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通信标准与规范范文1
警用数字集群 PDT系统互联 统一网管
Brief Analysis on Nationwide Interconnection and
Unified Network Management of PDT System
ZHENG Zhen-xin
With the large-scale construction and deployment of Police Digital Trunking （PDT） system in some provinces of China， system interconnection and integrated network management becomes imperative. According to the requirement of PDT standard， the interconnection and management between PDT systems were analyzed. In addition， the functions of PDT system interconnection to command and dispatch of public security departments were discussed.
police digital trunking （PDT） PDT system interconnection united network management
1 引言
警用数字集群（PDT）标准是公安部自主研发的技术标准，具有大区制、广覆盖、低成本、可从模拟向数字平滑过渡、采用国产密码算法加密、拥有自主知识产权、不同厂家系统互联互通的特点和优势。2013年4月，公安部正式GA/T 1056-2013《警用数字集群（PDT）通信系统总体技术规范》等4个标准文件，标志着PDT标准已经成熟。
2 PDT系统建设现状
目前，一些省市公安部门采用PDT技术标准相继建设了专用无线通信系统，掀起了一阵无线通信数字化建设的浪潮，已建成的PDT系统实现了规模化实战应用并取得了良好的效果，如黑龙江、新疆、内蒙古、重庆、江苏、浙江等省的一些城市。
在过去的十几年中，350兆MPT1327模拟集群通信系统是各地公安无线通信指挥调度的主要手段，随着警务工作需求的发展，模拟集群系统的不足逐渐显现出来。除了表现出系统用户容量不足、频率利用率低、语音质量差、业务没有加密、数据业务能力不足等问题外，模拟集群系统在系统互联和网络管理方面也存在不足。
首先，模拟集群系统的互联标准推出比较晚，并且未得到很好的贯彻执行，已经建设的模拟集群系统无法实现不同厂家之间的系统互联。其次，模拟集群系统没有统一的网管互联标准。公安部、省厅对全国、全省系统及终端设备运转情况的了解只能停留在人工填写报表的层面。
警用数字集群（PDT）标准规定了数字系统的具体业务，系统间详细的可满足全国联网需求的互联接口规范，系统便于与指挥调度系统、PGIS系统实现对接应用的二次开发接口，安全可靠地国产加密算法，现有模拟系统的模数平滑过渡以及数字系统未来宽带的演进方案等。
在PDT标准体系中还包括网管标准，旨在建立全国的网管体系。早在2012年，公安部就制定了在全国建立PDT部、省、市三级网管的工作任务，制定了《警用数字集群通信系统网管接口技术规范（送审稿）》。并于2014年初，正式启动了部省级网管试点项目，目前该项目已经在试运行中，取代了以前的台账式管理模式，对全国的频点、设备、系统建设起到了统一规划指导的作用。
根据公安部《全国公安装备建设“十二五”规划》、《公安部“十二五”期间重点项目任务书》和《350兆警用数字集群（PDT）系统建设任务书》的要求，在“十二五”末基本建成PDT系统全国联网、统一网管的公安数字应急指挥通信专网，建立健全统一指挥、反应灵敏、协调有序、高效畅通的公安无线通信指挥机制，为各级公安机关和政府应急联动部门提供全方位、全天候、全过程的无线通信保障服务，以满足新形势下公安日常警务、处突维稳、反恐防暴、抢险救灾、大型安保和重要警卫任务对无线通信指挥调度的新要求。
根据公安部对PDT系统建设的总体要求和全国各地PDT的建设规模和进度，PDT系统互联和网管互联方面的建设是今后这几年PDT系统建设的重要工作。
3 PDT系统联网的技术分析
PDT系统的联网建设包括2个方面，一方面是指PDT系统之间的互联，完成终端在不同地市的系统之间漫游、跨网语音调度、跨网数据调度、跨网GPS定位、漫游终端遥晕/复活、遥毙等功能;另一方面是将不同地市的PDT的网络管理子系统按照部、省、市三级联网，实现对整个网络的统一管理、监控和配置。两者相辅相成，确保PDT系统联网后的网络正常运行，满足各地公安部门在全国范围内的指挥调度需求，也便于公安部和各省信通部门对PDT网络规划建设进行科学地指导。
3.1 系统的互联
根据《警用数字集群（PDT）通信系统总体技术规范》的要求，警用数字集群（PDT）通信系统的互联采用以系统（市）为单位的完全对等的平面互联架构，为满足“部”、“省”、“地（州）”、“县”多级网络管理需求，将扁平状的IP网分为虚拟的多级互联管理系统。图1所示为完全对等的平面互联架构。
