传输技术研究范文（精选12篇）
传输技术研究 第1篇
关键词：超高速,超大容量,超长距离,光传输,高谱效率,光编码,光调制
0引言
当前,光通信网络正朝着规模不断扩展、容量快速增长、业务日益丰富、应用愈加灵活和需求日趋多样的方向快速发展,寻求新型的超高速(ultra-highspeed)、超大容量(ultra-large-capacity)和超长距离(ultra-long-haul)(以下简称3U)光传输机理与模式已成为未来光通信技术领域面临的重大挑战。3U光传输作为一种推动下一代互联网与宽带移动通信网发展和技术进步的新型光通信模式,已成为国际高科技知识产权竞争的焦点和制高点。我国光通信制造能力与光网络应用规模在国际上已处于前列,但在原创性核心技术及知识产权方面明显落后于发达国家,极大地制约了我国在21世纪信息产业的可持续发展。发展新型的3U光传输对推动信息产业服务于国民经济、促进我国步入信息化先进国家和确立国际战略优势地位具有重大意义。
3U光传输的研究围绕以下3个重大的科学问题展开:
(1)高谱效率的途径、机理与容量限问题。在香农理论的基础上建立适应光纤传输信道和发射接收系统的准线性近似、非线性预补偿和相干接收的完整模型,拓展香农理论在光信息领域的应用,解决高速光通信系统与香农定理的偏离问题,为未来光通信系统容量确立新的规则,具有重大的理论和实用意义。并且在该模型的基础上,探讨提高3U频谱效率的途径及其机制,以期较大程度地提高现有通信系统的频谱利用率,使之接近香农极限,为最大限度地提升3U系统的容量服务。
(2)复杂光纤色散与多阶均衡问题。利用复杂色散模型和信息处理算法实现对色散的检测。高精度色散管理分为静态可调和动态可调两部分,分别应用于光纤传输线路和接收端,具有不同的色散要求。独立的色散及色散斜率调整能够对所有光通道进行多阶精确色散控制和均衡。构建光纤色散的基础理论框架,解决高阶色散补偿问题,实现由一阶色散补偿向多阶色散均衡的飞跃。
(3)光纤非线性动态协同适变性问题。重点研究和揭示多种非线性效应相互作用的机理及规律;结合全光通道统一归零码光源的特性,消除非线性的统计变化,利用精确的数据比特光程差控制,提出全新的非线性抑制和管理的机理和方法;研究3U系统下的色散和非线性动态协同的适变性;实现3U全波段光纤通道准线性传输模型的建立和理论的突破。
在不断飞速发展的信息科学领域,研究3U光传输,总体上将实现3U光传输理论的突破与创新,使我国在相关领域的研究成果和技术创新进入国际领先行列,为促进我国信息产业可持续发展提供科学理论和核心技术支持。
1研究内容
1.1160×100Gbit/s2000km的3U光传输基础理论验证系统
以实现160×100Gbit/s、2000km的3U光传输基础理论验证系统为目标,围绕光传输的基础理论展开,研究超高速光传输系统所需的理论模型和方法,实现超高速光传输系统的高效化、长距化和动态化。研究内容包括:(1)建立超高速光传输系统的理论模型,对3U系统信道容量限进行论证;(2)完成超高速光传输的体系结构设计;(3)构建160×100Gbit/s、2000km的3U光传输基础理论验证系统实验平台;(4)设计并验证系统方案,检验超高速光传输演示系统的性能。系统整体框架如图1所示。
1.2全光多波长自相关光源的产生及非本振相关接收
针对3U光传输系统中的光源,围绕其产生机理及实现方法、所产生的相干信号在系统中的传输及非本振相关接收等关键问题,具体研究包括:(1)多波长、自相关、相位噪声超低的信号的产生及精密合波理论和实现方法;(2)多通道自相关双波长传输过程中信号非线性损耗消除问题;(3)相关接收过程中非本振相关的具体实现方法。
1.3基于先进调制格式及编码方式的全光、高谱效率的光发射/接收
针对项目的 科学问题,研究100 Gbit/s速率FEC(前向纠错编码)理论,提出实用的码字结构方案,结合多阶调制、正交光调制和全光OFDM(正交频分复用)调制格式,实现具有上述功能的光发射和接收。研究内容包括:(1)基于香农理论建立适应光纤传输信道和发射/接收系统的准线性近似、非线性预补偿和相干接收的复杂模型;(2)逼近香农理论限的实用信道编码。
1.4高增益、宽带宽、高平坦度、超低噪声的参量放大
从光场热振幅及波动理论出发,研究OPA(光参量放大)中噪声产生的机理,进而研究相位敏感的光参量增益放大对噪声的抑制机理。根据硅基及新型光子晶体光纤中参量放大的机理,研究利用新型参量增益介质实现性能优异的光参量增益放大。研究内容包括:(1)接近量子极限超低噪声的光纤参量放大;(2)获得带宽 高、增益高、平坦 度好的OPA;(3)基于OPA实现全光3R再生。
1.5超高速传输系统中高精度多阶色散管理及信号非线性损伤的抑制
工艺、类型、距离和时间等的多维度动态变化会导致色散变化复杂,现有色散补偿方法的残余色散高达50ps/nm(单通道),难以满足3U系统的要求。针对上述问题,以实现信号传输过程中非线性和色散的协同动态补偿为目的,围绕非线性和色散的产生机理、相互作用和转化机制,研究在超高速光传输系统中非线性影响与传统光传输系统的不同,实现非线性与色散的动态协同补偿。研究内容包括:(1)针对全同步、异地相关光源传输体系和多维多阶复杂调制格式的色散和非线性效应一体化分析模型;(2)基于四波混频和受激散射实现高精度的色散测量;(3)将高精度色散管理设计为静态可调和动态可调的具体实现方案。
1.6总体技术路线
综合以上5个方面,将最终完成的3U光传输的基础理论与关键技术的研究,以及相关的实验验证进行总结,其总体技术路线如图2所示。
2重要成果
在国家“九七三”计划项目“超高速超大容量超长距离光传输基础研究”的支持下,由武汉邮电科学研究院牵头,联合北京邮电大学、复旦大学、华中科技大学和西安电子科技大学,共同在3U光传输方向上进行了大量的研究,取得了一系列重要成果。
2.1单光源1Tbit/sLDPC相干光OFDM1040km传输技术与系统(2010年)
建立了一种实现T比特级超高速光传输的基础理论与方法,包括:(1)提出了多波长同源低相位噪声光子载波信号产生的模型;(2)提出了高谱效率、超强纠错能力的光编码调制方法,在保证高谱效率的同时较传统7% ~12% FEC技术提升误码纠错能力10倍以上,成功实现了1Tbit/sLDPC(低密度奇偶校验 码)相干光OFDM1040km传输。实验采用的系统结构如图3所示。工信部科技司2010年12月24日对该成果进行了鉴定,结论是与国际已报道的同类实验系统相比,达到了国际领先水平。
基于正交多频带OFDM传输技术,提出了一种新型的多子载波产生方法,单一光源的光通过该方法产生了50个SNR(信噪比)高于20dB的子载波,每个光子 载波承载21.4 Gbit/s数据,间隔6.71875GHz,可实现1Tbit/s数据从电域到光域的上载。该种方式突破了现有的多子载波产生方式(子载波产生数量少且SNR低)的限制,其结构简单,产生的子载波性能稳定,能很好地满足Tbit/s超长距传输的要求。
在已有的1Tbit/sSSMF(标准单模光纤)的长距离传输系统实验中,采用常规的FEC,其纠错能力有限,使得系统即便在子载波SNR为20dB时,其最大无误码传输距离也仅为600km。本实验引入低码率LDPC和高阶调 制方式,提高了解 码门限,实现了1040kmSSMF的无误码传输。在保证谱效率相同的情况下,该方式比现有的常规FEC下4QAM(正交幅度调制)(QPSK(正交相移键控))的传输系统性 能提高了 约4 dB,其谱效率 达到3.2bit/s/Hz。
图4所示为1.07Tbit/sLDPC16QAM信号背靠背和1040km传输时的BER(误码率)曲线图。由图可见,在BER为10-3时,采用LDPC在背靠背和传输1040km两种情况下,OSNR分别达到22.5和23.6dB。
本实验是国际上首次将LDPC用于高速长距离实验传输,通过纠错编码和高阶调制的组合来均衡谱效率和纠错性能,实现了单光源Tbit/s级光传输、距离超过1000kmSSMF的突破,是2010年已报道的全球最高水平。
2.2168×103Gbit/sDFT-S8PSKOFDM2240kmSSMF光传输系统实验(2012年)
采用DFT-S(离散傅里叶变换扩频)OFDM,结合8PSK(相移键控)调制方式,实现了C波段168×103Gbit/s相干光DFT-SOFDM8PSK2240kmSSMF传输。其系统结构框图如图5所示。
发射的OFDM信号频谱与光子载波间的频率间隔一致,其单信道 子带的总 发射速率 为3×34.36Gbit/s=103Gbit/s,每信道的 谱效率为5.64bit/s/Hz。
在传输2240km光纤链路后对所有168个信道的传输性能进行了测试,结果如图6所示,所有的BER均在码率为20.5% FEC解码容限以下,经过FEC解码后,均可实现无误码。图中,下端显示的光谱图为整个C波段传输2240km后接收端的光谱信号图。
本实验采用的DFT-SOFDM技术,相对传统的OFDM技术,大大降低了信号的峰均比(改善3dB以上),提高了系 统抗非线 性的能力,谱效率达 到4.12bit/s/Hz,实现了168×103Gbit/s传输2240kmSSMF后所有信道BER均低于第三代FEC解码门限2×10-2,截止至2012年7月,其单纤单模WDM(波分复用)系统容量-距离积达到世界领先水平。
2.367.44Tbit/s超大容量160kmSSMF光传输系统实验(2013年)
采用16QAM高阶调制并结合全拉曼放大,实现了C+ L波段67.44 Tbit/s相干光OFDM160kmSSMF传输系统实验,其系统结构框图如图7所示。系统采用C波段和L波段产生368个光子载波,载波间间隔为25GHz,每个光子载波作为一个通道,通过强度 调制器分 成三个子 载波,承载183.2 Gbit/s的16QAM-OFDM信号、总容量 为67.44 Tbit/s,除去纠错 编码净荷 总容量为63Tbit/s,其FEC开销为7%,解码门限 为0.0038,传输链路为160kmSSMF,每段80km光纤结合全拉曼放大。图8所示为各点的光谱图。
系统传输160kmSSMF后的每个信道传输的BER性能如图9所示,所有信道的传输BER均在解码门限0.0038以下。该实验在国内首次实现了67.44Tbit/s超大容量传输,属于国际先进水平。
2.4100Tbit/s超大容量80kmSSMF光传输系统
在67.44Tbit/s超大容量光传输研究的基础上,研究高阶调制格式带来的系统性能恶化等问题,成功采用DFT-S128QAM高阶调制结合全拉曼放大,实现了C+L波段100Tbit/s(净荷速率)超大容量超密 集波分复 用相干光OFDM信号传输80kmSSMF的光传输系统实验。实验系统框图如图10所示。
其整形后的375个子载波经过128QAMDFTSOFDM信号调制后的光谱图如图11所示。
经过80kmSSMF传输后,系统接收端的光谱图和各子信道的原始BER情况如图12所示,每个子信道的原始BER均低于0.02(第三代FEC解码门限),经过纠错解码后即可无误码接收。该实验在2013年67.44Tbit/s的基础上,实现了传输容量 的再次突破,使我国步入具有百T级实验能力的国家行列。
2.5总结
项目承担单位为中央企业(转制院所),与国内高校复旦大学、北京邮电大学、华中科技大学、西安电子科技大学和国内运营商合作,在高谱效率单载波奈奎斯特调制、OFDM调制、多元LDPC、全光傅里叶变换非线性噪声抑制、T比特级光分插复用等方面取得了显著成果和效益,成为国内产学研结合和协同创新的范例。
项目在国内外学术期刊上共发表学术论文345篇,其中SCI论文202篇;申请发明专利93项,授权6项;共培养博士生51名,硕士生134名。
3结束语
航天器热传输技术研究进展 第2篇
航天器热传输技术研究进展
文章对航天器用热传输技术近期的发展进行了汇总,主要包括:导热材料、微小型热管、槽道热管、泵驱动两相流体回路、深冷环路热管、喷雾冷却系统以及基于MEMS技术的`微型热传输技术.这些新技术是航天器高热流密度散热、大功率热传输、分散点热源散热及深低温热传输未来主要的解决途径,可供航天器热控研究及设计者参考.
