IEEE系统范文（精选11篇）

IEEE系统 第1篇

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时钟同步是分布式网络测试与控制系统中的一项重要指标, 精确时间同步也是测控系统网络通信的核心技术之一。论文详细阐述了IEEE1588协议时钟同步的基本原理, 分析得出其同步精度受到时间标记的精度和传输延迟抖动的影响。为了提高时间同步精度, 论文提出了一种自回归时钟漂移模型, 利用卡尔曼滤波器对主从时钟的时钟偏差、时钟漂移进行估计, 从而对从时钟进行补偿。仿真结果表明, 该方法可以有效地降低时间标记精度对时间同步的影响, 提高了测控系统的时间同步精度。

引言

随着科学技术的不断发展, 通过网络化互联在一起的分布式的测控系统越来越普遍的应用于各行各业之中。保持各终端系统之间时间上的同步, 是保证各系统协同工作, 处理数据正确和信息传输可靠的重要前提, 时间同步的精度也是分布式网络测控系统的重要指标。如何提高时间同步的精度, 已经成为分布式网络系统研究工作者的热门问题。

目前在数据包交换网络中, 广泛使用的网络时钟同步NTP (Network Time Protocol) 可以达到毫秒级的时间精度, 主要用于网络计算机的时间同步, 其精度远远不能满足测控设备仪器对同步时间的要求。针对工业以太网的要求, 2002年发布了IEEE1588精确时钟协议PTP (Precision Time synchronization protocol) 。PTP协议利用以太网以及其他支持多播技术的网路使终端设备同步, 其精度可以达到亚微秒级。PTP协议还可以通过硬件的支持, 实现更高精度的时间同步。然而硬件的添加对于高兼容性的以太网网络系统而言, 制约了IEEE1588网络的发展与应用。

针对PTP的特点, 李学桥、刘建成等引入不对称加权因子, 用一定时间窗内的主从时钟偏差样本的算术平均值来补偿从时钟, 大大降低了传输延时不对称对PTP时间同步精度的影响。叶玲等使用卡尔曼滤波器对无线传感器网路进行时间同步的研究。庄晓燕等利用二阶卡尔曼滤波器加速运动模型的时钟同步算法对PTP算法进行优化, 结果表明卡尔曼滤波器可以显著提高PTP时间同步精度。

本文试将PTP协议用于测控系统网络内, 主要探究标准PTP时间同步精度与授时系统时间戳的延迟抖动和误差之间的量级关系。通过matlab建模仿真, 建立PTP协议模型的观测方程, 并通过kalman滤波器对授时系统时间戳的时钟偏移量 (skew) 以及时钟偏移率进行估计, 消除时间偏移对授时系统的影响, 以提高PTP同步协议在测控系统网络的时间同步的性能。

IEEE1588同步原理

IEEE1588通过交换Sync、Follow_up、Delay_Req以及Delay_Resp共4种报文, 来确定主从设备时钟间的时间偏差及主从之间的网络延迟。具体的同步原理如下:首先, 主时钟节点Master端会向从时钟Slave端周期不间断的发送同步请求报文 (Sync消息) ;由于硬件的延时影响, 主设备必须再发送跟随报文 (Follow消息) , 其中包含Sync消息离开主设备时的时间标记t1。当从设备接受到请求报文后, 会记录下接受同步请求报文的时间标记t2, 当从设备接收到跟随报文时, 会将t1与t2同时打包生成延时请求报文 (Delay_req消息) 。利用同样的方法, 主时钟记录下了Delay_Req的离开时刻t3;并且主时钟获取了Delay_Req到达时间t4, 并将其一并打包通过延时响应报文 (Delay_Resp消息) , 将时间标记信息发给从设备。从设备通过时间标记t1, t2, t3, t4, 以及计算公式, 可以计算出主从设备间时钟的偏差以及网络的传输延时大小, 并调整自身的时钟, 直到与主设备时钟同步, 完成PTP时间同步。具体关系如图1所示。

考虑到主从时钟间的传输延时, 则主从时间偏差与t1, t2, t3, t4之间的关系可以由如下公式表示:

式中:dms表示主时钟到从时钟的延时;dsm表示从时钟到主时钟的时间延时;θ代表主从时间的偏差, n代表第n次时间同步。那么由公式 (1) , 可以求出主从时钟偏差:

在PTP时间同步协议中, 传输时延假定对等 (dms=dsm) , 因此通过t1, t2, t3, t4, 即可得到从时钟偏差值。

主从时钟传输延时则可以表示为:

从原理上可以看出PTP协议的时间同步精度, 主要受到时间标记精度以及时间同步传输延时对称性的影响。通常情况下, 当测控网络系统的数据量较小时, 所产生的延时是稳定的。但是考虑到分布式测控系统网络中, 通信量突发性增加、通信路径的选择以及无线传感器的引入等各种因素, 数据传输延时不会相等。

系统模型

系统模型的建立, 是通过空间模型完成的。空间模型是一种状态向量对动力学系统进行描述的模型, 此方法已经在自动控制、自适应滤波、状态估计及内推等领域得到了广泛的应用。论文对PTP时间同步以及时钟建立了状态空间模型。

时钟模型

测控系统中的本地时钟一般由晶体振荡器产生基准信号, 计数器计数完成时间的计算。因此, 晶振的精度以及计数器计数值的大小决定了本地时间的精度。考虑到实际情况, 完全获取晶振的特性难度极大, 而且在不同环境性下, 也会产生动态特性上的差异。因此需要对时钟进行建模, 通过测量值以及估计值同时对时钟模型进行修正, 提高时钟同步精度。

系统的时钟模型如下:

其中C (t) 代表带有误差的本地时钟, t称为精确时钟, 即在PTP时间同步中主节点时钟, θ0为初始时间偏差, 即初始从时钟时间偏差。由于实际时钟总是会存在一定的偏移, 那偏移率以d C (t) /dt来表示。

由上述关系可以得出从时间偏差以及时钟偏移率的表达式。

若本地时钟存在漂移时, 的取值将不为0, 随着时间的推移, 本地时钟的偏差量将会累积。通常物理时钟会受到温度等因素的影响, 存在时钟偏移率。由于, 温度相对时间属于慢变量, 因此假设在一个较小的时间段内认为α (t) 是恒定保持不变的。因此, 通过, 通过离散化处理, 连续时钟模型 (5) 离散化为时间域上的状态方程。

式中τ[i]表示每次统计的时间间隔, ψθ[n]表示从0时刻至第n时刻时钟偏移误差wθ[i]的累积。将式 (7) 改写成为递推的形式。

根据Hamilton等人的论证, 时钟偏移率的状态, 可以近似用一个AR过程来代替。于是α的递推关系可以表示如下:

式中τ[n]为时间同步周期, 论文选择固定时间周期T。p属于一个接近1的数。wθ是时钟偏移抖动, wα为时钟偏移率抖动, 论文认为其具有独立性, 且均为均值为0的白噪声, 其方差用σθ2和σα2来表示。

观测系统

状态空间建模的另一个核心是观测方程的建模。由PTP时间同步的原理, 可以得出时间偏差的观测方程 (2) 。假设传输延时的不对称抖动满足正态分布时, 时钟偏差观测量θM:

式中vθ表示偏移量的观测噪声, 其方差用σ2θM表示, 主要由3个方面组成主时钟时间标记误差, 从时钟时间标记误差, 以及传输抖动误差σd2。可以用下述公式表示:

系统的偏移率观测方程为:

vαM为系统偏移率观测噪声。其方差为:

由公式 (11) 可知, 时钟偏移观测量与时钟偏移率观测量是相关的, 其协方差为:

卡尔曼滤波模型

使用PTP协议, 计算得到的时钟偏移以及时钟偏移率可以直接用于用于时间的同步。但如果考虑到在实际应用中测量噪声即网络延时的不确定性的影响, 为了提高PTP协议的精度, 则必须对观测量进行滤波处理。论文以时间偏移以及偏移率为状态变量利用卡尔曼滤波技术对状态量进行滤波处理从而达到提高时间同步精度的目的。

系统的状态空间模型可以表示为:

式中状态向量;而观测向量。假设观测量为计算值本身, 由式 (7) 与式 (8) , 可知:

再由式 (15) 可知, 过程噪声表示为;观测噪声表示为。其均满足正态分别满足N (0, Q) 和N (0, R) , 其中:

卡尔曼滤波迭代过程:

仿真研究与结果分析

为了验证本文提出的卡尔曼滤波的时钟同步算法, 在MATLAB软件实现了PTP协议的主从节点之间的时钟同步。分析主从时钟之间, 时钟偏移和时钟偏移率估计误差平均值和标准差的变化趋势。

选取仿真所用的参数如表1实验仿真参数表所示。

为了使仿真实验更加接近于真实情况, 观测噪声σθ2M选取的范围为[10-8, 10-4]。当观测噪声较小时对应的基于硬件的时间标记和较小的传输不对称性;当观测噪声较大时对应的基于软件的时间标记和较大的时间不对称性。仿真结果如图2和图3所示。

由图2可知, 随着观测噪声σθM2的增加, 时钟偏移估计误差均值在包含卡尔曼滤波器以及未包含卡尔曼滤波器的2种算法模式下均呈现出上升趋势, 但包含卡尔曼滤波器的IEEE1588时间同步算法的均值明显小于未包含卡尔曼滤波器的时间同步算法。在观测噪声σθM2很小时, 时钟偏移估计误差均值差别不显著, 一旦时间标记的不确定性即中从设备间的网络延时以及噪声增大, 基于卡尔曼滤波器IEEE1588时间同步算法的优势则十分显著。

由图3, 可以得到类似的结论。随着观测噪声σθM2的增加, 时钟偏移率估计误差均值在2种算法模式下均呈现增加趋势, 但基于卡尔曼滤波器的IEEE1588时间同步算法的均值明显小于传统IEEE1588时间同步算法。

结语

IEEE参考文献格式 第2篇

由于国外期刊参考文献与国内参考文献的格式有很大区别，其中最常用的参考文献为会议论文、书籍、期刊文献，所以特别在此记录说明，方便以后使用。

会议论文(Published Conference Proceedings style)

[1] 作者，“文章名字，”会议名称，地点，年份，页码

[1] S.P.Bingulac, “On the compatibility of adaptive controllers ,” in Proc.4th Annu.Allerton Conf.Circuits and Systems Theory, New York, 1994, pp.8–16.书籍(Book style).[2] 作者，书籍名称，出版地，年份，页码

[2] W.-K.Chen, Linear Networks and Systems Belmont, CA: Wadsworth, 1993, pp.123-135.期刊杂志(Periodical style)