图1 全国PDT系统互联架构
终端可以在各省、市系统间根据部、省、市三级管理架构的漫游管理策略实现跨网络漫游、跨系统呼叫等全国范围内的通信指挥调度。
如图1所示的平面架构中，每个PDT系统利用公安IP网实现平面互联，在每个系统中应缓存已成功联网的其他系统IP地址和系统台号的对照表，未知的其它系统IP地址可以从上级的IP解析中心（DNS服务器）获取，获取IP地址后，应存储于本地，在IP地址变更之前，无需每次都向DNS服务器查询IP地址，以减少对IP解析中心的依赖及不必要的网络流量。
PDT系统间互联控制使用pSIP协议，用于移动管理、呼叫控制和网络维护等。PDT系统间互联语音使用RTP协议，其中PDT系统具备透传带信道编码的空口语音信息能力。
在每个省、自治区、直辖市配置一个IP解析中心（类似DNS服务器），负责解析本省、自治区、直辖市所有互联的PDT系统交换控制中心IP地址，公安部设置一个IP解析中心，负责解析全国各省之间跨省的IP解析。为了保证网络建设过程中新加设备或者设备IP地址修改后能够正确连接，需要协助联网中跨地市业务的IP地址查询。各省统一规划本省PDT系统IP地址，实现市内跨区县以及跨省市PDT系统互联业务的有效运作。
公安部的IP解析中心存储全国各联网PDT系统交换中心的IP地址，当各省有新增PDT系统时：1）新增的交换控制中心IP地址应在归属省级IP解析中心注册（或更新）IP/系统台号对应关系;2）省级IP解析中心向公安部IP解析中心注册新增（或更新）IP/系统台号对应关系;3）公安部IP解析中心获取最新IP/系统台号对应关系后，再向各省复制分发。
以江苏省为例说明，全省公安350兆数字集群（PDT）通信网在省公安厅PDT核心网配置一套IP解析中心，组网结构如图2所示：
图2 全国IP解析中心组网示意图
3.2 网管互联
根据《警用数字集群（PDT）通信系统总体技术规范》和《警用数字集群通信系统网管接口技术规范（送审稿）》要求，全国网管系统由部、省（直辖市、自治区）、市（区县）三级组成，由上至下分别为部级网管系统、省级网管系统和市级网管系统，如图3所示：
图3 全国网管系统组网架构
市级网管中心是市、县本地网管的统称，属于系统网管，与PDT通信系统设备直接相关，每个厂家的市级网管都有差异;公安部网管中心和省级网管中心属于中心网管，不与PDT通信系统设备直接相关。
部级网管中心实现对全国PDT网络的实时监控、检测和管理以及跨省用户的权限管理。省级网管中心实现对本省PDT网管的实时监控、测试和管理以及跨地市用户的权限管理;地市级网管中心建立在本地系统的移动交换中心（MSO）内，负责配置本地交换中心内以及下辖的基站的系统参数、频率参数和用户参数以及管理和维护。
3.3 全国联网
结合PDT系统互联和网管互联的方案，PDT全国联网实现统一的调度和网络管理，以省为单位说明，互联的逻辑示意图如图4所示。每个系统以及对应的厂家网管按照上述规范文件提供的接口进行互联，提供IP地址、系统台号即可。
在省厅建设联网中心，包括调度系统和省级网管系统。省级联网中心与下属各个地市的PDT交换中心和网管中心进行互联，形成全省联网。
以省为单位的PDT系统互联后，在省厅的联网中心对全省的PDT系统进行管理、配置、监控。终端可以在各个地市系统之间漫游，也可以对其他地市的终端发起呼叫。省厅的指挥中心对全省的警力资源进行统一的指挥调度，包括对本地用户或者漫游用户定位、发送文本信息等，如图5所示：
图5 全省PDT系统联网的指挥调度
全省PDT系统互联后，各个厂家系统的市级网管和省级网管进行互联，并连接公安部的网管，组成全国的网管互联，组网示意图如图6所示：
图6 全国PDT系统网管联网示意图
4 PDT系统联网后的功能
（1）基本业务
通常情况下，在每个PDT系统下开户的用户会在各自的系统内入网进行业务呼叫，当系统互联后，终端可自由地在不同系统内实现漫游，即在不同的城市之间漫游，也可以在本地市对其他地市的终端发起呼叫。同样公安部或者各地公安厅可以对任何地市的终端发起呼叫。以新疆为例，全疆四万多部终端可以在全疆任意地州系统内入网或者漫游，当警员要到其他地市（州）执行任务时，该警员无需再单独配置当地的终端，而是直接用自己的终端漫游到该地，发起呼叫，和当地的警员协同工作，实现常用的、基本的业务功能，如组呼、单呼、语音通话、身份码识别、文本短消息等。
PDT系统的联网可以为公安、武警等各个警种协同作战中的大型安保、重要警卫等任务提供十分便捷的通信指挥调度服务，这种服务是全方位、全天候、全过程的无线通信保障服务。
（2）安全业务
PDT系统联网后，终端可以自由在每个地市之间入网或者漫游，但是如果有非法终端“冒名顶替”进入到其他地市是不能入网的，或者合法终端在漫游其他地市后出现丢失，也不会失去控制。
PDT系统互联后的安全管理和一个系统内的安全功能一样，也具备鉴权、遥晕、复活、遥毙等功能。如A市开户的终端漫游到B市执行任务，在执行任务期间，终端不小心被丢失，为了安全起见，A市或者B市甚至公安厅的管理终端都可以将其遥晕，甚至遥毙。
这类安全业务给系统互联增加了一层安全保障，这意味着终端在开户所在地市内受到安全保护，即使漫游出去了也能被系统安全保护着。这进一步地说明系统联网后，业务更加丰富，安全也能达到保障。
（3）定位功能
