无线网络建设论文范文

无线网络建设论文篇1

关键词：FITAP，无线网，下一代互联网，IPv6

 

0.引言

FIT AP技术因其管理控制简单已成为目前无线网建设中的首选技术。北京交通大学之前已经建立了基于FIT AP技术的覆盖全校教学区的无线网络，并已在该网上提供了IPV6服务。随着2008年8月国家CNGI二期工程的建设，交大已经建成了主要基于双栈技术的下一代校园网。如何在双栈环境下提供双栈的无线服务，是本文探讨的主要内容。文章首先介绍了FIT AP技术，接着介绍了在CNGI2建设前交大的无线网状况，最后探讨在双栈环境下交大基于FIT AP技术的无线网建设的问题。

1.基于Fit AP设备的WLAN工作原理

在WLAN集中管理架构中，AP（AccessPoint接入点）和AC（Access Controller接入控制器）之间通过LWAPP协议建立管理和数据隧道。接入控制器通过管理隧道完成对接入点服务的配置，监控，以及管理，接入点通过接入控制器为无线接入用户提供网络接入服务。

集中管理架构的WLAN网络中，接入控制器是整个WLAN网络的核心，它实现了整个WLAN网络的服务管理；所有的接入点只有成功和接入控制器建立链接，并且成功从接入控制器获得相应的服务配置以后，才可以提供无线接入服务。

目前，集中管理架构WLAN在接入点和接入控制器之间采用LWAPP协议构建，而且同时支持IPv4和IPv6协议。。也就是，接入控制器作为服务器，可以接收来自IPv4以及IPv6网络的接入点的链接请求；而且接入点可以动态的选择使用IPv4或者IPv6和接入控制器建立链接。

Fit AP设备为零配置设备，该设备在上电后可以自动发现接入控制器，选择当前能够提供最优服务的接入控制器建立链接。由于接入点为零配置设备，不能判断当前接入的网络为IPv4还是IPv4网络，所以接入点会首先在IPv4网络进行接入控制器的发现和链接处理，如果接入点无法成功通过IPv4网络和接入控制器建立链接，则接入点会切换到使用IPv6进行接入控制器的发现和链接处理。

另外，无线接入用户使用IPv4还是IPv6网络，对于WLAN网络是透明的，WLAN设备只是实现了无线接入用户数据的二层转发。虽然在接入点和接入控制器之间会通过LWAPP数据隧道（使用UDP传输协议）实现转发，但是无论在接入点还是接入控制器都是根据二层信息实现转发，而且LWAPP隧道封装的载荷也是二层协议报文。所以LWAPP协议不会关心无线接入用户的上层协议，同样无线接入用户也不需要关心LWAPP数据隧道采用IPv4还是IPv6协议。。

2.隧道的动态选择和建立：

Fit AP设备为零配置设备。对于AP和AC建立IPv4隧道还是建立IPv6隧道，Fit AP也是自动完成；而对于接入控制器则同时可以支持IPv4隧道和IPv6隧道。

下图描述了Fit AP自动建立隧道的过程：

1.Fit AP正常上电运行；

2.LWAPP客户端开始动态的发现AC，并且发起和AC建立连接；Fit AP只有成功和AC建立连接，才可以提供服务；

3.LWAPP客户端会先使用IPv4隧道和AC建立连接；

4.如果使用IPv4隧道，无法发现AC或者和AC无法建立连接，LWAPP客户端将切换到使用IPv6隧道；否则Fit AP开始使用IPv4隧道提供服务；

5.如果使用IPv6隧道，也无法发现AC或者和AC无法建立连接，LWAPP客户端将再次切换到使用IPv4隧道；否则Fit AP开始使用IPv6隧道提供服务。

Fit AP设备通过上面的自动使用IPv4隧道和IPv6隧道机制，可以使用在任何网络中的应用。当Fit AP被安装在IPv4网络中，FitAP可以使用IPv4隧道和AC建立连接，如果Fit AP被安装在IPv6网络中时，FitAP将无法使用IPv4隧道和AC建立连接，进而可以和AC建立IPv6的隧道并开始提供服务。

3.CNGI2建设前北京交通大学IPv6 WLAN接入方式

CNGI2建设前北京交通大学的IPv6 WLAN接入方式如下图：

接入控制器AC和IPv6网络相连接，接入控制器AC起到了WLAN到IPv6网络Portal功能，实现了WLAN网络和IPv6网络连通，进而创建了一个IPv6的WLAN网络。接入点FitAP通过IPv4骨干网络和接入控制器建立连接，实现了穿越IPv4网络提供WLAN接入服务功能。当无线接入用户成功和接入点AP建立无线链路连接以后，便成功接入到该IPv6的WLAN网络。

通过WLAN提供的接入服务，无线终端成功的连接到IPv6网络中，无线终端可以通过动态获取IPv6地址或者静态设置IPv6地址，之后无线终端可以访问该IPv6网络的各种服务。该无线终端的所有数据都被WLAN的通过接入点和接入控制器之间隧道进行透传，而无线接入用户在使用IPv6网络时根本不关心是否穿越了一个IPv4网络。

4.CNGI2建设后北京交通大学基于IPv6 WLAN网络的变化

在双栈网络中部署WLAN接入服务，和当前在IPv4中部署WLAN接入服务没有大的差别，因为FIT AP首选IPv4网络建立链接，所以Fit AP仍然通过双栈网络中的IPv4网络和接入控制器建立连接，实现了穿越双栈网络提供WLAN接入服务功能。WLAN为无线终端提供了接入到指定网络的服务。虽然该无线终端没有通过有线网络和指定网络连接，甚至该无线客户端和指定网络之间还被其他的网络隔离，但是通过WLAN接入服务，无线客户端宛如直接连接到该指定网络中。。所有的无线终端相关报文数据都会被接入控制器和接入点之间的隧道在无线终端和接入网络之间进行转发，而无线终端不需要关心隧道所穿越的网络。

另外可以支持接入点和接入控制器之间通过任何网络进行连接，例如二层网络连接或者三层网络连接。也可以根据需要在IPv6公用网络中构建纯IPv6的WLAN内部网络，建立特定的WLAN接入网络，通过WLAN接入服务控制指定的无线终端用户接入到IPv6网络中。

参考文献：

[1]李瑞杰：高校IPv6校园网解决方案 [J].中国教育网络-2009年1期 Page:54-56

[2]徐民 王镭.无线城市城域网组网方式探讨 电信技术-2008年10期 Page:24-27

[3] 葛苗苗.无线控制器＋FIT AP架构的新型无线局域网 信息技术2009年9期Page:98-101

[1]王宇杰，男，1973，北京交通大学信息中心，工程师，长期从事网络技术与安全方面的研究。

[2]王锋，男，1975，北京交通大学信息中心，高工，从事网络技术与数据库方面研究

 

无线网络建设论文篇2

关键词 移动通信；高速公路；信息化

中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）160-0072-02

随着信息网络技术的高速发展，我国的移动通信网络已从3G提升为4G，在高速公路信息化建设中的应用也逐渐成熟。移动通信网络在高速公路信息化建设中对定位、监控、导航等方面的应用逐渐增多，为完善高速公路信息化系统提供技术支持。

1 移动通信在高速公路信息化建设中的具体应用

1.1 定位技术方面

随着网络信息技术发展的日益成熟，移动通信业务除了能进行传统的拨打移动电话、发送短信等基本业务，因为无线网络的稳定性、不受地域限制性、实时性等特点，基于无线网络技术的移动手机定位技术发展也愈发成熟。而移动通信的定位系统在高速公路的信息化建设中的应用步骤如下。

首先，在各地市、县的监控中心工作人员的值班室设置一台固定电话，并建立一个固定热线，在移动用户打进这个热线时系统将通过MQ将致电人的电话号码等基本信息传入定位设备中，定位设备再通过网络实时将定位要求传入致电者的移动设备中，手机的LCS定位平台则可以根据手机中的地图信息以及各基站地理位置等信息与手机网络信号传达时间等信息相结合得出手机持有者的具置，然后将位置信息传递给手机前置机。这样一系列操作过后，高速公路系统中的定位前置机就可以准确、及时的接收到手机的位置定位信息，并将接收到的信息与电子地图结合就可以从手机定位系统中查看明确的高速公路位置坐标，最终实现移动通信在高速公路信息化建设中的定位作用。