[3] 作者，“文章名字，”期刊名，卷数，页码，月份，年份

IEEE系统 第3篇

作为全球最大的专业技术组织，电气电子工程师学会(IEEE)在电气及电子工程、计算机、通信等领域中发表的技术文献占到了全球同类文献的30％，同时吸引了全球40万专业技术人士，其中45％的会员来自美国之外。

而今，中国正在成为这个百年组织的新的“战略增长点”：中国会员数量以每年2％的速度增长，越来越多的中国专业人士把自己的研究成果发表在IEEE的出版物上，来自中国的下载甚至超过了美国本土……

为全球40万会员提供学术交流平台

1963年，美国电气工程师学会(始于1884)和无线电工程师学会(始于1912)宣布合并，电气电子工程师学会正式成立。

截至2010年底，电气电子工程师学会会员人数超过40万，这是学会会员人数有史以来第一次突破40万，也是学会连续第七年实现会员人数增长。此外，IEEE近40个技术学会的会员人数也较2009年全面增长，通信、计算机以及电力能源学会增长势头尤为强劲。

作为一家全球性学会，45％的会员来自美国之外的国家。事实上，会员人数在其他国家的增长要明显高于美国国内，亚洲的表现尤为明显，截至2010年底，亚太区会员人数超过90500人，自2000年来增长了65％，学会在北京、新加坡、东京都设有代表处。

IEEE执行总干事JamesPrendergast接受本刊采访时指出，之所以能够吸收这么多会员，是因为学会为会员提供了极具价值的服务——为会员的交流提供了国际化的平台，学会的价值也在于此。“各个领域的工程师和专业人士都需要和同行进行交流沟通与合作，这主要包含两个层面的交流：一方面是知识交流，及时跟踪本领域的发展，使自己时刻保持‘新鲜’，并与同行探讨，这种知识交流可以促进会员自身的专业发展；另一方面，在交流中探讨合作机会，比如会员可以寻找研究项目的合作者，也可以为自己的事业发展寻找更多的机会。”

从IEEE为会员提供的服务看，这个会员交流平台包括学术期刊、学术会议和数据库等几方面：出版150余种技术期刊，会员享有订购优惠；每年举办1200场学术会议，会员享受会议注册费的优惠；IEEEXplore数据库会员也享有下载使用的优惠。

IEEE会员与区域活动总监兼副总裁Howard Michel表示：“IEEE会员增长模式的一致性证明了我们的出版物、服务和会员利益对促进当今及未来技术专业人士职业发展的重要意义。随着我们会员人数的增长，我们的对等网络继续扩大，从而令我们原本已十分多元化的会员结构进一步拓宽和加深。我们希望通过我们的会员活动为专业人士创造更广泛的发展机遇，IEEE拥有很多这样的机会，这对当今就业市场及经济而言都至关重要。”

据IEEE学会总监Matt Loeb介绍，各级别会员都在普遍增长，但会员构成相对稳定，“目前40余万会员中，25％为学生会员，50％为普通会员，高级会员约占15％，会士约占1％—1.5％，其余为准会员(associatemember)。”学生会员的增长尤为明显，尽管经济形势不佳，但2008至2010年间，IEEE总会员人数增增长7％，学生会员人数增长21％。2010年，学生会员人数首次达到10万。

张亚勤：IEEE百年历史上最年轻的会士

IEEE407万会员包括6000多位会士。作为会员的最高级别，IEEE会士在学术科技界被认定为权威的荣誉和重要的职业成就。2011年，全球共有321人入选会士，其中华人学者共52名。

“会士是一种高度的学术荣誉，他们在各自领域都作出了突出的贡献，并在所在领域拥有领导力。对于会士来说，更重要的是他们与学会分享自己的知识与智慧，而不是学会为他们提供服务。”IEEE执行总干事James Prendergast说。比如，学会的会刊杂志IEEE Spectrum每年会预测对世界产生重大影响的新技术，邀请各领域的会士发表他们的意见，评选出他们认可的新技术并阐述这些技术对世界产生的影响。这样，会士与学会共享他们的智慧与经历。总体来说，会士参与学会在标准、出版、会议等各方面的活动，担任学会150余种期刊的编委，参与标准的制定，并在组织会议方面提供帮助。

微软公司全球资深副总裁兼微软亚太研发集团主席张亚勤在1997年当选IEEE会士，时年31岁，他因此成为IEEE100多年历史上最年轻的会士。“IEEE制定了很多的标准。我参与比较多的是ISO的标准，就是视频的编码、压缩还有后面的表述、传输的标准。”

张亚勤1966年出生于山西太原，12岁考人中国科技大学少年班，23岁获得美国乔治·华盛顿大学电气工程博士学位(1989)。上世纪80年代中期开始，传统彩电产业已基本上被日本人所控制，且日本人正研发模拟制式的高清晰度电视技术并形成了标准，索尼和松下公司期望以此进一步控制全球市场。美国也希望研发一种高清晰度的电视，而美国学者一开始就直接瞄准数字化的高清晰度电视。为了达到制定全球标准、在与日本企业的竞争中取胜的目的，1993年，美国电报电话公司、通用仪器公司、麻省理工、桑纳福多媒体实验室等领先研究机构和企业形成高清晰度数字电视的大联盟。正是在此期间，张亚勤被聘请到桑纳福多媒体实验室。在这个领域，张亚勤一共发表了200多篇学术论文，其中有40篇论文发表在权威的IEEE Transactions杂志上。

据IEEE执行总干事JamesPrendergas介绍，一半的会士在学生时代就已经是学会会员，并—直保持会员身份。他本人在35年前就已经是学会的学生会员：“那时我还在剑桥大学攻读博士学位，学会为我提供了可供交流的团体，这对我的职业发展至关重要。”

中国的深度参与：会员会议论文标准

2011年5月，IEEE执行总干事James Prendergast、IEEE学会总监Matt Loeb等一行访问中国，拜访了几家高校和政府部门，还分别出席了第三届中国计算大会和中关村创新论坛，并发表演讲。

中国业务已经成为IEEE新的“战略增长点”，中国对这家百年学会参与度逐步提高。

中国会员的数量近年来出现了井喷式高增长，年均增长率约20％。相比总会员人数过去7年平均2％的年增长率，中国会员年均20％的增长率，堪称增长奇迹。目前IEEE中国会员已经超过9000人，包括50多位会士。

近几年，IEEE在中国组织的

学术会议不断增加。2010年IEEE在全球组织了1200个会议，约60万人参会；其中在中国举办学术会议245个，约10余万人参会，主要以中国学者为主，外籍人士约占10％的比例。据IEEE中国代表处首席代表华宁介绍，2011年IEEE在中国组织的学术会议将达200多次。

5月9日至13日，IEEE在上海召开了世界机器人与自动化大会(ICRA)，这是IEEE机器人与自动化学会的旗舰年会，也是该领域影响最大的权威国际会议，由IEEE、IEEE机器人与自动化学会主办，上海交通大学承办。本次会议有近2000人参加，是会议举办以来规模最大、人数最多的一届，也是第一次在中国大陆举行，有学术论文980篇在会宣读或交流。

随着在中国举办的学术会议日益增多，中国已经成为IEEE重要的稿源地。据学会总监Matt Loeb介绍，学会拥有约1.5万名中国作者，中国作者的论文呈现快速增长的趋势，而且其中很多是与其他国家的作者合著的，原因是中国的国际科技合作越来越多。Matt Loeb刚刚参加了中关村创新论坛，说：“几个国家的科技参赞都参加了这个创新论坛，英国驻华科技参赞大卫·贝肯就在演讲中介绍了一项中英合作的研究，类似这样的国际合作研究最终会带来双方人员合著的文章。”

不仅中国作者的文章在增长，来自中国的下载也明显增加。IEEEXplore数据库收录了280万篇稿件，全球每月约有800万次下载，其中200万次来自中国，比美国本土的下载量还要大。华宁指出，中国是使用IEEEXplore数据库最多的国家。

在标准方面，中国的参与度也越来越高。IEEE标准委员会(IEEESA)是权威的标准制定机构，已经制定了900多个现行的产业标准，相当一部分已经成为国际标准。由于中国会员的增多和产业的快速发展，中国企业和会员也逐渐参与到IEEE标准的制定与推广中。“目前正在参与IEEE标准制定的中国公司大约有二三十个，中国主导的IEEE标准有七八个”华宁指出。

由中国天地互连公司发起和主导的IEEE 1888标准刚刚在今年3N份发布，这是IEEE首个由中国公司主导的标准。IEEE在标准发布时表示，IEEE 1888标准源自中国的创新技术，由中国成员发起并得到其他国家成员的支持。IEEE 1888是首个以绿色节能为宗旨的、信息通信技术与节能减排融合的创新型技术标准，是IEEE在节能减排和物联网领域具有标志性的全球标准。

IEEE系统 第4篇

随着医疗科技的迅猛进步,病人可以在家中进行重点监护。监测脉搏信息并将结果传送至手机端以及服务器端构想的实现,必将使病人的看护变得很安全方便;加上最近几年因特网网络的普及和发展,远程医疗信息传送的瓶颈也由传输带宽限制变成了传输的标准选定。医疗器械种类繁多,各自有不同的连接方式。为了改善此状ISO、IEEE及CEN等标准组织分别对医疗器械提出标准。

1 国内外远程医疗研究现状分析

东南大学的脉搏血氧饱和度远程实时监护系统设计为国家863高技术重点项目资助(2008AA040202),他们为了实现医生同时对多个患者的血氧饱和度的远程实时监护,设计了一种基于因特网的脉搏血氧远程实时监护系统。系统具有延时小、可靠性较高和较大的应用前景等优点。

福建省某公司的基于脉搏信号控制的手机远程监护装置,但只限于基于蓝牙传输的开发,传输距离上受限。是它不能广泛推广的硬伤。本研究基于因特网,使传播距离不受限制,真正实现实时性监测。

2 脉搏检测系统的体系结构与关键技术

2.1 脉搏检测系统的体系结构

图1为基于IEEE 11073标准的脉搏信息远程监测系统的系统架构,ISO/IEEE 11073-104zz规范各种不同医疗仪器的规格,通过ISO/IEEE 11073-20601将脉搏传感器测到的脉搏信息加以编码,并利用目前现有的技术进行传输。

服务模式为数据交换服务定义了定义的概念性的机制。这些服务映射到Agent和Manager之间交换的消息中。符合ISO/IEEE 11073标准的协议消息在ASN.1中被定义,这些基于ASN.1标准定义的消息可以和其他基于ISO/IEEE 11073标准文件定义的消息共存[1]。

2.2 脉搏检测系统的关键技术

本系统所涉及的关键技术大致包括Abstract Syntax Notation One(ASN.1),蓝牙连接,Java Servlet,Agent与Manager通讯等。