警用卫星定位系统，是全国公安装备建设“十二五”
规划重点建设项目之一。北斗卫星导航应用工作已列入《全国公安机关“十二五”科技强警工作规划》和《“十二五”社会公共安全领域科技创新规划》。依托于公安350兆数字集群（PDT）系统和终端的北斗卫星定位应用是警员、车辆和船舶实现位置信息实时采集最安全、最高效和最经济的手段。
对周边的区域移动用户进行定位应用，不仅仅是对一个单一的PDT系统，即一个地市范围内的要求，也是对多个PDT系统联网的要求，即在全国范围内对指定的终端进行定位。
每个地市一般情况下都有自己的指挥中心，通常情况下，在指挥中心可以对本系统内的用户进行定位。但是如果警员到其他城市执行任务，终端漫游到该城市的PDT系统，那么对方城市的指挥中心也可以对该漫游的终端进行定位。
（4）网络管理的策略配置
上述功能都是系统互联后，指挥中心、无线终端能够实现的基本语音通话、警情命令、用户定位等功能，但同时也需要省厅网管对下级网管进行统一的策略管理和设置，语音调度才能达到预期的效果。如对省级组的呼叫范围进行设置、对漫游组的呼叫范围进行设置，甚至是权限管理。如图7所示是对漫游用户的权限配置。
（5）网络管理的运行统计
PDT系统联网后，省厅的联网中心对全省，或者公安部网管中心对全国的PDT系统可以进行运行状况统计。这包括系统资源数量统计、话务统计、链路信息统计、故障信息统计等。如图8所示是对链路信息进行统计。
（6）网络管理的综合分析
PDT系统投入使用后，信道资源是否满足、呼叫排队时间会不会过长、呼损率是否正常等。这些数据需要通过网络管理系统进行获取，通过PDT统一网络管理系统，可以对全省甚至全国的PDT系统的相关指标进行统计分析，如果指标不合理再考虑如何优化。如图9所示是对系统网优分析参数进行配置。
5 PDT系统联网的案例
以新疆为例，目前新疆北部八地州以及乌鲁木齐的PDT系统完成互联，实现了语音和数据的互联互通，并且和新疆南部六地州的PDT系统也实现了互联，表示不同厂家的PDT系统按照PDT标准规定的接口已经实现了全疆PDT系统的互联互通，便于公安厅对全疆的所有警力资源进行调度，终端可以在任何一个地州进行入网或者漫游登记。
除了跨区语音调度外，系统互联的业务还包括公安厅的网络管理。全疆PDT系统的网管互联后，新疆自治区公安厅管理部门能直接对全疆PDT系统的频点、资源进行管理，能够监控全疆系统的运行状态等。另外，自治区公安厅的网管将来可以直接与公安部的网管中心系统进行互联，完成全国网管的互联。
除了新疆外，公安部建设了一套2个不同厂家的PDT系统互联项目。这个项目是由公安部主导，作为全国数字集群系统建设示范来检验不同厂家产品的互联性能。这是一个互联功能最全面的异形系统互联项目，这意味着2个不同厂家的系统，按照PDT系统互联标准接口完全可以实现系统互联的全部功能。
除了新疆、公安部的PDT互联项目外，今年很多省、直辖市、自治区开始启动PDT系统互联和网管互联工作。相信在不久的将来，按照PDT标准，全国各地建设的PDT系统完全能够实现互联，达到全国联网、统一网管的目标。
6 结束语
全国的PDT系统一旦实现了全面联网，建成了PDT系统全国联网、统一网管的公安数字应急指挥通信专网，也将会为警用数字集群（PDT）系统的下一步技术演进夯实基础。当LTE宽带集群的标准和产品成熟后，按照宽窄带融合的方案，一方面能继续发挥PDT窄带集群的语音优势，另外一方面能充分发挥LTE宽带集群的优势来弥补窄带集群在大数据和视频传输上能力的不足。为各级公安机关和政府应急联动部门提供全方位、全天候、全过程的无线通信保障服务，真正实现“听得见”、“看得到”、“看得清”的调度指挥目标。
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通信标准与规范范文2
【关键词】IEEE802.15.4 保障时隙 时延 数据包到达速率 最大突发值
[Abstract] To accurately evaluate GTS real time transmission performance， guarantee real time transmission， the paper briefly introduced the GTS mechanism in IEEE 802.15.4 protocol， built the mathematical model and the simulation model of GTS mechanism， and analyzed the impact of Superframe Order on the GTS delay bound under different network conditions. Results showed that with low arrival rates and low burst size， low superframe order was suitable for providing low delay bounds. However， if the burst size is relatively high， superframe order SO=2 is better for providing timeliness guarantees.