1.2 监控技术方面

移动通信中的监控技术主要指无线监控，就是在无线网络系统基础下，将现场的视频、图像等实时上传的技术。无线监控因无线网络的跨地界性、实时性可以将在无线网络覆盖下的各地视频实时上传，进行现场监控，应用范围较传统的监控技术更为广泛，特别是对于传统的监控技术在一些难度较大的场所，例如行驶中的车辆中不方便运行，而无线监控则不受地域、场所的限制。另外，无线监控相比传统的光纤监控具有工程实施简单、耗费时间少、成本低的优点。

无线监控中所说的无线不仅指监控系统的信息采集单元通过无线方式将采集到的视频信息通过压缩至一定规格后进行视频数据上传，还包括视频数据的下发也用无线方式进行，而且无线监控系统中的视频下发除了计算机可以接收以外，智能手机以及车载蓝牙等接收设备均可以接收到监控视频。

1.3 车载导航技术

车载导航技术主要是指GPS技术，GPS是一款不受地域、时间限制，能够在全球24小时进行定位的导航系统。无论何时何地，都可以在无线状态下打开GPS查看准确的三维位置坐标等信息，让用户随时随地对自己的位置有详细准确的了解。将无线网络与GPS技术结合应用于高速公路信息化建设中，只要在车内安装车载导航系统，就可以根据导航了解自己的位置并进行路线导航，无论车主在何地，要去往何处，都有最新的路线指示，最大程度的降低车主驶入错误路线的可能性，为人们的出行提供极大的便利。

1.4 数字集群技术

数字集群是一种专用业务调度系统，也是专用无线电调度系统的高级发展阶段，过去的无线电调度系统是单信道调度通信，一个人讲，许多人都能同时收听[1]。而数字集群是可以通过拨号进行寻呼的无线调度网。数字集群除了可以通过移动通信无线网络进行个人移动通信包括但不仅限于电话、短信、网络查询等业务，还可以为个人与群体之间的任意通信提供渠道。而且数字集群可以自主编辑程序，进行自我调控，它是集对讲机、图像传输等功能于一体的智能化通信网络集合。集群系统就是把有数量、网速等限制的通信通道通过自主编程进行自动、快捷的分配，通过统一的电台频率建立一套统一调度的无线电系统。总的来说，数字集群技术就是将个人的专用通信通道变为公用的群体通道。

2 移动通信模式下无线网络的优势

1）网络速度快。近几年，移动通信网络数据已从3G更新为4G，4G系统的无线网络速度最快已经到达100Mbps，比拨号上网网速快近2 000倍，无线网络覆盖范围也极其广泛，基本上全国各地均可利用智能手机进行无线上网，甚至在一些偏远山区也可以接收到无线网络信号。因此，将移动通信无线网络应用于高速公路信息建设中，可以极大地提高系统的建设速度，在最短时间内对系统进行联网处理，方便随时随地对高速公路信息系统的查看与连接。

2）联网方便快捷。利用无线网络进行连接，只需要有无线访问点，并在无线网络覆盖中即可进行，不需要像光纤联网一样进行大量网线连接，方便统一进行管理、维护等工作。应用无线网络，无论是手机、笔记本电脑还是车载蓝牙均可进行联网操作，较光纤网络相比，联网方便快捷省时，非常适合应用于高速公路信息化建设中。

3）安全性能高。无线网络的抗射频干扰性强，通过使用和以太网相类似的连接协议和数据包确认，提供可靠的数据传送和网络宽带的有效使用[2]。通过无线网络进行网络连接，可以保障一定的安全性，为系统安全打下坚实的基础。

3 移动通信在高速公路信息化建设中的作用

1）随着4G网络技术发展逐渐成熟，与GPS、GIS等系统的结合愈加密切，手机定位的成功率以及准确率得到较高幅度的提升。特别是现在智能手机的普及，手机定位的主导系统为GPS，不仅可以在高速公路应急救援中起到重大的作用，还可以为高速公路工作人员的工作调度、统一管理提供帮助；2）随着4G无线网络的覆盖面积逐渐扩大，高速公路的监控系统变为无线移动监控，不再受宽带网络地域的限制，为高速公路监控视频的实时性、完整性等提供了基础设施条件。无论是在市区还是郊外，只要是在无线监控摄像下，监控中心都可以实时看到高速公路的路况以及是否有车辆超速驾驶等；3）将移动通信应用于高速公路建设中，完善了高速公路信息系统，对高速公路路况可进行实时查看，为高速公路运行车主提供详细的路况参考，帮助驾驶者选择最适合的路线，还可以为运输企业提供详细的路况参考数据，帮助企业减少不必要的运行，大大节约运输中所需的时间，为企业运输节约大量资源。

4 结论

随着4G时代的到来，移动通信在高速公路信息化建设中的应用前景愈加广阔，可以明确的一点就是，移动通信的应用将是高速公路信息化建设发展的重中之重，应加大对移动通信技术的研究与创新，为公众出行提供更加便利、安全的服务。

参考文献

[1]马杨.无处不在，无时不在――无线通信技术在高速公路应用的探讨[J].中国交通信息化，2013（1）：22-27.

无线网络建设论文篇3

关键词：无线网络技术；新课程；课程设计；仿真实践

1引言

社会信息化、网络化已发展到一个全民普及的高度。作为计算机技术和信息社会的核心，计算机网络技术的发展日新月异，基于网络技术的各种创新性应用更是层出不穷，对人们的生产、工作、学习和生活等方面产生了深远的影响，也推动着整个社会和产业经济高速发展。根据第83次《中国互联网络发展状况统计报告》，中国的网民人数已达7亿。其中，手机网民占总人数的92.5%。互联网尤其移动互联网技术已广泛应用于各行各业，成为人们日常生活中必不可少的基础设施，熟悉并掌握相关技术和技能对现代工程技术人员非常重要[1]。高等学校是我国科技人才、工程技术人才培养的主力军。为顺应时代要求，高等学校紧跟社会发展的脚步，为培养适应行业性需求的高素质人才，高等学校信息技术类专业有必要适当调整、完善，进行教学内容的改革。无线网络技术是高校教学改革的核心课程之一。据统计，截至2017年上半年，计算机专业在各高校的覆盖面达到75%。与此形成对比的是，无线网络技术课程在各高校的课程开设率只有15%～20%，即便开设，也只是作为选修课[2]。这说明无线网络技术课程在未来有很大的发展空间和潜力。为此，有必要深入探讨无线网络的课程设计，为无线网络的进一步推广奠定基础。

2课程设置方案

学习无线网络技术时需要有前期预备知识，要求学生先修一些专业课程，包括计算机网络、操作系统等。本课程的授课对象是三、四年级本科生和一年级研究生，面向的专业有网络工程、物联网、计算机科学与技术、通信工程、电子工程、信息安全和软件工程等。无线网络技术的学时安排为32个理论学时和16个实验学时。无线网络技术主要理论内容包括无线通信基础、网络仿真基础。按照覆盖区域划分的无线局域网、无线城域网、无线广域网、无线个域网和无线体域网。按照应用划分的无线传感器网络、移动自组织网络、车载自组织网络等。无线网络技术的实验项目包括面向各种不同无线网络进行的物理测量、室外组网、网络管理、介质访问控制/路由/传输协议仿真、室内定位以及智能穿戴等，由仿真和实测两种手段进行。课外学习以深入阅读前沿技术文献为主，习题为辅。教学方法以讲授为主，查阅资料和分组讨论为辅。