(1)Abstract Syntax Notation One(ASN.1)

服务模式为数据交换服务定义了定义的概念性的机制。这些服务映射到Agent和Manager之间交换的消息中。符合ISO/IEEE 11073标准的协议消息在ASN.1中被定义,这些基于ASN.1标准定义的消息可以和其他基于ISO/IEEE 11073标准文件定义的消息共存[2]。

(2)蓝牙连接

Bluetooth核心系统包括射频收发器、基带及协议堆栈。该系统可以提供设备连接服务,并支持在设备之间交换各种类别的数据。在手机端的调用中,要首先定义蓝牙管理器,之后获取Bluetooth Adapter实例,再获取蓝牙Socket连接,最后进行数据收发[3]。

(3)Java Servlet

一个servlet就是Java编程语言中的一个类,它的生命周期的生命周期由部署servlet的容器来控制。servlet被用来扩展服务器的性能,服务器上驻留着可以通过“请求-响应”编程模型来访问的应用程序。虽然servlet可以对任何类型的请求产生响应,但通常只用来扩展Web服务器的应用程序。Java Servlet技术为这些应用程序定义了一个特定于HTTP的servlet类[4]。

(5)Agent与Manager通讯

本系统使用一个开源的openhealth作为Agent和Manager的框架,在此框架上实现我所需要的功能。当数据采集成功,同时把BCI的协议的数据包转化成为十进制之后,把所得的数据推送给Agent,让Agent转化成为IEEE 11073协议的然后按照协议提供的内容连接Manager[5]。

3 研究结果

整个研究完成了基于IEEE 11073标准的蓝牙血氧仪中间件开发与设计要完成的功能和性能的目标。整个系统采用简洁的界面,简单的操作方式。只需要在界面上点击按钮就能运行程序并且采集到相应的数据。

数据采集到之后会被发送到远端的服务器,服务器进行后续处理。整理出每天的最高脉搏,最低脉搏,平均脉搏,最后使用编写网站使用户可以通过浏览器端访问。可以显示每天的数据,每月的数据,及数据统计信息。并以图表的形式直观的显示出来。

结束语:

医疗信息的远程传送已成为当今医学发展的主要方向之一,市场潜力巨大。且国内外在此方面研究起步较晚,十分具有研究意义。此外远程医疗是通过打造健康档案区域医疗信息平台,利用最先进的物联网技术,实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动,逐步达到信息化。在不久的将来医疗行业将融入更多人工智慧、传感技术等高科技,使医疗服务走向真正意义的智能化,推动医疗事业的繁荣发展。在中国新医改的大背景下,远程医疗必将很快走进寻常百姓家。

参考文献

[1]王相林.计算机网络——原理、技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2]崔勇,张鹏.无线移动互联网:原理、技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2012.

[3]DIN EN ISO11073-20601-2011.Health informatics--Personal health device communication-Part20601:Application profile--Optimized exchange protocol(S).

[4]王家林.Android4.0网络编程详解[M].上海:电子工业出版社,2011.

IEEE系统 第5篇

中国科大IEEE学生分会成立与2011年初，在信息学院李卫平院长（IEEE Fellow）的指导下成立。IEEE俱乐部以“提高学生学术水平，活跃校园学术氛围，促进国际学术交流”为宗旨，努力加强社团建设，开展了丰富的学术活动。在成立的四年中，已经举办了40多项活动，包括企业参观、学术报告、科研培训、大牛讲座等。2014举办的项目如下：

1.芬兰阿尔托大学ME310课程国际交流生派对

2014年3月1日至11日，应信息学院李卫平院长邀请，芬兰阿尔托大学（Aalto University）的设计工厂（Design Factory）的四名研究生在一名助教的带领下来到我校进行为期10天的“设计创新课程”交流访问。

2014年3月8日晚7点，在信息处理中心1楼会议室，中国科大IEEE学生分会与电子工程与信息科学系研究生会，为来自芬兰的交流生们举办了欢迎派对。

2.IEEE学术沙龙之大数据时代

IEEE大数据时代学术沙龙于2014年4月12日晚上7:00，在中国科大西区电四楼准时开始。本次我们请到了两位嘉宾：计算机科学与技术学院的朱云峰师兄——阿里星人才计划获得者以及信息科学与技术学院的刘元宁师兄——研究生国家奖学金获得者。

两位师兄的研究领域分别是大数据高效率存储和生物大数据挖掘与处理，并发表过多篇国际期刊与会议论文。他们为大家分享了今年找工作以及出国申请的经验心得，让同学们对求职规划和出国留学申请有了更深刻的认识。

3.第七届“杨亚杯”“IEEE海上指明灯”大牛讲座

2014年5月4日晚19:00~21:00，校学生IEEE俱乐部在电三楼314成功举行了第七届“IEEE大牛讲座”学术冷餐会活动。当晚出席的大牛老师是：龚晨老师和李上宾老师。此次活动以餐饮会的形式举行，现场氛围很自由。首先上台向大家分享科研经历的是龚晨老师，与我们分享了他在哥伦比亚大学读博士的求学之路，以及他在高通公司经历的两年职场磨练。李上宾老师向大家讲述了自己从浙江大学到上海美昌公司，从美昌到科大的求学、求知、求职历程。两为老师分别通过自己的学术生涯历程，给同学们分享了很多科研心得和生活感悟，同时对自己的专业方向和所在实验室进行了宣传和介绍。

之后的冷餐会环节中，同学们开始与老师们零距离交流。大家的问题从生活学习细节到科研生涯规划，无所不有。同学们在品尝冷餐会糕点美食的同时，也在享受着精神学术的大餐。第七届“IEEE大牛讲座”学术冷餐会，让同学们对科研的生涯规划有了属于自己的轮廓，对生活和学习有了更多的见解。

4.USTC_IEEE校友论坛之“ACM Fellow”姜涛校友交流会

2014年7月6日上午10点，IEEE俱乐部邀请了ACM Fellow姜涛校友在西区电3楼314会议室为大家带来了——《闲聊科研与事业》交流会。姜涛校友于1979年考入科大无线电系，1982年荣获郭沫若奖学金。1988年获美国明尼苏达大学计算机科学博士学 位，1989－2001年在加拿大McMaster大学计算与软件系任助理教授、副教授、正教授。1999年至今任美国加利福尼亚大学Riverside分校计算机科学系正教授。2007年当选美国计算系学会会士ACM Fellow。

5.USTC_IEEE校友论坛之“文理全能”吴朝阳校友交流会

2014年7月6日下午3点，IEEE俱乐部邀请了吴朝阳校友，在东区新图书馆4楼报告厅分享他的学术生涯经历——《身后的脚印》。他拥有5个学位，横跨文、理、工，还写过武侠小说，在近50年的人生中，不停地在老师与学生身份中切换，以亲身经历为我们提供一个成长实例。吴朝阳校友1979年至1987年在中国科学技术大学数学系学习，先后获应用数学学士及硕士学位。1987年3月至1993年8月在华侨大学任教。1993年8月自费赴美留学，于1997、1998年分别获得数学硕士、计算机科学硕士及数学博士学位。1998年至2002年在美国一家公司任数学师兼软件工程师。2002年回国，在南京大学数学系任副教授至今。2008年在职攻读南京师范大学历史学博士，2011年获历史学博士学位，博士毕业论文《张家山汉简〈算数书〉校证及相关研究》以专著形式出版，收入南京师范大学“随园史学丛书”。

6.2014年IEEE中国志愿者大会

2014年7月6-8日，2014年IEEE学生分会大会（China Student Congress 2014）在北京成功举行。本次大会由IEEE北京大学和中国科学院大学学生分会组织，IEEE University Partnership Program（UPP），IEEE Region 10，IEEE中国代表处，Microsoft等赞助。

北京大学，华北电力大学，华东师范大学，中国科学技术大学，南开大学，上海交通大学，北京邮电大学，哈工大深研院，清华大学，浙江大学，中国科学院遥感与数字地球研究所，东南大学，华中科技大学，中国科学院大学（中科院自动化研究所），哈尔滨工业大学，北京航空航天大学，电子科技 大学，北京理工大学等33个学校的IEEE学生代表参加。

7.安徽省高校研究生信息素养夏令营IEEE讲座

2014年7月17日，IEEE俱乐部与数字艺术协会、Linux俱乐部、谷歌俱乐部一同应邀，在安徽省高等教育网络课程建设校长论坛暨2014安徽省高校研究生信息素养夏令营带来了IEEE surround us等报告。

当天下午4点，报告在科大东区理化大楼西三层报告厅进行。报告为来自安徽省各个高校的同学们展示了IEEE电气电子工程师协会在国际上的组织发展，以及IEEE俱乐部作为科大USTC-IEEE学生分会的社团风采。

8.IEEE俱乐部2014招新

2014年9月10日-9月19日，中国科大进入了一年一度的“百团大战”，各个社团开始一年一度的招新活动，IEEE俱乐部属于信息科技类社团，于9月12日与9月18日分别招新。IEEE俱乐部在集体招新的同时，也开展了海报宣传和电子邮件报名。

至2014年9月19日报名截止，IEEE俱乐部通过招新报名和邮件报名共招95名新会员。

9.第一届USTC_IEEE科研技能训练营

2014年10月18日晚19:00~21:00与10月19日上午9:30~11:00，校学生IEEE俱乐部成功举行了第一届IEEE科研技能训练营。训练营总共有四个环节：文献检索讲座、科研技巧报告、科研心得交流、素质拓展训练，前三环节在三教3C124教室，最后一个环节则安排在西区学生活动中心棋牌室。

文献检索讲座是由科大图书馆的瞿其春老师为大家讲述。他向大家详细的叙述了IEEE Xplore的使用技巧，并且向大家阐述了各种检索方式的优劣。

科研技巧报告中，王莽师兄向大家讲述了自己从阿里支付宝到科大智能信息处理实验室的工业学术两界转型心路，以及获得研究生国家奖学金科研成果中的技巧与思维。

在两位嘉宾演讲结束之后，活动进入了心得交流环节。现场学员踊跃发言，向两位嘉宾提出了自己在科研，学习或毕业选择上的疑问。

10.中国科大IEEE Student Member统一注册

2014年11月1-8日，科大IEEE俱乐部对科大所在的IEEE Student Member进行统一注册和续费。本次参与的同学共有26人，而无论是注册或续费都需要Visa信用卡进行缴费。科大IEEE俱乐部为没有Visa信用卡的同学进行了统一缴费。

11.IBM全国高校移动创新应用开发大赛

2014年11月10日，中国科大IEEE俱乐部响应IEEE中国总部，在科大开展宣传IBM全国高校移动创新应用开发大赛。

移动技术被是IBM定为公司四大战略之一，将大力发展，在争取领先的技术和市场价值同时，IBM一直秉承对教育事业和高校合作一贯精神，希望在对应的移动技术领域，大力普及最新的移动技术，助力高校培养适应市场和行业需求的创新人才，特举办IBM 全国高校移动创新应用开发大赛。

12.第八届“IEEE海上指明灯”大牛讲座-徐正元老师

2014年11月15日晚19:00~21:00，校学生IEEE俱乐部在电三楼314成功举行了第八届“IEEE海上指明灯”大牛讲座。本次活动我们有幸邀请到了国家“千人计划”特聘专家，中国科大信息学院副院长——徐正元老师。此次活动以冷餐会的形式举行，现场氛围很自由。徐老师通过讲述自己的学术生涯历程，给同学们分享了很多科研心得和生活感悟，同时对自己的专业方向和所在实验室进行了宣传和介绍。

在活动的宣传阶段，我们使用了多方位的宣传手段。传统的宣传手段海报，飞信，我们依然沿用。而同时，我们也引入了新的宣传方式，QQ群，微信朋友圈等。通过多样化的轰炸式宣传，以及徐老师本身强有力的影响力，本次大牛讲座座无虚席，全场爆满。

13.USTC_IEEE校友论坛之“云城科技创始人”李琳校友

2014年11月20日星期四晚19:00~21:00，IEEE俱乐部在科大西区电三楼314报告厅成功举办“USTC-IEEE校友论坛”之“云城科技创始人李琳校友”。本次活动我们有幸邀请到了科大782校友，云城科技创始人李琳博士。此次活动主要由李琳博士讲述他在科大曾经的趣味，到瑞士留学的感悟，和回国创业的机遇与挑战，并向大家推广云城科技的理念和成果。提问环节中，大家积极向李琳博士提出自己的看法，同时也有很多同学表示自己对云城科技发展会加以关注。

14.USTC-IEEE俱乐部创建《中国科大IEEE俱乐部年刊》

2014年12月15日，中国科大IEEE俱乐部完成了为期2个月的征稿，筛选，为广大会员们带来了第一期《中国科大IEEE俱乐部年刊》。年刊中包括了会员心得随想，IEEE精品活动展示，以及IEEE的一些最新动态。中国科大IEEE学生分会成立与2011年初，在信息学院李卫平院长（IEEE Fellow）的指导下成立。IEEE俱乐部以“提高学生学术水平，活跃校园学术氛围，促进国际学术交流”为宗旨，努力加强社团建设，开展了丰富的学术活动。在成立的四年中，已经举办了40多项活动，包括企业参观、学术报告、科研培训、大牛讲座等。

IEEE系统 第6篇

【摘要】为了有效地提高实时工业以太网系统的安全性，提出通过利用IEEE1588同步算法得出的传输延时及时钟偏差作为密钥对报文进行加密策略，实现底层数据的加密，利用周期通信的原理及密钥的长期不可预测性及周期有效性，提高的加密的抗攻击性，以较低的通信延时开销获得较好加密效果，能应用在多种实时工业以太网应用领域，具有较高的实用价值。

【关键词】IEEE 1588 时间戳 传输延时 周期通信 密钥

一、引言

工业以太网虽然源于与传统以太网，但是其面向生产过程，对实时性、可靠性、信息安全性和功能安全性有很高的要求。既有与传统信息网络相同的特点和安全要求，也有自己显著不同应用特点和安全要求；传统信息安全手段各类加密策略与加密算法，会带来冗余数据增加，数据封装与解封时间加长，线路延时增加过长等等因素，对系统实时性有一定影响，不适运动控制、高精度测控等对实时性要求极高的实时工业以太网应用领域。

IEEE 1588协议是应用于网络化测量和控制系统的精确时钟同步种协议。该协议具有占用通信带宽小，对系统资源要求低等优点，特别适合采用多播技术的网络，在采用硬件时间戳和边界时钟等技术后，IEEE 1588的时间同步精度最高可达纳妙级，已经成熟应用在PROFINET、EtherCAT、PowerLink、EtherNet/IP、EPA等主流多种实时工业以太网技术中。本文在分析IEEE 1588同步算法及实时工业以太网常用的周期性通信机制的基础上，利用通信线路延时的长期不可预测性及周期有效性，提出了一种利用传输延时及时钟偏差作为密钥对实时工业以太网报文进行加密的策略，并以EPA-FRT协议作为研究对象，分析该加密策略的可行性与部分基本的实现方案。

二、IEEE 1588同步算法简介

IEEE系统 第7篇

随着经济的高速发展以及快速城市化进程,城市生活垃圾的产生量迅猛增长,对环境的影响越来越严重,如何合理处理城市生活垃圾已成为社会发展必须解决的问题。其中,一些人口密度大、土地资源缺乏的城市将未能回收利用的生活垃圾进行现代化的焚烧处理。为了减少焚烧过程中产生的废气对周边环境造成的污染,避免垃圾焚烧处理与周边居民发生环境纠纷事件,利用现代化的监测手段,加强对设施的监管是环境监管的迫切任务,也是构建和谐社会的需要。

本文将无线传感器网络技术和Lab VIEW远程面板技术相结合,设计一种低功耗、低成本、组网灵活、人机界面友好、可方便进行现场和远程管理的城市生活垃圾焚烧监测系统。

1 IEEEl451_5标准简介

基于IEEE 1451_5标准的无线传感器技术定义了无线通信与变送器电子数据表格,在已有的IEEE 1451框架下,构筑一个开放的标准无线传感器接口,主要是为智能传感器的连接提供无线解决方案,尽量减少有线传输介质的使用,以满足工业自动化等不同应用领域的需求。IEEEl451_5标准的核心是TEDS,其结构极其紧凑,具有灵活性与扩展性,可以适应不同类型传感器的要求。TEDS信息分为以下几个关键部分:第一部分即基本TEDS,包含了必要的传感器识别信息;第二部分是IEEE标准TEDS,包含传感器专用的“数据表”信息,一般是正确配置电气接口并将测量数据转换为工程单位所需要的数据;最后一部分用来存放传感器中自定义数据和信息。TEDS应包含的信息有厂商信息、模块编号、版本信息、产品序列号、灵敏度、测量范围、物理单位、传输功能、输出范围、校准信息以及用户数据等。

2 系统结构

系统采用了分布式体系结构,将各个垃圾焚烧点的PC机群通过以太网连接到检测系统。系统的整体框架如图1所示[1]。

系统可以分为下位机系统部分和上位机系统部分。系统的上位机系统又可以分为数据中转服务器、数据库服务器和Web服务器。中转服务器负责与气体监测仪器的数据交互;数据库服务器负责存取和管理各系统数据和环境数据;Web服务器负责与外界的数据交互。下位机系统负责现场环境气体数据的采集、暂存和传输,主要由气体数据采集模块、无线通讯模块及数据处理模块构成。数据采集模块主要对垃圾焚烧产生的二氧化碳、氮氧化物、氯化氢等废气参数进行检测和变送;数据处理和存储部分将采集来的信号转换为计算机和操作人员可识别的数据量,并存储在存储芯片中;数据传输部分将存储在芯片中的数据,根据上位机部分的请求或者以主动上报的方式,传送给上位机。整个系统的节点模块硬件框图如图2所示。

由节点框图可以看出,系统的核心组成部分是WTIM(Wireless Transducer Interface Module,无线变送器接口模块)和NCAP(Network Capable Application Processor,网络适配器)。WTM的功能主要是实现模拟信号调理、触发、模/数转换、数/模转换、命令处理、TEDS(Transducer Electronic Data Sheet,变送器电子数据表)存储、数据传输、通信功能;NCAP的功能包括通信、接口控制、路由、变送器探测、数据校正、TEDS解析、消息编码和解码、参数映射、用户应用处理和LAN接口。WTIM和NCAP硬件结构如图3所示[2]。

3 数据采集

数据采集过程中首先由TGS2600气体传感器负责读取垃圾焚烧产生的废气信号,然后由AT89C52单片机控制处理数据,并通过SPI方式将数据传送给通信模块子节点。

3.1 气体传感器

系统检测采用日本FIGARO公司开发生产的一种新型半导体气体传感器TGS2600,它能够灵敏地感知空气中的低浓度污染物的异味,如空气中的低浓度香烟污染物和其他异味,对NO2、CO等有较高的敏感度。TGS2600具有成本低、体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性,它构造简单,由传感器基板,气敏元件和传感器盖帽组成。气敏元件由一个以金属铝做衬底的金属氧化物敏感芯片和一个完整的加热器组成。利用加热器加热,以侦测气体附着于金属氧化物表面而产生的电阻值的变化。在检测气体时,传感器的传导率依赖于空气中气体浓度的变化。在目标气体不存在的状态下,大量附着的空气中的O2会捕捉电子,而呈现出高阻状态;相反的,若有目标气体存在,则因为会与氧产生一种燃烧反映,自由电子的量增加,而电阻值则降低。用一个测量电路能将该传导率的变化转化成对应于气体浓度变化的输出信号。TGS2600传感器基本测量电路如图4所示[3]。

3.2 AT89C52单片机

系统数据采集模块主要以AT89C52单片机为控制处理核心,由它完成对气体传感器输出数据的采集处理,并控制数据的无线传输。AT89C52芯片有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口。同时内含2个外中断tel,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信tel,2个读写口线。AT89C52单片机具有快速8051内核、8 KB Flash E2PROM、256字节RAM。为实现无线数据传输,采用无限收发一体数据传送MODEM模块PTR2000器件,该器件内部集成高频接收、PLL合成、PSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能,完全符合无线数据通信的硬件要求。

系统采用C语言对AT89C52单片机进行编程,调用采集程序对垃圾焚烧废气数据的采集、完成A/D转换、滤波、ASCII码转换,数据存储后利用SPI方式将数据传给通信子节点。其控制流程如图5所示。

4 节点无线通讯模块

系统节点无线通讯接口由Chipcon公司生产的CC2430芯片控制,它具有高性能、低功耗的8051微控制器核,集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线收发机,具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性、数字化的RSSI/LQl支持和强大的DMA功能,集成了14位模/数转换功能。其内部结构示意图如图6所示,在单个芯片上整合了Zig Bee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU(8051),具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128协同处理器、看门狗定时器(Watchdog timer)、32 k Hz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown out detection),以及21个可编程I/O引脚。芯片采用0.18µm CMOS工艺生产,在接收和发射模式下,电流损耗分别低于27 m A或25 m A,并且,CC2430从休眠模式转换到主动模式的时间超短,延长了电池寿命。

5 软件设计

本系统采用基于B/S模式的Lab VIEW远程面板技术开发,进行数据采集、分析和远程监控。在硬件连接检测正常情况下,启动软件获取传感器采集的数据,自动识别传感器编号,下载TEDS表格数据并显示数据。用户可以进行本地数据访问,也可以通过远程访问。登录系统后进入如图7所示气体数据采集模块,选择采集节点、采集际参考价值。通道和采集间隔时间进行气体采样,并可以将结果保存下来。完成数据采集后显示采集数据,并可以根据我国《生活垃圾焚烧污染控制标准》要求中生活垃圾焚烧厂大气污染物排的放指标进行数据分析。

6 结论

本文基于无线传感器网络技术,设计了一种基于无线传感器网络的城市生活垃圾焚烧在线检测系统。该系统利用传感器节点采集处理垃圾焚烧废气、并通过NCAP控制数据进行无线传输,工作人员可分别在监测现场和远程端通过应用软件来获取监测数据并作出分析。综上所述,本文的研究在传感器数据采集领域和智能监测系统建设领域具有实

参考文献

[1]马巧娟.基于IEEE+1451.5无线传感网络的研究与设计[D].西华大学,2010.

[2]杨毅,许杨文.基于IEEE标准的智能监测系统集成研究[J].通信技术,2009,42(09):115.

IEEE系统 第8篇

无线城域网(Wimax)指的是无线通信网路覆盖范围大于无线局域网的一种无线通信技术,在IEEE802下设IEEE802.16来负责城域网,其中的IEEE802.16d是固定宽带无线接入系统的标准。

在IEEE802.16d系统中,系统高速采样而导致循环前缀的长度小于无线信道的最大多径时延时,当采用基于导频辅助的信道估计,需要消除接收端的ICI和ISI的干扰,否则信道估计性能十分不理想。一种有效的时域方法是对长时延扩展信道进行时域均衡压缩,使无线信道的多径时延长度小于循环前缀CP的长度。但压缩后的有效信道冲激响应在频谱上会出现零陷点,而且算法收敛较慢,需要大量训练序列不适合在系统中应用可从频域来消除干扰,即寻求一频域干扰消除矩阵,但同时也带来了太大的额外复杂度,实用价值不大。

该文提出了一种用IEEE802.16d系统前导码的特殊时域结构来消除干扰的简易信道估计算法。

1 CP不足对信道估计性能的影响

OFDM系统导频信道估计模型如图1所示。

记Pi=[0i,00i,NO-1pi,0,,pi,Nu-10i,00i,NO-1],为第i个导频符号,其中NO为系统保护带虚载波数,Nu为有用子载波数。若N为总载波数,则有N=Nu+2No。经过N点IFFI后导频的时域为Pi=FHPiT,其中F为N维傅里叶反变换单位矩阵。在加上长度为V的CP并经过串并转换后,OFDM符号通过属加性高斯白噪声序列～ηi影响的多径衰落信道。记h=[h0,h1,hL]T表示长度为L的信道冲击响应。

在接收端,串并转换后CP被除去。FFT之前的导频时域接收信号向量可表示为:

HCIRC、HICI和HISI均为NN的矩阵。它们分别由式(2)、式(4)和式(5)给出,其中E=L-V-1。从式(3)可以看出,若V不小于L,则干扰矩阵HICI和HISI为:

均为零矩阵,此时就无ISI和ICI的干扰,采用适当的信道估计算法就可以很准确地得到被估计信道。但当V小于L即CP不足时,残余ISI导致的当前符号内的ICI和前一个符号带来的ISI会影响接收端的导频信号,此时不管采用何种估计算法都很难准确估计出信道。

2 固定接入Wimax中CP不足时的信道估计

2.1 干扰的消除

固定接入Wimax系统的信道估计主要采用基于导频的频域信道估计,导频利用前导码中的2个特殊OFDM训练数据。从式(1)可看出,当CP不足时接收端导频信号的干扰来自该式右边的第项和第3项,若能抑制该2项的影响,则干扰就可完全消除。容易看出最理想的消除ICI和ISI就是使

从式(4)和式(5)可得出:

其中为一循环移位矩

阵,其功能相当于把HICI最左边的V列循环移位到右边。把式(7)代入到式(6)可得到该系统下CP不足时的无干扰信道估计对前导码中2个OFDM符号时域需满足的条件为:

即第1个导频OFDM符号在时域从任何时刻开始的V个采样值需与第2个导频OFDM符号中滞后V个采样间隔时间的V个采样值相等。图2为前导码中2个特殊OFDM导频符号时域结构所需满足的条件示意图(其中P表示一任意的采样时刻)。

为了尽最大可能无ISI和ICI的干扰,系统循环前缀一般取最大值1/4,即64个采样间隔的时间(V=64)。而该系统前导码中的第1个特殊OFDM符号在时域刚好为4个64重复的样值序列,其时域结构图如图3所示。

应用此前导OFDM符号在时域特殊的样值结构便可很方便构得该系统下CP不足时无干扰信道估计的前导码形式,即只需发送2个连续该特殊的OFDM符号作为系统导频估计的前导码,在接收端便可完全消除干扰。

2.2 信道估计

该文应用的信道估计算法为常用的LS算法和LMMSE算法。

2.2.1 LS算法

若假设H为信道的频域响应向量,X和Y分别为发送和接收信号向量的频域表示,n为高斯白噪声,则有Y=XH+n。则:

2.2.2 LMMSE算法

LMMSE算法可以在LS算法的基础上得到,HLMMSE=RHH(RHH+σn2(XXH)-1)-1 HLS,式中,为信道冲激响应的自相关矩阵,可以根据信道的统计特性得到,σn2加性高斯噪声的方差。

3 仿真结果

参照IEEE802.16d标准,仿真所用的OFDM系统采用256个子载波(N=256),其中55个空闲子载波,1个直流子载波,200个数据子载波。采用16QAM调制,系统带宽BW=20 MHz,循环前缀CP取最大值1/4。多径信道为SUI4信道,其最大多经时延为4μs,取仿真帧长为0.5 ms,每帧中的开头为一个符合上文要求的前导估计头,后续的OFDM符号传输数据。

图4为LS算法的均方差比较图,由于此时OFDM符号的1/4循环前缀时间小于SUI4的最大多径时延,系统存在ISI和ICI的干扰,误差很严重。从图中能清晰地看出采用该文的前导码形式后能很好地降低均方误差,估计的信道信息更接近真实信道。图5为分别采用上文所述的2种信道估计算法系统性能比较图,从图中可以看出当系统存在干扰时,不管是采用LS还是LMMSE,性能都很不理想,无法满足系统的性能要求。但当应用该文的方法消除干扰后两者的性能都大大改善,LMMS算法由于不易受噪声的影响性能更优越。

4 结束语

给出了固定Wimax接入系统中在高速非视距环境下一种消除干扰的简易信道估计方法,仿真结果表明采用该方法后可以在保证高传输速率的前提下仍能准确地估计信道信息,并且这种方法充分利用了Wimax无线帧的资源,没有增加系统资源开销因此有很大的现实参考价值

参考文献

[1]IEEE802.16-2004,Part16:Air Interference for FixedBroadband Wireless Access Systems[S].

[2]WU M,LIN W B.Lin Channel Estimation for Non-Line-of-Sight WiMax Communication System[C]//VehicularTechnology Conference,2006 VTC 2006-Spring IEEE:129-133.

[3]蒋琦,刘洋,王家恒.基于导频的OFDM信道估计算法的比较与分析[J].电子工程师,2005,31(8):32-35.

[4]彭木根,王文博.下一代宽带无线通信系统OFDM&WIMAX[M].北京:机械工业出版社,2007.

[5]孔令坤.基于IEEE802.16标准的OFDM系统估计性能分析[J].北京电子科技学院报,2006,14(2):46-50.

[6]HAYASHI K,SAKAI H.A simple interference eliminationscheme for single carrier block transmission with insufficientcyclic prefix[C]//proceedings of WPMC,2004,2:577-581.

[7]闫胜虎.基于DET的OFDM信道估计算法及分析[J].无线电工程,2009,40(1):16-18.

[8]王晗.MIMO-OFDM时域信道估计中的最优导频设计算法研究[J].系统仿真学报,2009(1):514-517,533.

[9]李凌宇.MIMO-OFDM系统中空载波对信系统性能的影响[J].信号处理,2009(2):174-179.

IEEE系统 第9篇

1 电网系统时钟同步系统现状

目前的电力系统几乎都以在调度端、厂站端分别装设GPS的方式构成调度系统的时钟系统。由于不同厂家的GPS装置性能参差不齐, GPS模块原始输出信号仅有RS232通讯和PPS脉冲, 实际中用得较多的IRIG-B码信号, 多数厂家为降低成本采用由GPS装置软件构造的输出, 分散在不同厂站端、不同厂家GPS时钟的IRIG-B码信号差异更大, 导致整个调度系统时钟系统同步性很差。

SNTP (简单对时协议) 是调度系统可选的另一种时钟同步方式, 具有可以利用变电站内通信网络给各通信单元对时、无需再另建对时网的优点。目前大量使用的GPS时钟装置中, 支持SNTP对时模式的产品不多, 运行很少。同时在局域网中, SNTP的对时精度也只能达到毫秒级, 同样不能满足智能调度时钟系统的要求。

综上所述, GPS系统存在两个问题:一个是安全问题, 一个是精度问题。

由于GPS系统采用美国的GPS卫星作为系统时钟源, 其授时的工作原理和系统时钟源被美国掌控, 且是免费使用民用GPS信号, 因此可靠性低, 自主性差, 授时存在重大隐患。GPS系统所有信号的发生、传输权由美国掌控, 一旦出现民用信号关闭、误码率加大或者系统出现故障, 以GPS技术为基础的系统将被置于危险的境地, 届时电网将陷入瘫痪。从2009年至2010年, GPS系统已经出现过几次大的事故, 造成通信系统的严重障碍。考虑到电网关系到一个国家的经济命脉, 国家已经重新制定了行业标准, 要求采用以北斗为主的多时钟源系统作为电网的系统时钟, 这一行业标准在2010年开始推广。

在智能变电站、发电厂系统中, GPS由于自身的问题, 已不能满足智能电网、智能调度系统的精确时钟同步系统的要求。实践证明, 在变电站采用GPS技术后并不能保证装置之间的同步误差在1ms以内, 原因是多方面的, 其中有: (1) 不同的同步方式造成的误差; (2) 接收器内置振荡器的质量; (3) 用以处理卫星数据的软件及运算法则的质量。

另外, 目前变电站中采用的大多是秒脉冲对时, 这种对时方式精度不高, 且同一个站里的多个GPS之间也没有相互对时。下表列出了电力系统一些常见业务对时间同步的要求 (如表1) 。

在智能变电站中, IEC61850-9-2是过程层通讯的唯一标准, 要求B码对时要达到<1us误差, 单纯依赖GPS是无法做到的, 原因一方面是因为现在装置参差不齐很多采用简单对时等方式降低了GPS的精度, 另一方面由于GPS受人所制随时可能被关闭无法保证可靠性、安全性。在智能调度系统中, 单纯靠GPS难于满足实时同步数据采集对时钟系统的要求是显而易见的。

综上所述看出, 目前的电力系统时钟同步性很差, 制约了电力系统的综合性能的提高, 这种时钟同步体系无法适应智能电网系统的要求, 迫切需要新的时钟同步方式解决现在电力系统的时钟同步问题, 同时完全满足智能电网的要求。

2 基于IEEE1588的多时钟源时间同步系统

2.1 IEEE1588协议

IEEE1588 (IEC61588) 是一种新的、先进的同步时钟协议, 已经列入被新修订的IEC61850协议中, 是智能电网首选的时钟同步系统方案。IEEE1588定义了一个在测量和控制网络中, 与网络交流、本地计算和分配对象有关的精确同步时钟的协议 (PTP) 。一个IEEE1588精密时钟 (PTP) 系统包括多个节点, 每一个都代表一个时钟, 时钟之间经由网络连接。按工作原理, 时钟可以分为普通时钟和边界时钟两种。二者的区别是普通时钟只有一个PTP端口, 而边界时钟包括多个PTP端口。在网络中, 每一个时钟都可能处于3种状态:从属时钟 (SLAVE) 、主时钟 (MASTER) 和原主时钟 (PASSIVE) 。每个时钟所处的状态是根据最优化的时钟算法决定的, IEEE1588的三层结构这些状态随着网络构造的改变而改变。

IEEE1588精确时间协议 (PTP) 是目前基于以太网实现精确时间同步的一个综合解决方案。对于要求对时精度更高的智能电网来说, IEEE1588标准精确时间协议顺应了报文同步的趋势, 它借鉴了NTP技术, 但其在硬件上要求每个网络节点必须有一个包含实时时钟的网络接口卡, 可以实现基于PTP协议栈的相关服务。它的主要原理是通过一个同步信号周期性地对网络中所有站点的时钟进行校正同步 (从时钟通过与主时钟交换报文获取时间戳, 根据时间戳计算出与主时钟的时间偏差并对自己的时钟进行修正) , 可以使基于以太网的分布式变电站自动化系统达到精确同步, 精度可以达到亚微秒级, 而且还存在着提高精度的潜力。

2.2 基于IEEE1588的主时钟源、从时钟系统

基于IEEE1588的主时钟源系统是基于北斗网络时间服务器技术平台和GPS开发的, 这是一款适合于电力系统时间同步的卫星授时设备。它除具有北斗网络时间服务器和GPS全部功能外, 提供多种电力专用接口。系统组成框图 (见图1) 。

(1) 外时钟:将北斗卫星、GPS同步授时时钟作一体化设计, 外置天线一套, 自适应北斗和GPS信号接收, 卫星授时系统的信号由RS232、PPS输出。由于需要时间的精确性, PPS由模块根据GPS、北斗信号自适应选择输出。RS232则同时输出GPS、北斗的时间, 由后端 (应用模块) 选择、处理。

(2) 为了适应现在、将来的智能电网的调度系统对时钟同步的要求, 设计采RS232+PPS、IRIG-B码、NTP/SNTP、IEEE1588等各种时钟信号作为时钟源的输入, 满足各种可能的应用环境的要求。

基于GPS、北斗卫星授时系统的主时钟原理框图如图1所示。系统设计共分为4个大模块:外时钟输入模块, 包括卫星授时接收天线、卫星授时数据处理模块、其他外时钟选择输入模块;IEEE1588时钟处理系统;用户交互模块;多时钟输出模块。时钟输入模块除了选择外时钟功能外, 还有在全部外时钟失效后, 自动产生高稳定时钟输出, 维护外时钟输入的连续性。IEEE1588时钟处理系统对以输入信号为绝对时钟, 完成对时钟输出模块的精确硬件对时;用户交互模块包括LCD显示/键盘, 实现用户对设备的控制、管理及监控;时钟输出模块提供各种时钟输出, 既可以输出IEEE1588、也可以提供常规时钟同步装置的时钟输出信号, 可根据不同的应用领域实现不同电气特性的接口, 实现了配置选用, 可以应用于各种应用领域的时钟同步要求。

基于IEEE1588的时钟同步系统的关键技术包括以下几点。

(1) 北斗与GPS双系统触合与无损切换技术。本方案为保证输出时间的正确性和可靠性, 对北斗与GPS系统分别进行监测与管理, 以保证时标 (IPPS) 信号相位的连续性。为了降低系统体积、成本, 同时实现小型化, 系统采用北斗卫星接收机和GPS接收机双系统一体化设计方案, 两者之间形成热备份。同时, 在北斗授时型接收模块中采用双星备份的工作机制。北斗授时系统和GPS授时系统的时标存在一个系统差, 如果在切换时处理不当, 会使授时性能的不稳定, 导致时标出现大的跳动。因此, 在此系统中采用卫星自主完好性监测算法, 同时监测北斗和GPS的电文、时标性能, 实时地对北斗和GPS卫星的健康状况进行监测, 在当前的跟踪源的性能发生劣变的时候, 综合考虑两跟踪源的历史电文的误码、功率情况及时标的可用度、稳定性, 从而判决是否进行源切换。在决定源切换时, 首先根据授时系统的当前状态, 使系统进入阻塞 (输出信号不可用) 或保持状态 (根据本地时钟进行时间保持) 。然后根据切换源的稳定度、本地时标和源时标的相位差的大小、采取平滑切换或立即切换的方法进行源切换, 使系统切换保护过程最优。保证输出时标信号的相位连续, 从而不影响系统输出时标性能, 提高了授时的可靠性。

(2) 多时钟源的融合及失效处理。除了卫星时钟信号输入外, 还可以用目前的时钟同步装置的输出作为外时钟, 这可以通过交互模块选择、切换。各种外时钟失效后, 时钟输入模块需要无间断、稳定地维护输入到IEEE1588的信息, 由于将主时钟源、从时钟作一体化设计, 此处的外时钟失效后的时钟维护工作具有相当的技术难度。

(3) 高精度对时技术。由于NTP对时的精度在局域网中只能达到毫秒级, 而PTP的精度可以达到亚微秒级, 甚至更高, 本系统同时支持NTP和PTP两种对时。

3 电网系统不同通道带宽对IEEE1588时钟同步系统的影响及适应性

从智能电网调度的需求来看, 调度与厂站端采用星形、环网光纤通道是必须的, 所以时钟源需要适应这一需求, 评估交换机带来的影响。理论和实践证明, 1000M光纤交换机技术及其在此基础上的优先级分级技术, 足以满足IEEE1588对通道的要求。目前有些电力系统调度与厂站端采用E1接口, 带宽仅为2M, 为了适应目前电力调度通道的这一实际情况, 需要评估通道带宽带来的影响及在时钟系统中对通道的延迟一致性和均衡度可能出现的问题做的优化解决方案。

基于IEEE1588的主时钟源具有如下功能: (1) 跟踪北斗卫星信号、GPS卫星信号, 提供互为备份的授时服务, 提供高精度的授时服务, 支持IEEE1588v1/v2网络对时协议, 对时精度达到100ns, 支持千兆光纤环网, 环网自愈时间小于50ms。 (2) 支持北斗、PT P、NT P/SN TP, G PS, IR IG-B对时。 (3) 提供IRIG-B码授时、串行报文授时、脉冲信号授时和网络授时等。 (4) 提供电源异常、信号丢失、装置异常等继电器输出的告警信号。 (5) 提供TOD时间信息面板显示。 (6) 提供对设备的本地管理和远程管理。 (7) 卫星接收机配置灵活, 输出端口全面, 支持多机主备冗余。

4 结语

基于IEEE1588的多时钟源时间同步系统是非常适用变电站内部、调度与变电站之间的一套产品, 它满足电网的安全要求和技术要求。

4.1 电网安全方面

以我们自主知识产权的卫星导航系统北斗卫星导航系统作为卫星同步主时钟的标准配置, 解决了目前电力系统的时间同步系统单纯依赖GPS为时间基准而带来的巨大的安全隐患, 保证了电网的运行安全。

4.2 技术方面

基于IEEE1588的多时钟源时间同步系统, 对时精度提高到亚微秒级, 满足了智能电网时间同步精度的要求, 推动电力行业技术进步, 提高电能质量, 促进我国智能电网和智能变电站的发展。

目前电力系统的每个端点, 包括变电站、供电所、集控中心和调度所等端点, 都不再是各自独立的信息孤岛, 大量的实时数据需在不同地方打上时戳, 然后用于各种应用系统中。因此, 时钟同步精度满足要求成了各个应用系统能否发挥作正常作用并协调一致工作的重要一环。随着我国时钟同步技术的不断发展, 我们完全有理由相信电力系统的对时准确性将大大提高, 高精确度拥有自主知识产权的时钟同步系统定会全面应用于电力系统。

摘要：“北斗一号”用于电网保护装置时钟校准的应用设计, 目前已在电网上使用且效果良好, 正在引起电力运行部门越来越多的关注。随着电力系统管理和运行自动化程度的提高, 电力网的时钟统一性、自主性和安全性的迫切要求, 必然要求电网摆脱完全依赖GPS的局面。本文根据电力系统对时钟同步要求高精度和高安全性的原则, 提出了一种基于IEEE1588协议实现北斗系统和GPS系统多时钟源的同步方案, 采用IEEE1588协议实现时钟的同步, 从而实现整个电力网络时钟同步的精度要求和安全要求。

关键词：北斗系统,时钟同步,IEEE1588,电力系统,GPS

参考文献

[1]庚智兰, 李智勇.IEEE1588精密时钟同步协议的分析与实现[J].电子测量技术, 2009.

[2]赵上林, 胡敏强, 窦敏强, 等.基于1588的数字化变电站时钟同步技术研究[J].电网技术, 2008.

IEEE系统 第10篇

802.1x协议是一种数据链路层身份验证协议,发送认证协议数据包对连接到交换机端口上的用户/设备进行身份认证,认证通过后才允许正常的数据通过交换机端口,控制着对内部网络接入点的访问。使用802.1X协议的优势有几点。

(1)实现简单:802.1x可以借助CISCO RADIUS服务器实现身份认证功能,在小规模网络环境下也可采用本地认证的方式,网络综合造价成本低。

(2)安全可靠:802.1x身份认证方式可结合MAC地址、端口、VLAN等绑定技术并封装用户名/密码,安全性较高。

(3)行业标准:802.1X协议是IEEE标准技术,微软Windows XP、Linux等客户端操作系统和Cisco、华为、H3C等网络设备IOS都提供了对该协议的支持。

2 网络准入控制系统体系结构

基于802.1x的网络准入控制系统能够对局域网内的计算机进行控制。如图1所示,802.1x用户身份认证系统有四个组件。

(1)客户端系统客户端使用客户端软件向接入端发起802.lx认证请求。在客户端和接入端之间使用EAPOL格式封装EAP协议数据传送认证信息,包括EAP-MD5、PEAP和EAP-TLS三种认证方式。

(2)接入端系统接入端对客户端进行认证。接入端设备包括可控端口和不可控端口,只有在通过802.1X认证后业务数据才允许通过可控端口,而不可控端口则不受限制,允许所有的协议数据和业务数据通过。

(3)认证服务器系统认证服务器为接入端提供认证服务,使用RADIUS协议双向传送认证信息。

(4)安全基础设施安全基础设施包括认证机构CA、注册机构RA、LDAP存储库等组件,用于提供对其他系统中的实体可信授权验证服务。

3 网络准入控制系统部署

(1)客户端系统

客户端通常是支持802.1x认证的用户设备,如个人计算机。客户端启动客户端软件向接入端发起802.lx认证请求,合法用户通过认证后可访问本地网络资源。对未安装规定安全客户端软件的,可设置为持续弹出对话框提示安装。

在Windows XP操作系统中802.1x设置方法为:打开网络连接属性,在“身份验证”选项卡中勾选“启用IEEE 802.1X身份验证”,选择EAP类型(有MD5-质询、受保护的EAP(PEAP)、智能卡或其他证书三种类型)。若网络连接属性里没有“身份验证”选项卡,则需在操作系统中开启Wired Auto Config服务。

传统802.1x使用MD5-Challenge认证,在接入网络时只输用户名和口令,为增强安全性可选择采用数字证书的PEAP和EAP-TLS方式。

(2)接入端系统

接入端通常为支持802.lx协议的交换机等网络设备。在Cisco交换机上基本配置方式如下:

(config-if)#dot1x host-mode multi-host//通过Hub等方式在交换机端口下连接多台PC时需要配置这个命令,默认只支持对一台PC认证[1]。

(3)认证服务器系统

认证服务器采用RADIUS认证方式,这就要求所有参与认证的网络设备配置RADIUS认证方式。值得注意的是,为支持802.1x,ACS服务器版本号至少在V3.0以上。在CISCO ACS服务器上配置如下:

1)在Interface Configuration的RADIUS(IETF)中勾选[064]Tunnel-Type,[065]Tunnel-Medium-Type,[081]Tunnel-Private-Group-ID,如图3所示。

2)进入Group Setup的IETF RADIUS中配置802.1x认证属性。

3)在Network Configuration中添加网络接入设指定网络接入设备的IP地址,Authenticate Using选RADIUS(IETF)。

4)在User setup中添加上网用户。

另外,为节约成本,在小规模网络环境下也可采用本地认证的方式,而不用建立认证服务器。

(4)安全基础设施

PEAP需要一个认证服务器数字证书,EAP-TLS需要客户端和认证服务器证书进行相互验证,从而在客户端和认证服务器端之间创建一条加密的隧道。

CA、RA、LDAP的创建以及数字证书的下载、验证和维护等技术可参考相关技术文档,如《数字证书认证系统培训教材》(国家信息安全工程技术研究中心李增欣)、《如何从Windows CA获取数字证书》(百度文库)等。

4 要点

基于IEEE 802.1x协议的网络准入控制系统提供了一种本地用户接入认证的手段,大大提高了网络的安全性。但该系统在部署过程中应注意两个问题。

局域网网络设备的操作系统版本需支持相关安全性协议,如支持数字证书、加密等功能,部署实施存在一定的难度和复杂性。以Cisco设备为例,用sh version命令查看Cisco IOS文件名中有无Advsecurityk9或Advsecurityk8字符串。若没有则表明当前版本不支持安全性配置,需进行网络设备操作系统软件版本升级。

当一个合法用户通过802.1x认证后,端口处于“授权”状态,连接的交换机端口允许通过业务数据,此时若有其它用户使用交换机、集线器等级联接入已该端口时,不需要进行认证就可访问网络资源。因此应采取技术、管理等措施尽量避免在该端口下接入多个用户。

摘要：为确保本地网络资源的安全,可在网络边界处部署防火墙、安全认证网关等设备,但局域网内用户可未经授权访问关键的IT资源,占用宝贵的网络资源甚至发起攻击。为解决这个问题,本文设计了一种基于IEEE802.1x的网络准入控制系统,深入分析了802.1x协议及网络准入控制系统体系结构,通过将802.1x与RADIUS认证服务器结合构建了一个高效、可靠的内部网络802.1x/EAP接入方案,并在网络环境下进行了实验。

关键词：认证,准入,安全

参考文献

[1]丁丽萍.Android操作系统的安全性分析[J].信息网络安全,2012,(03):23-26.

[2]吴轩亮.三网融合下城域网DDoS攻击的监测及防范技术研究[J].信息网络安全,2012,(03):45-48.

IEEE系统 第11篇

随着IEC61850标准的推广,非常规互感器NCIT(Non-Conventional Instrument Transformer)、智能电子装置(IED)的实用化和网络技术的应用,继电保护系统走向全数字化成为必然趋势[1,2]。IEC61850-9-1定义了合并单元,其主要功能是同步采集多路电流、电压信息并按标准要求的格式组帧(IEC61850-9-2数字化采样值SV(Sampled Values)),经过程总线PB(Process Bus)发送给二次保护和测控设备[3,4]。对全数字化保护系统而言,为避免一次电气量的相位和幅值产生误差,保护IED需要在同一时间点上获得采样数据,由合并单元输出的数字采样信号必须含有时间信息。

针对英国国家电网的网格型接线变电站,曼彻斯特大学国家电网电力系统研究中心选用法国阿海珐公司的Mi COM系列保护IED,为其组建了数字化保护试点系统。该系统的时间同步依赖Mi COM P594时间同步单元分别接收各自室外全球定位系统(GPS)天线的卫星授时实现,存在可靠性较低、接线复杂、投资成本高等问题。本文将支持IEEE1588 V2同步标准的Rugged COM RSG2288以太网交换机应用于该保护系统,并通过实验提出组网测试方案,以确保过程总线通信时间同步的可靠性和准确性。

1 IEEE1588 V2标准

IEEE1588的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”,又被称为精准时间协议PTP(Precision Time Protocol),目前已发展到V2版本。协议的基本原理是利用以太网为传输媒介,采用时间戳机制和主、从时钟方案,主机(Master)和从机(Slave)之间周期性交互包含时间编码信息的报文,利用网络链路的对称性和时延测量技术,实现主、从时钟频率和时间的同步。其中,时间同步精度能达到亚微秒级,而传统网络时间协议NTP(Network Timing Protocol)只能满足毫秒级的时间传递精度[5,6,7,8,9]。

1.1 IEEE1588 V2时间同步实现过程

IEEE1588 V2于2008年正式颁布,在IEEE1588V1的基础上提高了同步报文发送速率,从不大于1次/s提升到最大容许超过1 000次/s,提高了同步的精度;引入透明时钟TC(Transparent Clock)模式,包括点对点E2E(End-to-End)透明时钟和端对端P2P(Peer-to-Peer)透明时钟,计算中间网络设备引入的驻留时间,有效地克服了多级传输后的时钟同步降级问题,从而实现主、从间精确时间同步;新增端口间延时测量机制等,通过非对称校正减少了大型网络拓扑中的积聚误差,使得同步精度从微秒级提升到纳秒级,而GPS存在政治和安全风险,IEEE1588V2提供了低成本的GPS简化解决方案。其实现原理如图1所示。

IEEE1588(PTP)定义了5种同步(Sync)报文,Follow_up、Delay_request、Delay_response用于主、从时钟同步。

a.主时钟的PTP应用层发起Sync报文给从时钟,Sync报文包含该报文离开本节点的时刻t1,主时钟同时记录Sync报文离开本PTP端口的精确时刻值t1。

b.从时钟端记录Sync报文到达时刻值t2,并把t2存入寄存器,同时报告给从时钟的PTP应用层。

c.在Two-Step模式中,主时钟的PTP应用层发起Follow-up报文,Follow_up报文包含前一个Sync报文离开主时钟时的精确时刻值t1,从时钟收到Follow_up报文之后记下t1,此时从时钟已获得Sync报文的发送时刻t1和接收时刻t2。

d.从时钟的PTP应用层发起Delay_request报文给主时钟,从时钟记录Delay_request离开其端口时刻值t3。

e.主时钟记录Delay_request报文到达时刻t4,并通过Delay_response报文把t4发给从时钟,此时除Sync报文的发送时刻t1和接收时刻t2,从时钟还获得Delay_request报文的发送时刻t3和主时钟的接收时刻t4。

设传输延时为τ,主、从时钟的时钟漂移为toffset,经过上述时间戳消息应答过程之后:

该过程每隔2 s重复进行,从时钟根据计算值修正本地时钟,与主时钟时间同步。

1.2 IEEE1588的优点及现阶段问题

目前常用的同步标准有NTP、IRIG(Inter Range Instrumentation Group)和IEEE1588。IRIG格式时间码为国际通用时间格式码,是由美国靶场间仪器组IRIG提出来的,其中IRIG-B的编码格式应用最为普遍。表1对它们进行了比较。

PTP/IEEE1588 V2具有实现高精度时间传递的潜力,其突出优点主要有4点:

a.支持时间和频率同步;

b.同步精度高,可达亚微秒级;

c.网络报文时延差异可通过逐级恢复方式解决;

d.统一的业界标准。

IEEE1588 V2现阶段的问题是与IEEE1588 V1不兼容,需要硬件支持IEEE 1588 V2协议和工作原理,必须考虑如何控制双向传输不对等造成的时间偏差,对于PTP边界时钟、透明时钟和通道透传的全面支持与合理使用,提高相关功能和性能的稳定性,权衡时间同步与频率同步间采用松紧耦合等。

2 GPS方案及其面临的问题

2.1 系统特点和保护配置方案

因出色的经济性,网格接线变电站在英国国家电网中应用非常广泛[10,11]。图2为一网格型接线变电站及其母线保护配置。4台断路器经隔离开关连接组成1个网格,每个网格角带1条馈线出线和1台变压器;其母线保护原则是任意网格角母线发生故障,保护会跳开与故障母线直接相连的网角上的2台断路器,同时发送联锁跳闸信号跳开远端的输电线和变压器断路器,可以实现节省价格昂贵的断路器的目标。

本文取一个典型网格角为研究对象,如图3所示。图中,FPFM(Feeder Prot First Main)为馈线保护1;FPSM(Feeder Prot Second Main)为馈线主保护2;MCP(Mesh Corner Prot)为网角保护;Tx P(Tx Prot)为变压器保护。与该网格角MC(Mesh Corner)相连的2台断路器旁各装设一个单相电压互感器TV,馈线近网格角A端装设三相TV,为节省投资,A端和变压器近网格角端均不装设断路器,区间内故障由网格角断路器和B端/变压器低压侧的断路器配合切除。网格角配置母线保护柜,变压器配备变压器高压/低压侧保护柜,馈线第1主保护为由Mi COM P594单元接收GPS卫星信号同步的组电流差动保护,第2主保护为带闭锁的距离保护,馈线A、B柜的保护通信由光纤实现。

针对上述变电站,曼彻斯特大学国家电网电力系统研究中心为其组建了数字化保护试点系统,为5个保护柜的P594单元分别装设了GPS天线[12]。线路第1套主保护为Areva Mi COM P545单元,设置为电流差动保护,2个保护柜间采样信号的时间同步依赖P594单元接收GPS卫星授时信号完成,过程层组网采用Netgear以太网交换机,带6个10/100Base TX接口和2个100Base FX(不支持IEEE1588V2标准)。NCIT仿真仪最多可模拟输出8组用户设置的IEC61850-9-2LE以太网信息帧,同时可回放Comtrade文件输出相应的电压、电流信号,保护IED的配置软件为Mi COM S1 Studio。

2.2 GPS同步方案的问题

卫星授时的优点是时间同步的精度较高,无需组建网络,获取方便。该方案是目前解决电力通信网时间同步问题的主要手段,但其面临以下“三难两高”的问题。

a.天线安装勘测难。GPS要求必须同时收到4颗卫星的信号才能完成定位和授时,因此,天线安装需满足120°的净空要求;中心45°锥体空间内必须无任何遮挡;周围直径4 m范围内不得有超过20 cm的金属物体;并列天线间距必须大于1 m;不能与全向天线同水平面安装等。这些要求使得现场寻找合适的GPS天线安装点变得非常困难。

b.馈线铺设难。由于GPS天线安装位置要求苛刻,室内的GPS接收器和室外的GPS天线之间往往需要铺设超长的馈线,接收天线馈线距离超过100 m需增加中继放大器,而且长距离的GPS天线馈线芯径较粗,安装施工困难,成本高。

c.维护困难且成本高。由于时间同步信号的必要性,变电站GPS时钟系统相当分散庞大,现场维护困难,且GPS模块每年有近10%的损耗,缺乏统一便捷的GPS装置管理系统,造成维护成本上升。

d.存在安全隐患、投资风险高。对于当前的民用GPS服务没有精度、全天候等保障承诺,可进行局部性能劣化设置和限制使用,带来安全隐患。

3 Rugged COM RSG2288应用方案

3.1 Rugged COM RSG2288以太网交换机的特点

Rugged COM RSG2288以太网交换机专为变电站等较恶劣环境(如强电磁干扰等)应用设计,最多可带9个千兆位(Gigabit)以太网接口、9个100 FX快速光纤接口,安装简便,网络资源占用极少,且具有支持IEEE1588 V2时间同步标准的独特优势,如图4所示。

a.所有接口均带以太网硬件位置MAC(Media Access Control)层时间戳硬件支持;

b.引入透明时钟确保时间同步的精确性(亚微秒级,典型值为100 ns);

c.采用Peer-to-Peer技术确定传输延时;

d.使用高精度的热补偿晶振;

e.允许IEEE1588 V2标准和IRIG-B标准转换。

主时钟RSG2288可采用GPS、IRIG-B、NTP、IEEE1588 V2、本地时钟等作为参考时钟源并与之同步。透明时钟RSG2288采用Peer-to-Peer技术确定传输延时和交换机内部驻留时间,与主时钟时间进行时间同步校正,并且将校正信息通过Sync和Follow_up报文更新传递给下行时钟,消除时间抖动和多个以太网交换机链路的累积性误差。透明时钟兼具后备主时钟的功能以提高可靠性,通过将IEEE1588 V2同步信号转化为IRIG-B输出,可利用PTP同步不支持IEEE1588的旧版IED,如图5所示。

另外,加强抗电磁干扰功能和零数据包丢失技术可确保RSG2288在恶劣环境下运行的可靠性。

3.2 Rugged COM RSG2288的应用

3.2.1 过程层应用方案

IEC61850-9-2定义了过程总线,实现了互感器(或合并单元)与间隔层设备(如保护IED、间隔层控制器、测量仪表等)的数字化连接。作为一次系统和二次系统的桥梁,在过程总线上传输的采样数据时间同步精度要求小于1μs,支持IEEE1588 V2时间同步标准的Rugged COM RSG2288以太网交换机成为数字化保护系统过程层组网的理想选择,其过程层应用方案如图6所示,一次系统信号采样后,经合并单元转化成符合IEC61850-9-2LE的以太网信息包,在RSG2288打上时间戳完成微秒级同步,多播到过程总线上发送给二次系统的IEDs。

3.2.2 应用RSG2288的保护性能测试方案设计

对本项目而言,网格角母线电流差动保护IED P746的测试需要6路三相电流和1路三相电压作为输入信号,且所有信号必须精确同步,其测试系统的设计最为复杂。针对原P594单元接收GPS卫星信号同步方案的不足之处,时间同步由Rugged COM RSG2288以太网交换机实现,取OMICRON 256/Plus保护测试仪作为一次系统信号发生器,设计了网格角母线的保护IED性能测试方案,如图7所示。

为便于合并单元性能测试,测试仪选用2台CMC256(输出模拟信号)和1台CMC256 Plus(输出9-2LE数字信号)。2台CMC256生成4路三相电流信号,分别输出给4台CVCOM合并单元进行数字化组帧,然后由RSG2288透明时钟同步。中间的CMC256 Plus利用采样值配置模块,生成2路三相电流和1路三相电压(均为符合IEC61850-9-2的采样值)数据流,直接由RSG2288透明时钟以太网交换机采用IEEE1588 V2打时间戳同步。

3台CMC测试仪连接至PC机,由Test Universe软件包支持测试功能,并通过CMIRIG-B时间码转换接口获取RSG2288透明时钟的IRIG-B码,对生成的数据进行同步触发。CMIRIG-B用于CMC测试装置与信号源或接收器之间的信号转换,实际的IRIG-B解码和编码功能在CMC测试装置中实现,亦可选择CMGPS模块作为同步触发脉冲或秒脉冲PPS(Pulse Per Second)信号源。

该方案主时钟和透明时钟(即从时钟)采用独立的GPS天线获取时间源,在主时钟信号丢失或故障情况下,透明时钟仍可对以太网上的数据包进行精确同步,实现冗余时间源机制。由合并单元输出和CMC256 Plus输出的数据包经Rugged COM RSG2288同步后,输入网格角母线保护IED P746测试其选择性、可靠性、动作速度等性能指标,IED的动作情况可从Test Universe主界面直接获得。对于馈线保护和变压器保护测试,只需调整所需的信号源数目,将被测保护柜接入网络即可。通过替换其他厂家的合并单元和保护IED,亦可非常灵活地实现系统兼容性和互操作性测试。

4 结语

本文结合实际工程,将支持IEEE1588 V2时间同步标准的Rugged COM RSG2288以太网交换机应用于网格型接线变电站全数字化保护系统的过程层组网测试。基于透明时钟概念,设计了网格角母线保护P746的测试方案,实现冗余时间源机制,由IEEE1588 V2对采样值实现亚微秒级同步,提高了时间同步的可靠性和准确性。与原方案(5个保护柜各需一个GPS天线和P594信号接收单元)相比,节省了3套GPS天线和5组P594单元,达到了降低成本和简化接线的目的。同时,该测试方案修改扩展灵活,设备可“即插即测”,极大地方便了对全数字化保护系统各项性能指标的测试,体现了全数字化保护系统的优势。

采用IEEE1588 V2时间同步技术是数字化变电站的必然和最佳选择,本文的工作完成了该技术的实验室应用。下一步项目试验将对保护系统的各项性能指标进行验证和统计分析,这些工作对符合IEC61850标准的数字化变电站保护系统的推广和应用具有重要的参考作用。

参考文献

[1]IEC.IEC61850 Communication networks and systems in substa-tions[S].Geneva,Switzerland:IEC,2005.

[2]朱炳铨,任雁铭,姜健宁,等.变电站自动化系统实现IEC61850的过渡策略[J].电力系统自动化,2005,29(23):54-57.ZHU Bingquan,REN Yanming,JIANG Jianning,et al.Strategyfor implementation of IEC61850 in substation automation systemduring transitional period[J].Automation of Electric Power Sys-tems,2005,29(23):54-57.

[3]IEC.IEC60044-7 Instrument transformers:part 7 electronic voltagetransformers[S].Geneva,Switzerland:IEC,1999.

[4]IEC.IEC60044-8 Instrument transformer:part 8 electronic cur-rent transformers[S].Geneva,Switzerland:IEC,2002.

[5]IEEE.IEEE Standard 1588TM Standard for a precision clocksynchronization protocol for networked measurement and controlsystems[S].[S.l.]:IEEE,2008.

[6]贺鹏,曾维鲁.电厂数据采集与监控系统的时间同步技术[J].华北电力大学学报,2000,27(3):42-45.HE Peng,ZENG Weilu.Study on the time synchronization tech-nology used in SCADA system[J].Journal of North China Elec-tric Power University,2000,27(3):42-45.

[7]王晓冬,阚德涛,张志武.以太网时钟同步技术[J].电子工程师,2008,34(9):47-50.WANG Xiaodong,KAN Detao,ZHANG Zhiwu.Time synchroniza-tion in Ethernet[J].Electronic Engineer,2008,34(9):47-50.

[8]赵新璧,陈普跃,潘克修.LXI总线技术综述[J].电子技术,2007,36(11):167-169.ZHAO Xinbi,CHEN Puyue,PAN Kexiu.The introduction of LXIbus[J].Electronic Technology,2007,36(11):167-169.

[9]李宝儿.美国国家半导体推出业界首款具备IEEE1588 PTP硬件[J].电子工业专用设备,2007,36(10):76.LI Baoer.NS launch the first chip with hardware support ofIEEE1588[J].Equipment for Electronic Products Manufacturing,2007,36(10):76.

[10]BLACKBURN J L.Protective relaying:principles and applica-tions[M].New York,USA:Taylor&Francis Group,1998:393-394.

[11]ANDERSON P M.Power system protection[M].New York,USA:McGraw-Hill,1999:647-649.