[Key words]IEEE802.15.4 guaranteed time slot delay packet arrival rate maximum burst value
1 引言
IEEE802.15.4标准是一个新兴的无线通讯协议，是IEEE组织针对LR-WPAN（Low-Rate Wireless Personal Area Network，低速率无线个人区域网）制定的无线通信标准[1]。该标准以低速率传输、低能耗、低成本为出发点，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间的低速互连提供统一标准[2]。由于该标准定义的LR-WPAN网络的特征与无线传感器网络有许多相似之处，故很多研究机构和公司把IEEE802.15.4标准作为无线传感器网络的物理层和媒体接入控制MAC层的通信标准[2]。
IEEE802.15.4标准定义了物理层和媒体接入控制MAC层[3]，IEEE802.15.4协议支持信标使能模式（Beacon Mode）和非信标使能模式（non-Beacon Mode）[4]。在非信标使能模式下，网络中不会周期性地产生信标帧，网络中所有节点都通过非时隙CSMA-CA协议接入信道，适合较大数据的传输，具有良好的自组织性。然而，非信标使能模式不能保证数据帧的实时传输。信标使能模式则可完成对实时性要求较高的数据的传输，在此模式下，通过调度超级帧中的保障时隙（Guaranteed Time Slot）提供可预测的最低服务保证，通过对GTS的评估分析，可以预测该网络最差的实时性能。
本文基于网络演算原理，提供一种评估IEEE802.15.4
网络中GTS实时传输性能的方法。这里提出两个GTS调度的服务曲线模型，并推导出了相应的时延阈值和工作周期，另外还分析了IEEE802.15.4参数对时延界限的影响。
2 IEEE802.15.4MAC协议
IEEE802.15.4标准定义了物理层和MAC层[1]。在该标准的物理层中，定义了网络的物理信道、调制方式、扩频方式等，其功能是激活和关闭无线发送器、能量检测、链路质量指示、选择信道、空闲信道评估以及通过物理信道发送和接收数据帧[4]。MAC层的主要功能是规范信道访问的方式，通过一定的共享机制使网络中的节点能有序平等地访问物理信道。
IEEE802.15.4标准的MAC协议主要有两种通信模式：信标使能模式和非信标使能模式。非信标使能模式主要为非实时数据提供公平的无线信道的接入，即非时隙CSMA-CA协议；信标使能模式的信道访问方式分为两种：基于冲突退避机制的时隙CSMA-CA协议和针对低时延应用传输的GTS（Guaranteed Time Slot，保障时隙）机制[5]。
在IEEE802.15.4的MAC协议中，引入了超帧结构（Superframe Structure）的概念[6]。系统在信标使能模式下使用超帧结构，实现协调器和设备之间的时间同步、PAN（Personal Area Network，个人局域网）协调器的识别以及设备之间的通信。图1为超帧结构示意图。
超帧由PAN协调器发出的相邻两个信标以及其中的时隙组成，分为活跃期和不活跃期两个部分。活跃期被划分为16个等长的时隙，在活跃期，PAN中的设备进行帧的传输[7]。在非活跃期，PAN中所有节点进入休眠状态，停止通信以达到节省能量的目的。
BI（Beacon Interval，超帧长度）和SD（Superframe Duration，超帧活跃期长度）由两个参数来确定：BO（Beacon Order，信标参数）和SO（Superframe Order，超帧参数），BO决定超帧的长度，SO决定超帧中活跃期的长度[4]。对BI和SD的定义如下：
Duration为超级帧的最小长度，即SO=0时对应的超级帧长度，IEEE802.15.4标准中规定其长度为960个符号[7]。
超帧的活跃期分为三个时段：信标发送时段、CAP（Contention Access Period，竞争访问时段）和CFP（Contention Free Period，非竞争访问时段）[8]。通常情况下，节点采用超帧CAP时段内的时隙CSMA-CA机制竞争接入信道。对于一些时间敏感的应用，节点可以请求PAN协调器启用CFP时段进行帧传输，PAN协调器收到请求后通常是以FCFS（First Come First Served，先来先服务）的方式分配各节点预约的保障时隙GTS，各节点可以通过分配的保障时隙来进行数据帧的快速传输，一个超帧最大支持7个保障时隙[7]。
3 IEEE802.15.4网络中GTS调度的时延边界分析
3.1 （b， r）模型的分析
在信标使能模式下，PAN协调器范围内的每个传感器节点都会运行相应应用并产生数据流。每个数据流都有一个关于到达数据的累积函数R（t），其上限由线性到达曲线α（t）=b+r・t界定，b为最大突发值，r为数据平均到达率，如图2所示。这个模型叫做（b， r）模型，该模型适用于周期性的数据业务[9]。
4 时延界限的仿真分析
通过计算机仿真对IEEE802.15.4协议的时延性能进行分析，并将仿真结果与数学模型分析结果进行对比分析。图5为基于IEEE802.15.4协议传感器网络的传感器仿真模型，仿真拓扑结构为由PAN协调器和终端设备构成的星型网络，主要仿真参数如表1所示。仿真节点模型主要由4个部分构成：物理层、MAC层、应用层、电源模块。物理层包括无线发送器和无线接收器，传输功率为1 mW。MAC层主要为时隙CSMA/CA和GTS两个传输机制，来自物理层的数据信息会先存储在缓存器中，当收到GTS调度指令后再传输到网络。应用层主要包含两个信源和一个信宿，信源分别为普通信源和GTS信源。电源模块的功能是计算节点的能耗及节点的电量。