3课程教学设计

3.1课堂教学

通过本课程的学习，使学生了解当前主流的无线网络技术和发展趋势。无线网络技术课程首先讲述无线通信技术基础知识，包括无线网络的体系结构和参考模型，重点学习硬件基础——天线、无线信号传播的损伤与衰退特性、适合无线传输的信号编码方案与扩频技术以及在无线传输过程中的差错控制技术。在此基础上，从纵横两条线学习各类无线网络。纵向按照覆盖范围划分的六类无线网络：无线体域网WBAN、无线个域网WPAN、无线局域网WLAN、无线城域网WMAN、无线广域网WWAN和无线地域网WRAN。重点学习以上各种网络的概念、特点、应用、网络体系结构、协议栈和主要技术。横向按照应用划分的3类无线网络：移动AdHoc网络、无线传感器网络WS和车载自组织网络。重点学习这三种网络的概念、应用领域、主要难题、关键技术和解决方案。通过本课程的学习，要求学生理解无线网络的基本概念与技术，了解无线网络的发展趋势与动向。旨在将学生所掌握的互联网概念和原理拓展到无线领域[3]。

3.2实验设计

在讲授理论知识的基础上，设计了实验环节，旨在让学生亲身实践，将理论知识运用在实践中解决具体问题，以加深对实际问题的理解，提高学生的动手操作能力。在传统的验证性实验基础上，为了紧跟最新学术前沿，保持技术上的领先性和前瞻性，增加了综合性、设计性实验。此外，考虑到无线网络技术更新速度较快，为了引导学生掌握各种无线网络技术的前沿动态，搜集了无线网络与移动计算领域内最新高水平的原始文献，如ACM、IEEE权威学术期刊。开学初将学生分组，每组10人，为其分配20～30页的英文文献，并要求翻译阅读。期末各小组派代表上台展示和演讲，对研读的相关技术内容进行介绍、分析和讨论。学生通过这项活动，既可以开阔视野，又可以锻炼英文阅读、翻译、理解和演讲等能力.

4结语

无线网络建设论文篇4

【关键词】RRU与天线一体化设备 TD-LTE 有源天线 MIMO 波束赋形 载波聚合

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2013）-24-0080-04

1 引言

在无线网络建设过程中，由于需要架设天面实现无线网络覆盖，会遇到多种多样的天面建设场景，包括楼顶抱杆、楼顶增高架、楼顶拉线杆、角钢塔、单管塔、灯杆、美化天线等多种形态。然而当前网络中已经存在GSM900/1800、TDS、WCDMA、CDMA等多种无线网络制式，通常在一个站点上，少则6～9面，多则数十面各种制式的天面林立。对于新建设的TD-LTE网络来说，如何有效解决天面问题成为TD-LTE网络建设不可回避的问题。

根据当前对国内某移动网络运营商现网2G/3G站点天面统计情况，2G站点超过20%以上站点难以新增天面，其中14%以上的美化站无法新建天面，超过7%以上的拉线塔新增天面存在困难；3G站点则有30%左右的站点存在天面受限的情况。具体统计情况如图1所示：

为解决天面问题，业界也开展了一系列的探索和研究。其中有源天线作为基站演进的方向之一，集成了天线与传统的射频单元，有效减少了对天面空间的需求，且随着器件工艺的提升，可工作带宽也在不断扩大，成为下一代无线基站发展的主要方向。目前业界主流的设备厂商如爱立信、华为、阿朗、诺西等均已推出相关产品，并且在欧洲部分运营商中得以商用。本文重点介绍一款支持TD-LTE网络的RRU（Remote Radio Unit）与天线一体化设备，并分析其在TD-LTE网络建设中的价值及应用场景。

2 RRU与天线一体化设备介绍

3 RRU天线一体化与传统建设方案的差异分析

RRU与天线一体化设备与传统RRU+天面的方案相比，在工程建设、网络性能等多方面存在一定的异同。

（1）建网方式存在差异：传统TD-LTE网络建设，需要新增D频段RRU，通常情况下还需重新增加抱杆和天面。而RRU与天线一体化设备可通过替换现有3G天面，充分利用现有抱杆，实现TD-LTE网络的建设，节省了天面抱杆资源，并有效解决了部分天面资源紧张的站点建设问题。

（2）工程复杂度不同：对于传统的建网方式，如果采用合路天馈的方式需要将3G网络设备和4G网络设备的18根馈线连接到4根集束电缆，每个站点将涉及120个接头的防水处理，耗时耗力且难以保障工程质量。而RRU与天线一体化设备将接头的数量降低到54个，有效降低了工程复杂度；此外，RRU与天线一体化设备采用独特的“上挂下紧”的安装方式，通常需要4～5人安装的天面仅需2～3人即可完成。

（3）网络性能相当，具体如表1所示：

4 RRU与天线一体化设备应用场景分析

（1）楼顶抱杆场景

一般情况下很多楼顶可能是多运营商共用，空间紧张。大部分高度3m左右的抱杆只适合单天线应用，如果要增加TD-LTE网络覆盖就需要在楼顶加抱杆/天线，需和业主重新谈判。此外重新寻找新的天面位置往往难以满足隔离度的要求或者覆盖效果不够理想。因此可以通过一体化设备替换并利用原3G网络的天面空间，完成3G/4G网络的建设需求。

（2）楼顶增高塔场景

现网大量存在的楼顶增高塔（架）场景，该类型场景由于本身设计的承重、空间问题，一般情况下，天面垂直布置1面天线（最多2面），无法再增加TD-LTE天线。因此可以通过一体化设备替换并利用原3G网络的天面空间，满足3G/4G网络的建设需求。

（3）拉线塔场景

拉线塔塔基占地面积一般为2平米左右，高度一般为5～10m，承重有一定局限。一般情况下，天面垂直可以布置1～2副天线，在3G建设后如果再增加TD-LTE存在较大困难。因此可以通过一体化设备替换并利用原3G网络的天面抱杆，完成3G/4G网络的建设需求。

RRU与天线一体化设备在上述三种场景中的应用情况如图3所示。

5 总结

在TD-LTE网络建设中，针对部分站点天面受限的场景（如楼顶抱杆站、楼顶增高塔、楼顶拉线塔等），可通过采用RRU与天线一体化设备有效解决TD-LTE网络建设天面难题。独立电调的特性使得两网独立优化，4G网络的建设不会影响3G网络性能。并且能够支持Beamforming以及未来4*4MIMO、F+D载波聚合等特性，使得TD-LTE网络具备面向未来演进的能力。

参考文献：

[1] 杨涛，谢伟良，朱雪田. 有源天线在移动通信系统中的应用研究[A]. 中国通信学会信息通信网络技术委员会2011年年会论文集（上册）[C]. 2011.

[2] 姚美菱，李明. 智能天线发展方向浅析[J]. 移动通信， 2012（1-2）： 129-132.

[3] 肖育苗，姜洪峰. TD智能天线的四大趋势[J]. 通信世界， 2011（2）.

[4]高峰，高泽华，丰雷，等. TD-LTE技术标准与实践[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.

无线网络建设论文篇5

关键词：普适计算；图书馆；数据；MARC

普适计算是物理空间的高度融合，在这个融合空间中用户可以随时随地、透明地享用计算资源。自1946年2月14日世界上第一台计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生以后，计算模式已经经历了主机计算时代和桌面计算时代。就近几年计算机的发展来看，根据计算模式在计算机中的时代划分，可将计算模式分为四个时代，分别是主机、桌面、分布式与因特网的结合、普适这四类。

一、普适计算的发展

1988年初以Mark Weiser为首的PARC计算科学实验室（CSL）开始了铺村计算UC（U-biquitous Computing的简称）的研究，现在又称普适计算PC（Pervasive Computing，简称PC）。1991年Mark Weiser在《Scientifc American》的"The computer for the21st Century"中正式提出普适计算的思想。Mark Weise指出："The most profound technologies are those that disappear. They weave themselves into the fabric of eveyrday life until they are indistinguishable form it"。随着定位传感器、无线通信技术尤其是Internet 的普及和分布式计算技术的进步，普适计算的实现条件越来越成熟，普适计算的概念也得到了越来越多人的认可。

普适计算作为一种新型的计算模式，在该模式下，计算以人为中心，人机交互类似于人与人之间的自然交流方式，用于计算的设备无处不在，弥漫在人们生活的环境中，并能够便捷地为人们提供所需要的服务，而使用计算设备的人却感知不到计算机的存在。