作 者：苗建印 张红星 吕巍 范含林 MIAO Jianyin ZHANG Hongxing LV Wei FAN Hanlin 作者单位：北京空间飞行器总体设计部,北京,100094刊 名：航天器工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING年，卷(期)：19(2)分类号：V44关键词：航天器 热控 热传输技术
流媒体传输加密技术研究 第3篇
关键词：流媒体；加密技术；变换方法
中图分类号： TP309.7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）36-189-2
0 引言
流媒体是网络中传输的可以实时获取实时解析的一种媒体格式。这种类型的媒体文件可以实现上传、下载与播放的同步。目前传统有线电视的直播功能就是应用的这种媒体格式实现的。随着网络功能不断进步，网络资源与有线资源的竞争不断恶化，近年内已经发生多起数据盗窃转发案件。为了保证数据安全，维护网络秩序，优秀的数据加密技术成为其中的关键因素。
1 加密与破解
目前我国在密码加密技术的应用研究方面与国外还有一定的差距，实际应用方面与国外的差距较大，还没有自己的算法、标准和体系[1]。国际最通用的加密技术是AES加密技术。AES加密技术是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一[2]。目前主要有2种加密体系：对称密钥加密和非对称密钥加密[3]。AES属于对称加密技术，这种加密技术不仅可以保证数据的安全，还可以通过硬件实现快速的数据加解密。
将网络传输中的流式媒体信息进行加密的目的是使非授权阅读人员无法读取该信息，并为该信息在网络上的实时传输提供高度的机密性、完整性、非否定性和真实性。即使攻击者中途截获，也不能攻击和破译[4]。但是人们往往能从一项技术中找出漏洞。
由于加密技术的运算方法是固定的。转发解扰字的方法就可以在已知加密方法的情况下破解绝大多数的加密方式。无论采用的加密算法多么复杂，一但方法被知道，解扰字被知道，就很难对数据再进行保护。而要实现数据的安全，唯有算法本身的运算方式也在不断变换，而且这种变化是没有规律的才能高强度的保护数据。
流媒体的数据长度可以是无限的。在加密时不可能将一个文件整个都加密完成再进行传输。加密通常都是针对一小段等长数据的，每段数据称为一组。在一个分组内，总的变换结果是有限的。假设分组长度为Nk，即分组数有2进制Nk位。如果把每一个数的位置关系计算在内，那么变换的最终结果有Nk！×2Nk种。AES的位置变换关系是固定的，因此AES相当于只是取了其中的2Nk种变换。如果能将Nk！×2Nk种变换无规律的替换，数据保护强度将会进一步增加。
2 变换方式参考量
分组变换方式有Nk！×2Nk种，那么表示一个分组长度变换的2进制位数为log2Nk！×2Nk。假设Nk=128，那么表示分组变换种类的2进制位数为845位。把这个数据作为变换方式参考量。这是一个相当大的数。为了使得这845位2进制数能清晰的表示每一种变换。可以将数据分为128位和717位两个部分。128位表示参数本身是否发生变化，717位表示参数移动的位置。根据移动位置的特性，一个数占据了这个位置则另一个数不能与之占用同一个位置则有：
3 参考量的同步
授权用户解密时变换方式参考量必须与加密时所用的一致。而这个同步可以分两次进行。第一次同步在用户授权的同时，服务器与客户端完成参数移动的位置部分的同步。第二次同步在加密数据发送的同时，服务器与客户端完成数据变换参数部分的同步。这样数据变换参数部分可以在短期内变换多次。同时数据变换参数可以使用如下传送方式保证解密的连续性。
在密文R1传递的前半段，可以收到S0、S1两个解密参数。S0用于上一密文文件解密S1用于当前文件解密，当密文传输过半时S0被S2替换准备下一段密文S2的解密进入到R2接收阶段后S1并不消失而是等到R2过半时换成S3准备R3密文的解密。这样的传输方式可以保证在解密前已经有解密参数传递到客户端，并完成解密的准备工作。
如此交替变换的方式可以保证正在解密的参数在异或参数变换时不受影响，同时可以保证客户端提前预知下各时刻的参数，保证解密的连续性，同时还可以保证授权用户在任意时刻开始接收都能获取到正确的明文数据。
4 加解密时的逆变换方法
已知变换方式参考量之后，加密变换时明文分组数据与变换参数进行异或运算。运算完毕的数据依照位移参数依次进行按位移动，即可形成密文数据。但是位移运算的方式并不是依照正序变换最为快捷。位移变换如果从末尾开始排列则计算机会节省更多寻址时间。即将末尾数据先填入密文空间，再根据倒数第二个参数Cx的大小决定倒数第二个数据的位置，之后的数据依次往后移动一个数据位。
密文数据进行逆变换时则需根据位移参数将原始数据位移回原来的位置。则密文数据需要按位移参数的运算值Cx依次计算出原始数据移动到的位置再还原出原始数据。由于没办法知道最后一个数据所在位置，所以只能依次运算还原。
由于变换算法逻辑复杂，在变换算法的一个周期内，系统并不直接存贮变换参数或者变换的运算值Cx，而是直接将变换的位图保存起来。当需要加解密变换时直接根据位图重新调整参数的位置从而实现高效的加解密流程。
同时由于在变换过程中只更改变换参数，位置参数短期内并不会改变。未授权用户无法通过变换参数来还原明文文件，使得该算法在非高安硬件上也具备相当高的可靠性。
5 算法初步测评
这种变换算法解决了目前加密方法解扰字容易被转发导致数据泄露的问题。但是这种数据非对称性算法，同时加解密位移方式较为复杂，不像AES能够用单纯的更改线序的方式来完成，很难用硬件实现。但是对于保密等级比较高，不要求加解密速度的文件，可以采用以上方式来进行加解密。这种加解密方式也可以用在其他数据的传输保护当中。但是对于没有用户授权机制的数据保护并不能起到由于AES等加密方式的保护作用，并且还会延缓加解密效率，在此时不建议使用。
参 考 文 献
[1] 登国国内外信息安全研究现状及发展趋势[J].世界科技研究与发展，2000，22（2）：2-8.
[2] http：//baike.baidu.com/link？url=3rVA7mGbxfOcJP6CQnb6Q2_i0EqIAdjKO2uF-P775ygAmLo7vwEYm8O7QXiCl51aFedQN8MPJ5dMWNCDj-ujpK.
[3] Bruce Schneier.应用密码学[M].吴世忠，祝世雄，张文政，等译.北京：机械工业出版社，2000.
广播传输和发射技术研究 第4篇
1概要的传输路径
(一) 传播依托的根本框架
广播传输配有的系统, 包含建构起来的信道、本源的信息来源、对应着的信宿。在这之中, 信宿能接纳多重的信息, 经由配套情形下的机顶盒、安设的显示器、某规格下的接收机、衔接着的天线, 予以妥善实现。
体系框架以内的信道, 是传输依凭的渠道, 包含体系架构之中的线缆、卫星及覆盖着的无线光纤。信号特有的传递流程, 也即信号处理。信源被设定成信息来源, 包含录音摄像。细分出来的三重要素, 信道设定成信号特有的传递媒介。最近几年, SDH特有的新颖技术, 正在不断拓展。它在最大范畴内, 突破了惯用的技术路径, 促动了传输之中的质量升高。
(二) 多层级的技术特性
广播传输关涉的覆盖范畴偏大, 系统固有的构架简易, 耗费掉的成本偏低。预设的信息接收, 带有便捷特性, 能免费收看。无线发射架构下的技术, 是群众接纳广电服务依凭的主要路径。多层级的党委政府、城乡范畴中的宣传主体, 都借助衔接的这种媒介, 来传递信号。偏远情形下的乡村, 建构了村村通;广播发射及传递, 凸显了高层级的价值。模拟得来的发射方式, 是广播传输特有的领域变革。
新时段中, 科技拓展的速率加快。依托广播传递着的多样信息, 也延展了固有的范围。平日的信息量正在不断累加, 更注重传递路径的时效特性。技术进展之中, 耗费的成本被限缩;这就为接续的传输进展提供最优条件。各区域以内的用户, 都应及时接纳信息, 分享并互通信息。广播传递了多样信息, 丰富平常生活, 传播优异文化。
2技术独有的优势
(一) 可靠及安全。无线框架以内的发射技术, 提升了原有的可靠水准。设备配有的多重软件、体系架构之中的硬件, 确保长时段的稳定运作。硬件特有的稳固可靠, 经由新颖技术, 被凸显出来。广播系统预设的建构前提, 是创设专用特性的网络。建构起了这种网络, 才能规避冗余接触。与此同时, 建构起来的访问系统, 也应可靠。预设明晰的访问权限, 搭配最优机制。
(二) 拓展适用范围。地面建构的多频网, 应带有适用的属性。广播系统覆盖着的受众, 凸显了多元化这一总倾向。然而, 各区域之中的频率资源, 仍旧并不足量。这种情形之下, 唯有采纳稳定态势下的、可靠特性的新系统, 才能满足要求。广播配有的发射技术, 缩减了停播率, 限缩了拟定成本。采纳优质特性的信号, 予以全面覆盖, 提升原有的公益特性, 便利移动接收。
(三) 高层级的智能特性。广播传输表征出来的智能水准, 关联着发射技术的渐渐进展。智能化特有的本源目标, 针对各时段中的工作状态。采纳实时监控, 采取集中态势下的监督。例如:拟定微机的路径, 对于播控情形下的各类机房, 予以实时查验。发射机特有的遥控、不同时段之中的遥测, 都应予以规制。微机预设的发射监控, 应当设定明晰的技术指标。
3技术管控的必备途径
(一) 保障平日播出。广电配有的发射系统, 可分成特有的供电分支、天馈线特有的衔接分支、某区段之中的信号源、带有冷却特性的关联系统。保障及时情形下的播出, 提升播出质量。严格依循设定好的维护机制, 审慎辨识漏洞。与此同时, 依循及时原则, 对于安设好的广播系统, 予以惯常的查验修护。对于潜藏着的细节疑难, 不应忽略掉。及时发觉突发特性的多重事件, 同时防患未然, 随时发觉潜在特性的隐患根源。
(二) 提升责任认知。节目特有的安全播出、优质情形下的播出, 是广播特有的本源职能。端正根本心态, 添加节目之中的活力。发射技术特有的安全管控, 是电台设定的根本指引。广播电台范畴内的工作职员, 不可丝毫懈怠。这是因为, 潜藏着的细节弊病, 就会带来后续时段的播出误差, 带来重大故障。地面特有的数字广播, 布设着多重的光缆。网络化特有的管控保障, 涵盖平日以内的光缆查验。强化职责认知, 确保各个区段之中, 都能覆盖着这种线缆。
(三) 除掉累积隐患。强化平常维护, 可以除掉后患。拟定明晰的检修规划, 针对安设好的发射机, 拟定详尽情形下的周期规划。细分出来的检定规划, 整合了每周检查、月份时段中的检查、年度以内的检定。例行特性的技术修护, 应被设定成正规化特性的完整流程。预设多重岗位, 缩减潜藏着的故障概率。经由审慎的修护, 应能维持住配件的完好, 缩减各时段中的停播率。改善区域之中的通讯条件, 加快建构步伐, 有序整合多重的发射方式。
4结语
广播传输特有的拓展进程, 关联着需求的拓展, 也关涉科技进展。未来时段中, 惯用的广播媒体, 应能提快更新速率, 加强细节范畴内的技术开发。只有这样, 广播传输发射, 才会贴近受众, 不断延展覆盖的范畴。为区域以内的一切用户, 供应优质服务。
参考文献
[1]杜爱霞.谈广播电视传输发射技术[J].信息与电脑 (理论版) , 2014 (05) .
传输技术研究 第5篇
从非连续频谱OFDM发送接纳系统的流程来看，简单方式为发送序列输出序列。详细而言，就是将发送序列中的子载波映射、降峰均比与降旁瓣处置、M点IFFT(发射机)、添加循环前缀、数模转换/射频前端的最后结果以信号的方式，经过信道，传送到输出序列中的射频前端/模数转换、抗干扰预处置、信号同步/去除循环前缀(接纳机)、M点FFT、信道估量及子载波平衡、解调数据，最后输出即可。
在整个流程中，需求在子载波映射与信道估量及子载波平衡进行衔接，主要是应用认知模块，有效的到达频谱及信道情况估量、选出可用子载波信息;这种物理层的传输计划主要是增加了认知模块，能够对频谱空泛进行智能感知，从而进行信道状态、用户信息的参数评价，再以控制信道到达与接纳端的共享。
从优化波形的方面来看，影响或限制非连续频谱OFDM的要素有峰均比，由于当峰均比增高时，就会与子载波数关联，但在通常状况下，总子载波数、子载波数皆可共同作用，对峰均比的值变产生影响，针对这个问题，可采用正交预编码技术、保存子载波技术。
3 结语
在基于非连续频谱的短波传输技术中，主要是应用了OFDM技术，应用认知模块对信道状态、用户信息的参数评价，再以控制信道到达选择与控制的目的，有效的处理了短波通讯中易受干扰的问题，经过对峰均比的技术处置，能够有效的到达波形优化的目的;但是，应该留意在窄带用户、宽带用户方面的均匀功率密度，通常是前者大于后者，因而，易因互相干扰带给子载波污染，最终引发系统毁坏，所以，应该增强这方面的探析，以最大化信干噪比、最小化旁瓣功率为准绳，最终设计出最优窗函数，处理干扰带的外走漏问题。
参考文献：
[1]王莹.短波/超短波在油气田井口数据实时检测及远程传输系统中的应用[J].科技传播,2012,4(20).
[2]高梅,黄国策,杜栓义,等.用于短波高速数据传输的迭代兼并平衡算法[J].系统工程与电子技术,2013,35(9).
[3]施恺狄.短波数字传输现代技术及其主要毛病与诊查[J].信息技术与信息化,2015(9).
[4]孙宏林,陈元清,李铁成.短波组网通讯数据传输效率实验与研讨[J].中国电子科学研讨院学报,2011,6(3).
变电站系统监控信息传输技术研究 第6篇
国网山东利津县供电公司 山东东营 257400
摘要：变电站属于电网信息的中间站，随着自动化信息系统的迅猛发展下，变电站经历了集中式、分散式、集中、分散集中式、数字化变电站等多阶段。特别是数字化变电站经过信息进行相互操作的现代性质变电站，其实现了用光纤通信代替普通的电缆通信同时做到了站内设备间的信息共享。
关键词：变电站；系统监控；信息传输技术
前言：在近些年来，随着计算机技术、网络技术、通信技术的不断发展，变电站计算机监控系统在新建及扩建变电站中得到了快速的应用。本文就对变电站系统监控信息传输技术进行分析，希望可供相关从业者参考。
一、变电站监控系统分析
变电站综合自动化系统是利用计算机技术、通信技术对在线运行的各种电力设备（包括控制、测量、保护、自动装置及远动装置等）进行实时监控的自动化系统。它集微机继电保护、远方遥控、远方遥测等功能于一體，对变电站进行自动监视、测量、控制、协调和全方位的管理。
在早期，变电站没有办法及时地了解和监视各个运行点和现场装置的运行情况，更谈不上进行直接控制和信息对话交流。对于变电站的设备运行情况和各条线路的电压、电流、功率等情况，调度中心都不能及时掌握，调度员和变电站各个运行部门的联系主要是电话。每天由变电站值班人员定时打电话向调度员报告本变电站的电流、电压、功率等数据，调度员需根据情况汇总、分析，花费很长时间才能掌握变电站运行状态的有限信息。严格来说，这些信息已经属于“历史"了。调度员只能根据事前通过大量人工手算得到的各种系统运行方式，结合这些有限的历史性信息，加上个人的经验，选择某种运行方式，再用电话通知各个值班人员进行调整控制。一旦发生事故，也不能及时了解事故现场情况，及时进行事故处理，需要较长的时间才能恢复正常运行。这种落后的状况直接影响变电站的安全运行。
监控系统的第二个阶段，是远动技术的采用。安装于变电站的远动装置，采集各线路电流、电压、功率等实时数据，以及各开关的实时状态，然后通过控制电缆传给调度中心并直接显示在调度台的仪表和模拟屏上。调度员可以随时看到这些参数和全系统运行方式，还可以立刻看到开关等设备的事故跳闸（模拟屏上
相应的图形闪光）。调度中心可以有效地对变电站的运行状态进行实时的监控。调度员还可以在调度中心直接对某些开关进行投切操作。这种布线逻辑式装置的采用，使变电站的监控系统可以实现遥测、遥信、遥控、遥调的功能。变电站监控系统的第三个发展阶段，是电子计算机在工业控制系统中的应用。采用现代计算机与通信技术实现自动化的变电站，是在传统的变电站一次设备基础上，用一套完整的信息系统实现信息的采集、处理、就地控制、信息的传送与管理、系统的协调与优化等功能。这一系统通常是一个多处理机的分布式系统。
二、变电站通信的概述
现在变电站所采用的综合自动化技术是将站内继电保护、监控系统、信号采集、远动系统等结合为一个整体，使硬件资源共享，用不同的模式软件来实现常规设备的各种功能。用局域网来代替电缆，用主动模式来代替常规设备的被动模式。具有可靠、安全、便于维护等特点。
分散分层分布式是变电站综合自动化系统的发展方向，这就对通信的可靠性提出了更高的要求，选择一个可靠、高效的网络结构，是解决问题关键。现场总线由于技术上的原因以及采用设备总线时信息量大且传输较慢的特点，造成了其存在多种标准，阻碍了其发展。以太网经过若干年的发展，技术上日趋成熟，已十分便利的应用于变电站综合自动化系统。以太网具有高速、可靠、安全、灵活的特点，使其在变电站综合自动化系统中有广阔的应用前景。
三、数字化变电站中信息传输对可靠性要求
IEC61850标准定义中的GOOSE快速报文通常对命令和数据等采用简易二进制编码，故障发生时保护设备向断路器发送跳闸命令就是该报文的典型应用；原始数据报文由连续的智能设备数据流组成，内容为数字化传感器和互感器的输出数据。这两类报文是实现变电站系统监控信息传输的关键技术，对传输可靠性要求最高。
在规定条件和规定时间内，完成规定要求功能的能力称为可靠性。信息传输在关键过程层网络的相关规定时间内，将规定的信息准确无误地传输到接收端被称为传输的可靠性。实现监控信息的可靠性传输，需要做到如下几点：
信息的编码效率高。在数字化变电站过程层网络通信中，简单高效的编码可以在尽量窄的带宽中传输尽可能多的信息。一方面可以增大信道的可用率，减小数据错误率；另一方面，可以简化信息的处理流程，增加传输效率，缩短耗时。
信息的传输延时较小。IEC61850-8-1中，将数字化变电站通信网络传输的数据划分为五种结构，不同结构的传输时间不同。但是关键数据传输GOOSE规定在3ms内要求相关接收方对发送方做出响应。而用于保护和控制的原始数据SV要求传输时间低于10 ms。
信息具有差错控制能力。物理链路性能和网络通信环境等因素可能会导致数据通信过程可出现一些错误，为了确保数据通信的准确，需要在链路层配备一种有效的出错信息处理方案，以此来降低报文传输错误时产生的不良影响。
四、提高数据传输可靠性的技术研究
1、优化MAC寻址方式，提高数据传输效率
为了减少无效数据在信道中的传输，实际中需要对数据进行适当的处理，保证传输数据的简单高效。常采用的方法是对传输数据进行地址过滤，主要分为硬件和软件两种方式。目前应用中最为现实并且可靠的方式为硬件执行数据过滤。通常设备厂家会提供基于MAC集成电路哈希算法的目的地址，该地址的前3个字节按照国际标准为01-0C-CD，第4个字节由不同的数据类型决定：GOOSE定义为01，广播定义为04。最后两个字节用来区分不同的使用设备。
2、设置优先级，保证关键数据的传输
由于交换机处理帧排队缓冲时的延时具有不确定性，故需要启用分级服务质量提供优先传输机制，保证重要数据信息的优先传输。按照优先级等不同等级代表优先度，可以将高优先级帧设置为4～7，低优先级帧设置为1～3，重要数据应避免使用优先级0，这可能会引起不可预见性的传输时延。关键报文传输优先级的缺省值为4。
3、配置以太网类型，保证数据帧的高速传输
关键数据按照特定的映射被封装成数据帧。接收端接收数据帧时，可通过帧地址识别结果快速调用上层协议，进而高效地解析和处理数据帧，减少信息传输总耗时。基于ISO/IEC8802-3MAC子层的以太网类型由IEEE权威机构注册，并且GOOSE及采样值直接映射到保留的以太网类型和以太网类型协议数据单元，
4、使用差错控制技术，保证信息传输质量
系统的信息在不同设备间都有分布，其通过两个或多个逻辑节点利用数字网络间的数据传输完成信息交换与共享。但是，实际应用中，某设备往往既是数据发送节点，又是数据接收节点，因此如何保证报文被无差错地接收或转发，是实现信息准确可靠传输的关键。
通常应对该问题，可以采用差错控制编码的方式。该编码方式在信息发送之前将一定的冗余数据位添加到数据信息中，构成新的一个数据帧后再发送。接收端收到该数据帧后，利用冗余位对数据帧的信息位进行检查和确认，以确认传输过程中是否发生误码。当发生误码时，可进而采取丢弃或者重发等处理方式。数字化变电站目前主要应用在局域网，信息传输的可靠性和实时性都很强，因此在实际选择链路层服务的时候可以根据需要再发送端设定一个重发延时保证数据可靠即可。
结束语：
变电站监控系统是变电站安全可靠稳定运行的关键所在。本文对变电站监控系统信息传输技术的可靠性进行分析，有利于大量实时信息的传输，对无人值守变电站实时监控系统的发展有一定的指导意义。
參考文献：
[1]周立龙，王晓茹，董雪源.贝叶斯网络在数字化变电站信息传输可靠性研究中的应用[J].南方电网技术，2010（04）.
[2]胡春潮，蔡泽祥，竹之涵.提高数字化变电站关键报文传输可靠性方法研究[J].电力系统保护与控制，2011（39）
矿井宽带无线传输技术研究 第7篇
随着煤炭开采和巷道掘进,煤矿井下采煤工作面和掘进工作面也在不断地推进,是个移动的工作环境。煤矿井下移动的作业环境、移动的作业人员和移动的设备,需要无线监控、无线通信和无线监视等。但煤矿井下的特殊环境制约着地面无线传输技术和设备直接在煤矿井下应用。因此,迫切需要研究煤矿井下无线传输技术。
1 矿井宽带无线传输要求
煤矿井下机载和车载监控与监视设备,煤矿井下人员位置及移动设备等动目标监测,带班领导、技术人员、区队长、班组长、瓦斯检查员、安全检查员、电钳工、采掘工作面作业人员、胶轮车司机、巡检工等流动作业人员移动通信等,急需矿井宽带无线传输技术。为满足煤矿井下移动监控、监视和语音通信需求,矿井宽带无线传输应能满足以下要求:
(1)传输带宽宽。以满足监控数据、语音和图像等多种信息实时传输的要求。
(2)便于接入有线宽带网络。采掘工作面至地面调度控制中心距离长达10km或更远;矿井巷道无线传输衰减严重、传输距离短。因此,需接入矿用以太网等有线宽带网络,实现远距离传输。
(3)中继设备少。采用中继器接力可以延长矿井无线传输距离,但当中继器停电和故障时,会影响系统正常工作。过多的中继还会增加系统传输时延,减少传输带宽。
(4)体积小。煤矿井下巷道空间狭小,要求用于煤矿井下的无线传输设备和天线体积小,特别是便携设备要体积小、重量轻。
(5)发射功率小。为防止无线传输设备辐射的电磁波能量引起瓦斯爆炸,用于煤矿井下的无线传输设备的发射功率应不大于6 W。由于煤矿井下空间狭小,井下作业人员离无线发射天线较近,应限制煤矿井下无线设备的发射功率,以避免或减少电磁波对人体的伤害。
(6)电磁兼容性好。煤矿井下空间狭小,大功率机电设备相对集中,电磁干扰严重。大功率变频设备、大功率机电设备的启停、架线电机车火花等对无线传输设备的干扰较大。因此,煤矿井下无线传输设备应具有较强的抗干扰能力、低的误码率;同时,所发射的无线电波等不产生对其他矿用电工电子产品不可容忍的干扰。
(7)安全性好。无线传输设备(除电源外)应为安全性最好的本质安全型防爆电气设备,电源应为隔爆兼本质安全型、浇封兼本质安全型等本质安全与其他防爆型式的复合型式防爆电气设备。
(8)传输协议标准化。采用国际标准传输协议,以便于监控、监视、语音通信等不同类别、不同厂家设备共用传输平台,互通互联。
(9)电源电压波动适应能力强。煤矿井下电网电压波动范围为75%~110%,甚至达75%~120%。因此,由井下电网供电的无线传输设备应具有较强的电源电压波动适应能力;特别是当电网停电时,应由备用电源维持不小于2h的正常工作。
(10)用于煤矿井下的无线传输设备应具有良好的防尘、防水、防潮、防腐、耐机械冲击等防护性能,工作稳定、性能可靠、故障率低。
2 漏泄通信、感应通信和透地通信
为满足煤矿井下移动通信的要求,人们研制并推广应用了矿用漏泄、感应、透地通信技术和系统。虽然这些技术均不能用作矿井宽带无线传输技术,但可分别用于局部通信、救灾通信和应急通信等。
2.1 漏泄通信
漏泄通信需沿巷道敷设漏泄电缆,一般工作在甚高频频段(30~300 MHz),具有受巷道形状、截面、分支、拐弯、倾斜和巷道围岩介质等外界环境影响小,信道较稳定等优点。漏泄电缆传输衰减大,无中继传输距离短。为延长漏泄通信系统的传输距离,通常采用大量的双向中继器。中继器的串入增加了漏泄通信系统的成本,并且任意一个中继器的故障都会造成中继器以远的部分系统瘫痪,故而串入中继器的漏泄通信系统可靠性低。因此,漏泄通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下距离较近、不需要中继器的局部通信等。
2.2 感应通信
感应通信一般工作在中频段(300~3 000kHz),是一种通过架设专用的感应线或者利用巷道内已有的导体(如电机车架空线、照明线、动力线等)进行导波的通信方式。感应通信存在信道容量小、电磁干扰大、天线体积较大(通常为背心型或跨肩带型)等问题。因此,感应通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下救灾通信等。
2.3 透地通信
透地通信采用特低频频段(300~3 000 Hz)的电磁波,是一种穿透大地、进行井上下或井下巷道间无线通信的通信方式。因此,当井下发生灾变时,对透地通信系统的影响小,系统抗灾变能力强,但其存在信道容量小、不适宜井下向地面传输、电磁干扰严重、应用范围受限制、施工难度大等问题。因此,透地通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可以在避难硐室设置低功率发射装置和天线,用于避难硐室与地面双向通信。
3 PHS、CDMA、GSM和Bluetooth
为满足煤矿井下语音移动通信要求,人们研制并推广应用了PHS(Personal Handy-phone System,小灵通)、CDMA(Code Division Multiple Access)矿井移动通信系统。PHS、CDMA、GSM(Global System for Mobile Communications)、Bluetooth(蓝牙)存在传输带宽窄等问题,因此,不能用作矿井宽带无线传输技术。
3.1 PHS
PHS通信系统是一种语音移动通信系统,传输带宽窄。PHS矿井移动通信系统具有基站和手机发射功率低等优点,但存在基站控制器和基站非本质安全型防爆、抗灾变能力差、传输距离短(井下分站至地面最大通信距离不满足井下通信10km要求)等问题。特别是地面PHS退出市场,PHS通信系统及其产品的供货、维护和配件变得十分困难。因此,PHS不能用作矿井宽带无线传输技术。
3.2 CDMA
CDMA通信系统是一种语音移动通信系统,属于第2代移动通信技术(简称2G),传输带宽窄,主要用于语音通信。CDMA矿井移动通信系统具有通话清晰、抗干扰能力强等优点,系统中的地面主机和井下远端模块通过光缆直接连接,远端模块没有交换功能,一旦接入的光缆发生断缆,远端模块不能脱网工作,抗灾变能力差。因此,CDMA不能用作矿井宽带无线传输技术。
3.3 GSM
GSM全球移动通信系统是一种语音移动通信系统,属于2G,传输带宽窄,主要用于语音通信,在地面2G系统中占有较大的市场份额。GSM在我国煤矿井下未见有应用。GSM传输带宽窄,因此,GSM不能用作矿井宽带无线传输技术。
3.4 Bluetooth
Bluetooth是一种短距离无线通信技术,工作在2.4GHz频段,数据传输速率为1 Mbit/s,传输距离一般不大于10 m,采用IEEE 802.15标准。Bluetooth主要用于无线鼠标、无线键盘、无线打印机、无线耳机、无线话筒、游戏机、汽车、医疗保健、体育健身、家用电子等,在煤矿井下应用较少。Bluetooth传输速率低、传输距离近,因此,Bluetooth不能用作矿井宽带无线传输技术。
4 ZigBee、RFID和UWB
为满足煤矿井下人员位置监测等需求,基于ZigBee、RFID(Radio Frequency Identification)的煤矿井下人员位置监测系统已在煤矿井下推广应用。虽然ZigBee、RFID和UWB(Ultra Wideband)均不能用作矿井宽带无线传输技术,但可分别用于精确定位、设备管理和生命探测等。
4.1 ZigBee
ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线传输技术,传输距离从标准的75m到几百米或更远。ZigBee采用IEEE 802.15.4标准,可工作在2.4GHz(全球)、868 MHz(欧洲)和915 MHz(美国)3个频段,最高传输速率分别为250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s。ZigBee适用于矿用传感器等数据传输、煤矿井下人员和其他动目标精确定位,但不适宜多路视频监视和语音通信。虽然通过图像压缩和语音压缩可以将ZigBee用于视频监视和语音通信,但性能较差,性价比较低,难以满足多路视频监视和语音通信的要求。因此,ZigBee不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下人员、胶轮车、电机车等动目标精确定位和矿用传感器无线传输等。
4.2 RFID
RFID是一种无线射频识别技术,传输带宽极窄,工作在125 kHz、13.56 MHz、433 MHz、915 MHz、2.45GHz等频段。RFID主要用于物流与供应管理、生产制造与装配、航空行李管理、邮件与快运包裹处理、文档追踪与图书管理、动物身份标识、门禁控制与电子门票、道路自动收费、城市与校园一卡通等。在煤矿井下,RFID主要用于煤矿井下人员位置监测、胶轮车和电机车位置监测、矿用设备管理等。RFID传输带宽极窄,因此,RFID不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于矿用物联网、矿用设备管理和防碰撞等。
4.3 UWB
UWB是一种采用时间间隔极小(纳秒级)的脉冲进行通信的通信方式。UWB具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、功率低、系统简单、设备体积小、传输速率高、定位精度高(可达数厘米)等优点,但存在传输距离短、缺少大规模商业应用等问题。因此,UWB不宜用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下生命探测,防碰撞,人员、胶轮车和电机车等动目标精确定位等。
5 3G、WiFi、4G和WIMAX
为满足煤矿井下移动通信的需求,人们研制并推广应用了基于WiFi(Wireless-fidelity)、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)、TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)矿井移动通信系统和WiFi矿用无线摄像机等。虽然第3代移动通信技术(简称3G)不宜用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下语音移动通信等。WiFi具有传输带宽宽、便于接入有线宽带网络等优点,因此,在当今成熟的无线传输技术中,矿井宽带无线传输技术宜采用WiFi,第4代移动通信技术(简称4G)有可能成为未来矿井宽带无线传输技术。
5.1 3G
3G能够同时传输声音和数据,数据传输速率分别为2 Mbit/s(室内)、384 kbit/s(室外)和144kbit/s(行车)。3G不是一个统一的标准,包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等多个不同标准。在我国,中国联通采用WCDMA,中国电信采用CDMA2000,中国移动采用TD-SCDMA。其中,WCDMA是当今世界上采用国家和地区最多、市场份额最大、终端种类最丰富的3G标准。
基于3G的矿井移动通信系统具有其手机等移动终端既可在煤矿井下专网,又可在地面公网使用等优点,但存在以下问题:(1)难以接入现有矿用以太网宽带有线传输网络,需在煤矿井下敷设专门光缆;(2)难以满足多路矿用无线摄像机同时传输的要求;(3)无手机脱网对讲功能等。因此,WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等3G不宜用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下语音通信等。
5.2 WiFi
WiFi是一种宽带无线联网技术,广泛用于笔记本、手机、手持终端等无线上网。WiFi采用IEEE802.11标准,传输速率为54Mbit/s或更高,无线传输距离为300m。WiFi具有传输带宽宽、便于接入有线宽带网络、设备体积小、发射功率小等优点,可满足监控数据、语音和图像等多种信息实时传输的要求。在当今无线传输技术条件下,矿井宽带无线传输技术宜采用WiFi。
5.3 4G
4G能够以100 Mbit/s速度下载,以20 Mbit/s速度上传,可以满足矿井监控数据、语音和图像等多种信息实时传输的要求。迄今为止,4G还没有大规模商业应用,特别是4G手机等终端还存在体积大、功耗高等问题。因此,随着4G技术的完善、产品的成熟、大规模商业应用、成本的降低,4G有可能成为未来矿井宽带无线传输技术。
5.4 WIMAX
全球微波互联接入WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access),又称无线城域网,采用IEEE 802.16标准,是一种宽带无线接入技术。WIMAX传输距离为50km、传输速率为70 Mbit/s,可以满足矿井监控数据、语音和图像等多种信息实时传输的要求。为满足远距离传输要求,WIMAX需较大的发射功率,因此,难以满足煤矿井下防爆要求。迄今为止,WIMAX还没有大规模商业应用,特别是缺少WIMAX手机等终端。因此,WIMAX能否用作矿井宽带无线传输技术,除取决于WIMAX自身发展外,还取决于WiFi和4G在煤矿的应用。
6 结语
煤矿井下移动的作业环境、移动的作业人员和移动的设备,需要无线监控、无线通信和无线监视等。矿井宽带无线传输是安全高效现代化矿井的必然选择。在当今成熟的无线传输技术中,矿井宽带无线传输宜采用WiFi。
参考文献
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[2]孙继平.煤矿井下有线宽带信息传输研究[J].工矿自动化,2013,39(1):1-5.
[3]孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究[J].煤炭学报,2011,36(1):167-171.
[4]孙继平.煤矿安全生产监控与通信技术[J].煤炭学报,2010,35(11):1925-1929.
[5]孙继平.煤矿安全生产理念研究[J].煤炭学报,2011,36(2):313-316.
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[8]孙继平.煤矿安全监控系统联网技术研究[J].煤炭学报,2009,34(11):1546-1549.
[9]孙继平.煤矿井下人员位置监测技术与系统[J].煤炭科学技术,2010,38(11):1-5.
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广播电视传输覆盖技术研究 第8篇
1广播电视传输覆盖体系的现实状况
及时的了解广播电视使用人口的数量, 与此同时明确以及掌握受众人口分布的结构特征, 这是完善以及优化广播电视传输覆盖体系的基础条件。据2014年有关数据调查显示, 我国大陆总人口数目为13.6亿, 累计家庭总数超过4.3亿, 总体的城镇化率在53%上下波动, 这就证明了此时我国广播电视的受众群体的城市人口数目与农村人口数量相当。
对于有线电视而言, 城市有线电视形成了双向化改造的格局, 在2014年2月之前, 我国的有线电视用户的数量已经达到1.72亿。借助有线电视, 人们大体上在家庭中就可以观看100多套标清电视节目以及一定数额的高清电视节目, 例如具有代表性的CCTV高清与标清频道, 省级卫视频道以及本县的电视频道等。但是随着科技的不断进步, 有线广播电视的应用率受到一定的挑战, 因为互联网等视听新型媒体的产生, 使有线电视用户的增幅日益减小。
此时, 地面数字电视的产生是对有线电视的创新, 在农村人们通过与直播卫星之间产生一定的关联, 从而接受广播电视提供的信息服务。地面数字电视在发展的进程中包含多个层次, 目前为止我国的地面数字电视广播网络已经有了雏形, 此时地面电视广播的服务模式得以正式的启用。基于此基础, 一些省市级地面广播电视台利用现有的科技资源积极的开展广电有线宽带网络的构建工作体系, 此时拓宽了宽带应用的空间范畴, 另外还有极少数地面广播电视台将广播电视节目的终端与互联网相关联, 实现业务的创新。其实在光电部门的不断努力下, 广播电视的覆盖率不断提高, 但是在多种外界因素的干扰下, 广播电视的服务还存在许多不周全的地方, 例如有的受众并没有切身的体验到广播电视提供的服务模式, 另外, 我国广播电视覆盖技术的分布存在不均等的问题, 这样城市以及农村居民得不到最优质的信息服务。
2有线电视
在科技日新月异的时代中, 有线电视的主要服务对象是我国的城市居民。但是城镇化的局势日益扩大, 那么此时更多的居民成为了有线电视的服务对象, 也就是说有线广播电视覆盖技术的应用率得到大幅度的提升。另外在信息化时代的指引下, 传统的有线电视进行双向化的发展与改革, 积极与宽带网络实现无缝对接, 基于此模式, 有线宽带网络得以有效的构建, 此时网络运用的模式得到完善, 最终实现优化的发展目标, 在这种环境下, 宽带网络走进千家万户, 有线电视的持久、高效应用有了一定的保障。
总之, 有线电视传输覆盖技术的未来发展趋势可以表现在以下几个方面:一是传统的有线电视有很大的几率发展成为互动电视;二是广电机构终会构建有线宽带网络体系, 宽带业务有更大的发展空间;三是有线电视终究会与互联网技术相融合, 为我国广大居民提供创新型服务。
3无线电视
从我国广播电视事业发展的全局来看, 城市与农村广播电视体系发展呈现明显的失衡模式。党的十八大会议报告中强调, 力争实现城乡公共服务均等发展的目标, 那么加强农村广播电视公共服务体系建设是刻不容缓的工作项目, 在该项工作中将无线广播电视的现实作用体现出来。
通过开展对无线广播电视覆盖技术的研究以及分析工作, 研究人员深刻意识到在无线广播电视覆盖技术体系的构建过程中, 应该尽最大努力将数字无线宽带技术渗入进去, 是这一新颖的技术成为无线广播电视覆盖技术体系中的核心技术。在这种研发情景下, 地面数字电视广播、直播卫星广播以及数字声音广播等多种广播系统之间实现相互交融、共同发展的目标, 最终使无线广播网络具备双向交互的特殊功能。
4地面无线广播电视以及地面数字电视新技术
对我国广播电视传输覆盖技术开展研究工作, 技术人员希望实现地面无线广播电视体系具备规划性强以及协调性高的新型技术。这就需要研究者参照地面数字电视的技术特征, 同时结合技术覆盖以及运行的客观需求, 在一次次尝试中摸索全数字时代中使地面数字电视频率得到整体规划的先进技术。研究人员可以通过以省为个体单位开展以全数字化为工作目标的规划项目, 在不断的探索中, 广播电视高频谱的利用率明显的提升, 与此同时各个省级、市级以及县级的地面数字电视设施在短暂的时间内实现了统一协调管理的目标, 此时资源浪费的数额得到有效的管控。
地面数字电视传输新技术的研发, 是对国际新型技术的借鉴与运用。该技术使地面数字电视技术向标准化的方向发展, 全面提高网络吞吐率的同时, 广播电视频谱的应用率也实现了大幅度的提升。
5结束语
现阶段, 有线电视技术覆盖城市、无线电视技术覆盖农村的广播电视公共服务模式已经基本形成, 为了使广播电视公共服务体系在我国人民群体中均等的被利用, 人民有均等的机会去享用高科技技术, 因此应该对我国广播电视覆盖技术进行深刻的研究, 使其更深程度的推进我国城市与农村受众家庭实现信息化的目标。我们相信在先进技术的指导下, 未来的几年中, 有线数字电视、地面数字电视和直播卫星等多种广播覆盖技术会被广泛的应用, 与此同时配合宽带技术、无线技术以及有线技术, 去使我国广播电视传输覆盖技术体系得到健全与优化。
参考文献
[1]杨知行.地面数字电视传输标准技术演进[J].电视技术, 2014, 38 (2) :13-14.
流媒体传输技术的研究 第9篇
1 流媒体在传输过程中缓存支持的问题
互联网在传输的过程中是以包为单位进行传输的, 由于网络传输的稳定性没有保证, 多媒体数据在传输的过程中被分成了许多数据包, 针对不同的路由, 最后到达客户端的时间和次序都有可能发生改变甚至丢失。如果将数据包在到达客服端之前, 利用缓存技术对到达的数据进行正确的排序, 就可以避免出现以上问题。其中, 缓存技术包括:缓存策略, 服务器与代理缓存技术相结合, 分段分布式代理缓存。
1.1 缓存策略
根据缓存的目标数据的不同的内容, 又分全部缓存策略与部分缓存策略, 滑动窗口缓存, 分层编码视频缓存。
1) 与部分缓存策略相比较, 全部缓存策略最大的不足之处储存空间的要求很高, 如果缓存的空间不足, 那么缓存的操作过程就显得很复杂, 需要不断的换进换出, 这反而对网络流量的降低起不到太大的作用, 而且付出的空间代价也相对而言比较高;2) 部分缓存的优点在于, 一方面可以有效的解决服务的延时性, 用户点播经过延时启动, 就可以在这段期间对数据包进行处理;另一方面, 减少服务器的承载的压力问题。但是缓存数据需要很大的储存空间, 加上后期的缓存数据都必须从服务器获得。总体而言, 部分缓存也不能从本质上较少网络流量的负担;3) 滑动窗口缓存指的是当第一个用户想代理服务器发送请求的时候, 代理服务器会将请求转向中心服务器, 代理服务器对最初的用户请求经过加工处理, 预测出相关的其他请求, 并将这些数据缓存一定的时间。数据生命期就以窗口大小的形式表现出来。只要是在这段时间内发送到代理服务器的请求, 代理服务器都会用这个窗口为他们提供服务;4) 要想达到最小化传输的目的, 采用分层编码视频的缓存策略比较实用, 有针对性的对分层编码的流媒体进行缓存, 弊端就是要根据对不同客户拥有的不同宽带运用不同质量的流量来回应。这一策略中经常运用的两个方法包括预取算法和分层编码细粒度的缓存替换法。
1.2 服务器与代理缓存技术相结合
服务器与代理缓存技术相结合主要体现在两个面, 一是采用闭环 (点播驱动) 控制的方法, 另一方面是结合服务器调度和代理前缀缓存或部分缓存的策略是在给定缓存容量时, 最小化主干网络上的传输量。第一种方法的中心思想是利用Batching、Patching和代理前缀缓存技术。其中Batching补丁的请求为本策略最独特的特点。缓存服务器降低启动延迟的时候, Multicast with Cachin仍然会在组播开始后对请求进行聚合, 利用Batching补丁完成没有启动延迟的目的。第二种方法不仅可以再运行中缓存补丁的各种数据, 还能运用选择前缀集合的优化算法进行计算。
1.3 采取分段分布式代理
MiddleMan是代理服务器与协调器的重要组成部分。主要配置为一台协调器与若干台代理器, 利用LAN将两个主体相互连接。其运行模式主要为:通过协调器, 向代理服务器发送内容并进行跟踪, 做出缓存替代的决策。当视频数据输入到MiddleMan存储系统之后, 就可将视频数据拆分为若干个格式相同的文件数据。这样, 就可以将视频文件按照一定顺序联合起来, 避免出现混乱状态。对于代理服务器来说, 可以将接收的媒体流块数据按照大小重新排列, 通过替换策略以及缓存接纳控制方法, 在每一段中添加相应缓存值。同时采取前缀替代原来缓存的前缀;后缀替代原来缓存的后缀的方式。
2 服务器的流调度技术
据相关资料调查显示, 一般用户群体点播的节目集中度较高。如果在某一个时间段内, 用户人群集中点播某个节目, 只要利用传输媒体流合并用户请求, 就可有效节约网络宽带与视频服务器的空间, 与流媒体的调度技术相符。
有关流媒体调度的算法可分为静态调度算法与动态调度算法两种形式。一方面, 静态调度算法主要在于服务器主动将节目在某个组播通道中应用, 实现媒体流;另一方面, 动态调度算法则指用户通过点播驱动, 由服务器结合具体的调度算法, 为用户提供媒体流。流媒体的动态调度算法包括FCFS算法、Batching算法、Adaptive Piggybacking算法、STream Tapping、补丁算法 (Patching) 、受控组播算法、Catching and Selective Catching、BandWidth Skimming、分片融合、层次型组播流聚合等。
3 怎样对替换的节进行计算的问题.
流媒体与传统媒体有很大的差别, 所以传统的节目替算法不能运用到流媒体这一领域当中来。RBC算法是目前流媒体当中运用比较广泛的算法之一, 它在缓存接纳和替换的过程当中充分的考虑到了发送的宽带和文件大量两个重要的因素。与Pooled RBC策略相互结合在一起, RBC算法性能就大大的得到提升和健全。Pooled RBC一个较为突出的优点是, 它还提供一个宽带POOL。POOL RBC会根据点播请求的不同的情况将请求传达给原始的服务器。
LRU算法在计算的时候, 不能很好的处理不断演化的引用模式, 区分不出来经常与不经常用户使用的对象。LRU-K的优点就是可以对最近引用多次的信息进行考虑。因此, 可以很好的区分不同级别的引用对象, 这一点, 弥补了LRU算法中存在的不足。不仅如此, LRU-K算法可以通过自身的系统功能及时的对引用模式进行调节, 管理的起来也很简单。
4 结论
总而言之, 通过对流媒体传输技术进行的以上的研究, 虽然很多的建议和解决方案都只能对部分的问题起到局限性的作用, 但是, 这对不断完善的流媒体传输技术领域的研究有着很重要的意义。
参考文献
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IWDM通信传输技术的研究 第10篇
1 全IP时代背景下光传送网所面临的挑战分析
伴随着全IP业务的全面建设与发展, 使得传送网络在传输容量方面的要求不断的严格与具体。同时, 在现阶段的技术条件支持下, 传送网体系结构当中, 最为有效且直观性的传送通道就表现为WDM系统, 并且在现阶段的通信网络实践中得到了极为广泛与深入的应用。但在全IP业务网络不断升级、更新的情况下, 整个光传送网网络不但在传输容量方面提出了明显要求, 同时也需要系统优化对于传输作业的组网能力、以及管理智能化能力。
在这样一种发展背景下, 光传送网所面临的挑战可以简要归纳为以下几个方面:
(1) 从全IP时代背景下, 对光传送网传送需求方面的大容量要求角度上来看, 在未来5年的发展过程当中, 现阶段整个光传送网网络传输需求会自40Gbit/s发展至100Gbit/s单位以上。为了能够确保在传输需求容量过渡方面的平滑性, 就需要在系统构建中, 加大对于演进技术、长期演进技术的应用;
(2) 从全IP时代背景下, 对光传送网网络智能性以及灵活性的发展要求角度上来说, ASON技术下所隶属的WSON波长交换光网络不但体现出了高水平性的带宽利用率, 同时也能够在很大程度上解决光传送网运行下的波长调度智能型问题, 这一点与未来整个WDM系统的发展方向是完全一致的, 值得重视。
2 IWDM通信传输技术中的关键要点分析
在全IP时代背景下, IWDM通信传输技术实现了对常规意义上, PXC技术、OTN技术、WSON技术以及L2技术的综合应用, 不但
建立在IP时代的发展背景下, IWDM作为多业务实施状态下的统一性传操作平台, 一方面能够为相关的数据设备 (包括路由器、以及交换机等在内) 提供必要的IP型通信接口, 另一方面能够实现对TDM业务以及SAN业务的接入处理。同时, 通过对IWDM通信传输技术的综合应用, 发现此项技术还能够实现以下几个方面的显著优势:
(1) 能够面向对象提供标准化的汇聚封装支持, 且实现封装操作的透明性;
(2) 能够使面向业务所提供的传输通道具有突出的刚性特征;
(3) 能够通过构建弹性化光传送网传输通道的方式, 使光传送网运行状态下的波长资源利用水平能够得到合理的提升;
(4) 能够兼顾对业务信号传输透明性的实现以及信号管理精细化的达成;
(5) 能够面向L2层提供基于带宽统计的复用操作以及封装操作;
(6) 能够体现网络管理的跨区域性特征。
同时, 在光传送网引入IWDM通信传输技术的背景下, 所构建平台能够同时实现对三类不同业务调度方式的支持, 主要包括以下三个方面:
(1) 基于ROADM的光层业务调度方式;
(2) 基于OTN的电层交叉业务调度方式;
(3) 基于L2交换的业务调度方式。与此同时, IWDM通信传输技术的应用还能够实现对包括GE、10GE以及2.5Gbit/s单位调度颗粒的充分支持, 使整个通信传输技术的适用场景以及网络层次更加的广泛。
3 结束语
现代意义上的IWDM通信传输技术是建立在WDM技术演进趋势基础之上所构建的技术方案, 与整个移动通信网网络的全IP发展模式之间有着良好的适应性特征, 因而需要引起各方特别的关注与重视。总而言之, 本文针对有关IWDM通信传输技术发展过程中所涉及到的相关问题展开了较为详细的分析与阐述, 望能够为后续研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
摘要：现代经济社会的发展带动着整个通信行业的突飞猛进。以通信业务为主体, 数据业务在当中所占据的比例同样呈现出了极为显著的发展趋势, 数据业务更是成为了整个通信行业中的主流业务所在。在我国通信网络的发展进程当中, 数据业务的迅猛发展可以说为整个行业的建设注入了新鲜的动力, 同时也为其带来了一定的挑战。随着相关技术的不断发展与完善, 整个电信通信网络正逐步向着全IP化方向发展, 崭新的发展趋势逐步成型。文章以IWDM通信传输技术为研究对象, 针对此项技术实际应用中所涉及到的相关问题展开了较为详细的分析与阐述, 望能够引起各方工作人员的特别关注与重视。
关键词：IWDM,通信传输技术,业务,调度
参考文献
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传输技术研究 第11篇
关键词：广播电台；内外网；隔离安全；
中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0077-02
目前，我国的广播电台广泛应用互联网技术，互联网技术为广大的广播电台工作人员带来工作上的便利的同时，也存在一定的安全隐患。这些安全问题直接影响广播电台的正常运行，因此迫切需要解决。
当前，我国大部分的广播电台安装内部隔离设施，并强化了网络安全技术应用，然而，并没有达到理想的效果。因此，应当进一步加强广播电台内外网隔离安全传输技术的研究，促进我国广播电台事业的发展。
1 内外网隔离技术
所谓内外网隔离就是防止网络病毒或者木马对电台运行造成不良影响。一般来讲，广播电台网络系统分为内网和外网。内网主要是用于自动化播出节目，外网的作用是获取互联网信息或者向互联网上传信息。因此，广播电台的工作人员，为了保障数据安全，应当采取相关手段确保进入内网的音频信息的可靠性。
2 传统模式的问题
2.1 信息共享效率不高
广播电台主要是通过人工对录的形式将内网和外网之间的数据进行共享，首先在一个网络内进行音频的播放，再在另一网络对音频数据进行采集。这种传统模式的最大好处是两个网络互相独立，二者之间没有联系，因此完全杜绝的了网络病毒的攻击，这种模式是广播电台最为安全的传输技术，然而，信息量较小可以行之有效，对于大量的数据完全无能无力，这种方式过程复杂并且效率不高。
一般来讲，传统的音频记录的方式是把音频数据制成CD，制成CD之后通过光驱读取再传送到数据库。通过CD法能够保证数据的可靠性以及安全性。但是刻录CD成本高并且效率低，而且制作上传过程相当复杂繁琐，浪费大量人力物力，这种方法不适应现代社会广播电台[1]。
2.2 网络安全威胁
广播电台网络必须要保障网络环境的安全性，目前我国的广播电台面临的网络安全威胁主要包括以下几种类型：网络病毒、网络恶意代码、恶意脚本、网络攻击等。
首先，网络病毒。网络病毒的危害非常广泛，网络病毒是一组计算机的指令集合，这些病毒具有极强的自我复制的能力，能够迅速扩散并且造成网络危害。病毒不仅仅只是通过电子文件共享、或者伊妹儿传播，更多的时候是大范围地自我激活、复制进行传播；
其次，网络恶意脚本。恶意脚本是计算机指令，属于比较高级的计算机语言，不是直接被计算机执行，而是通过中间翻译进行执行，恶意脚本主要针对当前的计算机浏览器，浏览器是恶意脚本的很好的翻译工具；
最后，网络攻击，网络攻击是最为常见的安全威胁，网络攻击主要利用电子计算机的安全漏洞进行攻击，造成广播电台网络不稳定。
3 寻找突破口
一般来讲，传统的刻录CD的方式效率低下，而直接连接互联网存在安全隐患，因此，应当积极寻找突破口，保障电台广播数据安全传输。
首先，网络防火墙。网络防火墙具有网络隔离的特点，但是部分协议是直接传输，这种方式难以真正杜绝网络的病毒以及恶意代码。虽然具有一定的抗病毒进攻的能力，但是实际使用效果不理想；
其次，网闸的方式。通过这种方式基本能够抵御网络的攻击，但是这种方式还是无法完全杜绝网络病毒以及恶意代码对广播电台带来危害。
因此，应当加强对内外网安全传输技术的研究，从而提出切实可行的解决方案。
4 内外网隔离安全传输技术
4.1 木桶理论
木桶理论是指一个装满水的木桶，一片木板出现破坏就会导致整桶水漏出来。因此，木桶并且保证每块木板的牢固性以及木板间的紧密性。影响网络安全性的因素多种多样，一般包括技术和管理两方面的因素，因此，主要从这两个方面加强内外网隔离安全传输技术，广播电台的内网之间的隔离安全措施就如水桶中的最重要的一块木板。
一般来讲，我国大部分的广播电台一直使用物理隔离的方式，采取这种隔离方式的主要原因是如果内外网络连接上，外网的病毒或者代码很容易进入内网，从而影响广播电台正常工作。
因此，内外网的连接就是解决安全问题的关键点，它是影响网络安全最主要、关键、薄弱的环节。目前，内外网主要隔离物理连接才能保障数据安全[2]。
4.2 技术原理
通过内外网隔离安全传输技术能够解决内网和外网之间的信息传递的安全性问题，主要的原理就是在内外网隔离的前提下，保障数据的传输。内外网隔离主要是避免病毒、恶意代码等的攻击与入侵。内外网隔离安全传输技术首先应当保障内外网之间互相隔离，所有网络以及协议传送等统统隔离，只要保障内外网信息传递即可。
目前，主要采用的方法是网桥技术以及网闸技术，通过这两个技术的应用，从而保障传输信息的安全性以及实用性。
4.3 信息安全认定
目前，我国广播电台音频格式主要是S48格式，这种格式的文件中容易携带病毒以及恶意代码，因此，应当对传输的信息进行安全性认定，保障网络的安全性。在网络传输过程中，应当采取相关措施对信息进行安全认定。
5 应用设计
从实际应用的角度上，广播电台内外网隔离安全传输技术主要表现为两种方式。
首先，是通过手动操作，让简单的外网客户端计算机想内网客户端计算机跨网传输和共享特定数字格式音频内容和文本内容得以实现。
其次，是通过应用系统后台软件，让外网应用系统向内网应用系统跨网传输和共享某些特定数字格式音频内容和文本内容行为得以自动完成。
从目前而言，当下已经出现了一批IT厂家，他们通过广播电台内外网隔离安全传输技术，已经研发出了广播电台内网隔离安全传输设备。这种设备不但能够让内外网间的安全隔离得到有效实现，而且还能够让内外网特定信息的共享传输得到有效实现。
在实际应用过程中，通常都会蕴含两个部分，一是内网单元，二是外网单元。针对于各单元部分所在网络而言，其接入所在网络的方法通常都是借助于通用的网络通信协议和接口，而内网单元和外网单元之间，则是借助于对私有协议的网桥方式或网闸方式进行支持，从而不但让网络安全隔离得到实现，更是能够让信息的跨网传输得到有效实现。
广播电台内外网隔离安全传输技术的手动操作方式。通常在应用设计过程中，是借助于固定文件夹来让音频或纯文本内容的传输得到实现，简单而言，就是广播电台内网隔离安全传输设备会将用户手动复制到外网客户端某个固定文件夹中的相关音频和纯本内容，自动的传输到内网客户端中相同的一个固定文件夹中，从而提供给用户使用。
而针对于广播电台内外网隔离安全传输技术的后台自动方式，在进行应用设计的过程中，则是借助于对广播电台内网隔离安全传输设备所带来的软件开发包进行充分利用，并通过应用程序结构来对后台传输模块进行研发，最终以此来让内外网应用系统之间自动的音频或纯文本内容从外网自动传输到内网。
从传输效率上来看，由于当下收到硬件平台效率的约束，通常能够达到10 M左右的单组设备间传输效率以太网传输效率。而针对于内容较多的传输需求，其传输效率还需要得到进一步提升，一般是在设计过程中对多组设备并发同时传输的方式进行增加使用，从而让传输效率得到提升。
而从安全上，虽然设备能够做到很好的抵抗网络攻击和阻断网络病毒扩散，但是依然需要进一步的预防网络应用层上的存在的安全攻击和破坏现象。尤其是不能够轻视内容语义方面的信息安全隐患。广播电台应该进一步的强化技术系统上的安全管理，并通过设计系统整体的安全应急机制来进行联合应对。
6 结 语
综上所述，本文主要对广播电台内外网隔离安全传输技术加以分析研究，反映了传统技术的某些弊端，并且对于广播电台内外网隔离安全传输技术的理论原理加以论述。
广播电台内外网隔离安全传输技术对于广播电台的发展有着十分重要的意义。为了保障电台广播的安全稳定运行以及播放等，应当切实对其进行研究，从而促使广播电台现代化以及网络化。
参考文献：
[1] 张智锐.广播电台内外网隔离安全传输技术研究[J].广播与电视技术， 2013，08：26-29.
无线视频监控传输技术的研究 第12篇
近年来,图像监视成为监视领域所应用的主要手段,以往的有线图像监视系统往往面临着需要铺设大量的地上、地下设备线路,成本高,施工周期长等诸多问题。随着计算机通信技术和网络技术的快速发展,无线网络技术已成为计算机网络中一个至关重要的组成部分。在这个背景下,图像传输无线化打破了传统同轴电缆和光纤图像监视受制于硬件连接的不利局面,具有更强的灵活性和方便性,基于无线网络的视频监视系统应运而生。无线视频传输技术的发展已对无线移动网络的架构和协议产生了深远的影响,但由于无线信道带宽资源有限,干扰因素多,而视频信号数据量大,实时性要求高等问题。因此如何在无线网络环境中高效地传输视频成为人们的研究热点[1]。
1 无线视频传输技术的发展现状
随着信息社会的发展,人们对安防监控的要求越来越高,除集中地党政机关、企事业单位外,如在海上、山地、矿井、地下室等复杂的环境而无法实现有线网络架设的地方,都需要实现安防视频监控,这就需要用到无线视频传输技术[2]。
目前,市场上无线视频传输技术大多采用GPRS和CDMA技术[3]。而GPRS传输带宽不足,传输视频每秒只有几帧,且出现应急事件时容易出现断点和无线接收的死角。CDMA传输同样存在这样的缺陷,其下行带宽是153 kb/s,上行带宽是70~80 kb/s,因而传输流畅的视频基本上不可能实现。由于图像只有几帧,以抓图的形式来传输,并且为小画面尺寸。显然,这样不能够满足视频监控系统的实时应用需求。对于微波(数字微波、扩频微波),无线局域网(WLAN,802.11(a,b,g))等技术的其他较高的无线传输方案,其实现视频编码以MPEG-2/4,H.264等为主。但它们大多都存在共同的问题,即只能做到通视传输、定向传输,并且难以支持移动传输,从而限制了在视频监控系统的应用,无线视频监控系统结构如图1所示。
监控系统一般采用低传输帧率而保证传输的清晰度,因为只有MPEG-4的CIF以上的图像清晰度才可以满足调查取证的需要。因此,无线传输技术要在监控系统中得到充分的发挥绝对优势,应该满足:能在非可视和有阻挡的环境中应用;适于高速移动中无线传输实时图像;适于传输高带宽、高码流、高画质的音视频;有优异的抗干扰、抗衰落能力。实际中,无线视频实时传输主要有两个概念:一是移动中传输;二是宽带传输[4]。因此,研制能够将频带很宽的高清晰度视频进行稳定的无限视频传输系统,数据传输机制优化是需要解决的关键问题之一,无限链路的带宽资源有限,这种局限性在海量视频传世中体现尤为明显[5]。在此,针对无线视频传输系统中数据传输机制的容错性展开相应的研究,旨在解决无线视频传输中带宽资源有限和视频数据量大这一矛盾,充分利用视频信号的时空相关性来节省由于不必要的重传而带来的带宽资源浪费。通过利用带宽-失真代价函数的概念来评价无线视频传输系统。在此基础上进一步给出基于带宽-失真代价最小化准则的部分重传错误控制机制,进而提高带宽的利用率,并进行相应的实验分析。
2 无线视频传输机制分析与容错传输技术
可靠信道上信号传输研究的目的是充分利用信道的带宽资源;而对于不可靠信道,传输中研究的重点则是充分利用带宽资源来实现可靠传输,即容错传输技术[6]。这里讨论在无线信道上的视频传输机制,其主要的研究点是容错传输控制。容错传输控制技术根据其控制方式的不同可以分为三大类:即前向错误控制、基于反馈的ARQ和信源信道联合编码。前向错误控制(Forward Error Control,FEC)包括信道纠错编码技术、交织打包技术和优化的包调度机制等[7]。基于反馈的ARQ技术包括利用多帧参考机制的参考帧选择(Reference Picture Selection,RPS)机制[8]、混合ARQ(Hybrid,HARQ)机制和基于ARQ的反馈错误跟踪技术。由于基于ARQ的容错传输控制技术具有优良的性能,所以在此重点介绍ARQ相关的传输控制技术,并讨论现有视频容错传输机制存在的不足。
前向错误控制采用前向纠错编码的方式来克服信道错误。在信道出错概率波动比较剧烈的情况下(如现有的移动信道),为了获得一定的传输质量,前向纠错编码必须根据当前估计的最差情况来增加冗余校验比特,这会导致带宽资源的浪费。对带宽资源本来就有限的无线信道而言,显然是不能满足要求的[9]。为此,考虑把ARQ技术和前向错误控制结合起来,称为HARQ技术。HARQ分为两类:I类HARQ中,发送端的前向编码要具有一定的纠错能力,当接收端发现错误后,首先利用前向纠错编码来纠正错误。如果错误被纠正,则向发送端传送一个当前包接收成功的反馈信息(ACK),反之则发送接收失败消息(NACK)。发送端如果收到ACK,则继续发送下一个数据包,否则,则重发出错的数据包。由此可见I类ARQ需要较强的前向纠错编码,在错误率较低的应用场合会导致带宽资源的浪费,但在错误率高的环境下能够获得比其他类型ARQ机制更好的吞吐效率。Ⅱ类ARQ中只要求前向纠错编码具有检错能力即可,根据关于信道编码纠错能力的理论可知,这可以起到节约带宽的作用。当接收端发现错误后,发送重传请求;发送端只传送出错数据对应的具有纠错能力的校验码。当接收端收到后,如果仍然不能纠正错误,则继续发送重传请求,发送端可以选择重传整体出错数据和校验码,也可以选择发送更强纠错能力的校验码,具体因控制策略不同可有所调整。
鉴于无线信道错误率高,具有反馈信道的无线传输通常采用HARQ-I。图2显示了采用HARQ-I的无线视频传输系统,图中虚线框代表了传输中错误控制的流程。根据HARQ-I的设计原理,接收端发现错误后,首先进行前向错误纠正(图中第一层错误屏障),如果不能纠正且当前系统满足时延限制,则发送ACK请求来让发送端重传出错部分的数据(第二层错误屏障)。这样的重传可以重复到接收端收到正确的数据或者重传延迟超出系统时延限制为止。如果重传结束后仍然不能得到正确的数据包,在接收端就会用错误隐藏技术来进行错误恢复(第三层错误屏障)。可以看出,这种机制的基本思想是出错后尽量使用ARQ技术来恢复错误,所以这里将其命名为“尽力而为”ARQ机制(Best EffortARQ,BEARQ)。
由于视频信号具有较强的时空相关性,而且编码端并不能完全去除这种相关性,使得解码端能够利用这些残留的相关来恢复一定质量的视频。恢复的质量还和被恢复部分的纹理以及运动密切相关,一般而言,对纹理比较平缓和运动比较单一的部分,恢复效果要好于其他情况。在这种情况下,如果利用BEARQ来重传这部分视频,显然会造成带宽上的浪费。
为了克服这种带宽上的浪费,在实际应用中,由于信道的错误率和重传次数有密切的关系,而每次重传都要耗费一定带宽,所以成功传输一个数据包需要的带宽和信道错误率相关。考虑到这个因素,利用带宽-失真代价函数的概念,其核心思想是:在一定的丢包率、信道带宽和传输延迟限制条件下,终端视频的接收质量和传输中所用的带宽不仅和视频信源的率失真性能相关,而且还和信道的错误率(丢包率)以及终端错误恢复技术相关。将其作为衡量视频包是否应当予以重传的准则。在此基础上,采用优化的端对端传输机制,该机制中通过在编码端根据当前信道状况和解码端所采用的错误隐藏算法,预先判定每一部分的出错恢复模式,解码端根据这个模式信息来决定采取ARQ还是错误恢复。这样就有效避免了由于不必要重传而带来的带宽资源浪费,提高了系统带宽使用效率[10]。
在文中提出了有损信道视频传输中的带宽-失真(Bandwidth-Distortion,B-D)模型,该模型是R-D模型在考虑了信道错误后的对偶模型,有着和R-D相近的形式。一个视频传输系统,其性能主要从两个方面来衡量:吞吐效率和接收端重建失真。对吞吐效率,其形式表示如下:
式中:rs表示信源编码得到的比特;Bs表示成功传输rs比特信源数据实际耗用的带宽资源。对一帧编码好的视频图像,其源编码比特已经确定,所以,式(1)中的吞吐效率将只取决于所耗用的带宽资源Bs。对接收端重建失真,由于在传输出错的情况下可能会采取重传和解码端后处理恢复的手段,最终的失真将依赖于信道本身。对于吞吐效率和接收端重建失真之间的关系,理论上可以得到如下几个关系式:
式中:dt表示最终终端接收的失真;ds表示源编码失真。
式中:Pr()表示概率大小;p为信道某时刻的平均丢包率。式(2)说明了对于任意错误率小于1的信道,只要带宽资源(包含了允许延迟)足够大,终端就可实现无错接收。式(3)说明了在一定错误率p和一定传输机制前提下,终端接收失真和所耗用的带宽呈反向增长。对于视频传输系统而言,优化的主要目标是吞吐率尽可能高的同时使得终端失真尽可能小。而从上面两个方面的分析可以看出,这两个方面呈反比例增长[7]。显然,只考虑其中任何一方都不能实现传输性能上的最优,因而需要提供一种新的评价方法来折衷它们二者的关系。综合以上分析,采用B-D代价函数来综合以上两个方面的因素来评价视频传输系统,相应的B-D关系可以表述为:
式中:γ,σ是与信源本身相关的统计量,对特定的视频图像,它们可以视作常量。图像按照理想意义下的逐步精细编码方式编码,这里理想是指比特流按照率失真性能重要性进行从高到低排序,并且随处截断均满足理想率失真关系,即:
式中:di是ri比特解码后得到重建图像的失真。不失一般性,假设压缩后的图像数据按照相等大小的包进行发送,对某时刻的信道而言,每个包的丢包率为p,一个包的平均重传次数可以计算为:
式中:rg是指出错的部分被正确重传到接收端的比特数。当r0≥(1-p)r+pr/(1-p)时,所有出错的比特都实现了重传,所以终端接收失真等于编码端失真。否则,则按照式(7)中的两个关系式,即可得到d0关于r0的表达式(5)。确立了上述关系后,结合相关的容错平台,设计出基于B-D Cost的反馈重发机制,其原理框图如图3所示。
3 无线传输容错控制机制性能测试分析
针对上节提出的重发机制和算法原理,为了评估方便,不失一般性,在实验中假设最大重传次数为1。从上文可知,允许重传次数越多,则对同样的终端接收失真而言,BEARQ机制从B-D性能来看也就会越差,而这里设计的重发机制相对于BEARQ的B-D性能提高也就越明显。
为了更全面评价本算法的性能,对不同测试序列在同样丢包率情况下对本章的机制进行性能测试。考虑到影响本章算法性能的包括序列的纹理复杂程度以及运动剧烈程度。这里利用运动较为剧烈但纹理相对较单一的Foreman序列,纹理复杂程度较高的Mobile以及运动程度较低的Akiyo序列作为评测序列。表1是对这三个测试序列在QP=14,16,20,22,丢包率为3%的情况下前100帧做的统计,其中出错Slice个数为24,则出错宏块总数为24×11=264。令NMB=264,则根据模式判决结果,即可得到对重发率的统计。
从表1中可以看出:对同一序列,不同QP(也就是不同码流率)下重发率不同,QP越大,则其重发率呈下降趋势,这和前面实验中在低比特率情形下性能好这一结果相吻合;对不同序列,重发率之间存在着很大的差别,这也意味着在相对于BEARQ算法,本文提出的机制在B-D性能上的提高,不同特性的序列之间存在着较大的差别。为了进一步验证实验结论,进一步针对该测试结果下的B-D性能做统计分析,结果如
图4~图6所示。
将图4~图6对比可以看出,对于运动程度很低且纹理相对平缓的Akiyo序列来说,相对尽力而为ARQ机制,本文的机制在3%的丢包情形下可以节省20%以上的带宽。而对运动较为剧烈的Foreman序列来说,则只能节省4%的带宽。对纹理很复杂的Mobile序列,本文的算法相对于BEARQ,带宽仅节省不到1%。从表1的重发率和图4~图6的对应关系不难看出,重发率越高,则对应B-D性能的改善程度就越低。因此可以说实验仿真表明了本文提出的传输控制算法,能够在保证视频接收质量的同时,有效降低传输所用带宽。
4 结 语
这里对所提无线视频监控传输机制进行性能测试和评价。从实验结果可以看出,该机制相对于其他方法而言,在保证终端接收质量基本不变的情况下,能有效地降低传输需用的带宽。此外,从对不同序列的测试结果可以看出,本文所提机制对运动较为平缓,纹理相对单一的序列的传输更为有效,尤其是目前带宽严重受限的无线视频传输中更为明显。另外,文章所提算法是一种开放性的框架算法,其他容错算法性能的提高,将进一步促进该算法性能的提高。不足之处在于仅考虑了压缩后码流的传输,未能将编码端控制也综合进来。所以,从整体上而言,这里所提机制仍然是局部的优化。需要进一步利用所提出的B-D概念和关系式,进一步从信源-信道-传输联合优化上开展研究。
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