图6为模型内单个GTS调度的保障带宽，当SO为0和1时，GTS保障带宽要比其他情况的保障带宽低，这是由于SO较小时对应时隙的时间太短无法发送大量数据。
图7为工作周期DC=1、平均到达率为5 kbps时，不同最大突发值b对应的时延界限曲线。根据等式（15）、等式（16）和等式（17）可知，时延边界由保证带宽R和信标间隔BI决定。
当最大突发值b较小即b=0.5， 1 kbit时，时延界限随着超帧指数SO的增长而不断变大，时延界限在SO=0时取最小值。这是由于在b较小时保证带宽R对时延界限大小影响较小，时延界限主要由时延（BI-TS）决定。
当最大突发值b相对较大即b=2， 4， 7， 10 kbit，且SO=0， 1， 2时，时延界限随着SO的增加而递减，在SO=2处时延界限取得最小值；SO=3， 4， 5， 6时，时延界限随着超帧指数SO的增长而递增。这是由于b增大后时延界限除由（BI-TS）决定外，还由保障带宽R决定，保障带宽与时延界限呈负相关关系。
由上可知，对于低数据传输速率、低最大突发值的普通无线传感器网络应用，超帧指数SO取0时，吞吐量和保障带宽相对较低，但能最大限度地减少系统时延，保证实时传输。对于最大突发值较大的应用，超帧指数SO取2时，能更好地保证实时传输。
5 结论
本文提出了一种针对IEEE802.15.4的GTS传输机制的分析方法，通过使用网络演算建立了一个GTS调度服务曲线的数学模型，推导出GTS调度的时延界限，并对信标指数BO和超帧指数SO对于时延界限的影响进行了分析。
对于那些低数据到达率、低最大突发值的无线传感器网络应用来说，其超帧指数越低，系统相应的时延界限就越小，但是同时较低的超帧指数也会降低GTS的带宽和吞吐量；对于最大突发值较大的应用，超帧指数SO取2时，系统的时延界限最小，且此时系统的GTS带宽和吞吐量也会相应提高，能更好地保证实时传输。
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通信标准与规范范文3
UWB是一种高带宽(480～1320Mb／s)的短程(10～50m)无线传输技术，最初只作为一种军事技术，直至1994年美国军方解除限制后才开始发展其商业用途。本文将讨论如何使用系统级芯片和极少的外设部件来实现UWB无线链路。
双向无线对等传送网络
早期UWB芯片组的目标是在主流PC中替代UsB电缆。采用这类芯片组，只需少量部件就可构建无线USB，但却很难用于其他嵌入系统。通过绕经USB协议实现通信会产生额外的迟滞，而这对需要完成同步加工生产的工业自动化设备来说是致命的。传输大量的数据(高清视频信号)要求与UWB媒体访问层直接快速接口，而之前提及的MAC-IP就是通过AHB直接利访问系统总线，不需绕过USB协议进行。
任何设备都可启动通信通道，连接网络中另一设备。连接嵌入系统常常需要建立一个网络。在该网络中，所有成员享有相同的权利，并可以任何方向在设备间传输数据。本文讨论的架构中便容许建立一个实现双向数据传输的媒体访问层。
UWB MAC支持两种通道访问方式。一种是以太网络协议采用的载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access with Collision，CSMA)通道访问方式，该方式可实现较短的访问迟滞，但不保障数据吞吐量。第二种为带有可保留时隙的时分多址(Time Division Multiplexing，TDMA)方式，该方式非常适合那些要求保障数据吞吐量的应用(视频传输)。
某些数据传输(如高清视频)要求确保400Mb／s的数据传输速率，而这是传统技术无法实现的。
超宽带无线技术
在传统无线技术采用的无线访问机制，吞吐量随通道占用情况而改变。这样，其他接收设备可能会暂时降低带宽。而在UWB技术中，收发期间通道则可一直保留。
UWB技术协议开销相当小，而这一点对减小传输延迟非常重要。由于信息分布在128个子载波上，因此可建立非常稳健的无线通道。下面将探讨更多的优势和细节。
1 USB无线通信层
与现在成熟应用的无线传输技术(女NWLAN)不同，UWB每个通道占用528MHz频带；而WLAN通道频带最大只有20MHz。三个528MHz的频带构成一个频带群。uwB的整个频率范围为3.1～10.6GHz，分成5个频带群。目前已有工作在频带群1和3的先进的双频带收发器。
WiMedia-U WB采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexmg，OFDM)调制技术。每个528MHz频带分为128个子载波；每个子载波的波峰处于相邻子载波的零点(见图2)。这也是“正交”名称的由来。承载信息被分配在128个子载波中，每个528MHz通道的最大速率为480Mb／s。
由于子载波分布在528MHz的大带宽范围，因此就可使发送功率降得很低，如低至37μw(相比而言，WLAN发送功率则高于300mW)。528MHz的信息发送宽带和非常低的发送功率，使得UWB易于与其他无线频率应用共存。
尽管发送功率仅为37μw，但其传输距离却达到10m，并可轻松穿过25cm砖墙。
2 媒体访问控制层