普适计算是一种非常广泛的计算概念，包括了无线计算、网络计算、移动计算、日常计算，以及嵌入式计算和实时计算等侧重点不同的内容，其目的在于突破基于桌面系统的计算模式，使人们能够随时随地获得计算服务。

同时，普适计算还有其自身的特征。一是以人为本。二是动态性。三是不可见。四是无处不在。五是自适应性。六是永恒性。在我国，清华大学的 Smart Classroom。Smart Classroom是清华大学开展的一项普适计算研究，提出了基于普适计算的网络教育思路，开发出以智能教室为代表的融合远程教育和课堂教育的系统平台。

二、普适计算环境下的高校图书馆管理工作的思考

（一）智能图书馆中的普适计算技术分析以及基于普适计算的智能图书馆原型

基于普适计算技术的智能图书馆原型系统需要有多方面的上下文感知技术的支持，它应能感知读者或者图书馆工作人员何时进入或者走出图书馆，应能感知用户及其携带者的智能助手设备当前在图书馆中的位置，应能感知用户当前浏览的书籍所在的书架及书架在书库中的位置。

1、个性化技术

当用户的身份被确定后，智能助手设备应能够自动感知用户的行为，记忆用户的操作步骤，记忆用户查询和阅读的内容，并把这些数据按照用户唯一的身份标识存储在数据库中。

2、智能助手设备的位置

智能设备助手要能够根据用户的位置自动地调整其人机交互界面及上面显示的内容，因此感应其位置信息是系统的首要功能，这通过中央计算机的感知功能来实现。

3、书籍的位置信息

为了快速查找到书籍，必须知道其准确的位置信息。在每个书架上安装有RFID读写器，能够读取到其范围内的书籍上面的标签，而书架的位置已经存储到了中央计算机上面，因此能够容易地定位书籍的位置。

（二）普适计算环境下的高校图书馆无线局域网的设计与实现

在本人硕士论文答辩的时候，一位老师问过我这样的问题："服务发现协议是实现普适计算及其在高校图书馆管理工作中所应用的哪一种？"我的回答是："服务发现协议的设计和性能受网络环境影响，因此，首先可以将服务发现协议按照其应用的网络环境进行分类，主要分为：局域网，广域网，无线自组网。最早的服务发现协议主要用于局域网中。依本人看来，服务发现协议是实现普适计算及其在高校图书馆管理工作中的第一种--即局域网，以此来联系图书馆的整个网络，保障网络通畅。"

首先，介绍一下无线局域网的概念。无线局域网（Wireless Local Area Networks简称WLAN）指应用无线通信技术计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。是在有线网络基础上，通过无线访问节点的无的线信号发射接收器（Access Point，简称AP）、无线网卡等设备实现的无线网络通信。

其次，无线局域网的组成主要包括无线网卡、无线AP和计算机等相关设备。图书馆组件无线网络有两种情况：一种是图书馆本身已经组建了有线局域网，组建无线网络可以在不改变原来网络体系结构的基础上，对整个有线局域网进行延伸和扩展。另一种是新建图书馆还没有局域网，组建无线网络可以减少或避免架设线路的各种费用，节约成本支出。整个网络架构可以由以太网互联设备（如路由器、交换机）等建成图书馆主干网络，再利用AP来接入移动或固定的终端。这些终端可以是配有无线网卡的台式计算机、笔记本电脑和智能手机等设备。

1、无线AP。无线AP是无线网络的核心设备，它的作用是将需要使用无线网络的终端设备接入图书馆主干网络中，以实现数据信息的交互。因此AP也可以说是无线的交换机，它可以实现数据信息的无线发送和接收。

2、无线网卡。无线网卡是连接入无线网络的设备。无线网卡可以接收和发送无线信号，并实现无线信号与电脑中的数据信息进行相互转换的功能。可以把无线网卡看成无线网络的接口，通过这个接口就可以接入无线网络。而根据接口类型的不同可以把无线网卡分成四类：（1）PCI无线网卡，它专用于台式电脑的PCI插槽。（2）PCMCIA接口无线网卡，它专用于笔记本电脑上。（3）MINI-PCI无线网卡，它是笔记本电脑的内置无线网卡。（4）USB接口无线网卡，它适用于台式电脑和笔记本电脑。

诚然，图书馆无线局域网有着自己的设计目标。诸如：注重实用性、采用IEEE 802.11g标准网络协议、全面的无线管理体系等等。

同时，我们还要注重无线局域网安全机制设置。（1）MAC地址过滤。（2）SSID管理。（3）WEP加密。（4）支持AES加密。（5）根据用户名划分界限。

（三）普适计算环境下图书馆网络信息资源MARC编目工作

网络信息也称虚拟数字信息资源，是各个领域信息在网络上的集合，是通过计算机网络可以利用的信息。

1、网络信息资源MARC著录格式概况

网络信息资源编目，是描述标引网络信息资源的内容和形式特点，指引读者如何使用网络信息资源，它是传统文献编目（即实体信息资源编目）在网络环境下的延伸。美国最早开展研究利用MARC格式为网络信息资源进行编目工作的。为了满足图书馆描述和检索网络信息资源需要，1991年5月，LC（美国国会图书馆）就提出以USMARC格式为主要架构，制定能囊括网络信息资源在内的有关字段。同年，OCLC（计算机联机图书馆中心）率先着手调研网络资源，分期测试了MARC/AACR2对网络信息资源编目的适应性问题。扩展采用了516字段、753字段，调整增补了856字段，用以记录电子资源的检索方式和地址，成为MARC格式发展的重要标志。

2、图书馆运用MARC格式为网络信息资源编目的意义

图书馆编目主要包括文献的分类、主题标引和著录等内容。目前，大多数图书馆都采用MARC格式进行文献著录，采用MARC格式进行文献著录，曾对纸质文献的组织发挥过极其重要的作用。MARC著录格式也会以其标准的通讯格式、灵活的显示格式、完整的书目著录方式，以及能提供多种检索点和得到保证的公共检索等自身优势，成为组织网络信息资源的有效手段。

3、网络信息资源MARC著录格式相关字段的选取

目前网络信息资源编目的MARC格式主要有MARC21和GNMARC两种。与纸质图书相比，网络信息资源的著录更为复杂，现仅对网络信息资源CNMARC主要涉及的字段予以论述，其详细著录以及其他与图书馆相似的字段不再赘述。

头标区，位于每条记录的开端，其数据元素由数字或字母代码组成，属于MARC记录结构的一个组成部分。

006（定长数据元素--附件特征）字段。

007（载体形态定长--一般信息）字段。

008（字长数据元素--一般信息）字段。

135（电子资源编码数据）字段。

230（资料特殊细节选项）字段。

307（访问或获取时间）字段。

336（电子资源类型附注）字段。

337（系统需要附注）字段。

357（文献传播控制）字段。

362（出版日期、卷期或其他标识项）字段。

500（一般性附注）字段。

516（计算机文件类型或数据附注）字段。

538（系统细节附注）字段。

753（计算机文件的系统细节检索）字段。

856（电子文件资源地址与检索）字段。

本文不就MARC数据编目给予实例分析，本人现所在图书馆使用金盘软件系统进行编目，可以通过表格编目自动转换生成相应MARC数据。

（四）对于构建图书馆核心价值体系的思考。

在网络化、数字化、信息化的时代，图书馆的超长发展是有目共睹的。近年来，图书馆学理论的热点之一是对图书馆精神的关注，这也引发了我们对问题的再思考，即在经历了百年发展之后，图书馆的价值核心到底是什么。

韩继章认为图书馆精神可以分为两类：一类是表现于图书馆学研究中的行业精神，强调理性与实践的关系；一类是贯穿于图书馆事业和图书馆工作中的行业精神，是一种表现行业风貌和特征的精神，一种积极进取的精神。

笔者认为构建图书馆核心价值体系的意义在于：（1）图书馆核心价值体系是图书馆文化建设的根本。（2）有利于引导图书馆人在思想道德上共同进步。（3）有利于提升图书馆职业的社会地位。（4）有利于推动图书馆事业发展。

以上文字是本人在对于计算机的普适计算学习以后针对自己的本职工作--图书馆工作展开的论述，仅代表我个人的看法（期间应该还存在着一定不够成熟的见解和看法），望能够在今后的学习和工作中加以更正和提高。

参考文献：

[1]张立臣，王小明，窦文阳等.面向普适计算的自适应模糊访问控制方法[J].计算机工程与应用，2012，（27）.

[2]邢长敏，刘行芳等.普适计算发展概述[J].中小学电教，2010，（5）.

[3]马倩.基于普适计算技术的智能图书馆原型研究[J].黑龙江科技信息，2011，（15）.

[4]高天惠.高校图书馆无线局域网的设计与实现[J].知识经济，2012，（21）.

[5]张德云.论图书馆网络信息资源MARC编目工作[J].情报检索，2012，（12）.

[6]闫小斌.关于构建图书馆核心价值体系的思考[J].情报检索，2012，（12）.

[7]耿晓光，周晓红，等.虚拟环境下图书馆"藏"与"用"的辩证思考[J].情报检索，2012，（12）.

无线网络建设论文篇6

关键词： 无线传感器网络 项目教学法 教学模式 物联网

现代信息技术作为当今世界发展的重要驱动力，主要由计算机技术、通信技术、微/光电子技术、信息安全技术、智能技术和软件技术等组成。无线传感器网络恰如其分地将现代信息技术中的计算机网络技术、微电子技术、传感器技术及通信技术四者巧妙地融合在一起，实现了数据感知、数据采集和数据传输的真正统一，被认为是促进21世纪人类社会发展前进的重要技术之一[1]。

无线传感器网络作为物联网的关键技术之一[2]，无论是从物联网工程专业的角度出发，还是从无线传感器网络技术自身角度出发，在相关本科院校开设无线传感器网络课程都是相当必要的。国内许多院校大多将此课程作为只针对研究生开设的研究性课程，我校在2012年就为信息工程专业的本科学生开设了该课程。本文结合我校的物流特色，提出了面向物流应用、基于项目驱动的教学模式，并对该课程的教学模式进行了实践与探索。

1.课程教学难点

无线传感器网络的巨大应用价值已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。美国自然科学基金委员会、美国国防部和各军事部门、美国英特尔公司等信息产业界巨头纷纷开始了无线传感器网络方面的工作，设立或启动了相应的行动计划。日本英国、意大利、巴西等国家均对无线传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开了研究工作。我国的无线传感器网络研究启动于世纪之交。1999年，无线传感器网络首次正式出现于中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的信息与自动化领域研究报告中，是该领域提出的五个重大项目之一。目前，国内一些研究机构与高等院校已积极开展无线传感器网络的相关研究工作，主要有中科院软件所、中科院计算机研究所、清华大学、电子科技大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、南京大学。从2002年开始，国家自然科学基金委员会就审批了和WSN相关的多个课题，在国家发展改革委员会的下一代互联网示范工程中，也部署了与WSN相关的课题。

无线传感器网络技术具有多学科高度交叉的特点，属于前沿课题，涉及知识面广、难度大、发展快，所以在本科生中开设无线传感器网络课程存在一定的困难，主要包括：

（1）课程属交叉学科，教学内容跨度大、难度高。

无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点，涉及多学科的研究领域，有非常多的关键技术有待发现和研究，因此课程教授的内容跨度非常大，主要包括传感器技术、硬件设计、网络协议、网络拓扑控制、网络安全、时间同步、数据融合、数据管理、无线通信技术、嵌入式操作系统、仿真开发技术和应用层技术等。如何在有限的课时内让学生掌握课程内容成为该课程的最大难点。同时，在普通本科院校开设无线传感器网络课程，不仅要求学生有相关的前期基础，而且要求学生具有较好的学习主动性与钻研能力。

（2）课程属前沿课程，教学内容不断更新变化。

与传统网络相比，无线传感器网络技术本身属于前沿技术，其相关技术、相关标准等仍不统一。国内外研究机构和产业机构仍对其展开研究，陆续有新硬件、新协议、新算法、新系统的提出。在教学过程中，教师要根据技术发展不断更新教学内容，让学生始终紧跟技术发展的步伐。

（3）无线传感器网络与应用密切相关。

不同的应用背景对传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然有很大差异。所以传感器网络不像传统网络一样有统一的通信协议平台。需要针对每一个具体应用来研究传感器网络技术并设计其软硬件平台及通信协议，这是无线传感器网络设计不同于传统网络的显著特征。在教学过程中，如何在不用应用背景下提取出共性问题，使学生在掌握共性问题的基础上针对具体应用找出差异，是教学的难点。

（4）实验教学难以开展。

无线传感器网络实验仿真平台、开发环境的多样化，给无线传感器网络课程的实验教学带来一定难度。如何选择实验平台，屏蔽平台的差异性，让学生在实验中同分理解消化理论教学的内容，不给学生造成思维的混乱，是教师实验教学的难点。

2.面向应用、基于项目驱动的教学模式

建构主义最早由著名的瑞士心理学家皮亚杰（J.Piaget）提出[3]。基于建构主义的教学法要求，在学习过程中以学生为中心，教师扮演帮助者角色，利用情景、协作、会话等学习环境要素，充分发挥学生的主体性和创新精神，使学生有效实现对当前所学知识的意义建构。项目教学法就是在建构主义的指导下，以实际的工程项目为对象，先由教师对项目进行分解，并做适当的示范，然后让学生分组围绕各自的工程项目进行讨论、协作学习，最后以共同完成项目的情况评价学生是否达到教学目的的一种新的教学方法。

传统教学中，老师占主导，学生在老师的指导下被动地学习和接受知识，且不加思考。要改变这种教学模式，学生可以在教师的帮助和引导下，围绕一个项目，在兴趣的驱动下，通过自主探索和互动协作学习，实现既定知识的学习。在本课程的教学过程中，项目教学法是教师设置物流应用的大背景，学生以物流应用中某一个具体环节作为一个完整项目而进行工作。学生以小组为单位，不同小组选择物流应用中的不同环节，将课程所授知识融入项目完成过程，通过小组间的互相合作，共同构成一个完整的大系统。每个学生根据自己选择的环节，将整个综合性大项目拆解成不同的功能模块，每个不同的功能模块均可对应教师所教授的课程内容。如在讲解时间同步技术时，教师可以针对不同项目背景提出相应的同步需求，使学生带着真实的任务探索学习。该项目过程不仅可以学习部分教学内容，具有一定的综合性，而且可以将教学内容的理论与实践结合在一起，激发学生的学习兴趣。

在项目教学法的模式中，为了提高学生的学习兴趣[4][5]，要加强教学双方的互动，本文提出了具有层次性的阶段教学，将该课程的教学分成六个阶段，如下图所示。

图 层次性的阶段教学模式

（1）感知阶段。

由于该课程的理论知识涉及广泛，许多学生对该课程产生畏难情绪。为了激发学生的学习兴趣，教师在开课之初应以学生较为熟悉的家庭环境作为应用场景，通过智能家居系统，让学生通过感知无线传感器网络应用的魅力，激发学习兴趣，适当地缓解对这门课的畏难心理，树立学好这门课程的信心。

（2）启发阶段。

通过感知阶段的应用，教师更换无线传感器网络的应用场景，让学生从不同的应用场景中提取共性问题，引出本课程的教学内容。在课程内容的教授过程中，教师始终坚持面向应用、基于项目驱动的理念，让学生带着问题有目的地听课，深入浅出地在有限的课时内将知识点教给学生。学生可根据教师所授的内容，将需要完成的项目系统进行拆解分析，为项目的完成打下理论基础。

（3）调研阶段。

为加深学生对该课程的理解，发挥学生学习的主观能动性，要求学生课后查阅资料，对项目背景及项目完成涉及的知识难点进行调研，撰写调研报告并交流。此外，教师也可以根据课程和项目内容，增加学生互动交流的时间，并让学生走上讲台，选择相应的专题进行交流，如项目需求专题、硬件设计专题、网络协议专题、应用开发平台专题等。

（4）验证阶段。

为了加深学生对无线传感器网络理论知识的理解，教师应选择相应的实验平台进行简单的讲解，并安排相关的应用实验。教师不仅可以在教学过程中通过仿真实验验证理论教学的内容（比如通过定位仿真技术验证定位算法的效果），还可以以单列学分的形式安排无线传感器网络的实验课。由于教学对象为本科学生，因此实验教学的重点应放在系统功能的验证、应用层的开发体会上，而不是底层开发。这样可以使学生在有限的教学时间内了解无线传感器网络的工作机制和原理，加深对抽象问题的理解，掌握无线传感器网络的基础知识。

（5）提升阶段。

提升阶段是为了发挥学生的主观能动性，突出学生的主体地位，激发学生的研究兴趣，对自己小组完成的项目进行展示说明，并将各个小组的项目进行整合，构建的物流应用系统。同时，让学生在已有的学习基础上，结合无线传感器网络技术的新发展，以讨论交流的方式针对自己或其他小组完成的项目提出相应的改进和完善意见及设计方案，培养学生的创新思维。

3.教学安排和考核

在教学过程中，教师要始终坚持面向应用、基于项目驱动的理念，循序渐进、深入浅出，力求全面且突出重点地合理分配课时。根据实际授课经验，精心设计无线传感器网络的课时，安排，同时考虑到理论课程的学时限制，对具体授课内容及学时的安排如下：无线传感器网络的概述，3学时；传感器的基本知识，3学时；传感器网络的通信与组网技术，8学时；传感器网络的支撑技术，8学时；传感器网络的应用开发基础，8学时；传感器网络的技术标准，8学时；传感器网络技术的应用，8学时；无线传感器网络实验，12学时；项目专题交流，6学时。

由于教育体系的原因，很大一部分学生仍以成绩提高为动力，因此，课程教学全过程中的考核评分环节依旧是很重要的。教师在课程的各个环节对学生成绩进行评估，如课堂的表现、课下作业完成情况、实验情况、小组项目完成情况和期末考试等。这种方式可以保证学生在教学过程中维持较高的学习热情。例如可以采用以下的评分方式：总成绩的20%是平时成绩，20%是实验成绩，20%是项目成绩，40%是期末考试的成绩。

4.结语

无线传感器网络技术作为当今科研领域的前沿课题颇具发展潜力，随着我国高校物联网工程专业的设立它逐步进入教学课堂。本文根据我校在本科阶段开设无线传感器网络课程的教学实践，分析了该课程的教学难点，研究与探讨了无线传感器网络的教学模式、教学安排和考核评分等问题，提出了面向应用的项目驱动教学模式，将教学过程划分为6个层次，并将上述理论用于教学实践。从教学实践效果看，该模式充分考虑了本科学生的知识水平，能够有效调动学生学习的积极性和主动性，深入浅出地将课程理论教学与实践相结合，注重学生的团队合作学习和探究学习，有助于培养学生的实践操作能力及科学研究、团结互助的品质，取得较好的教学效果。

参考文献：

[1]李晓维，徐勇军，任丰原.无线传感器网络技术[M].北京： 北京理工大学出版社，2007.

[2]朱晓荣，孙君，齐丽娜，等.物联网与泛在通信技术[M].北京： 人民邮电出版社，2010.

[3]张建伟，陈琦.从认知主义到建构主义[J].北京师范大学学报（社会科学版），1996，（4）：21-28.

[4]王鹏，商庆华.关于激发学生积极性与培养创新能力的研究与实践[J].中国电力教育，2008（19）：81-82.

[5]赵建华，李克东.协作学习及协作学习模式[J].中国电化教育，2000，（10）.

无线网络建设论文篇7

关键词： 计算通信；超量信息；无线传输

Abstract： Computing communications is a new paradigm that combines computing and communications. Through tight integration of information transmission and processing， computing communications delivers a function flow （rather than a traditional information flow） in the network and can fundamentally solve challenges in the wireless transmission of mass information. Promising research areas in computing communications include computing communication theory， exploitation of network computing gain， and ubiquitous computing communication.

Key words： computing communications； mass information； wireless transmission

通信网络深刻地改变着人们的生产、生活和学习方式， 成为支撑现代社会经济发展、社会进步和科技创新的最重要的基础设施。大容量、异构性、智能化代表未来网络的发展趋势。在全球化日益加深的当今世界，信息的作用已经不仅仅是经济发展的支撑，更是决定经济发展成败的引擎。目前，下一代通信网络相关技术已成为各国竞争的焦点和制高点，引领了信息产业革命的第三次浪潮，将成为未来社会经济发展、社会进步和科技创新的最重要的基础设施，也关系到未来国家物理基础设施的安全利用。挑战支持大容量媒体数据传输网络的重大基础科学问题，发展中国具有自主产权的异构网络技术，推动中国在该领域的跨越式发展，具有十分重要的国际战略意义。

移动互联网作为人们交流及获取信息的一种高效便利的渠道，在中国向信息化社会转型的过程中起着倍增器作用。目前国际信息化总的趋势是从固定宽带转向移动宽带。到2015年之前，全球移动宽带用户数将达到38亿。中国目前无线通信用户数将达到6.5亿，在软、硬件领域都可望成为全球最大的产品供应国。无线通信已成为中国率先实现高新技术崛起的支柱行业之一。然而，随着信息向网络化、泛在化、融合化的方向发展，数字媒体内容呈现爆炸式增长的态势。移动通信的发展因此面临着巨大的技术挑战。最近的研究报告（Cisco）显示，未来5年全球移动数据量将增长66倍，其中2/3来自于无线视频业务。因此，移动用户将经常遭遇连接阻塞，下载时间过长，播放滞缓等不良体验。根据全球移动通讯系统协会（GSMA）的报告显示，移动宽带连接速度最慢的国家是印度和中国，而韩国、澳大利亚、新西兰、其余亚太地区和西方国家较快。作为中国战略性新兴产业，移动通信网络的重要作用日益凸显。如何全面提升移动网络的综合效能将直接影响到国民经济建设、国防现代化建设、社会和谐发展。

国际标准化组织、通信企业及科研院所将下一代无线通信系统的技术目标定位在100 MHz带宽内提供高达1 Gbit/s峰值数率。然而从现实情况来看，在过去40年里，蜂窝网的容量增长大约为平均每5年2倍。其中较大的贡献来自于网络规模的扩大及频谱的增加。近十多年里开发的移动通信的主流技术已在3G、4G中得到较充分地应用。在信源方面，多媒体压缩能力的增长大约为每5年2～3倍。其中正在开发的最新标准 H.265只有20% 的压缩能力来自“纯算法”；绝大部分提高来自“视觉体验”。显而易见，移动用户对无线多媒体跳跃式的需求增长是传统无线网络无法独立满足的。如何从根本上解决超量信息有效传输的是网络社会中信息科学目前所面临的重大科学问题。

1 计算通信概念的提出

世界各国高度重视数字媒体通信技术的研发、通信网络基础设施建设、无线通信标准制订。进入新世纪以来，为突破数字通信的技术瓶颈，各国纷纷推出数字媒体相关的研究计划。由于频谱资源日趋匮乏，开发新一代颠覆性无线通信技术，谋求移动通信的主导地位，已经成为国际信息科学技术前沿研究的汇聚点。

作为数字化革命的两个方面，计算和通信在主要目标上有所不同。网络计算主要侧重于在消耗最少资源条件下如何通过计算迅速地、可靠地解决问题；而无线通信则主要侧重于在消耗最少资源条件下如何快速地、可靠地传递信息。在过去的60年间，计算与通信两学科得到了不可思议的发展。一方面，图灵和诺依曼利用许多晶体管搭建了现代电子计算机的雏形，奠定了现代计算体系。而今，电子数字计算机成为人类社会的基石，而且已经演进到多处理器网络架构。在可以预见的未来，网络及移动节点的计算能力仍将遵循摩尔定律，继续其快速增长的势头。另一方面，1948年香农的革命性论文开始了现代数字通信理论的新纪元[1]。文章揭示了无线传输能力在根本上受到频谱资源和能量等因素制约，其承载能力成对数级别增长。从物理层来挖掘无线资源，虽然可以获取频谱利用率及功率利用率的提升，但这种提升是有限的，除了会带来设备复杂度及建网成本的增加，更有一种不可忽视的后果：能耗的巨大增长。

如何突破根据传统香农信息论的现有无线网络瓶颈束缚，取得跨越式的发展，已经成为无线网络进一步发展亟待解决的问题。信息论领域权威学者美国工程院院士斯坦福大学教授T. Cover曾指出：“通信是计算约束的，而计算是通信约束的”。由此可见，解锁无线网络潜能的关键正在于通信与计算的有效结合。如图1所示，传统通信的容量由香农公式所示呈现log函数增长趋势；而根据摩尔定律，计算能力却是呈现指数特性增长。特别是在大规模网络中，网络中的移动终端拥有越来越强大的计算能力，而且智能终端通过网络可以完成更加强大协同计算。将这种丰富的计算能力注入移动通信网中，可以解锁网络通信能力的巨大潜能。可以预见未来移动通信的一个动力源泉是强大的网络计算能力。

纵观无线通信发展历史，网络通信效能的本质提升必须建立在传输理念及网络架构有根本性变革的基础上。计算通信将融合计算和通信这两个信息科技的关键领域，对摩尔定律驱动下的“计算通信理论”这一正在崛起的学科作全面性的研究工作，以谋求超量信息无线传输的本质性突破。其核心思想是围绕终端的信息体验（QoE），通过信息传递和信息处理的深度耦合，同时运用计算和通信资源在网络高效地传递函数流。如图2所示，计算通信系统中的网络效用容量由3种关键因素决定：异构网络总体量、无线传输能力、网络计算能力。虽然无线传输能力的提升已遭遇香农瓶颈效应，网络体量的扩大也附带着巨大的成本，但网络的效用容量仍可通过丰富的计算能力取得跳跃式的增长。网络的效用容量和计算能力之间存在着某种互换关系，好比物体质量与极限速度的之间的对应关系。

2 计算通信的潜力

计算通信作为引领下一代无线通信网络发展的潜在突破性理论，可以追溯到30年前的计算机网络时代。众所周知，路由是计算机网络（比如Internet）中最基本的数据传输装置。字节（比如数据包）可以通过网络的中间节点成功地从源节点传输到目的节点。从这个角度看，2个节点之间的数据包交换就实现网络间的通信，犹如交通道路上运行的汽车。然而当网络（移动）节点具备计算能力时，该经典的通信模型得到了突破。早在1984年，Gamal[2]第一次提出了在一个n个节点的完全连接双向图中计算恒等和奇偶函数的最小传输次数问题。随后，信息论领域大师，美国工程院院士MIT大学教授 Gallager在文献[3]中设计了一种计算恒等和奇偶函数的协议，并指出该协议需要最多O （n logn logn ） 量级的传输次数，量化了计算带来的多节点无线网络中的巨大增益。20年之后，Goyal， Kindler以及Saks[4]证明了计算恒等函数至少需要该数量级的传输次数，因此Gallager的协议是复杂度最优的计算恒等函数算法。

Kumar等的工作[5-7]将计算通信理论运用到无线自组织网络和传感器网络中，开启了这个领域。随后的深入研究表明，在以“效用函数”为目标的通信系统中，整个网络可被视为一个面向应用的分布式计算系统，其计算能力直接决定了系统的效用容量。2000年，Ahlswede等人在文章[8]中指出信息流跟道路上的交通是大不一样的。他们指出，在计算通信网络中，对数据流可以进行代数编码，并再把编码后的信息传输到下一节点。最近十年，网络编码作为计算通信的一种特殊形式，迅速激起了研究的热潮，并且逐步被人们在理论上证明了基于网络计算的传输优势。最近，网络编码逐步被应用到实际系统中。Microsoft、HP、Intel、Cisco、Samsung等研究机构/公司都在实际的有线网络和无线网络中开展网络编码应用工作。

尽管计算通信的潜力初现端倪，国际上到目前为止在移动计算通信领域的研究仍是相对零散的，如文献[9-11]。Dougherty等的研究表明，现有的网络计算技术还无法提供无线网络应能达到的计算增益[9]。网络计算运用于无线多址接入的研究也刚起步[11]。由于移动网络的复杂性及超量信息的多元性，学术界还缺乏完整的理论体系及系统级突破性技术，能将计算通信的潜能转化为可观的网络增益。这对中国来说是个巨大的机遇。

3 计算通信的研究方向

针对超量信息无线传输的容量瓶颈、虚拟化网络中计算通信资源的动态多元性、及新兴数据业务的复杂移动性等挑战问题，计算通信的研究将涉及跨信息领域的交叉学科，主要研究点可以概括为3个方面。

3.1 计算通信基础理论

在摩尔定律的驱动下，无线网络和移动终端的计算能力都在继续以指数性速度增长，为获取有效网络容量增益提供了必要条件。建立“计算通信”的抽象数学模型，并形成普适的理论分析体系，是开启计算通信理论潜能的关键。由此产生的共性关键科学问题就是通过数学语言精准地描述异构网络及移动节点的计算能力，量化群体信息的传输有效性，并借此揭示网络计算能力对整体效用容量的影响。计算通信基础理论的研究涵盖3个主要部分。第一，对无线异构网络“效用容量”的数学定义及建模。在计算通信机制下优化的最终目标函数是群体用户的有效体验即所谓的“效用容量”，只有在“效用容量”框架下研究计算与通信的融合才有真正的意义。第二，基于计算能力的“相对信息理论”。若要在有限的通信能力下提高网络效用容量，就必须考虑相对网络计算能力的有效信息传输能力，探索计算能力与效用容量的转换规律。在此基础上，进一步对异构网络的效用容量进行优化，进而精确地分析各种计算参数对整体性能的影响。第三，在虚拟资源模型化的基础上，通过网络计算将模型化的多元虚拟资源有效的分配给各个网络结点，以最大化虚拟网络资源的利用率，达到包括效率和可靠性在内的最佳网络通信性能。

3.2 网络计算增益析取机理

多种并存的异构网及移动节点所提供的多元化的通信和计算资源通过网络化和虚拟化的方法，在逻辑上形成统一个完整统一的虚拟重构网。如何基于虚拟化的通信资源和网络化的计算资源，利用虚拟重构网的多元协同计算通信理论与机制，以有效获取网络通信中的最大计算增益，是计算通信涵盖的第二大研究点。这就要求首先对这些虚拟通信资源建立适当的描述模型，该模型应该能用统一的方法刻画不同性质的虚拟通信资源，并为多元虚拟资源的协同分配提供基础。其次，协同通信机制能够将所需的计算任务进行有效的分割，尽可能减少每个子计算任务之间的耦合，通过不同网络结点的分布式并行计算来获得协同通信机制要求的虚拟资源分配方案。可见，协同通信机制设计和网络化计算是相互耦合、相互制约、相互促进的整体。因此，这两个部分的联合设计和联合优化将成为本研究点的关键。

3.3 计算通信普适性

适用于大规模网络的计算通信理论必须具备可扩展性、可实现性、及可适用性。因此，需要研究如何充分发挥多元计算能力，建立可扩展的异构计算方法，以及研究可实现的复杂业务的适配机制。具体来说，就是研究大型泛在网络中业务与网络之间，节点与网络之间，以及节点与节点之间的协同计算、通信、及分享机制，将超量信息高效地传递到众多动态节点，从而保证用户体验到优质的移动服务。

4 结束语

无线网络能力本质的提升必须建立在传输理念及网络架构有根本性变革的基础上。虽然现有无线网络容量的提升已遭遇香农瓶颈效应，但网络及移动节点的计算能力却仍呈现指数特性增长。“计算通信理论”是有着巨大潜力的新兴学科，将融合“计算”和“通信”这两个信息科技的关键领域，运用丰富多元的移动网络“计算资源”来解锁无线传输现阶段的瓶颈，释放巨大潜能，以获取无线网络有效容量的跳跃性提升。计算通信的研究应瞄准网络社会中信息科学面临的重大科学问题，研究体现无线网络异构性、适应移动节点多元性及超量信息复杂性的突破性理论论架构与关键技术，是未来无线通信网络的发展方向之一。

参考文献

[1] SHANNON C E. A mathematical theory of communication[J]. Bell System Technical Journal， 1948，27：379-423，623-656.

[2] GAMAL A .Reliable communication of highly distributed information[M]. GOPINATH T M， THOMAS B C.Open Problems in Communication and Computation， Berlin，Germany： Springer-Verlag， 1987： 60-62.

[3] GALLAGER R G.Finding parity in a simple broadcast network[J]. IEEE Transactions on Information Theory， 1988，34（2）： 176-180.

[4] GOYAL N， KINDLER G， SAKS M. Lower bounds for the noisy broadcast problem[J]. SIAM Journal on Computing， 2008，37（6）： 1806-1841.

[5] GUPTA P， KUMAR P R. The capacity of wireless networks[J]. IEEE Transactions on Information Theory， 2000，46（2）： 388-404.

[6] GIRIDHAR A， KUMAR P R. Toward a theory of in-network computation in wireless sensor networks[J]. IEEE Communications Magazine， 2006， 44（4）： 98-107.

[7] GIRIDHAR A， KUMAR P R. Computing and communicating functions over sensor networks[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2005，23（4）：755-764.

[8] AHLSWEDE R， CAI N； LI S Y R， et al. Network information flow[J]. IEEE Transactions on Information Theory， 2000，46（4）：1204-1216.

[9] DOUGHERTY R， FREILING C， ZEGER K. Unachievability of network coding capacity[J]. IEEE Transactions on Information Theory，2006，52（6）： 2365-2372.

[10] AYASO O， SHAH D， DAHLEH M A. Information theoretic bounds for distributed computation over networks of point-to-point channels[J]. IEEE Transactions on Information Theory， 2010，56 （12）： 6020-6036.

[11] NAZER B，GASTPAR M. Computation over multiple-access channels[J]. IEEE Transactions on Information Theory， 2007， 53（10）： 3498-3516.

作者简介

王新兵，上海交通大学教授、博士生导师、电子工程系副主任；主要研究移动多播、移动网络拓扑、认知无线电频谱分配；担任《IEEE TMC》等国际期刊编委；获IEEE通信学会亚太区杰出青年研究者奖等奖项；近五年发表20余篇文章，申请发明专利27项。

陶梅霞，上海交通大学教授、博士生导师、无线通信技术研究所副所长；主要研究方向为物理层网络编码、无线资源分配、MIMO技术等；担任《IEEE TCOM》等国际期刊编委；获IEEE通信学会亚太区杰出青年研究者奖等奖项；在IEEE重要期刊上40余篇，持美国专利2项。

无线网络建设论文篇8

关键词：无线传感器 网络课程 建设研究

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0105-01

无线传感器网络作为一个交叉学科，融合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信等技术，同时作为物网应用技术专业的专业核心课，在人才培养体系中起到承上启下作用。传统无线传感网络教学是在讲授理论知识后进行实验教学，这种教学方法对于高职学生存在的问题比较突出，理论理解不透彻，只能进行验证性实验。缺少实际项目，而不能进行综合应用。以工作项目为引领，实际任务为驱动，课堂教学项目化、实习实训生产化，学生一边上理论，一边进行实践技能训练，然后直接接触到无线传感器网络系统集成，真正实现了“教、学、做”一体化。

1 基于Zigbee搭建无线传感器网络智能家居系统的工作过程

搭建无线传感器网络智能家居工作过程为：需求分析，设备选型，线路施工，节点和协调器编程和烧写，物联网中间件软件实现，系统软硬连接，系统集成，系统测试。

1.1 需求分析

在远程主机或智能手机上能对室内空调无线启动关闭，远程调节温度，能对室内照明灯远程启动关闭。

1.2 系统总体结构

综合考察智能家居市场，选择了功能完善，易于安装和实现的奥尔斯智能红外（IR）学习传感器节点、智能输入输出（GPIO）传感器节点和MTP3730的Zigbee协调器。红外传感器节点通过红外探头与空调红外接收器连接，而红外传感器节点主要负责无线传感器网络采集空调状态信息和接收Niagara服务器发送的控制指令。普通输入输出传感器通过四通道继电器与照明电灯进行连接，将采集到照明电灯状态信息利用Zigbee无线通信方式发送给Zigbee协调器。Zigbee协调器是整个网络的中心节点，负责网络的建立和维护外，还对Zigbee无线网络与IP网络进行转换，接受传感器采集的数据通过IP网络传给Niagara服务器，同时发送Niagara服务器的控制指令给无线传感器节点。Niagara服务器是一台安装了Niagara平台的高性能计算机，负责上位机数据采集图形化以及控制界面应用化。

1.3 节点和协调器软件设计

无线传感器节点和协调器软件设计采用TI公司的Zigbee协议栈Z-Stack。 Z-Stack协议栈全面支持Zigbee、Zigbee PRO和Zigbee2007等协议，是一种基于轮转查询式的操作系统，它一共做两个工作，一个是系统初始化，即由启动代码来初始化硬件系统和软件构架需要的各个模块。微操作系统的运行做好准备工作，主要分为初始化系统时钟、检测芯片工作电压、初始化堆栈、初始化各个硬件模块、初始化FLASH存储、形成芯片MAC地址、初始化非易失变量、初始化MAC层协议、初始化应用帧层协议等十余部分。另一个就是开始执行操作系统实体。启动代码为操作系统的执行做好准备工作以后，就开始执行操作系统入口程序，并由此彻底将控制权交给操作系统，完成新老更替，自己则光荣地退出舞台。节点和协调器程序采用C语言编写。

1.4 Niagara平台系统集成

Niagara 是Tridium公司所研发的设计用于解决设备连接应用的软件框架平台技术。它是一种应用框架，用于各种智能设备到上位机应用的连接。Niagara创造了一个通用的环境，几乎可以连接任何智能嵌入式设备或系统，而不用考虑设备制造厂商的各种通信协议，它将不同的通信协议转换成统一的标准软件组件，通过软件组件和IP协议结合，实现智能设备和Internet之间的双向通信，从而形成智能设备企业级的应用开发。首先在Niagara中创建一个station站点，其次在config配置界面下设计空调和照明电灯的图形UI界面，在空调和照明电灯的UI界面上做逻辑变量，一共设计了五个逻辑变量分别对应一个空调和四个照明电灯，然后，将逻辑变量与图形UI界面进行link链接，这就是输出设备的建立过程。下面就是要建立输入设备的过程，因为输入设备与Zigbee协议器建立连接，需要将奥尔斯为连接协调器而开发的Niagara中间组件IOTP加载到Niagara的station中，在IOTP文件夹下双击Host查找一个空调和四个照明电灯这些终端传感器节点。在每个设备上建立与输出图形界面的连接，决定数据发送端和数据接受端。最后在协调器上设备IP地址和与五个终端传感器一致的PID。

1.5 系统软硬连接和测试

首先将终端传感器节点通电，并通过奥尔斯集成工具CAL进行节点PID的烧写和测试，主要目的是验证设备是否正常工作，是否与无线传感器网络协调器进行通信。其次，将无线网络协议器一端通过有线网络与无线路由器相连，另一端通过zigbee通信方式无线与终端设备相连，无线路由器与Niagara服务器进行连接，要保障Niagara服务器、无线路由器、无线网络协议器在同一网络。最后打开Niagara服务器的IE浏览器输入Niagara的station站点的IP地址，进行功能性测试。在测试过程中，要保障通信的双向性，一是空调和照明电灯的状态能通过zigbee无线网络采集到Niagara的UI界面上。二是Niagara能对终端采集设备发命令，控制空调和照明电灯的开或关。

2 结语

无线传感器网络课程教学内容跨度大、难度高，要激发学生的学习惯兴趣，必须在真实的教学环境下进行基于工作过程的教学，从终端设备的安装、调试到zigbee编程以及Niagara中间件的连接，这种基于工作过程的实训教学环境的提出，能够调动学生的积极和主动性，能够很好地将理论和实践相结合。

参考文献

[1]杨玺.基于项目驱动的无线传感器网络教学模式探索[J].考试周刊，2013（61）：111-112.