据发送站点数目取m ,数据接收点数目取为n ,这样我们得到一个m 行n 列的一般矩阵。这样我们只需要在问题一中算法中将TRAF 矩阵改成一般矩阵使用MATLAB 进行求解即可得到一般情况下的最优方案。

对于问题三的问题,传输过程中存在数据丢失,且每个数据包中的数据丢失量服从正态分布的概率形式,因此,我们通过求所用时间的期望值来考虑这种概率影响,首先针对一个工作模式矩阵,在确认了其非零行的数目以后,从第一个数据包开始,先求出每个数据包丢失数据量的期望值,且丢失的数据要重新发送,而传输成功的数据就不用再发,因此,在求得每个数据包丢失数据量中,找出其最大值,就是在这种工作模式矩阵正常发送时间基础上需要多计算的那部分额外时间。最后,求出每个工作模式矩阵的这个额外时间后,进行累加,这也是一个期望值,表示的意义就是在发送数据时若发生数据丢失,考虑数据丢失的概率因素对于发送时间的增量。

关键词:卫星通信调度,拆分法,微分思想,MATLAB,数据传输概率

一、问题重述

卫星数字通信系统由一颗卫星和一组地面站组成。地面站即扮演与地基通信网络之间的接口角色。通过SS-TDMA(卫星转发,时分复用)技术,卫星可以为每个地面站发配连接时间。考虑这样的例子,在A地有4个发射站,在B地有4个接收站,表1给出了一个的数据传输矩阵。TRAFij是在发射站i和接收站j之间传输的数据量。由于所有线路的传输速率都相同,因此数据量可以以单位为秒的传输时间计。

表1. 数据传输矩阵TRAF及传输时间的下界

TRAF 1 2 3 4 rowt

1 0 7 11 15 33

2 15 8 1

3 9 45

3 17 12 6 10 45

4 6 13 1

5 4 38

colr 38 40 45 38 LB=45

在此卫星上有一个转发器,允许在四个发射器和四个接收器之间进行任意的排列组合。表2给出了一种排列组合方式,将发射站1到4分别连接到接收站3,4,1,2。这些连接即对数据传输矩阵中某个元素的一部分进行路由安排,称为一个工作模式。在一个模式中传输矩阵中某个元素的一部分就称为一个数据包。

工作模式也是一个的矩阵M,其中每一行每一列都至多有一个非零的数据包。

表2. 工作模式实例与对应调度方案

1 2 3 4 站点数据包

1 0 0 11 0 1到3 11

2 0 0 0 9 2到4 9

3 17 0 0 0 3到1 17

4 0 13 0 0 4到2 13

col 38 40 45 38 LB=45

正确的传输调度方案为星载转发器定义了一系列传输排列组合方式,以为矩阵TRAF中的通信量设计路由。也就是说,需要将TRAF分解为一系列的工作模式矩阵。可以将TRAF中的元素拆解开,例如在表2所示的模式中只传输了TRAF31

的部分内容。一个被分解的元素将分布于多个数据包和多个传输模式中进行发送。一个工作模式的长度即其中最长的数据包的长度。那么:

1. 请找出此问题的具有最短传输时间的调度方案;

2. 给出一个一般情况下的具有最短传输时间调度方案或者求解具有最短传输时间的调度方案的一般方法(或算法);

3. 如果传输时会以概率发生错误,此时传输的数据包中的数据有丢失(即没有传输完),且传输的丢失量服从中心为5,标准差为1的正态分布,则情况如何。

二、模型假设

1.在发送站与接收站之间传输的数据量为非负整数;所有线路的传输速率都相同,因此数据量以单位为秒的传输时间计;

2.同一时刻,不能有两个或两个以上的脉冲信号传送到同一个转发器,即假设工作模式矩阵的每一行每一列至多有一个非零数;

3.假设在两种工作模式之间不需要处理时间,则数据传输矩阵TRAF的传输时

间只等于其所对应的所有工作模式的传输时间之和。

5、若发生数据丢失,假设分成两个步骤,第一步,数据发送站在第i个工作模式正常发送时间段错误!未找到引用源。内等待确认信息,第二步,若收到确认信息,则数据没有丢失,若没有收到信息,则将丢失部分数据进行重新发送,且假设第二步发送丢失数据时,不再有数据损失,可一次性完成;

三、符号说明

表3 符号说明表

符号表示的意义

TRAF 数据传输矩阵

a发射站i和接收站j之间传输的数据量

ij

LB信号传输完成所需的最短时间

A传输矩阵(n=1的时候,A矩阵即是TRAF矩阵)

n

B数据传输过程中,每次传输的模式矩阵

n

P发生数据丢失的概率

E每个工作模式传输数据量的期望值

i

add传输发生错误时丢失的数据量

四、问题分析及模型建立

(一)问题一的分析和模型建立求解:

(1)问题一的分析:

该问题要求我们对于已经给定的数据传输矩阵,设计一种数据传输转换方法,使在满足要求的情况下使传输时间最少。我们利用“拆分法”将待传输的数据矩阵进行拆分,分次发送,并使总的传输时间所用最小。

一个工作模式的长度即其中最长的数据包的长度,为此我们对矩阵TRAF 进行优化处理,从中取出的状态矩阵的各个元素尽可能相等,这样进行下去,传输时间必定最小。

(2)问题一的模型建立和求解:

第一步:我们找到矩阵TRAF=???

??

???????91515610612179138151711107中colr 值或rowt 值等于

LB 值的行或者列(在问题一中我们选择在colr 值为45的第3列)确定该行或者列数组中的最大元素。 第二步:当确定最大元素

ij

a 后,将该元素所在位置处赋值

为1,并令第i 行j 列中其他元素为0,产生一个新的矩阵。

我们在第三列中找到最大元素为15,于是令其所在的第4行第3列的其他元

素都为0,而15所在处改为1,得到????

?

????

???0100100121790815170107。 第三步:再从得到的新矩阵找到剩余元素中的最大元素''j i a ,比如在

?????

?

??????0100100121790815170107中找到最大元素17,有两组可能,我们选择第一组,即第一列中的最大元素17。

s

工作模式长度

第四步:循环上述步骤,得到????

?????

???010000019080170100.....最后得到模式矩阵1B =?

?

???

????

???0100

000100101000,即第一波数据传输的模式。然后用A 矩阵减去1

B ,得到剩余矩

阵2A =????

?

???????4141361061216913715141170,2A 代替A 参与循环,得到模式矩阵2

B ,3B ,...,45B (具体模式矩阵即传输方案见附录),传输时间T=1+1+1+...+1=45,即得到一种满足最短传输时间要求的调度方案。

(二)问题二的分析和模型建立求解:

图1 问题一MATLAB 程序部分运算结果

根据“拆分法”模型分析可得,对任意一个矩阵TRAF={}ij n n

a ?,

我们从矩阵

中colr 值或rowt 值等于LB 值(colr 值和rowt 值中最大的一组数组)所在的行或者列开始取,确定该行或者列数组中的最大元素。对于比较庞大的矩阵我们可以通过EXCEL 软件很快找到矩阵最大元素的位置。当确定最大元素

ij

a 后,将该元

素所在位置处赋值为1,并令第i 行j 列中其他元素为0,产生一个新的矩阵。然后再从该矩阵找到剩余元素中的最大元素''j i a ,重复上述步骤,找到每行每列中至多有一个非零数1的模式矩阵B 。再用A 减去B ,得到新的矩阵n

A 。如此再循环,我

们便可找到所有的工作模式矩阵

n

B 。最后用MATLAB 对该过程进行编程求解,就能

得到一般情况下的最优方案,使得问题一模型得以推广,也可对模型进行检验。 所有模式矩阵n B 满足如下关系:n B B B B A ++++= 321。

为方便演示推广,我们取一55?的TRAF 矩阵?????

??

?????????=1233243213232131124213120A 对其进行推广。

表4. 数据传输矩阵TRAF 及传输时间的下界

TRAF 1 2 3 4 5 rowt 1 0 2 1 3 1 7 2 2 4 2 1 1 10 3 3 1 2 3 2 11 4 3 1 2 3 4 13 5 2 3 3 2 1 11 colr

10

11

11

12

9

LB=13

使该传输矩阵进入问题一所建模型MATLAB 的程序算法,计算结果见附录,我们截取部分结果如下图:

从该推广例子我们可以看到,对于问题一所建立的拆分模型我们可以在模型二

中进行推广。当任给一个TRAF 传输矩阵,我们只需要将该矩阵编写入问题一原有MATLAB 算法程序,并将矩阵中colr 值或rowt 值等于LB 值所在的行或者列在相应的位置更改后,运行程序,即可得到一种满足最短时间要求的传输方案。 (三)问题三的分析和模型建立求解:

(1)问题三的分析:

由问题三可知,数据包可能以概率发生数据丢失,且丢失量服从中心为5,标准差为1的正态分布。由于数据的丢失是以概率发生的,且最多数据包会丢失完,即数据的丢失的最大量是数据包的量。同时可知,当数据发生丢失时,发射站会重新发送丢失的那部分数据,且这次传输不再考虑数据丢失。借此思路,可以给出一种算法,即在不发生数据丢失的最优传输方案下,考虑发生丢失数据的情况,并利用该算法求出数据传输总时间(也就是传输的数据量)的期望值i E 。

图2. 问题二推广模型部分运算结果截图

(2)问题三的模型建立:

假设数据包丢失概率为P ,则每个工作模式下数据包传输成功的概率是

n P )-1(,其中n 指的是每个工作模式矩阵中非零元素的个数。而数据包丢失的概

率则是:))1(1n

P --(,那么每个工作模式下数据传输时间(也就是传输的数据量)

的期望值i E =

1*)1()1)()-1-1n

P add P n -++((,其中2

)5(2

21

--

=s e

add π

于是,整个数据包传输完成所需时间的期望值为

∑=45

1

i i E 。

(3)问题三的模型检验:

针对上述模型,我们可以知道,如果0=P ,即数据传输没有数据丢失,那么

45

=i E ,或者接近于45。于是我们通过MATLAB 对该模型进行编程求解,进行检

验。截取部分结果如下:

B =

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0

sumE =

45.0019 t =

45 A =

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

通过MATLAB验算,我们可以看到sumE = 45.0019,与LB=45接近,模型正确!

五、模型的评价

5.1模型的优点

该模型对于传输矩阵的要求不高,不需要传数矩阵必须是方阵,任何一个n

m 的矩阵都可以在该模型中进行推广求解,具有广泛的适用性。另外,该模型中模式矩阵长度s可以是1,也可是是0.1,充分运用了微分思想,使得该模型准确性更高。

5.2模型的缺点

本文所建模型,工作模式长度s较小为1,在提高准确性的同时,却使得工作模式更为繁杂,共有45种工作模式。另外,通过调查资料我们还发现,在现实生活中,关于卫星在基于TCP协议下是如何进行数据的传输与分配还相当复杂,数据的丢失处理也要考虑更多更复杂的因素,因此,本文中所建立的模型考虑因素不全面,模型比较简单。

六、模型的改进与推广

我们建立的模型可以容易地解决优化调度类或者数据传输类的问题,因此可以推广到很多有关调度或者网络数据传输过程中进行求解最优方案。但由于本文没有考虑工作模式之间的时间间隙,所以与实际情况有较小的出入。因此,只有针对实际情况,提出更合理的约束条件,才能建立出更符合实际的数学模型加以解决。

参考文献:

[1] 方炎申,邹凯,陈英武,陈邓安. 卫星通信系统星上处理中的调度问题及其算法 ,计算机仿真第22卷第5期 35-37页 2005,5

附录:

A=[ 0 7 11 15;15 8 13 9;17 12 6 10;6 13 15 4];

s=1; %确定工作模式长度为1

t=0; %t为模式个数

p=0.1; %假设传输错误概率为0.1

sumE=0; %期望为sumE

while rank(A)~=0

B=zeros(size(A));a=A;

[x0,y0]=find(a(3,:)==max(a(3,:)));%k0=find(max(a(3,:))); %找到A第三行中最大元的坐标

x0=3;y0=y0(1); %可能有多组值,任意取一组坐标,我们取的第三行第一组

B(x0,y0)=1; %将B中与A最大元坐标一致处赋值为1

a(x0,:)=0;a(:,y0)=0; %将A第三行最大元对应的行和列赋值为0(相当于叉掉最大元的行列)while rank(a)~=0

[x1,y1]=find(a==max(max(a))); %找到不在A第三行最大元的行和列的最大元的坐标

x1=x1(1);y1=y1(1); %可能有多组值,任意取一组坐标,我们取的第一组

k1=a(x1,y1);

if k1>0

B(x1,y1)=1; %若a最大元非零将B中与最大元坐标一致处赋值为1

else

B(x1,y1)=0; %若a最大元为零将B中与最大元坐标一致处赋值为0

end

a(x1,:)=0;a(:,y1)=0; %将上面最大元对应的行和列赋值为0(相当于叉掉最大元的行列)end

B(B==1)=s %将B中为1的元全部替换为s,即得到一个数据包

n=max(size(B(B~=0)));

add=(1/sqrt(2*pi))*exp(-(s-5)^2/2); % 每个模式下传输错误的数据丢失量

E=1*(1-p)^n+(1+add)*(1-(1-p)^n);

sumE=sumE+E

t=t+1

A=A-B

end

卫星通信现状、问题、未来

重庆邮电大学移通学院 我国的卫星通信 —现状、问题与发展 班级:09工程管理1班 学号:0314090133 姓名:刘勋

卫星通信业务是指经过通信卫星和地球站组成的卫星通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。通信卫星的种类分为地球同步卫星(静止卫星)、地球中轨道卫星和低轨道卫星(非静止卫星)。地球站通常是固定地球站,也可以是可搬运地球站、移动地球站或移动用户终端。 根据管理的需要,卫星通信业务分为两类。第一类卫星通信业务包括:卫星移动通信业务、卫星国际专线业务。 我国卫星通信业务的现状 我国独资和中外合资经营卫星的公司有4家,内地2家,香港2家。4家公司现有8颗通信卫星在轨运行提供业务。把卫星通信业务市场按照应用领域分为公众通信应用领域、专用及增值业务应用领域、广播电视应用领域及应急通信应用领域。 据不完全统计,截止到2003年底,全国批准建立的卫星通信网有179个,各类双向通信地球站1万多座,单收站4万多个。整个广播电视传输系统现有广播电视地球上行站34个,全国卫星电视接收站约有60多万个。40余家VSAT业务提供商的VSAT小站达3万多个。 近年来随着光纤技术的发展,各个运营公司投入大量的资金铺设陆地和海底光缆,其容量之大和价格之低廉,卫星通信面临巨大的挑战。卫星通信必须利用自身优势寻找新的发展机会。 我国卫星通信业务存在的问题 我国卫星通信业务发展虽然取得了显著的成绩,但与发达国家相比无论在技术还是应用规模上都还有较大的差距。主要问题有: 1.卫星转发器:目前我国的民用卫星资源相当有限。在规模、性能、容 量上都与境外商业卫星资源有较大的差距。对地禁止轨道的位置资源 有限,这限制了我国通过发射更多的禁止轨道通讯卫星来增加卫星转 发器的可能。 2.卫星移动通讯:国内尚无自建的卫星移动通信系统,目前正在使用或 正准备使用的卫星移动通信系统都是国外的。 3.市场开发:卫星通信市场潜力巨大,但尚未充分、有限的开发,如电 视直播、电力传输等等。但至今未能得到广泛的应用,一方面是广大 用户对卫星通信缺乏了解,另一方面是卫星通信的成本高于地面通讯。 我国卫星通信的未来发展 我国卫星通信事业已取得了长足发展,但仍不能满足经济发展的需要,我国卫星通信 的前景广阔,任务也十分艰巨。 1.卫星移动通信业务 我国幅员辽阔,要实现真正的“全球个人通信”,更需要大力发展卫星移动通信,特别是中低轨卫星通信。我国具有巨大的卫星移动通信市场,建立我国自主

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星状网:外围各边远站仅与中心站直接发生联系,各边远站之间不能通过卫星直接相互通信(必要时,经中心站转接才能建立联系)。 网状网:网络中的各站,彼此可经卫星直接沟通。 混合网:星状网和网状网的混合形式 星状网网状网混合网 1.3卫星通信的应用范围 长途电话、传真 电视广播、娱乐 计算机联网 电视会议、电话会议 交互型远程教育 医疗数据 应急业务、新闻广播交通信息、船舶、飞机的航行数据及军事通信等 1.4卫星通信使用频率 电波应能穿过电离层,传输损耗和外部附加噪声应尽可能小 有较宽的可用频带,尽可能增大通信容量 较合理的使用无线电频谱,防止各宇宙通信业务之间及与其它地面通信业务之间产生相 互干扰

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大数据环境下GPS数据在交通流的应用 作者:王文斌 摘要:随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的加快,道路交通己成为制约城市发展的重要问题,解决道路交通瓶颈己成为各级政府部门需要解决的首要任务。多年来,国内外实践经验证明,在解决城市交通问题方面,除了要有相应的宏观交通政策予以支持,现代化的交通管理手段也是十分重要的一环。与此同时计算机技术、电子技术等高新技术的发展,也为交通管理提供了解决交通问题的新思路和新手段,为最大限度地发挥现有道路系统的工作效率提供了技术支持。发达国家交通发展实践表明,采用智能交通系统是解决交通拥堵减少交通事故、防止交通污染、提高交通管理水平的最有效的方法和手段。 关键词GPS;交通流;智能交通系统 0.引言 进入信息化新时代以来,我国经济发展迅速,在经济不断促进城市现代化建设的同时,城市车辆总数也收到经济增长的刺激而不断增长。伴随着经济的快速发展,各种各样的问题慢慢涌现,其中较为明显的是道路交通建设的速度远远落后于经济的发展速度,特别是基础设施建设速度受到了限制。交通拥堵等城市交通问题也逐渐成为了影响城市居民日常出行的大问题,在影响市民日常生活的同时对社会的影响也不容忽视。从另一方面来说,这种困扰也同样制约了经济和社会的进一步发展,引发了一系列问题,因此便促使了城市智能交通建设这一新领域,而近几年也得到了长足的发展。 就目前城市交通状况来看,继续沿用传统工艺,即建设新道路以及拓宽原有城市主干道的方法并不能从根源上使城市的交通问题得到快速的缓解,并且这种方法伴随着高成本、低效率的缺点,在现实社会中实现的难度越来越大。 1.研究背景与意义 建立智能交通分析系统,可以对城市全天的交通状况进行科学分析,保证分析的全面性,也可以对城市交通状况进行准确的预测,将道路交通信息反馈给监管部门,可以实现政府高效的利用城市道路交通,降低城市道路拥堵的几率同时提高整体的交通通行效率,为市民们节省了出行时间。其中主要针对同时段不同路段车流量以及车辆平均速度以及同一路段不同时刻车流量与车辆速度之间的关系进行分析。并对结果进行网页展示,更加具象的体现了分析结果,对城市的道路交通发展具有重大的意义原始的交通信息采集方法,将采集后的交通信息进行暂时的存储后批量上传,因此时效性差;其次信息采集的方式主要以传感器包括红外传感器、压力传感器等为主,检测的数据较为单一,因此不能保证数据的较高准确率。以上几点当前城市交通信息采集系统的缺陷导致了交通数据分析的时候不能达到较高的水平和精确率。 当前的主流交通分析系统大部分只针对当前道路平均速度来判断道路的拥堵程

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卫星通信基础知识.doc

卫星通信基础知识 第一节电磁波常识 一、电磁波 振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。 由收音机收到的无线电广播信号,由电视机收到的高频电视信号, 医院里物理治疗用的红外线,消毒和杀菌用的紫外线,透视照相用的X射线,以及各种可见光,都属于电磁波。 二、电磁波的频率、波长 人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。 频率是指在单位时间内电场强度矢量E (或磁场强度矢量H)进行完全振动的次数,通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离,通常用入表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离,通常用v表示。频率f,波长入,和波速v 之间满足如下关系: v=Xf 如果一电磁波在一秒内振动一次,该电磁波的频率就是1Hz , 在国际单位制中,波速的单位是m/s(米/秒),波长的单位是m(米), 频率的单位是Hz. 对于无线电信号,它属于电磁波,它的传播速度为光速,即每秒约前进30万公里。 例如:对于一个频率为98MHz的调频广播节目,其波长为 300,000,000 米除98,000,000Hz,等于3.06 米。 不同的频率的(或不同波长)电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频

率或波长的不同把电磁波分为不同的种类,频率在300GHz(lGHz=109Hz)以下的波称为无线电波,主要用于广播,电视 或其他通讯。频率在3 X1011HZ-4X 1014Hz之间的波称为红外线, 它的显著特点是给人以“热”的感觉,常用于医学上的物理治疗或红外线加热,探测等,频率在3.84X 1014HZ-7.69X 1014Hz之间的波为 1417可见光,它能引起人们的视觉,频率在8X10Hz-3X10Hz 之间的 波称为紫外线,具有较强的杀菌能力,常用于杀菌,消毒,频率在3X1017 Hz-5X 1019Hz之间的波称为X射线(或伦琴射线)它的穿透能力很强,常用于金属探测,人体透视等,在原子核物理中还有频率为1018Hz-1022Hz以上的射线,其穿透能力就更强了。三、波段与频道 由于利用频率可以计算出波长,一个频率范围将对应一个波长范围,所以频段与波段具有同样的意思。两个叫法是对应的,也是通用的,在电视广播领域中,更多使用波段。 微波是指波长在微米级的无线电信号。 按照波长和用途不同,人们把无线电波又分成许多波段,如表所示。 表无线电波波段的划分 频道是指传送一个信号源节目所使用的频率(或波长)范围。通常一个频段(或波段)能够再分成多个频道。 四、极化方式 当电磁波在空间传播时,其电场强度矢量E的方向具有确定的规律,这种现象称为电磁波的极化。在均匀无限空间中传播的电磁波是一种横波,其电场

卫星通信与地面网络融合的技术发展分析

卫星通信与地面网络融合的技术发展分析 摘要:地面网络3G系统和IP技术的高速发展,无处不在的多媒体应用需求给卫星通信提出新的技术挑战。本文对未来卫星通信与地面融合中的QoS保障机制、资源管理和跨层设计等问题进行了较为深入的探讨。 1 前言 卫星通信发展至今,全球相继有GEO、MEO、LEO等高中低轨道各个层次上运行的中继转发和信号处理卫星。随着地面系统3G和IP 技术的发展,对通信的无缝连接要求使得卫星通信将与地面高速发展的网络进行融合,以IP多媒体子系统(IMS)作为网络融合的基础平台,将是未来核心网的发展方向,业务也将向多媒体、多元化和智能化方向发展[1]。 90年代已建成并投入应用的卫星通信系统:铱( Iridium)系统、Globalstar 系统、ORBCOMM 系统等为全球提供包括话音、数据通信、位置信息服务,通过星际交链、地面信关站与地面网络、静止轨道卫星通信系统等联成一体,达到覆盖全球的目的[2]。 因此我国卫星通信系统建设也将考虑与地面通信系统的兼容性,网系的融合将对系统的通信容量和效率产生直接的影响。本文从卫星QoS、资源管理、跨层设计几方面来探讨与地面系统融合给卫星通信带来的技术挑战。 2 卫星IP通信 在4G系统中,向全球信息网络的方向发展,要求在任何时候,任何地点为用户提供灵活的多媒体信息服务。基于卫星的移动通信系统将作为地面系统的补充来提供无处不在的多媒体和高速数据应用。其系统设计可以是LEO、MEO、GEO,或者他们之间的结合,这取决于覆盖范围、费用、用户服务和业务的需求。卫星与地面网络的融合将表现出不同的资源可用性和开销,需要通过有效的系统设计来保障无缝连接。

现代通信技术发展现状及其趋势

现代通信技术发展现状及其趋势 2008-12-25 19:48 【摘要】本文概述了现代通信技术的发展现状,并讲述了移动、卫星、光纤等通信方式。 关键词: 通信技术发展移动通信卫星通信光纤通信 一、引言 21世纪是一个信息社会,信息交流已经成为人们生活的基本需要。通信作为传输和交换信息的重要手段,是推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力。电话技术的演变日新月异,传输媒介、交换设备、传输设备、终端设备和通信方式的改变都是影响电信通信的因素。 二、社会的需求,市场的需求 社会和市场的需求是刺激技术发展的原动力,对于信息技术的发展,市场同样起着举足轻重的推动作用。随着社会的发展,特别是近年来全球经济的发展,信息在社会生活中的地位越来越重要。以往那种单一、低效的信息传输方式已难以满足社会的需求,人们不仅要求所获取的信息数量更多、质量更好,还要求获得信息的手段更加方便、快捷,并能对信息系统实现实时、交互控制。社会与市场的这种需求再加上现代计算机技术的发展,对现代通信技术的发展起到了举足轻重的促进和导向作用。。 三、移动通信 为了实现客户对通信业务种类及数量的需求,移动电话通信系统在经历了模拟、GSM数字系统变革后,,又提供了一种能够全球漫游、支持多媒体等数据业务且有足够容量的第三代移动通信技术,既是码分多址技术(CDMA )——数字蜂窝移动通信系统。码分多址无线电通信技术是第三代无线电通信技术, 目前已在北美、东南亚和韩国被大规模投入商用。以前的模拟手机只能在模拟网覆盖地区使用, GSM 手机只能在GSM 网覆盖区使用, 两大系统互不兼容, 造成频率资源的浪费。采用CDMA 技术的新型手机由于实行的是双模式, 所以无论是数字网, 还是模拟网覆盖的地区, 都能自动转换工作方式, 不但可以提高频率资源利用率10~20倍,而且给用户带来方便;二是通话质量高,接近市话效果;三是发射功率在0.1~2000毫瓦之间所以对,人体辐射小。四是断话率低,保密能力强,因此,倍受用户的青睐。另外, 低地球轨道卫星开辟了移动通信的新领域, 掀起了卫星全球移动通信的新浪潮。将多个卫星链接在一起, 把地球天衣无缝地覆盖起来, 由多个蜂窝交换机网, 可连通地球上任何一点, 从而实现全球卫星移动通信,实现“电子地球村”的目标。 四、卫星通信 卫星通信是在空间技术和微波通信技术的基础上发展起来的一种通信方式。其利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号,可实现两个或多个地球站之间的通信。全球卫星通信产业正在飞速发展, 卫星通信技术和电子技术取得了突破性进展,包括中、低轨道全球卫星移动通信系统在内的新系统不断涌现出来, 归纳起来,分为非同步(含低轨道L EO、中轨道M EO ) 和同步(同步轨道GEO ) 两大类。以低轨道卫星为基础的系统, 具有时延短、路径损耗小、能有效地频率复用、卫星互为备份、抗毁能力强等特点,多星组网可实现真正意义上的全球覆盖。典型的有“铱”系统、“全球星”系统。以静止轨道卫星为基础的系统, 使用卫星少, 卫星静止可实现昼夜通信, 监控卫星系统简单。这些系统, 正在步入产业化、商业化和国防化的轨道。卫星通信还有几项新技术:小天线地球站

卫星通信中TCP协议分析

卫星通信中TCP协议分析 电子工程学院网络工程教研室唐云单洪 摘要:因特网的应用中广泛地使用着TCP/IP协议,如简单电子邮件协议(SMTP)、超文本传输协议(HTTP)、文件传输协议(FTP)等。TCP协议在有线网络中工作得是很好的,但是在卫星通信中却不能很好的利用它的带宽。传输的长延时、接收窗口的大小、网络中的拥塞等都成为卫星通信中的突出问题,为此本文提出了卫星通信中对TCP协 议进行改进的方法。 1引言 TCP IP是目前进行网络数据传输时使用的主要协议族。该协议族中,TCP和IP是核心,同时还包括一些其它协议。TCP和IP协议分别控制着数据在互联网上的传输和路由选择。IP是一个为广域网设计的无连接网络层协议,它被设计为网间互联协议,IP数据报可在几乎任何链路层协议上的网关(或路由器)间传递。从本质上说,IP无非是指导网络上的数据包从发方计算机送达收方计算机,而TCP则负责确保数据在设备之间进行端到端的可靠交付。从这个意义上说,卫星链路对TCP IP数据传输的影响主要体现 在TCP层。 2.TCP协议概述 TCP协议主要是通过积极的确认机制来传送数据。每一个数据段都包含了一个序号用来确定数据段在传输中的位置,这个序号由每个数据段的第一个字节在传送中的相对位置决定。比如,假设一个TCP发端将发送一批数据,每段大小为100字节,若第一段的序号定为X,则第二段的序号将为X+100,以后各段依次类推(为了介绍方便,本文将不用标准的8比特数字来表示段的序号,而直接采用一般的数字)。接收端在收到数据后便可依据这些序号来重组数据,恢复成完整的信号。此外,收端在每收到一个数据段后便会向发端发一个确认信号 ACK 这个确认信号包含了下一个需接收数据段的序号。 TCP是一个滑动窗口协议。这种滑动窗口协议使发端可连续地发送一定数量的数据。发送数据时,当发端收到了收端的确认信号(ACK)后,窗口便相应地向后滑动,以便能传送更多的数据段。每一个TCP段(数据段或是ACK)在其首部都许诺了一个窗口值, 它的大小收到的数据段发送确认应答。 由收端确定,是来自收端的流量控制,它限定了发端滑动窗口的最大值。标准的TCP

中国卫星通信现状和展望

中国卫星通信现状和展望 闵士权 一、卫星通信基本情况 我国卫星通信21世纪初发展基本情况如下: (1)卫星固定通信:空间段建设大发展;相应的卫星公用通信网、卫星专用通信网和卫星广播电视传输网得到较好的发展。 (2)卫星移动通信:静止轨道的便携式用户终端的全球卫星移动通信系统运营良好;中低轨道的手持式用户终端的各种全球卫星移动通信系统运营不佳。 (3)卫星直接广播:国外卫星声音直播系统正在进入中国市场;国内卫星电视直播系统已纳入国家重点建设项目,前期建设准备工作已开始。 (4)卫星宽带通信:积极发展卫星宽带通信业务;密切跟踪新型卫星宽带通信系统动态。 二、卫星固定通信情况 1. 空间段 中国独资或中外合资经营卫星的公司有5家:中国通信广播卫星公司、亚 洲通信卫星有限公司、亚太通信卫星有限公司、鑫诺卫星通信有限公司和中国 东方通信卫星有限责任公司。5家公司现有9颗静止通信卫星在轨运行提供业务,这些卫星是中星-6(东三)、亚洲-1、亚洲-2、亚洲-3S、亚太-1、 亚太-1A、亚太-2R、中卫-1和鑫诺-1。以上卫星共有346个转发器单元, 其中C频段213个,Ku频段133个。它们共覆盖了中国本土及其周边国家以及亚、太、非等部分地区。此外还有待发射的中星-8卫星,其转发器单元C频 段38个,Ku频段22个。以上卫星主要为中国国内用户服务,也为覆盖区内其 它国家和地区的用户服务。 为了开展国际业务需要,有关单位还租用了国外多颗通信卫星的转发器。 这些卫星有国际通信卫星和泛美卫星,还有银河-3R和热鸟-3通信卫星。 2.地面段 (1)公用通信国内业务:主要由中国电信、联通、网通和吉通诸公司经营。其中中国电信为最早和最大经营者。中国电信公网共用中星-6和中卫-1卫星

大数据传输通讯方式优选研究

数据无线传输通讯方式优选研究 1.研究背景 对供水管网用水压力、流量、水质进行全天候不间断实时监测,是有效提升供水管网管理水平的重要手段。而以往采取人工监测、巡检等方法对供水管网进行监管,不但滞后时间长,而且需要投放大量人力物力,不利于供水管网的管理。根据供水管网的特点,采用实时监测系统能很好地解决这些问题,通过监测数据的实时反馈,指导水厂生产、优化水厂供水系统的调度、调配原水泵站及清水泵站的流量和压力,合理分配不同区域的供水量。国有些水司已采用无线通信方式进行监测数据传输,以实时在线监测管网用水压力、流量、水质等参数,取得了良好的效果。随着技术水平的不断提高,目前无线通信技术已有很多种。开展数据无线传输通讯方式调研并优化选取合适的方式,对于建立完善管网在线监测系统来讲,是一项非常重要的工作。 2.现有的数据无线传输通讯方式 现今物联网技术发展迅速,物联网的通信方式多种多样,主要包括:卫星、短距离无线通讯、基于运营商的移动通讯方式、NB-IoT和一些其他的通讯方式,以下分别介绍目前常用的数据无线通讯方式。 2.1卫星通信 卫星通信简单地说就是地球上的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。狭义的卫星通信是指地球上的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。现有的卫星通信系统有以下几种分类方式。(1)按照工作轨道区分:低轨道卫星通信系统、中轨道卫星通信系统、高轨道卫星通信系统;(2)按照通信围区分:国际通信卫星、区域性通信

卫星、国通信卫星;(3)按照用途区分:综合业务通信卫星、军事通信卫星、海事通信卫星、电视直播卫星等;(4)按照转发能力区分:无星上处理能力卫星、有星上处理能力卫星。广义的卫星通信则包含了卫星通信、卫星广播、卫星中继、卫星导航、卫星遥感等,能够高效整合现有的各类卫星资源实现集通信、导航、广播、遥感等于一体的卫星云服务。 卫星通信有以下几个方面的特点:(1)通信距离远,且费用与通信距离无关。利用静止卫星,最大的通信距离达18100km左右。而且建站费用和运行费用不因通信站之间的距离远近、两通信站之间地面上的自然条件恶劣程度而变化。这在远距离通信上,比微波接力、电缆、光缆、短波通信有明显的优势。(2)通信容量大,适用多种业务传输。卫星通信使用微波频段,可以使用的频带很宽。一般C和Ku频段的卫星带宽可达500~800MHz,而Ka频段可达几GHz;(3)可以自发自收进行监测。一般地,发信端地球站同样可以接收到自己发出的信号,从而可以监视本站所发消息是否正确,以及传输质量的优劣。(4)无缝覆盖能力。利用卫星移动通信,可以不受地理环境、气候条件和时间的限制,建立覆盖全球性的海、陆、空一体化通信系统;(5)广域复杂网络拓扑构成能力。卫星通信的高功率密度与灵活的多点波束能力加上星上交换处理技术,可按优良的价格性能比提供宽广地域围的点对点与多点对多点的复杂网络拓扑构成能力。 2.2 短距离无线通讯方式 2.2.1 蓝牙 蓝牙技术是一种支持设备间短距离通信(一般10m)的无线通信技术,能使众多移动或固定终端之间进行无线信息交换。其目的是取代有线电缆连接,在各信息设备之间,实现方便快捷、灵活安全、低成本小功耗的语音和数据通信。

卫星通信基础知识讲义

卫星接收技术 一、卫星通信基础知识 1.无线电通信基本知识 1.1电磁波的概念 振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。 由收音机收到的无线电广播信号,由电视机收到的高频电视信号,医院里物理治疗用的红外线,消毒和杀菌用的紫外线,透视照相用的X射线,以及各种可见光,都属于电磁波。 1.2 电磁波的物理量 人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。 频率是指在单位时间内电场强度矢量E(或磁场强度矢量H)进行完全振动的次数,通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离,通常用λ表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离,通常用v表示。频率f,波长λ,和波速v之间满足如下关系: v=λf 如果一电磁波在一秒内振动一次,该电磁波的频率就是1Hz ,即发f=1/T 在国际单位制中,波速的单位是m/s(米/秒) ,波长的单位是m(米) ,频率的单位是Hz. 对于无线电信号,它属于电磁波,它的传播速度为光速,即每秒约前进30万公里。 Y 图1-1 电磁波图 例如:对于一个频率为102MHz的调频广播节目,其波长为300,000,000米除102,000,000Hz,等于2.94米。

1.3 电磁波的种类 不同频率的(或不同波长)电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频率或波长的不同把电磁波分为不同的种类,频率在300GHz(1GHz=109Hz)以下的波称为无线电波,主要用于广播,电视或其他通讯。频率在3×1011Hz-4×1014Hz之间的波称为红外线,它的显著特点是给人以“热”的感觉,常用于医学上的物理治疗或红外线加热,探测等,频率在3.84×1014HZ-7.69×1014Hz之间的波为可见光,它能引起人们的视觉,频率在8×1014Hz-3×1017Hz之间的波称为紫外线,具有较强的杀菌能力,常用于杀菌,消毒,频率在3×1017Hz-5×1019Hz之间的波称为X射线(或伦琴射线)它的穿透能力很强,常用于金属探测,人体透视等,在原子核物理中还有频率为1018Hz-1022Hz以上的射线,其穿透能力就更强了。 1.4波段与频道的概念 由于利用频率可以计算出波长,一个频率范围将对应一个波长范围,所以频段与波段具有同样的意思。两个叫法是对应的,也是通用的,在电视广播领域中,更多使用波段。 频道是指传送一个信号源节目所使用的频率(或波长)范围。通常一个频段(或波段)能够再分成多个频道。 1.5波段的划分 按照波长和用途不同,人们把无线电波又分成许多波段,如表1.1所示。

卫星通信论文

卫星通信 卫星通信简单地说就是地球上(包括地面和低层大气中)的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是:通信范围大;只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内,从任 何两点之间都可进行通信;不易受陆地灾害的影响(可靠性高);只要设置地球站电路即可开通(开通电路迅速);同时可在多处接收,能经济地实现广播、多址通信(多址特点);电路设置非常灵活,可随时分散过于集中的话务量;同一信道可用于不同方向或不同区间(多址联接)。 卫星在空中起中继站的作用,即把地球站发上来的电磁波放大后再反送回另一地球站。地球站则是卫星系统形成的链路。由于静止卫星在赤道上空360 00千米,它绕地球一周时间恰好与地球自转一周(23小时56分4秒)一致,从地面看上去如同静止不动一样。三颗相距120度的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是1一10GHz 频段,即微波频段、为了满足越来越多的需求,已开始研究应用新的频段,如12G Hz,14GHz,20GHz及30GHz。 在微波频带,整个通信卫星的工作频带约有50OMHz宽度,为了便于放大和发射及减少变调干扰,一般在卫星上设置若干个转发器。每个转发器的工作频带宽度为36MHz或72MHz目前的卫星通信多采用频分多址技术,不同的地球站占用不同的频率,即采用不同的载波。它对于点对点大容量的通信比较适合。近年来,已逐渐采用时分多址技术,即每一地球站占用同一频带,但占用不同的 时隙,它比频分多址有一系列优点,如不会产生互调干扰,不需用上下变频把各 地球站信号分开,适合数字通信,可根据业务量的变化按需分配,可采用数字话 音插空等新技术,使容量增加5倍。另一种多址技术使码分多址(CDMA),即不同的地球站占用同一频率和同一时间,但有不同的随机码来区分不同的地址。它采用了扩展频谱通信技术,具有抗干扰能力强,有较好的保密通信能力,可灵活 调度话路等优点。其缺点使频谱利用率较低。它比较适合于容量小,分布广,有一定保密要求的系统使用。 只有通信技术的不断成熟和发展,无线通信的质量才能得到逐步改善和提高。卫星通信作为一种重要的通信方式,在数字技术的迅速发展推动下,也得到了迅速发展。但是由于陆地光缆通信的迅速发展,对传统的卫星通信产生了重大的冲击。到了20世纪90年代中后期,由于卫星通信技术的发展,再加上卫星通信本身所具有的广播式传送及接入方式灵活等特点,使得它在因特网、宽带多媒体通信和卫星电视广播等方面得到了迅速发展。与其他通信技术相比,卫星通信技术有着自己与众不同的特点,主要表现在以下几个方面: 1、市场发展潜力大

卫星通信

我国卫星通信的现状及发展趋势 (2011-01-28 14:47:01) 转载▼ 标签: 分类:我国卫星通信 科技 中国 卫星通信 卫星应用 应急通信 it 我国独资和中外合资经营卫星的公司有4家,内地2家,香港2家。4家公司现有8颗通信卫星在轨运行提供业务,这些卫星是亚星-2、亚星-3S,亚星-4、亚太-v、亚太-1A、亚太-2R,中卫-1和鑫诺-1。以上卫星共有329个转发器 单元。其中C频段218个,Ku频段111个。上述卫星覆 盖了中国本土及其周边国家以及亚太等部分地区。据初步 统计8颗卫星的转发器出租率为40%左右。此外,为开展 国际业务需要,有关单位还租用了国外多颗通信卫星的转 发器,有国际通信卫星、泛美通信卫星、银河-3R及热鸟- 3通信卫星。 把卫星通信业务市场按应用领域分为公众通信应用领域、专用及增值业务应用领域、广播电视应用领域及应急

通信应用领域。 据不完全统计,截止到2003年底,全国批准建立的卫星通信网有179个,各类双向通信地球站1万多座,单收站4万多个。整个广播电视传输系统现有广播电视地球上行站34个,全国卫星电视接收站约有60多万个。40余家VSAT业务提供商的VSAT小站达3万多个。此外有数十辆具有C/Ku频段的应急通信车辆;国际移动卫星通信系统提供服务的全球星卫星电话2929套,Inmarsat移动台数百个。 近年来随着光纤技术的发展,各个运营公司投入大量的资金铺设陆地和海底光缆,其容量之大和价格之低廉,卫星通信面临巨大的挑战。卫星通信必须利用自身优势寻找新的发展机会。 1实现直接到户是卫星业务市场增长的最大推动力。 其中面向消费用户的视频直播业务、宽带移动无线接

卫星通信

,卫星通信 卫星通信是以卫星作为中介的一种通信方式,是在地面微波中继通信和空间电子技术的基础上发展起来的,具有通信距离远、覆盖范围广、不受地面条件的约束、建站成本与通信距离无关、灵活机动、能多址连接且通信容量较大等优点,在全球许多领域应用效果很好,尤其在军事上具有重要的应用价值。 我国卫星通信现状 (1)固定业务 1972年,我国开始建设第一个卫星通信地球站,1984年成功地发射了第一颗试验通信卫星,1985年先后建设了北京、拉萨、乌鲁木齐、呼和浩特、广州等5个公用网地球站,正式传送中央电视台节目。此后又建成了北京、上海、广州国际出口站,开通了约2.5万条国际卫星直达线路;建设了以北京为中心,以拉萨、乌鲁木齐、呼和浩特、广州、西安、成都、青岛等为各区域中心的多个地球站,国内线路达10000条以上。专用网建设发展非常迅速,人民银行、新华社、交通、石油天然气、经贸、铁道、电力、水利、民航、中核总公司、国家地震局、气象局、云南烟草、深圳股票公司以及国防、公安等已建立了20多个卫星通信网,卫星通信地球站(特别是甚小孔径终端VSAT已

达万座。 我国还有INTERNET服务提供商(ISP)提供的网络和其他较小的卫星通信网络。另外,用户达万个的“金桥”工程卫星通信网也正在积极建设中。 (2)卫星电视广播业务 1984年,“东方红”卫星发射成功,开创了我国利用卫星传送广播电视节目的新纪元。 目前,中央电视台4套、教育台、新疆、西藏、云南、贵州、四川、浙江、山东、湖南、河 南、广东、广西、河北等十几个省级台的电视节目和40多种语言广播节目已上卫星传送, 已有卫星电视地面收转站十万个,电视专收站(TVRO) 约30万个。部分系统采用了比较先进 的数字压缩技术。 实践证明,卫星电视广播具有服务区域大、传播远、质量高、投资省、见效快和经济 效益高等一系列优点,是提高我国(特别是边远山区)电视广播节目覆盖率最有效、最先 进的技术手段。我国的卫星通信和电视广播网已初具规模,在国民经济、国防和教育等领 域发挥着越来越重要的作用。 (3)卫星移动通信业务

军事卫星通信系统的现状

军事卫星通信系统的现状 及未来发展趋向 7’ 卫星通信在军事应用方面具有一系列的优点,例如:覆盖区域广,建设成本不随距离增 加而变化,快速延伸到新的定位点,高度灵活的网络功能,犬容量;可靠而大范围地对移动 体(舰船、飞机、车辆等)的通信服务j在战时可实现对指令和控制信息的转换和传输。军 用卫星通信不同于商业网络,它要受许多非常规性因素的影响,要具有在敌方威胁下生存的 能力。它可能遇到电子干扰,截获,通信信道/卫星控制链路的电子诱骗,空间或地面系统的实际破坏和来自于核战争的一些其他效应军用卫星通信系统应具备以下几个特性: ①在一个大范围的网络结构下提供有效的服务灵活性; ②具有为不同容量和不同终端尺寸的各种用户提供服务的能力j ⑨能适应大量低占空度(1ow-duty—cy cl e)移动用户需求的便利性; ④具有和其他网络或通信媒体的兼容性; @在不同管辖区域的卫星通信终端问的相互可操作性; @ 成本效益高和改善频谱的利用率。 2 战术卫星通信的增长 迄今为止,军事卫星通信系统还主要是有限制的固定终端,用大的天线和宽频带传输 高数据速率。战术军事通信的需求则要求发展可空中运输的终端,它可在狭小的道路上被很快运抵到一个新的位置上,并在短时问内开通,完成安全和可靠的通信。这些终端可随着部 队移动,运送到边远地区,并且敌方环境和恶劣气候条件下通信设备可短时间内建立起通 路。 由于高速移动的部件设备和运动平台(如舰船、飞机)指挥和控制的需要,卫星系统的 建造围绕较低的频段(UHF)发展,以满足关键战术通信的要求。UHF系统使用具有宽波 束的小型天线,它不需要高精度的点波束指向机构,且容易适合于移动平台。虽然,uHF 终端可以做得较小并相对价廉,但它可利用的带宽和扰干扰能力有限。需要改进的卫星通信 服务既来自于战术上的也来自战略上的用户需求,这样就导致了向更高频段的应用。随着卫 星通信系统应用的增长,一系列新的需求正在促进军事应用向更稳固和更灵活的系统发展。 3 抗威胁的对策 为了具备在不同情况威胁下能提供通信生存的能力,军事卫星通信系统与商用系统的要 1 https://www.wendangku.net/doc/461724728.html, 论文网论文大全https://www.wendangku.net/doc/461724728.html, 论文网论文大全 求是不同的。卫星通信具有固有的致命弱点:易受电子干扰和被非法截获。对卫星转发器的 干扰是一种严重的威胁;来自飞机或类似的这类平台有可能对下行链路进行干扰。因此,对 卫星或对地面,或对两者兼而有之,采取了一些对付威胁的手段。最为普遍采用的是频谱扩 展技术和天线调零技术。在军事卫星通信系统里,还采用了低截获概率技术(LPI)和复杂 的编码方法。 5.] 频谱扩展技术 频谱的扩展是一项取决于用户的抗干扰技术,即用户使用一种扩展功能来扩展其信号而 又不为敌方复制。接收机收到信号后则完成反方向的消去扩展功能。所需的信号超过干扰信

卫星通信在大数据时代的应用

卫星通信在大数据时代的应用 发表时间:2019-07-17T15:05:43.963Z 来源:《基层建设》2019年第12期作者:曾金泉 [导读] 摘要:文章主要从卫星通信技术的基本概念以及发展历程出发,分别简述了卫星通信在大视频时代的应用,以及卫星通信在大数据时代的应用,旨在与广大同行共同探讨学习。 云浮市人防(民防)指挥信息保障中心 摘要:文章主要从卫星通信技术的基本概念以及发展历程出发,分别简述了卫星通信在大视频时代的应用,以及卫星通信在大数据时代的应用,旨在与广大同行共同探讨学习。 关键词:卫星通信;大数据时代;应用 一、卫星通信技术的基本概念以及发展历程 卫星通信是指地面上的无线电通信站将人造卫星作为无线电波中继站来实现信息的传输,其实也可以说卫星通信其实就是一种在地面微波通信技术基础之上发展延伸而来的通信技术,该项技术是现如今通信行业中非常伟大的一项成果。卫星通信系统主要包括太空中的人造卫星和地面上的无线电通信站两大部分,在整个系统当中,应用频率最高的要数同步卫星,也可以将其叫作静止卫星,同步卫星的位置处于地球赤道上方3.6 万千米的太空当中,该卫星的自转周期还有方向都和地球始终保持一致,这就实现了相对静止状态。按照理论研究结果,三颗静止卫星就可以满足全球范围内的通信(除两级)业务。现如今卫星通信技术已经被广泛应用到导航系统和定位系统当中。 二、卫星通信在大视频时代的应用 1.视频智能识别技术在卫星通信的应用 卫星通信实现了视频、语音、文字、图片及其他数据信息的多点采集和实时动态通信,近年来已发展成为应急通信的重要方式。但现阶段基于卫星传输的应急通信系统缺乏对视频的再利用,存在智能化程度低、需值守人员实时监控等缺点。因此,引入视频智能识别技术,建立一个全天候、可自主监测的应急指挥系统十分必要。采用视频智能化处理技术,将视频利用模式由人工监控变为计算机自动处理,辅助识别和处理视频中的关键信息,此外,可通过将监测采集的视频、数据、其他系统的视音频文件通过人脸识别、语音识别、字幕识别、声纹识别等进行特征提取、识别目标,以便相关单位对大量音视频资源的智能化检索和识别。通过智能视频识别技术,卫星通信系统可对高清视频实时化、智能化的利用,极大地提高了系统的整体处理能力。 (1)声像智能分析。基于深度神经网络,自主研发视频检索与分析核心算法,集视频爬取、智能检索识别、智能语音识别、事件智能拆条、声纹识别等视音频数据应用于一体,支持对声像数据库资源的检索、识别、事件拆条等智能分析,满足视音频业务的智能化处理需求,其应用组网如图2-1所示。 图2-1 声像数据智能分析组网图 (2)智能视频识别。实时监控卫星通信传输的视音频资源,可以侦测跟踪可视目标,如人员、物体、车辆、行为、烟火烟雾等,支持视频摘要、视频压缩、视频检索识别等多种功能,其应用组网如图2-2所示。 图2-2 智能视频识别组网图 2.抗误码技术在卫星通信的应用 鉴于卫星通信传输链路复杂、受外界干扰较大的特点,可采用帧内刷新、差错隐匿、自适应编码等算法,优化码流结构、GOP 长度,针对无线链路进行优化,针对信号中断后瞬时恢复的视频效果进行处理,保证视频图像没有或较少马赛克出现,提供良好的使用感受。 (1)差错隐匿。首先在编码端,加入帧间预测的冗余信息,然后利用基本层的运动信息、残差信息等进行采样,得到增强层可以进行重建的编码信息,增强层利用采集到的运动信息在编码环路中进行相应的运动补偿操作,将采集到的残差信息作为增强层残差与运动补偿得到的预测块信息相加,得到错误隐藏信息,最后根据冗余信息,对错误隐藏信息进行重建修复,从而恢复出正常的视频流。 (2)帧内刷新。在 P 帧或者 B 帧内对宏块强制性地进行帧内预测模式编码,使用相对较少码流的同时能部分抑制错误的扩散,从而提高重建图像的信噪比,提高传输系统的鲁棒性,采用均衡码率控制算法,码率波动小,视频码流传输稳定,有效地避免码率波动过大对视频主观质量的影响。 三、卫星通信在大数据时代的应用 1.大数据技术在卫星通信的应用 随着互联网和大数据时代的到来,以往传统的卫星通信行业受到了很大的冲击,大数据将会给卫星通信行业创造更好的未来,对现如今的通信行业也会产生很大的影响。但是如何在实际应用过程中将卫星通信系统和大数据技术进行有效的融合,并将其作用发挥至最大成了一个有待研究的问题。卫星通信传输具有覆盖面积广且传输距离远等多种特点,所以我们可以充分利用这一点,有效结合地面终端组成一个非常庞大的数据采集系统,这样可以更好地保证对数据的及时快速传输。除此之外,充分利用大数据技术还可以对卫星通信过程中产生的各种数据信息进行有效地收集、整理与分析,大大提高了对资源的利用率。在对大数据进行实际应用过程中,其可以根据关键词或者

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