UWB无线通信层负责射频(RF)处理，而媒体访问控制层则负责管理UWB网络和控制无线通信状态。当数’个UWB设备相距很近时，它们就构成所谓的点对点Ad Hoe网络。Ad Hoc网络不是一个预先规划好的网络，而是由相距很近的参与设备构建，参与设备可酌情加入和退出。
如图3所示为由三个UWB设备构建的一个Ad Hoc网络。其中，设备A对设备c来说是不可见的。设备A(图中左边的设备)即便不能“听”到设备c，也有可能知道设备C的存在及其所占用的时隙，因为其可通过所谓的“信标”(beacon)来了解设备c。信标保存了邻近设备的信息，因而设备可以彼此了解。在能够相互接收信息的所有设备之间，可能在任何方向直接传输数据。
UWB采用时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)方式，即按照时隙和帧来组织传输。UWB传输时隙组合构成超帧(见图4)。超帧分为信标段(BP)和数据传输段(DTP)。信标及有效数据占据超帧的256个媒体访问时隙，一个媒体访问时隙持续256μs，一个超帧持续65.5m s。所有能相互“听”到的网络成员都通过收听到的信标来与超帧同步。信标中的信息可视为网络成员的通信通道。
3 采用信标和TDMA技术节能
由于按时隙组织通道，因此并不需要每个设备每时每刻都在接收和发送数据。一个设备每次只需被唤醒65.5ms收听信标；如果该设备没有任何任务，将重新返回睡眠状态。这类似于手机延长电池寿命的睡眠模式。
4 无竞争大频带与通道访问
UWB的无线接口很像电缆。如果有几个通信参与者而通道又有限，就必须对访问权限进行管理。打算发送信息到某一通道的设备需要确定该通道是否已被别的设备占用。如果发现该通道空闲，就发送信息。当然，有可能两个设备同时在收听该通道，都发现它是空闲的，并同时向其发送信息，这就是所谓的“碰撞”。发生“碰撞”时，设备将尝试稍后再访问通道。这期间，每个设备在重试前都等待一个随机时长。优先级较高的设备可能比优先级较低的设备先进行重试。这种“竞争访问”机制是20世纪70年代随以太网发明的，也常用于WLAN。显然，如果要以最低延迟无中断地传输一段视频流，这种方法就行不通了。为确保能无中断地传输视频流，UWB采用了分布式驻留协议(DRP)。由于UWB基于TDMA，为保障与另一设备通信，网络成员可保留一些固定的时隙(媒体访问时隙)。保留通道占用时隙的相关信息在信标时段传送。如果某一时隙被标记为“硬保留”，任何第三方都不可占用该时隙。这是保障视频传输要求的确定性数据传输速率所必须的。
除DRP访问机制外，UwB还可使用“优先排序竞争访问”机制。
实施方案
图5所示为使用爱特梅尔公司CAP可定制微控制器实现uwB-MAC的例子。该系统级芯片(soC)利用Atmel微控制器外设，如uSB主机和设备、以太网MAC和外部存储控制器。这些设备可通过多层高级主机总线(Advanced Host Bus，AHB)与UWB-MAC高速交换数据，并借助ARM外设总线(Advanced Host Bus，APB)控制数据。
uwB物理层(UwB PHY)可以是Wionics Research公司的RTU7012双频，物理层(Duai Band PHY)，该物理层符合WiMedia PHY 1.1和PHY 1.2技术规范，可在UWB频带群1和3中工作。
1 低延迟UWB媒体访问控制器
UWB标准的许多参数都由微控制器固件来控制。这样，在需要增添其他高层协议如无线USB时，无须任何硬件修改。使用固件实施方案，还可降低规范变更的风险，并提高了灵活性。
MAC可在UWB设备间按任何方向传输任何数据。例如，一个无线发送视频信号的应用，来自数字视频接口的数据通过AHB传送到与外部总线接口(External Bus Interface，EBI)连接的SDRAM。该sDRAM用作一个视频中间缓冲器(见图6)。MAC从该SDRAM提取视频数据，并将其传送到UWB网络以完成传输。在相反的方向上，则将UWB物理层接收到的数据传送到SDRAM。
在UWB网络和SDRAM之间传输数据时，MAC用作AHB总线，无须处理器核进行干预。这意味着处理器不会被数据传输任务占用，因而可用于控制后续UWB超帧的MAc设置。在这种架构下，任何AHB总线设备都可成为数据传输的目标或源，无论是传送到UWB-MAC，还是从UWB-MAC传出。对于UWB无线模块的接口，UWB-MAC采用WiMedia ECMA369 MAC-PHY接口标准。
2 集成在可定制应用处理器中的UWB-MAC和控制器外设
嵌入系统的其他必备部件包括用于电池管理的A／D转换器和脉宽调控器(PWM)。为将所有部件集成到SoC芯片中，并降低这种电池供电设备的功耗，选择标准的ASIC器件显然比较适合这类嵌入应用。
如果预计产量太低，不足以分担采用标准ASIC的开发成本，而功耗和成本又不允许采用FPGA，爱特梅尔公司的CAP可定制应用处理器显然就是最合适的选择(见图7)。这款基于ARM技术的微控制器具备所有常用的外设和标准Atmel ARM微控制器的软件驱动程序，外加实现用户定制功能的金属可编程逻辑区域，可在CAP金属可编程区域实现UWB-MAC和其他定制IP核，类似于门阵列。该微控制器的其他标准外设如外部总线接口(EBI)，可用于控制SDRAM，可以避免增添内存控制器的技术风险和成本。
为便于UWB应用开发，爱特梅尔公司提供一款CAP UWB评测工具套件(见图8)。cAP9器件的固定部分是一个标准的微控制器，该微控制器与一个用于仿真金属可编程模块的高密度FPGA耦合。用户可以快速配置这款评测工具套件，仿真目前正在开发的设计，在FPGA中实现UWB MAC和其他专用逻辑。在扩展板卡上实现UWB物理层。CAP IJWB评测工具套件与一台运行业界标准ARM开发工具的PC连接，以完成系统开发和调试。这样的开发方式允许软硬件开发并行，从而大幅缩短开发时间。当系统经全面调试后，将UWB MAC和专用逻辑重新映像到CAP的金属可编程模块中，提供了组件数目较少的完整的UWB收发器。这种低成本、中等数量UWB解决方案非常适合嵌入式系统开发。
3 在控制器软件中实现的无线USB协议
采用UWB-MAC和微控制器的USB主机／设备控制器硬件模块，就可实现无线USB主机或设备。
虽然UWB-MAC和USB-MAC／PHY的第1层和第2层是由硬件实现的，但无线USB协议却可以软件形式在第3层实现。
同样，也可在采用无线通信的工业自动化设备中实现以太网到UWB的网桥。
结论
通信标准与规范范文4
【关键词】红外通信; 数据通信
在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外通信则是被采用较多的一种方法。红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，主要应用于近距离的无线数据传输，也有用于近距离无线网络接入。从早期的IRDA规范（115200bps）到ASKIR（1.152Mbps)，再到最新的FASTIR（4Mbps），红外线接口的速度不断提高，使用红外线接口和电脑通信的信息设备也越来越多。红外线接口是使用有方向性的红外线进行通讯，由于它的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以只适合于短距离无线通讯的场合，进行"点对点"的直线数据传输，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。
1 红外通信的基本原理
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。
简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
2 红外通讯技术的特点
红外通讯技术是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持：①通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发;②主要是用来取代点对点的线缆连接；③新的通讯标准兼容早期的通讯标准；④小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；⑤传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经。
3 红外数据通讯技术的用途
红外通讯技术常被应用在下列设备中： ①笔记本电脑、台式电脑和手持电脑；②打印机、键盘鼠标等计算机设备；③电话机、移动电话、寻呼机；④数码相机、计算器、游戏机、机顶盒、手表；⑤工业设备和医疗设备；⑥网络接入设备，如调制解调器。
4 红外数据通讯技术的缺点
①通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断;②目前广泛使用的SIR标准通讯速率较低（115.2kbit/s）; ③红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。
通信标准与规范范文5
NFC工作在13.56MHz频率，通信距离一般为几厘米，通常将非接触式通信卡(FeliCa、MIFARE或ISO 14443A／B卡)、非接触式读取器和点对点通信等多种功能集成于芯片中。NFC技术最早由恩智浦半导体与索尼公司在2003年联合开发完成。利用该技术，消费者只需简单地将两个设备相互靠近即可安全交换与储存各种信息。另外，NFC还能自动配置和启用无线连接，例如蓝牙或Wi-Fi，增加设备通信距离，提高数据传输速率。NFC的简单、安全特性，使它成为手机支付的理想技术。
作为NFC Forum的发起厂商，思智浦半导体在2009年推出了PN544NFC控制器，该芯片基于欧洲电信标准协会(ETSI)制定的最新NFC规范，能带给手机用户一系列新的非接触式应用，例如移动支付、交通和大型活动票务以及直接从手机SIM(用户识别模块)卡进行数据共享等，从而改善用户的在途体验。意法半导体也在2008年推出了全集成NFC解决方案ST21NFCA，集成了实现一个完整的NFC系统所需的全部软硬件，包括支持NFC超短距离和短距离通信标准。
在手机供应商中，诺基亚率先推出了NFC手机，其在2009年面向中国市场推出的NFC手机诺基亚6216Classic首次将NFC技术集成于手机SIM卡中，优点在于可以由运营商捆绑提供服务，当用户使用手机支付金额可以直接算入话费，在查询及结算方面更加的简单和便捷。
除了工作在13.56MHz频率的NFC技术，手机支付还有采用2.4GHz射频技术。
仅有具有支付能力的手机还不能享受便捷的手机支付，还需要运营商和银行的联合。以手机支付很普遍的日本为例，在日本，手机就是钱包，大大小小的品牌商店几乎都支持NFC手机支付，即便是街头的自动售货机，也可以在传感器上刷一下手机，就能完成购物支付。而费用的支付也很方便，分预付费和后付费两种用户，如果是后付费用户，消费就像信用卡一样记录到用户的账单；如果是预付费用户，那么可以在银行ATM上充值，只需要把手机拿到ATM的传感器上刷一下就可以充值。
通信标准与规范范文6
关键词: 电能量采集终端;数字电能表;IEC 61850标准;对象建模
0 引言
电能量的数字化采集和监视是数字化变电站技术的重要功能部分,是这一技术的发展的重点[1]。为数字化变电站技术提供了硬件支撑。本文研究基于变电站网络通信标准IEC 61850展开,实现新型数字电能量采集终端的建模和产品研制。考虑此标准还未完全实现覆盖电能量的数据要求,因此首先根据标准的可扩展原则和电能量的数据特点建立信息模型,再根据当前电能量数据的使用特点,研究适用的通信模型。
1 电能量数字化采集和监控
1.1 数字电能表
为实现数字化的监控功能,数字电能表需完成电能量的数据采集和监控需求,实现应用数据的测量和记录功能和自身故障的告警。同时,为实现标准化数据通信,数字电能表还应提供符合标准要求的通信协议规范和以太网接口。
1.2 电子电能表
一般变电站使用可提供基于串口方式通信协议的常规电子式电能表,可实现电能的分时计量,并通过一定的接口传输数据。
1.3 电能量数据采集终端
为实现场站化应用,数字化电能量采集终端应具有下述几点功能:可实现传统电子电能表的与其他数字化部分通信,通信协议应当基于IEC 61850标准;可兼容现有电能量采集、监控系统,实现与主站的数据通信并;可对自身故障、电能表故障进行监视和上报。
根据以上描述,数字化电能量采集终端具有变电站子站的监控功能。常规电能量采集终端只能接入电子电能表,因此电能表需按照传统电力通信协议上送电能数据,主站再根据IEC60870协议调用电能数据。相对于常规的电能量采集终端,数字化电能量采集终端可接入电子电能表和数字式电能表,表现较多优点。
1)可实现电子电能表和数字电能表的接入,并可按照不同的通信协议实现数据的采集。
2)可作为终端电能表的装置,采用IEC 61850标准规定实现与其他数字智能装置通信。实现与现有电量采集与监控系统的兼容,并可与调度侧各类主站的数据通信。
数字化电能量采集终端是特殊的站控单元,具有接口、协议转换功能和智能功能。在当前电能表未实现完全数字化的条件下,可实现传统电能表数据采集,并与其他数字采集传输装置、站控单元的信息交互。
2 信息模型的建立
2.1 采集终端逻辑节点建模
IEC61850规范了包括系统组、保护功能组、自动控制组、监控组及计量和测量组的13个逻辑节点组,共89种逻辑节点。根据扩展性原则,标准中没有规范的某些功能组的专用逻辑节点可由用户进行自定义。
由于电能量采集终端在计费系统中介于主站和电能表之间,主要起到电能量数据采集、处理、存储和转发功能,可传送相应的功能性数据。因此可从从IEC61850标准中选择实现上述功能的逻辑节点,确定分别为测量单元MMXU、计量单元MMTR、过流保护单元PTOC和过压保护单元PTOV。
2.2 数据对象的建模
根据IEC 61850标准,各个具体的逻辑节点必须继承公共节点的数据对象,实现面向对象技术的继承性。因此,子逻辑节点必然继承公共逻辑节点的NamePlt、Beh、Mod和Health等数据对象,实现铭牌工作模式、状态和性能的描述。此外,逻辑节点还需添加外部设备数据对象铭牌EEname和对象状态EEHealth。结合MMXU、MMTR、PTOC和PTOV单元逻辑节点的数据对象组成新的逻辑节点MEEE。
2.3 逻辑设备的建模
逻辑设备由逻辑节点及附加服务组成。根据电能量采集终端在模型中的位置特性,一个终端要监控多个电能表,实现多条电路的电能量信息采集。因电能表划分逻辑设备具有结构清晰的特点且符合IEC 61850的层次结果,可按照电能表个数进行分别命名,其逻辑节点编号对应逻辑设备编号EEMT1、EEMT2……,以此组成电能量采集终端的设备模拟结构,如图1所示。
逻辑设备虚拟实现真实物理设备,因此其应提供代表的物理设备信息或相关设备信息。可知逻辑设备应至少包括三个逻辑对象节点,分别为代表逻辑设备的公共数据的LLN0、代表逻辑节点的公共数据LPDH、描述逻辑设备核心功能的LNs,如图2所示。
3 电能量数据服务模型的实现
因电能表采集数据均为周期性记录数据,周期时间到时,数据被封存并在下个周期开始时清零,因此需要将周期性数据上传。基于IEC61850标准的数字电能表表能够采用报告方式将周期数据即时发给定制方,定制方存储数据以供客户端调用。电能量采集终端收集到周期数据时,也采用报告方式发送到定制方并存储供主站调用。
电能量采集终端与主站、数字式电能表数据交互如图3所示。其中的URCB和LCB分别代表非缓冲报告控制块和日志控制模块。采用IEC61850标准的数据通信通过确定TrgOp、IntgPd、GI三属性的变化实现,如在TrgOp选择intergrity、General-integrity时由客户端设置IntgPd的非零值,实现完整周期报告的发送。
主站获取电能量采集终端数据数据可分为三个类型:对终端数据进行查询及调用;终端主动和上传数据;主站再调用终端数据。为实现对常规电子电能表的兼容,可根据通信协议类型组建相应的数据集;对数字电能表数据的采集,可根据电能表服务功能确定采集终端功能。
4 结语
通过研究IEC61850国际标准,结合对电能量采集终端和数字电能表的分析进行系统建模,建立符合标准的变电站电能量信息传输模型和服务模型。根据此模型建立的电能量采集终端已成功得到了应用,证明模型能够满足数字化变电站通信要求。
参考文献:
