协同通信论文范文

协同通信论文范文第1篇

【关键词】协同通信 增量中继 机会中继 IODF

1 引言

协同通信是在无线通信中用户相互协作转发彼此的信息,构成一个虚拟的MIMO系统,能够在不增加终端天线数量的前提下,获得空间分集增益,提高系统性能和信道衰落的稳健性。因此,近年来协同通信得到了很多学者的关注。目前在协同通信领域的诸多研究方向中非常有实际意义的一个方向是中继节点的选择问题,即在所有可能的中继节点中,选择多少个,选择哪个或哪些,选择方法的优劣按照什么样的标准评判等。选择中继节点是进行协同通信的前提,目前还没有形成一个公认的成熟的方案。

关于中继节点的个数,主要分为两种方案――多中继(MR,Multiple Relay)方案和单中继(SR,Single Relay)方案。MR顾名思义,是指有多于一个的中继节点协助源节点向目的节点传输信息,SR则是在这些节点中选出惟一的一个作为中继节点。MR在获得较高的空间分集增益的同时也占用了更多的信道资源,而且在实际中为避免相互干扰,通常要为不同节点分配相互正交的信道,使得信道的分配更加困难。SR的优点是易于实现,但是通常只能获得2阶的空间分集阶数。

关于中继节点的选择,目前提出的方案可分为中心式和分布式。中心式是指中继节点的选择是由一个居于支配地位的中心节点作出的,类似于蜂窝系统中的基站。在这种方案中,中心节点应知道整个网络的全局信道状态信息,这需要大量的信息反馈;而且在复杂多变的无线信道中,这样的反馈还要频繁进行,显然大大增加了系统的开销。分布式是指是否参与协作由各节点自行决定,适合于分布式的网络,且避免了大量的反馈,但算法的复杂度较高。

在近年来提出的协同通信方案中,我们认为Bletsas等人提出的机会中继(OR,Opportunistic Relaying)[1,2]是比较合理和可行的一种方案。它是一种分布式的单中继方案,其独特之处在于各中间节点根据其与源节点和目的节点之间的信道状况自行设置倒计时,通过竞争找出最佳的节点作为中继节点。它在保持了单中继方案的简单、易于实现的优点的同时达到了多中继方案的分集阶数,且在中继节点的选择上付出的代价最小。在文献[2]中,Bletsas分析了采用解码中继(DF,Decode and Forward)策略的OR方案Opportunistic DF(ODF)的中断概率(outage probability),证明ODF具有比采用MR方案的空时编码协作分集(STCCD,Space-Time-Coded Cooperative Diversity)[3]更低的中断概率。不过OR仍然沿用了固定中继(FR,Fixed Relaying)[4]的方式,即为中继节点固定分配信道,无论目的节点能否正确接收,都要由中继节点向其转发信息,这显然降低了频谱效率。

Laneman[4]和Zimmermann[5]等人指出,在协同通信中,频繁的重复传输是降低系统性能的重要因素,特别是在数据速率较高时对系统性能的影响更大。为减少重传次数,Laneman提出在协同通信中采用类似于ARQ的方式,利用目的节点的反馈,仅在直接传输(DT,Direct Transmission)不成功时才由中继节点进行重传。这样,重传的次数大大减少,频谱效率得到有效提高。Laneman把这种方案称为增量中继(IR,Incremental Relaying),并且分析了基于放大中继(AF,Amplify and Forward)的IR方案――Incremental AF(IAF)的中断概率。不过这种分析只限于三个节点的简单情况,对于更接近实际的多节点情况没有进行分析。对于采用DF的IR方案也只是说情况比较复杂,而没有作进一步的分析[4]。Zimmermann也提出过类似的想法,他称之为Distributed Hybrid ARQ(DHARQ)。

本文提出一种将OR与IR相结合的方案――Incremental Opportunistic Decode and Forward(IODF),中继节点对于源节点的信息采用DF策略,中继节点的选择类似于OR,由各中间节点根据其与目的节点之间的信道状况设置倒计时,通过竞争分布式地完成。本方案与OR的不同点是:

(1)采用了IR策略,只在直接传输不成功时才启动节点竞争程序,并由获胜的节点重传源节点的信息。

(2)源节点也参加竞争,以防所有中间节点与目的节点之间的信道都比源节点差的情况发生。

2 系统模型

假设随机分布在某区域的(N+2)个节点构成集合S,每个节点都不是完全利他的(non-altruistic),都有自己的信息要发送,也要接收来自其它节点的信息,在空闲的时候还可以作为中继节点为其它节点传输信息。任意两节点A和B之间的信道是平坦瑞利慢衰落信道,在一个数据块的传输过程中,信道保持不变。信道系数hAB是0均值、相互独立的循环对称复高斯随机变量,接收端噪声nB是0均值、独立同分布的循环对称复高斯随机变量。为避免相互干扰,系统为各节点分配相互正交的信道来发送数据。为符合目前无线通信设备的实际情况,对系统作如下限制:

(1)各节点只能工作于半双工状态,即不能同时发送和接收;

(2)只有接收端能够获得瞬时信道状态信息(CSI,Channel State Information),而发送端不能。

为表达简明起见,下文省略载波调制过程,只考虑基带信号。

3 方案描述

中继节点对于源节点信息的转发主要可以分为AF和DF两种方式,本文只讨论DF方式。不失一般性,考虑任意节点S在某时刻发送数据块xk给它的目的节点D,由于无线信道的广播特性,所以其它处于空闲状态的节点也能接收到此信息。其中能够对xk正确解码的节点构成集合DS。D和任意节点Ri∈D接收到的信息分别为

ySD=hSDxk+nD,

ySi=hSixk+ni

如果xk被D正确接收(可采用一些检错措施,如循环冗余校验),则D向所有其它节点广播发送ACK信息;S接收到此ACK信息后,准备发送数据xk+1,其它节点接收到ACK后,不采取任何动作,没有重传发生。否则D向所有节点发送NACK信息,当S和D中的节点Ri接收到NACK后,就可以获得它们与D之间的瞬时信道系数的幅值|hSD|和|hiD|(根据信道的可逆性原理,|hxD|=|hDx|,x∈{S}∪D)。然后各节点根据|hxD|自行设置倒计时,τ是个常数,具有时间的量纲。显然|hxD|最大的节点的Tx最先减为0,表明此节点与D之间信道状况最好。记此节点为节点b,它随即发送Flag信息给所有其它节点,其它节点接收到此Flag信息后,就放弃竞争。随后b将根据ySb得到的xk的估计值发送给D。D接收到的信息为

方案的流程如图1所示。

4 仿真结果及分析

本节对IODF、ODF以及DT的各种性能进行仿真,对结果进行分析和比较。为了再现和验证文献[2]的结果,采用与

文献[2]中的对称信道相同的仿真环境和参数设置,对6个中间节点和12个中间节点两种情况进行仿真,并设置各段信道系数的方差,,i=1,2…。如不加说明,数据速率都设为R=1b/s/Hz。对于ODF,设源节点与中继节点平分发射功率,即ζ=0.5[2]。

4.1 中断概率

图2 中断概率

图2对IODF、ODF和DT的中断概率作了比较。容易看出IODF与ODF都可以达到完全的空间分集阶数,而DT没有获得空间分集。而且IODF相对于ODF还能获得将近8dB的性能增益。此外,还可以看出,在低信噪比区,ODF的中断概率甚至要高于DT,这正是ODF的FR策略以及中继节点重复传输所带来的性能损失。而采用IR策略的IODF,则始终优于DT。

4.2 数据速率

图3显示了当中断概率Pout=0.005时,IODF、ODF和DT的数据速率与SNR的关系。可以看出,IODF在相同的发射功率下,当中断概率相同时,可以获得比ODF和DT高得多的数据速率。这表明采用IR策略可以使协同通信方案获得更高的频谱效率。

图3数据速率

4.3 平均频谱效率

IODF比之OR的优势在于,在降低中断概率的前提下大大减少了重传次数,因此显然可以提高频谱效率。图4对IODF、ODF和DT的平均频谱效率进行了比较。

图4显示了IODF、ODF和DT的平均频谱效率与SNR的关系。将各方案中节点的数据速率都设置为相同大小R=1b/s/Hz,其余设置同上文。从图中可以看出随着SNR的增加,IODF和DT的平均频谱效率都趋近于1b/s/Hz,而ODF的平均频谱效率最大只能达到0.5b/s/Hz。这还是由于ODF采用的FR策略并且中继节点重复传输源节点信息造成的。对于IODF,由于采用IR策略,重传的概率很低,更有效地利用了通信资源;而且由于采用了协作传输,可以获得更低的中断概率,所以可以获得比DT更高的平均频谱效率。

图4 平均频谱效率

5 关于碰撞的讨论

类似于文献[1]中的分析,本方案也存在碰撞的可能,即当最优节点发送的Flag信息还未到达时,某个(些)节点的倒计时已经减为0,这个(些)节点就发送Flag信息给其它节点,并将源节点信息转发给D,这时就发生了碰撞。对于发生碰撞的数据,比较可行的处理方法是将所有发生碰撞的数据都丢弃,但这明显浪费了信道资源。因此希望碰撞概率越小越好,如果碰撞概率很大,这种方案就是不可行的。文献[1]定量地分析了碰撞概率的大小和影响碰撞概率的因素,指出影响碰撞概率的因素主要是接收状态到发射状态的转换时间c与倒计时中的时间常数τ的比值,当c/τ≤1/200时,碰撞概率就可以降低到0.6%以下。通常c的范围是1μs～5μs,因此只要τ的取值在200μs到1ms之间,就可以保证碰撞概率足够小。本方案与OR在中继节点的选择策略上是一致的,因此文献[1]关于碰撞概率的分析也适用于本方案,通过合理选择c和τ的数值,就能够保证碰撞概率小到可以接受的范围。

参考文献

[1]Bletsas A, Khisti A, Reed D, et al. A simple cooperative diversity method based on network path selection[J]. IEEE J. Select. Areas Commun., 2006,24(3): 659-672.

[2]Bletsas A, Shin H, Win M Z. Cooperative Communications with Outage-Optimal Opportunistic Relaying[J]. IEEE Trans.Wireless Commun., 2007,6(9): 3450-3460.

[3]Laneman J N, Wornell G W. Distributed space-time coded protocols for exploiting cooperative diversity in wireless networks[J]. IEEE Trans. Inform. Theory, 2003,49(10): 2415-2425.

[4]Laneman J N, Tse D N C, Wornell G W. Cooperative diversity in wireless networks: Efficient protocols and outage behavior[J]. IEEE Trans. Inform. Theory, 2004,50(12): 3062-3080.

[5]Zimmermann E, Herhold P, Fettweis G. On the performance of cooperative relaying protocols in wireless networks[J]. Eur. Trans. Telecomm., 2005,16(1): 1-9.

【作者简介】

陈俊晟:南京理工大学电子工程与光电技术学院博士研究生,主要研究方向为协同通信、无线传感器网络,已5篇。

协同通信论文范文第2篇

[关键词]多元化；通信网络理论与应用；研讨式教学

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）06-0165-02

一、引言

研讨式教学在授课教师的引导和管理下，通过教师和学生围绕某个问题进行交流探讨，可以更好地培养学生的自主学习能力与创新精神。和传统的“满堂灌”教学方式相比，研讨式教学能够广泛调动起学生学习的积极性，激发学生的创造性，因而在开阔视野、激发学生创新思维、培养工程应用能力等方面都起着关键的作用，深受学生的欢迎。

一般认为，研讨式教学法以郭汉民教授提出的“五步”教学法为典型。[1] [2]该方法将研讨式教学分为“教学示范和布置任务”、“学生查找资料，撰写讲稿”、“小组讨论交流”、“学生讲课，老师评议”和“总结提高”五个步骤。上述方法在不少的课程教学，特别是在文科相关领域中被广泛采用，并取得了较好的效果，而且在研讨课程的具体组织方法上也有一些新的发展。[3] [4]本文结合我校研究生通信网络理论与应用的授课实践，针对选课学生专业基础的差异化，教学内容的多样化，提出了多元化研讨教学的组织方法。

二、通信网络理论与应用课程特点简介

通信网络理论与应用是针对通信与信息类研究生开设的36课时专业课程，授课内容涵盖了背景知识、基础理论、技术应用和前沿技术四个方面的内容。其中既包括经典的通信网络理论（包括排队论、图论等），也包括一些热点方向的关键技术（比如认知网络、协同通信等）和典型应用场景，还介绍了最通信网络方面最前沿的研究进展和动态。

由于该门课程面向全校，每年选择学习该课程的研究生专业背景差异也较大。以2014年选择本课程的研究生为例，虽然一半以上的研究生来自信息与通信工程，但选课学生总体上覆盖了信息与通信工程（约53%）、电子科学与技术（约13%）、控制科学与工程（约10%）、管理科学与工程（约7%）和航空宇航科学与技术（约17%）五个不同的专业。

三、多元化研讨教学组织方法

由于授课内容覆盖面广、选课研究生专业背景差异大，直接应用目前的研讨式方法存在的问题主要表现在以下几个方面。1.文献的选择。即使授课教师指定了选择文献的方向和范围，学生自己选择的文献在重要性、难易度等方面都有很大差异。如果选择了不恰当的文献来阅读，既浪费了学生自己的时间，学生的收获也会大打折扣。2.研讨小组的划分。因为文献阅读的难易有不同，一些综述性的、原理性的文章相对简单，一些技术性强的文章相对难，而且文章的长短也不尽相同。因此，如果固定进行小组划分，不同小组所承担的工作量就会有很大差异，这对学生不公平，也会增加最终成绩评定的难度。

鉴于该课程的特点，我们逐渐探索，形成了一种多元化的研讨式授课方法。

第一步：文献阅读。由教师根据本次授课的内容，选定若干篇主要论文在授课前两周下发给学生，并根据文献的难易程度指导学生进行分组，然后让学生在课前完成阅读。这样可以节省学生自己搜集资料的时间，同时可以利用教师的经验和专业知识选择更恰当的文献由学生阅读。

第二步：课堂授课。教师按照教学大纲完成当次课的授课任务。特别注意要在讲解与后面研讨相关的内容时引出问题，启发大家思考。

第三步：根据当次课教授内容和研讨问题的不同，可以首先进行学生小组交流，然后每个小组选出一个代表向全班汇报；或者直接由学员进行大班讲课，然后由其他学生提问，从而进行研讨。

第四步：针对本次研讨课的过程，教师进行总结。

最后，由学生根据研讨课的心得，总结成阅读报告和交流体会一起提交，作为评价学生课堂成绩的重要依据。在整个课程教学的实施过程中，多元化研讨教学组织的核心特点主要体现在有针对性地进行研讨、文献的选择、分组大小和研讨形式等四个方面。

（一）根据授课内容有针对性地进行研讨

并不是任何授课内容都适合研讨型授课，比如像图论、排队论等基础理论，其进行研讨的余地不大，而认知网络、协同通信以及通信网络最新研究等新技术的授课内容进行研讨的余地就比较大。教师需要根据授课内容选择是否进行研讨授课。

（二）点面结合的文献选择

由于课程教授内容既有基础理论，也有专业技术，还有前沿动态，因此内容深浅各不相同。比如专业技术的内容较深，因此适合就某一技术点进行研讨；而前沿动态涉及的面比较广，适合在更开放的面上进行讨论。

（三）灵活有针对性的阅读小组划分

根据阅读文献的不同，在研讨小组的划分上也要有针对性的调整。专业性较强、有一定难度或者较长的文献，应进行分小组阅读和交流，这样能减轻每个人的工作量；偏重介绍性，专业深度较弱的文献可以由个人进行阅读总结，并做大班讲课。

（四）小组讨论与大班讲课相结合的研讨形式

在进行课题研讨时，要根据小组的划分情况进行相应的调整。由一个小组完成阅读的文章，要由整个小组进行交流讨论，最终形成一个总结报告；而由一个人完成阅读的介绍性文献可以直接进行大班讲课，然后由学员提问，进行集体研讨。无论是进行小组讨论还是进行大班讲课时，一定要指导学生清楚地讲明白下面四个问题：作者为什么写这篇论文？作者做了些什么？作者的结论是什么？学生自己得到的启示是什么？

四、案例研究

协同通信论文范文第3篇

[论文摘要]无线传感器网络研究具有重大的科学意义及应用前景。协作技术是其重要组成部分。通过介绍无线传感器网络协作技术，对协作技术研究中的一些热点问题进行分析，展望无线传感器网络协作技术研究中一些很有前景的研究方向。

一、引言

无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）包含大量智能传感节点，分布在大范围地理区域内，近似实时地监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的数据，并对数据进行处理，获得详尽准确的信息传送给用户。WSN以其监测精度高、布设灵活性强、造价低廉等特点，在军事侦察、工业控制、交通监管、环境监测等领域具有非常广阔的应用前景[1]。

由于单个传感器节点的通信、处理和感知能力有限，无法处理大规模复杂问题，多数情况下不能获取网络全局信息，传感节点要求具有协同通信功能。WSN的协同主要是指资源的协同、任务的协同、信号与信息的协同。资源的协同和信号与信息的协同从根本上是为任务协同服务的[2]。本文通过对协作技术研究中的一些热点问题进行分析，展望无线传感器网络协作技术研究中一些很有前景的研究方向。

二、无线传感器网络协作技术研究热点

（一）协作任务描述

任务描述是任务协同的基础，任务描述能力直接影响任务分配系统的复杂性。WSN的任务描述涉及两方面的内容，即对任务功能进行描述和对参与任务的节点进行描述。根据WSN的特点，感知任务可以从面向应用和面向任务分配两个角度加以描述。

文献[3]分析比较了当前具有代表性的几种无线传感器网络任务描述方式，如有向无环图、抽象任务图、基于角色的任务图、类SQL查询语言描述等。目前并没有一种任务描述方式能同时从两个角度出发有效地对任务进行描述。

（二）协作信号处理

协作信号信息处理协作信号信息处理（collaborativesignalandinformasionprocessing，CSIP）技术。文献[4]描述了CSIP针对WSN网络的特点，在数据表达、存储、传输和处理等方面研究新的方法和算法来满足应用对信息精度、网络节能、低延迟、可扩展和高可靠的要求。

文献[5]分析WSN的特点和CSIP的需求，讨论它的一般流程和主要处理模式，接着结合功能框架，归纳并总结目前已有的主要方法。CSIP基于节点间的协商和合作，选择合适的传感节点参与协作，平衡节点个体和网络整体在协作过程中的信息收益和资源代价，解决网络信息处理中的驱动机制、节点选择、处理地点、时机和算法等问题。

（三）协作时间同步

无线传感器网络的应用通常需要一个适应性比较好的时间同步服务，以保证数据的一致性和协调性。时间同步是同步分布式数据感知和控制所必需的。在无线传感器网络中协调、通信、安全、电源管理和分布式登陆等，都依赖于现有的全局时间。

文献[6]提出了协作时间同步同步的概念。协作同步原理如下：如果时间基准节点按照相等的时间问隔发出多个同步脉冲，其周围单跳节点接收后依据这一系列个脉冲的发送时刻估算出时间基准节点的下一个脉冲发送时刻，并在该时刻同时发出同步脉冲。此脉冲信号会扩散至周围单跳节点。如此重复下去，最终网内所有节点都会同时发出同步脉冲，即达到了同步状态。

（四）MAS协作

多Agent系统（Multi-agentSystem，MAS）是分布式人工智能的重要研究领域，agent可以定义为具有目标、知识和能力的软件或硬件实体，能力包括感知、行动、推理、学习、通信和协作等。

agent利用局部信息进行自主规划，通过规划推理解决局部冲突以实现协作，进而实现系统整体目标。Agent体系结构、交互语言、协商策略研究较为成熟，并且与WSN具有很多相似性。因此，可以考虑在WSN协作中引入agent。

文献[7]提出了一种WSN中基于P2P的多agent数据传输和汇总系统架构。此构架包括接口agent、查询agent、路由agent及数据采集agent。接口agent与用户交互，路由agent负责能源效率的数据传输。查询agent为agent与路由agent之间的协作提供便利的接口，并负责建立优化计划，以实现其预定目标。接口agent和查询agent放置在资源丰富的基站，因为它们需要计算密集操作。数据采集agent负责采集，筛选和格式化传感器的数据。提供MAS架构和设计，使它们在WSNs中能够协调和沟通，彼此之间相互传输和汇总数据。

三、总结与展望

随着WSN商业应用越来越广泛，WSN研究面临的挑战也日益严峻。单个的能源、功率、功能均受限的传感器节点需要协作完成任务。针对传感器间的协作技术的研究也日益受到重视。目前的协作研究仅仅局限在一些具体问题上，尚未形成通用方法。本文分析WSN协作研究还是很有前景的。

参考文献：

[1]孙利民、李中建、陈渝等，无线传感器网络[M]．北京：清华大学出版社，2005.

[2]于海斌、曾鹏，智能无线传感器网络系统[M]．北京：科学出版社，2006:212-222.

[3]谷建华、沈沉、彭力静、李志刚，基于无线传感器网络任务描述方式的研究与比较，计算机应用研究，2008，25（5）:1292-1294.

[4]KumarS，ZhaoF，ShepherdD．Collaborativesignalandinformasion，processinginmier-esensornetworks[J]．IEEESignalProcessingMagazine，2002,19(2):13-l4.

[5]史浩山，杨少军，侯蓉晖，无线传感器网络协作信号信息处理技术研究，信息与控制，2006,35（2）：225-232.

[6]AHu，SDServetto．Onthescalabilityofcooperativetimesynchronizationinpulseconnectednetworks[J]．IEEETransonInformationTheory，2006，52(6)：2725-2748.

协同通信论文范文第4篇

关键词：物联网；安全；对策；建议；

中图分类号：C35文献标识码： A

前言：物联网技术产业日益受到政府，企业，科研机构的重视，确保物联网安全是推进物联网发展的基础，各种无线通信技术和物联网的融合，一定程度上带来了更大的网络安全威胁，需要不断寻找新的安全措施，推进物联网健康发展，

1.物联网概述

目前，很多的银行卡、学生常用的饭卡、城市卡、公交卡、高速公路ETC收费卡等就是物联网技术应用的成果。早在1948年，美国科学家哈利・斯托克x发表了一篇关于《通过反射功率的方法进行通信》的论文，这篇论文可以说是一个里程碑，开启了物联网世界的大门。在第二次世界大战期间，研究无线电波的目的是通过无线电波来建立在网络中可以识别敌我的识别系统和为一些大规模集成电路和微处理器生产实践提供理论依据。20世纪50年代以后，随着人们对无线射频识别技术(RFID)研究的进一步深入和发展，越来越多的研究应用到人们的生活中，如美国可口可乐公司网络销售机器的应用等。1991年，美国麻省理工学院的Kevin Ashton教授首次提出物联网的概念，后来引起很多科学家及研究机构的关注和研究。

2005年11月17日，信息世界峰会上，国际电信联盟了《ITU互联网报告2005:物联网》，指出“物联网”时代的来临。2008年IBM公司提出了“智慧地球”概念;2009年6月欧盟委员会提出了物联网行动方案;2009年，中国提出了“感知中国”新思路，把物联网技术开发作为“十二五”重点扶持项目。目前对物联网比较经典的描述是:在无线传感器网络基础上发展起来的，融介无线射频识别系统、传统有线和无线互联网、移动通信网络以及其他通信技术的新兴网络技术。

根据各组织描述来看，物联网的基本架构组成主要有3个部分:感知层(数据采集层)、网络层、应用层等。各层间协同工作，共享数据信息，实现了安全可靠的网络运行机制，但也暴露了物联网系统的弱点。

2.物联网安全

物联网体系结构是一个能兼容各种异构系统和分布式资源的开放式体系结构。可以满足最大化互操作的需求。这些分布式资源包括软件，设备，智能物品等。

2.1，物联网体系结构是开放的，它能同时容纳多种不同结构系统的分布式资源，可以实现互相操作。分布式资源主要有设备，软件及智能物品信息与服务，其体系结构都含有标准的数据模型，协议和接口，并和其它技术绑定，相互协作实现各种系统的操作与编程。与互联网一样，物联网体系结构具有一定的抗损坏能力，可以抵抗一些物理网络破坏，也可以对节点移动进行判断，允许中间有间隔，同时还需要满足路由，存贮，事件检索等功能需求，提供有效的缓存，设备预配置，查询请求，软件更新和数据流同步等机制。此外，物联网安全结构节点间可进行认证，使物联网底层节点可以自发地形成一个M2M网络。

2.2按物联网组成元素划分，物联网体系结构可分为四部分，即感知，传输，处理和应用。因为有众多设备接入物联网，这些设备储存了大量的数据信息，其不同结构的网络对物联网安全体系提出了更高的安全要求，特别是对商业安全与个人隐私信息要求更高。由于物联网扩展性强，复杂程度高，实际认证过程中要求必须录入设备的位置身份信息，因此无法完全保证用户信息的安全。同时，受资源限制，物联网容易出现无连续链接情况，这就要求构建灵活的密钥新机制，保证复杂情况下的数据安全。

3.物联网安全存在的主要问题

和传统的网络相比，物联网的感知节点通常被部署在缺少人力监控的部位，因而物联网有着保密能力低、资源限制因素多的特点。再者物联网的感知网络和智能护理平台都是建立在已有的传输网络的基础上扩展而来，已有的网络安全措施难以保障物联网的安全，导致物联网的安全问题存在很大的特殊性，物联网安全问题主要体现在以下三个方面。

3.1 物理安全

物理安全主要指的是传感器的安全问题。传感器容易遭受安全威胁主要有三个原因，一是在物联网系统中，大量的传感器用于标识物品或设备，而且这是传感器被布置在缺少安全监控的环境中，所以容易存在安全威胁；二是传感器本身也因功能少而携带的能量不多，传感器自身缺乏复杂的安

全保护能力；三是传感器传输的数据和消息具有多样性的特点，传输的信息和数据的标准不

统一和固定，难以形成统一的安全保护体系保护传感器。所以，攻击者很容易干扰、屏蔽传

感器，或直接截获传感器传输的信号等。如果传感器的通信协议被他人攻破，传感器会被他

人操控；攻击者也可以通过干扰传感器影响标示设备的正常运行等等。

3.2核心网络的信息传输和安全问题

虽然物联网的核心网络具有较好的自我安全保护能力，但是核心网络的信息传输和信息安全也存在问题。例如网络拥挤和堵塞。在物联网中存在数量众多的节点，而且这些节点以集群的方式存在于物联网中，因而可能出现因大量机器同时进行数据传输而导致网络出现拥挤和堵塞的情况。除此之外，物联网以人的通信角度来设计通信网络安全架构，这种架构只适用于人的通信，而机器不适合使用这种架构进行通信，物联网机器之间的逻辑关系会因此被割裂。

3.3标签安全

首先是标签自身安全问题。当标签实体被他人盗取后，攻击者可以通过专用工具拆除或改装实体标签的芯片，就能直接获取标签的信息，也可以直接复制、篡改或伪造射频识别标签。其次是标签的扫描问题。标签的信息经常在不经许可的情况下被其它阅读器随意读取，造成个人身份认证、秘钥等重要信息被他人窃取。标签通常会发出可以穿透墙体或金属的无线射频信号，阅读器经常利用无线射频信号来读取标签的信息。最后是标签的跟踪和定位问题。无线射频信号自身无法识别阅读器的合法性，只要阅读器的频率和无线射频信号频率一致，即发出相应信号，攻击者可以通过信号掌握标签携带者的地理位置。

4.物联网安全问题的对策和建议

4.1解决协议标准问题

美国统一代码委员会制定了电子产品代码，为电子商品信息存储提供了一些标准，使得电子商品有了唯一的识别号，但是这仅仅是给商品贴上了世界唯一标志，并不是国际标准，目前，

物联网子网内和异网间操作没有权威标准，这就导致了在互联网中出现的安全问题在物联网中照样会出现，诸如漏洞，欺骗等，当前最主要的任务就是要制定合理开放，严格认证，透明传输的物联网协议标准，无论是物联网子网内，还是物联网异网间操作，都要采取多重应答机制，认证体系，数字证书和签名机制，以实现透明传输。

4.2解决鲁棒性问题

制定协议标准的同时，要建立完善，独立，开放的网络开发设计平台，在设计物联网系统时，规定不允许使用指针等高危动作；不允许对内存规定访问范围之外进行访问；杜绝底层协议代码设计在编译时出现连接错误，在协议标准中，可设计共同认可的传输数据类型，防止不同类型数据的欺骗或篡改等现象，自动消除收集缓冲区或内存中残留信息，及时自动删除，以防数据盗用，

4.3解决协议独立性问题

欧盟物联网行动计划(中明确指出，：物联网将具有几方面本质特性：一是不能简单地将物联网看做今天互联网的延伸，物联网建立在特有的基础设施上，将是一系列新的独立系统，当然，部分基础设施仍要依存于现有的互联网，二是物联网将伴随新的业务共同发展，三是物联网包括多种不同的通信模式，如物与人通信，物与物通信等。这协议既要包容目前互联网协议，又要能够独立解决物联网内所有通信问题，要制定自己独特的通信互联认证机制和数字签名体系，物联网内协议独立性体现在独立于互联网协议，有自身独立的传输加密方法和公钥基础设施等。

4.4物联网是一个泛在网络，更是一个感知网，所谓泛在网络，就是说只要有服务请求，即提供相应服务，无论何时何地都会提供网络通信，数据计算和提供决策方案，所谓感知网，是指在实现数据采集后，通过智能识别系统能够实现智能连接功能，主要表现是通过海量数据识别和分析，并做出处理，进行智能化决策和控制，感知数据有可能是物联网子网内也有可能是物联网间的数据，此时要解决的就是协同通信问题，来自感知网络的物联网数据是海量的，要通过互联网传输到计算中心或通过云平台实现计算分析，这些活动首要解决的问题是协同通信，可以通过智能分析程序，按照重，急事件优先的原则，可以通过信息分层，分类处理，协调各类、各路数据通信问题，

结束语;物联网可以理解为在电网\建筑\公路\铁路，隧道及电器设备等实体上装上无线传感器，并通过互联网将这些物体连接起来，通过制定特殊程序，实现物体与物体之间的通信及远程控制。物联网安全是人们在享受方便生活时最担心的问题，文章对物联网安全问题进行了分析总结希望可以有一定的参考作用。

参考文献;

[1]杨光,耿贵宁,都婧,刘照辉,韩鹤. 物联网安全威胁与措施[J]. 清华大学学报(自然科学版),2011,10:1335-1340.

[2]吴振强,周彦伟,马建峰. 物联网安全传输模型[J]. 计算机学报,2011,08:1351-1364.

[3]武传坤. 物联网安全架构初探[J]. 中国科学院院刊,2010,04:411-419.

[4]杨庚,许建,陈伟,祁正华,王海勇. 物联网安全特征与关键技术[J]. 南京邮电大学学报(自然科学版),2010,04:20-29.

[5]任伟. 物联网安全架构与技术路线研究[J]. 信息网络安全,2012,05:70-73.

协同通信论文范文第5篇

【关键词】虚拟现实;协同训练;多用户;网络环境

【中图分类号】G434【文献标识码】B【论文编号】1009―8097(2010)04―0120―03

引言

在国际上,VR与仿真技术非常普遍与成熟。在远程协作的分布式VR与仿真系统方面,他们制定了一系列标准、协议和算法。在国外虚拟环境中的协同式训练系统也有研究,比较有代表性的是SecuReVi系统,它是利用MASCARET模型设计的虚拟环境中多人协同灭火的消防员训练系统,还有些远程医疗手术协作训练系统,这些系统多数是在研究阶段,成型产品极为少数。和一些发达国家相比,我国协同VR与仿真技术还有一定的差距,其应用也主要集中在军事院校和研究所,也取得了一定研究成果[1][2],特别是在分布式VR与仿真领域里,国内在这方面的研究也有所开展[3][4]。

由于教育培训软件的应用长期局限于平面的文字及图像表述,即使近年来动态图形图像表现形式大大提高了内容的表现效果,但仍无法真正满足人类视觉、听觉……甚至是感觉上的认同效应。因此,当前传统的CBT(计算机支持的教育培训体系,Computer Based Training)训练方式已在一定程度上无法满足高科技培训的需要,基于计算机虚拟现实仿真技术的协同式训练系统将视景仿真和协同工作的概念引入CBT中,它抛弃了传统的训练必须在真实的环境和场地下进行的观念;同时也克服了传统训练无法模拟某些现场环境的缺陷,如飞机上、地铁中、商厦里等,它使受训人员不用再冒着一定的危险、不用再在投入巨额的设备购买和场地布置的情况下就能参加训练。通过应用现代化的虚拟现实技术进行协同式训练系统的研发,将克服实际场地演练的诸多不足,不仅花费小,对环境没有污染,而且没有危险,是未来技能培训的主要手段之一[5][6]。系统在各种高危领域和应急处理场合有着广泛的应用,可应用于工厂企业、航空、地铁公司、社区、商店等大型场所的应急训练;还可用于部队演习;学校、研究所大型实验;网络游戏;远程医疗等。该系统的研究将推动计算机虚拟现实仿真技术的发展,促进了计算机科学在现实生活中的应用。本文以航空客舱乘务员应急处理训练为例,介绍基于虚拟现实的协同训练系统的设计过程、原理及关键技术的实现。

一 系统描述

基于虚拟现实的协同训练系统是一个综合应用虚拟现实技术、网络通信技术、三维图形图像技术和数据库技术设计和开发的一个虚拟仿真训练软件,具有在虚拟仿真环境中进行多用户协同操作和基于知识库的智能评判功能特点。系统利用三维技术构建各种虚拟训练场景(如飞机、地铁等),多个用户在这样的虚拟仿真环境中,通过网络进行文字和语音的通信、相互合作完成一个训练任务。同时,系统提供任务的知识库进行操作过程的正确性判断和提示,并详细记录各个用户操作过程,提供专家进行评判(如图1所示)。系统采用了视景仿真、多用户协同、知识库与匹配策略的技术,并在训练过程中具有多感知性、实时性、互操作性以及真实临场性的特征,可广泛应用于特定环境下一个团队通过相互配合,相互协作来有效地完成训练任务

在此系统基础上,加入具体应用的环境(3D场景),利用系统接口和核心功能设计具体应用的驱动模块,形成具体应用的系统。如进行飞机客舱火灾应急处理训练,系统将装入一个飞机机舱的场景和训练角色,多人通过网络、视景等多种交互方式协同地进行飞机客舱火灾应急处理,形成了某一特定应用的协同式训练的应用系统。

基于虚拟现实的协同训练系统主要有如下应用特点:

1 基于虚拟现实的协同式训练系统,通过模拟现场的实际情况,从而提高实际操作人员对各种实际环境的协同处理能力。系统尤其适合于模拟高危领域的操作训练,如火灾、地震、防恐等;

2 克服了传统训练中实景再现困难、场地特殊、人员调度复杂等环境因素,适合机、地铁、闹市、商住大厦等情况较复杂地区的训练模拟;

3 降低对人员财物等的安全威胁,也便于人员时间上的安排与调度,减少人力、财力等各方开支,并且间接性地减少了对周围环境的污染。适合于要求团队组员同时在现场进行协同训练的场合,如远程医疗专家合诊、网络游戏;

4 利用计算机手段,实现训练模拟,运用多媒体的实现方式,提高人员训练热情和整体训练效果,因而也适用于原理或操作较枯燥的训练内容,如学校、研究所等实验仿真。

二 系统实现原理

整个系统实现由三层结构组成(如图2所示)。底层是操作系统与开发API组成的支撑环境,中间层是由核心程序与接口组成的系统平台,顶层是三维场景模型与系统功能驱动组成的应用程序。

系统平台主要由三维场景子系统、协同通信子系统和训练管理子系统组成。其主要特点:将多用户协同处理计算机模拟的理念,具体应用到行业技能训练的领域中,并在训练过程中,采用了视景仿真、协同、知识库的技术。

(1) 三维场景子系统

三维场景子系统是用三维造型来模拟现实训练环境的一种实时渲染图形系统。系统完成的主要模块有模型导入、运动仿真、场景设置、碰撞检测等。

模型导入利用功能强大的三维造型软件,如3DS Max,MAYA制作三维模型,纹理以及动画等,然后输入至训练场景中,具体包括:3D对象导入、角色导入、动画导入、材质和纹理的设置、坐标设置、比例变换等等。运动仿真是对场景中人和物体运动的一种数学物理描述以及控制,它包括各种运动类型,如走、跑、转身、站立、蹲下、取物等等。场景设置主要是提供改变某些场景的参数,改善视觉效果,便于观察和响应不同的训练要求,具体包括:灯光设置、视角设置、环境设置、特殊效果设置(如火,烟雾)、声音设置、纹理材质设置、动态对象的位置、方向和比例设置、坐标设置等等。碰撞检测主要是防止物体间的相互干涉以及作为某些事件的触发器,由检测类型和检测算法二大部分组成。检测类型主要有视线范围检测(LOS line-of-sight)、三脚架法(TRIPOD)、凸块检测方法(BUMP)。LOS、TRIPOD、BUMP的算法主要是加入按一定规则分布的线段矢量,计算与干涉物体的交点,距离,方向以及设置回调函数。

(2) 同步通信子系统

协作通信系统完成的功能由语音通信、场景同步通信二大部分组成。

语音通信主要提供学员之间相互协调联络的通信平台,也是协同训练中对讲、交谈等的语音工具。

这里语音通信部分主要采用点对点(也可组播)的语音通信,是针对一个点实现话音的实时采集、处理、播放,同时可与其它点进行可靠的网络语音数据传送和接收。对于前者,采用Windows MDK的低层音频服务,因为低层音频服务中的回调机制为我们提供了音频数据,设备驱动程序控制音频设备在后成录音和放音的具体操作,通过回调机制,我们又可以检测到什么时候用完一个数据块,并及时传送下一个数据块,从而保证了声音的连续,有了这种单机上的实时采集、回放功能后,接下来的工作就是在网络上传送语音数据。在点对点网络传输方面,选择基于无连接的UDP协议,UDP用户数据报协议能够向若干台目标计算机发送数据,接收发自若干个源计算机的数据。在采集话音回放之前,一方面将自己的语音传给网络,另一方面接收网络传来的语音,具体是利用Windows Socket API实现的。

场景同步通信主要提供多用户之间场景一致的功能,它由服务器、会话、用户、网络消息和分布式对象组成。

多用户服务器是基于客户/服务器技术,所有用户之间的通信必须通过服务器。一个用户与其他用户交互必须连接到一个会话上,一个用户同时只能连接一个会话,并且只能与连接到同一会话的用户通信。用户有二个参数,一是用户名,二是用户ID,一个客户在连接或产生会话前必须设置用户名。网络消息是用户之间通信的主要方法,这个消息类似窗口消息,可以在消息中附带数据。分布式对象是另一个用户间传送信息的机制,它相关于场景中某一个实体,且按照一定规则分布到所有用户机上,分布式对象是类的一个实例,它有自己的属性,需要时可以通过网络通信来更新。同步通信技术借鉴了国外的DIS(分布式交互系统)和HLA(高层架构)等技术。

(3) 训练管理子系统

训练管理系统主要是用于处理训练相关的信息,它完成的功能有训练知识库、实时跟踪记录、冲突解决机制等。

训练知识库主要包括训练数据库、训练规则和匹配策略。训练数据库主要有学员信息、课程信息、训练信息等等。训练规则主要有角色定义与分配规则、评判规则、记分规则,其中评判规则包括动作执行者、动作间的关系、施加对象以及次数等等。匹配策略主要是有序无序的匹配、规则树的遍历。

实时跟踪记录实际上是对学员的操作流进行管理的一个模块,它主要有触发事件、操作信息收集、发送与接收(操作信息)和记录器组成。

冲突解决机制主要是多学员在协同训练中发生操作冲突时的一种消除机制。其中简单的方法是加锁解锁、延时的方法,比较高级的有优先级和拥有权的处理。

三 系统应用示例

客舱火灾应急处理训练是利用协同训练平台开发的一个应用实例,主要是在模拟飞机机舱内协作完成灭火训练任务。这个训练任务描述如下:

客机平稳而正常地行驶着,乘客们安静地享受着舒适的空中之旅,舱内的乘务员出现在各自的位置上,此时,公共信息广播:此次航班由上海飞往北京,祝各位旅客旅途愉快。30秒后,前工作区的学员看到属于她的信息窗显示:附近有怪异的烟味,请速核查。并且她看到丝丝烟雾飘散。该学员先去查核哪里发生火情,确定是在壁橱的衣帽间,用手试探门的凉热,其信息窗口显示两级温度信息:门是凉的/门很烫手;该学员使用话机通知乘务长,并请求附近的乘务员速带灭火器材来协助,本人去驾驶舱拿应急斧,取来应急斧,在门上开一个小洞,来支援的乘务员拿海伦灭火器来了,对着洞口喷灭火剂,直至火灭,开门检查燃烧物,防止死灰复燃。最后把火灾的处理结果报告乘务长,由乘务长报告给机长。

该应用实例包括一个三维实例场景和一个实例驱动模型。三维实例场景就是飞机机舱、火、烟雾、角色及其他设施,驱动模型是具体应用的情节脚本,由灭火操作、协作规则、评判规则等许多事件构成的。应用实例系统主要界面如图3所示。

四 结束语

在网络环境和多用户视景交互的支持下,人们可以通过交互设备,利用听觉、视觉、触觉在虚拟的环境中协作完成训练任务,从而形成一套具有“视景”和“协同”特色的训练软件。本文主要描述了一个基于虚拟现实的多用户协同训练系统的结构设计、技术架构、网络通信和应用示例。随着基于虚拟现实技术的CBT系统正在逐步取代过去单机、单一任务的CBT系统,将给计算机培训提供一种崭新的系统训练方式,能使许多特殊场合的训练变得非常方便,同时极大提高培训的效果。本系统中设计的技术和方法希望对于其他分布式训练系统的开发具有借鉴作用。

参考文献

[1] 庞津津,戴述贾.分布式系统仿真技术研究及其实现[J].火力与指挥控制, 2001,(1): 37-40.

[2] 洪津,张万军,谢庆华,陈明宏,王永健.虚拟维修训练系统发展综述及其关键技术探讨[J].理工大学学报(自然科学版),2000,(1):63-67.

[3] 王润岗,花传杰,唐科群,王艾萍.坦克车炮长协同训练仿真系统设计与实现[J].火力与指挥控制, 2008,(9):112-114.

[4] 袁海波,刘厚泉,吴雪峰.虚拟场景动态交互式可视化的研究[J].电脑与信息技术,2008,(6):7-9.

[5] 汤卫华,灭火救援协同战术训练探析[J].公安研究, 2007,

(1):46-47

协同通信论文范文第6篇

北京师范大学第二附属中学始建于1953年，是一所校园优美、设备先进、师资优秀、校风好学风正、教学质量高，在社会上享有很高声誉，在国际上有一定影响力的市重点中学。在上级部门的领导与关怀下，学校已形成一校四址的发展格局（即高中部、初中部、国际部、未来科技城），其中高中部实现了全部班级的特色化建设，并建构了支持各种特色类型班级学生个性发展的课程体系。在全体二附中人的共同努力下，学校经过60多年的办学实践，已形成了独具风格的教育理念与特色，形成了二附中以“人文、自主”为核心的校园文化。

教育特色：人文教育、自主发展

教育理念：构建学生的健全人格 打好学生的发展基础

教育主张：尊重学生自主、倡导人文教育;重视环境熏陶、强调道德实践

发展特色：发展以人文教育为基础;育人以学生发展为根本;管理以人文精神为主导

图1 校园风景

在校园文化精神的传承与指引下，学校历来重视教育教学的改革与实践，重视现代化教育理念在学校各方面工作中的渗透。基于此，学校积极实践信息技术支撑下的业务应用，认真推进数字校园建设，以建构和谐的“数字文化”，促进信息化环境下学校教育教学及管理模式的创新。

数字校园核心需求

在学校办学理念与发展特色的指导下，面向校本实际与未来发展，我校数字校园核心需求集中体现在以下三个方面。

1. 支持学生全面而有个性地发展

为给学生提供丰富的个性化学习空间，促进学生全面而有个性地发展，学校始终如一地坚持课程改革，不断探索新的教与学的模式，先后实践研究性学习课程、高中新课程改革、班级特色化课程体系建设、数字化教学模式探索等。为此，学校提出了以下建设需求：（1）建设支持研究性学习课程有效实施的管理系统;（2）建设支持学校新课程体系实施的管理系统;（3）建设支持数字互动课堂教学实验及数字化学习的网络与资源环境。

2. 支撑人文精神主导下的学校管理与服务

在管理方面，学校倡导以服务促管理，通过即时的消息互动、精确的数据驱动与展示，促进学校的管理与服务工作。在此方面，学校先后提出了建设校园即时通讯系统，用于解决学校教职员工间的信息互动;建设办公用品领用平台与后勤报修系统，既实现低值易耗品的公开透明化管理，又促进学校服务工作的改进;建设学生学习行为评价平台，以数据展示促使学生日常行为的改善。

3. 支撑数字校园的应用集成、便捷使用与可持续

伴随数字校园业务应用的渐进发展，软件平台众多，数据、信息分散，软件设计缺乏统一的技术标准，功能聚合度低、重复建设的功能组件多，从而导致用户操作体验差、运维管理复杂、效率低下等问题。据此，学校形成了建设数字校园基础运行支撑系统的基本需求。

数字校园优秀成果

在学校办学理念与发展特色的指导下，我们以求真务实、锐意进取的精神状态，理论探索与实践探究相结合的工作方式，深入推进数字校园建设。现已形成了具有典型示范效应的系列成果。

1. 结合校情并有普遍性的数字校园建设的理论探索

在充分领悟数字校园内涵后，结合建设实践，形成了以下支撑数字校园建设的系列理论。

（1）形成了服务师生发展的、具有中小学特征的数字校园业务规划方案;在此方案中，我们提出了构建数字校园五大业务中心（即课程中心、指导中心、发展中心、服务中心、数据资源中心）的概念内涵，为学校建设具有校园文化特色的数字校园提供了思想导航。

图2 数字校园五个中心

（2）结合实践体验，总结出了“中小学数字校园建设模式与发展路径”。

（3）形成了中小学数字校园建设的五层技术模式（即网络层、数据层、支撑层、业务层、表现层），以及面向微应用开发的、支持未来发展的中小学数字校园基础架构方案。

图3 全国中小学校长信息化领导力与数字校园发展高峰论坛上的专题交流

基于以上内容，我们先后撰写并发表了与实践应用有关的论文8篇，供校内使用的文件手册2本。先后多次在全国性数字校园建设会上、市区组织的信息化建设会上做专题发言;曾在国家教育行政学院组织的全国基础教育管理干部培训班上，面向来自全国各省会城市的基础教育管理干部，做了系列专题讲座。相关建设理念与做法得到了专家、同行乃至有关社会团体的普遍赞誉。

2. 分层次、有重点的数字校园软件建设

结合学校原发性需求，我们先后建成了具有学校文化特色的数字校园应用软件系统和数字校园基础运行支撑系统。

数字校园应用软件系统主要包括：

（1）支持学校课程管理与实施的软件子系统，主要包括研究性学习课程管理软件和高中课程管理平台。其中，研究性学习课程管理软件是结合课程实施流程，将课题研究所涉及的课题申报、指导、交流、评价、过程监控、消息管理等集成一体，由学校自主研发的互动型课程管理软件。该软件是学校第一个与业务深度融合的覆盖全体师生使用的软件系统，对提升教职员工信息技术素养、促进学校信息化建设起到极大作用。到目前为止，该软件已支撑了学校近2000个学生课题的研究与实施，在其支撑下，我校《研究性学习课程的组织实施》荣获第三届北京市基础教育教学成果二等奖。

图4 研究性学习管理平台

高中课程管理平台是依据学校特色课程体系，兼顾普适性与特色性，自主开发的课程管理软件。其功能包括基础数据管理、课程管理、辅助排课管理、选课管理、成绩管理、社团管理、系统管理等内容，涉及支撑高中新课程从开课、排课、选课到学生最终学业评价等整个实施过程的管理。该软件也与业务进行了深度融合，全校师生共同参与，有效助力了学校新课程的管理、实施与改革。目前该软件已运行多年，是学校数字校园软件系统中的支柱性软件。

图5 课程管理平台

（2）支持学校办公协同与服务管理方面的软件系统。此类软件系统主要包括办公协同通信系统、学生日常行为评价系统、办公用品领用平台等。其中，办公协同通信系统有效解决了教职员工间信息的及时互通、电子文件传递的问题，极大提升了办公协同的效率;办公用品领用平台则集中对学校低值易耗办公用品的信息及使用情况进行了网络化管理，开启了线上订单、线下配送的服务模式，有效促使学校资源的公开透明化管理，促进后勤服务的改善;学生日常行为评价管理系统则将学生日常行为表现进行了网络化管理，学生能随时在线看到自己的行为表现记录，有效促使其自我行为的改善。

（3）支撑数字校园应用整合、集成与发展的基础运行支撑系统。该系统主要是基于现有软件系统的技术标准不统一，数据、消息分散，共享困难，功能聚合度低，通用组件存在不同应用中时组件无法重用，软件体系缺少开放式接口，数字校园运维管理复杂等系列问题，而构建的数字校园基础运行架构与体系，是学校基于岗位的个性化信息、个性化资源与个性化应用的聚合平台，也是学校公共数字服务、师生工作、学习与生活的网络空间。系统主要包括：支持用户可配置的个性化门户系统;支持多种形态的单点登录与统一认证机制;嵌入了良好的系统消息自动触发与服务机制;提供良好的ESB系统总线机制与权限管理机制;构建了统一的数据中心，能实现包括统一用户管理、数据交换等于一体的相关功能;提供了组件机制、相关规范及若干基础数据接口等;提供了统一运维管理中心，能实现数字校园统一运维管理。

3. 数字校园应用成果及案例

学校建成了支撑学生自主与泛在学习的数字化环境，主要表现在：

（1）网络方面，建设了信号覆盖全校的高性能、可控可管的校园无线网络。

（2）资源方面，引进了高校包括CNKI、龙源期刊等在内的几乎全部电子资源，为学生开展项目式学习、探究式学习、主题研究等提供了泛在资源环境;同时建设完成了鲁迅专题的精品资源网站，能有效支持教师备课及学生专题探究。

图6 学生自主探究

（3）课堂教学方面，学校引进了支持课堂教学互动的iTeach平台，可支持师生高效率课堂互动;搭建了基于建构主义理论所开发的Moodle平台，能有效支持教师开展翻转课堂教学实验;引进了上百种iPad学科应用软件，可支持学生学习与自主探究。

在当前良好的数字化学习环境下，学校于2012年9月创办了数字化学习特色班，并在语文、数学、英语等主要学科开展了常态化的数字课堂互动教学实验。目前，班级规模已扩展到了高中三个年级共9个班，形成了在线式主题研修等特色应用案例;地理等文科综合学科的部分教师已在课堂上自发地常态化使用课堂互动教学软件;全校9大主要学科已开始全面推进了Moodle系统的使用;部分有独特教育思想的老师已经开始探索技术环境下学生个性化学习与指导的问题，学校信息化工作也迈向了“智慧校园支撑学生个性发展的策略研究与实践探索”之路。

图7 数字课堂上的主题探究

数字校园在建设和应用过程中的后续思考

建设数字校园的宗旨应是服务教育，服务于人的发展;其自身的发展路径应伴随学校现代化改革与发展而逐渐演进。因此，数字校园建设应是一个长期的、持续演进的过程。在建设中，学校需立足自身办学思想，突破传统管理体制的限制及对技术认识的局限，既要把握好数字校园发展方向或战略，又要掌控好数字校园的建设方式、节奏与发展路径等问题。只有这样，我们建设的数字校园才是一个高效的、能促进学校和谐发展的数字校园。我们认为，以下几个观点值得与大家分享。

1. 在项目运作与管理上，推行项目管理机制

因数字校园项目覆盖范围涉及全校、操作过程需跨部门协作、流程优化会涉及部门业务创新、高效运行可能涉及人事改革、项目建设与持续发展需资金与制度保障等，要推行数字校园建设高效运作，则需突破传统层级式管理体系的限制，实行以项目团队为主导的扁平式管理机制（简称“项目管理机制”）。

2. 在恰当阶段选择合适的数字校园建设形式

考虑信息化人才培养、数字校园投入成本及应用效益等多方面因素，按数字校园发展的阶段性变化，我们提出了如下建设形式。

（1）数字校园建设初期，适合自主开发模式

采用自主开发模式，可以起到以下作用：分阶段建设小应用，逐渐迭代学校需求;培养学校的技术支持队伍，培育师生IT应用意识;控制好数字校园建设风险与投资成本。建设起点：从资源聚合与后勤服务开始。

（2）数字校园建设发展期，适合与公司合作、共同开发模式

这样做的好处在于：降低数字校园应用集成与数据梳理的成本;便于学校核心业务系统的建设与发展;为数字校园未来发展奠定技术基础。建设起点：适合于从技术支撑架构与基础数据开始。

3. 把握好数字校园建设思路与恰当的演进策略

（1）主要建设思路

基于校情，以理论探索与实践推进相结合的方式，推进学校数字校园的发展;一定避免追求建设大而全的数字校园，要立足校情，建设实用的数字校园;在目标引领下，分阶段建设，主导快速原型开发方式，促进项目螺旋式发展。

（2）项目演进策略

结合实践提出了如下数字校园建设演进的策略：“体验、服务、支持与共享”的建设策略;开发典型应用，实现“骨干人员的参与带动全体师生应用”的项目建设策略;以数字校园应用整合与校园文化融合为导向，提供个的项目建设策略。

专家点评：

作为北京市中小学数字校园实验校的第一批实验学校，北京师范大学第二附属中学的数字校园建设取得了积极成效。

首先，学校将数字校园建设过程作为一个行动研究和发展的过程，避免大而全的数字校园，立足校情，分阶段推进，以“骨干人员参与带动全体师生应用”的典型应用生成策略，建设实用的数字校园。在建设初期采用自主开发模式，积极组织学校力量开展了面向应用的建设，采用内部项目管理机制，以较少的投入，自主探索数字校园建设，明晰了数字校园建设的需求，锻炼了数字校园建设的队伍;并在此基础上，推进数字校园建设的发展，与专业性力量结合，使数字校园建设深化发展。

其次，结合需求的提炼和对数字校园建设历程的感悟，北师大二附中的数字校园建设紧紧服务学校办学理念和办学特色，以可持续发展、可持续应用为切入点，分层次、有重点地开展数字校园建设。在支持学生自主发展的数字化学习环境建设、服务学校人文管理的数字校园软件应用系统及面向未来发展的数字校园基础运行支撑系统等方面开展了建设工作。特别在服务于学生的学习与发展方面，反映了该校对数字校园建设体悟、深化过程中的建设思想。

协同通信论文范文第7篇

关键词:无线传感器网络;滑坡监测;实时监测;ZigBee协议;节点设计

中图分类号:TP273文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2009)12-169-04

Design of Landslide Monitoring System Based on Wireless Sensor Network

LI Bo,LAI Yushu,HUANG Qian,WEN Jianxiang

(Chongqing Three Gorges University,Chongqing,404000,China)

Abstract:A monitoring system mainly using the wireless sensor network is introduced for the landslide monitoring.Firstly,the structure and working principle of the monitoring system are introduced.Then,the wireless sensor network which applies to landslide monitoring is elaborated.Finally,an illustrative example war presented for demonstration purposes,and in which the hardware and software design of the network node is introduced.The analyzed data given in an experiment validated the monitoring system,which can better solve some unsure questions in landslide monitoring,such as save energy consumption,wide adaptability,practical.So it can better carry out the monitoring and control in the Yangtze River Three Gorges reservoir area′s,and other adverse geological conditions geologic hazard.

Keywords:wireless sensor network;landslide monitoring;real-time monitoring;ZigBee protocol;node design

0 引 言

随着三峡库区储水,诱发沿江两岸发生重大滑坡灾害的概率增加,有关三峡库区滑坡灾害问题已经引起有关部门和社会的广泛关注。针对危岩、塌方、滑坡、地面沉降、地裂缝、泥石流,甚至地震等地质灾害问题,传统的方法是人工监测,通过携带监测仪器现场测试的方式对异动信号进行收集,获取地质灾害发生前的相关信息。但是,由于地质灾害发生的偶然性,以及三峡库区部分地区恶劣的地形环境等因素,传统的人工监测方式无法有效把灾害防患于未然。因此,建立实时的自动化监测预警系统是必然的发展趋势。

目前在巫山县多个滑坡地带的实时监测系统中[1,2],普遍采用基于钻孔倾斜仪深部位移监测、GPS表变形监测。传感器和仪器设备检测的信号,目前都采用线缆或者GPRS通信的方式汇集到中心计算机上,采用线缆的方式有明显的弊端,除了在危险地带不易布线,施工接续困难外,还易被人为破坏,容易受到自然灾害的破坏性影响。采用GPRS通信的方式也有其技术上的局限性,并且在库区一些偏远地区和山区,信号较弱,甚至收索不到信号,因而无法建立有效的GPRS自动监测网络。

采用无线传感器网络(WSN)技术实现库区特殊地段地质灾害的实时监测应该是一种技术上先进,适宜库区地貌特征的有效尝试。由于WSN本身的冗余性、无线性、网络的自组织性,而具有较强的抗破坏能力,因而可以在基础通信设施可能被毁坏的情况下,完成一定的通信任务。因此,把无线传感器网络技术应用到长江三峡库区特殊地带的滑坡灾害监测预警中,利用各种传感器实时采集信息,通过无线的方式将信息传输给控制中心,能够解决布设有线监测系统的缺陷,而且适用于GMS网络信号无法覆盖的偏远山区滑坡灾害监测。

1 适合于滑坡监测无线传感器网络系统设计

1.1 监测预警系统的总体结构

在大范围监控、预警的基础上,以局域网为研究平台,主要致力于数据采集和发送的有效性及处理上的精确性,监测预警系统的总体结构如图1所示,可分为2个部分:上层的监控中心和下层的监控基站。监控基站和监控中心通过以太网连接起来,此外管理人员也可以通过自定义网络访问监控基站。监控基站和众多的无线传感器节点一起组成无线传感器网络。无线传感器网络具有很好的扩展性,随意地增减节点,对网络的拓扑结构和组网模式无太大影响,因而可以方便地根据实际情况增加或减少监控节点的数量。

图1 系统结构图

1.2 适用于滑坡监测的无线传感器网络设计

这种无线传感器网络由众多具有感知和路由功能的无线传感器节点组成,能够协作实时监测,感知并采集各种环境对象的信息,将其通过多跳转发传送回主机进行分析、处理。以这些工作节点为依托,通过无线通信组成网络拓扑结构。

系统中大部分的节点为子节点,从组网通信上看,他们只是其功能的一个子集,称为 RFD(精简功能设备)[3,4],这种设备不具有路由功能;另外还有一些节点负责与控制子节点通信、汇集数据和控制,或起到通信路由的作用,称为 FFD(全功能设备或协调器)。如图2所示为一个典型的远程数据采集并返回到计算机终端的应用。每个节点由一个 MCU 作为主控设备。通过倾角传感器可以监测滑坡的运动状况,通过液位传感器监测地下水位深度,数据采集间隔也可以由中心服务器灵活控制,在旱季可以调整为每24 h采集并传递1次数据,从而节省能量并避免大量的冗余数据。而在雨季危险期,其采集间隔可以密集到5 min/次,从而保证实时监测预警功能。每个信号采集节点通过 ADC 从模拟传感器得到实时数据,按照 ZigBee 协议把数据打包,并通过射频芯片及前端天线发送给簇内的RFD;经过RFD预处理之后,再由RFD路由转发到远端计算机;结合地貌特点、滑坡的分布特点,多个水流量检测点之间的相互关系等多种地质学、水流动力学等方面的知识进行数据的融合和处理。在每个节点的外部可外接相应的 PIO 芯片和其他电路进行交互。

图2 无线传感器网络拓扑结构示意图

在整个硬件平台的设计中, 节能是一个重要因素[5], 它决定着传感器网络的寿命。当节点目前没有传感任务并且不需要为其他节点转发数据时,关闭节点的无线通信模块、数据采集模块等以节省能耗,即让其置于睡眠状态。为控制子节点选择合适的地点,提供较充足的能源,以便延长节点使用寿命,提高监测预警系统有效性。

在软件设计上 ,通过动态电源管理(Dynamic Power Management,DPM)技术使系统各个部分都运行在节能模式。在关闭空闲模块状态下,传感器节点或其他部分将被关闭或者处于低功耗状态 ,直到有“感兴趣”的事件发生。

2 应用实例

2.1 应用背景

清泉路滑坡为袁家蹬潜在滑坡的组成部分[6](见图3),位于袁家蹬潜在滑坡的前部,滑坡段北部位于长江左岸大溪沟右岸、东北部位于长江左岸河漫滩。清泉路滑坡外形似梨形,坐落在长江第一、二级阶地上;袁家蹬潜在滑坡体(包括清泉路滑坡)形似肾形,坐落在长江第一至第三级阶地上,西侧与长堰塘滑坡相邻。由于滑坡为大型松散堆积层滑坡,三峡水库正常蓄水运行后,滑坡前缘大部分将被水淹没,清泉路滑坡 80%位于库区水位变动带,局部及整体失稳的可能性大。从滑坡变形机制可以推断清泉路滑坡为两滑动的松散土体滑坡,具有两级滑动面(见图4)。滑坡预警的确定是监测滑坡的重要内容,也为治理滑坡提供了数据分析。

图3 清泉路滑坡平面图

图4 滑动面示意图

由于监测信息的实时采集、传输和处理均与节点密不可分,所以着重介绍节点的软硬件设计[7-10]。

2.2 硬件系统设计

2.2.1 无线收发单元

采用SRWF-501-50型微功率无线数传模块,该无线通信模块具有很强的抗干扰能力,全透明传输,体积小,传输距离远,低功耗及休眠功能。

2.2.2 MCU 控制单元(AT89C52)

数据处理模块是传感器网络节点的核心部分,一方面接收来自传感器的测量数据,按要求对数据进行处理和计算等,交给通信模块发送;另一方面读取通信模块送入的数据信息,对硬件平台其他模块的操作进行控制。

2.2.3 数据采集模块

传感器采用倾角传感器和液位传感器,每个孔洞都会在最下端部署一个液位传感器,在不同深度部署数个倾角传感器,通过倾角传感器可以监测山体的运动状况,液位传感器采集地下水位深度的数据,图5给出无线传感器节点电路构成框图。

图5 无线传感器节点电路构成框图

2.2.4 后台监控单元(嵌入式系统)

处理器模块的CPU 采用三星公司的基于ARM7的S3C44B0微控制器,在ARM 中移植了μCOS-Ⅱ实时多任务操作系统[11],以进行实时多任务管理。对于共享同一种资源会存在资源竞争的问题,系统中采用了事件标志和信号量的方法来实现同步机制,使得原子操作不需要关掉所有的中断,从而不会造成系统的响应延迟。

2.3 软件模块设计

按照硬件电路设计思路,软件采用模块化结构程序设计方式[12]。软件模块包括:系统初始化、数据发送模块、接收中断服务、突发中断采集、A/D采集模块、UART串口模块。系统初始化基本思路:上电后设置串口方式3,开启定时中断和外部中断,启动接收模块,进行通信检测,进入省电模式。这里简单给出主程序流程图(见图6),中断流程图(见图7),图7中中断为接收中断,中断1为突发中断。

图6 主程序流程图

图7 中断流程图

2.4 数据处理与图形分析

通过实验对系统的误码率进行测试,在不同环境、不同距离的通信测试中,得出系统的信道误码率为10-2,传输距离在500~1 200 m时,平均误码率为10-5～10-6之间。对清泉路滑坡实际测试中,假设发送数据x帧时,接收到y帧,即发送11×x b,正确接收到11×y b,得到滑坡监测数据,如表1所示,并根据计算公式:

误码率=11×[(x-y)/x]

分析得出系统实际误码率,如图8所示。从图8中可看出,在数据较小时,误码率几乎为0,随着数据的增大,系统误码率维持在10-5～10-6之间,符合无线传感器网络的通信要求,证实了整个系统在滑坡监测中的有效性。

表1 误码率测试数据表

发送x /b接收y /b(x-y) /b误码率

100 000 100 00000

500 000 500 0000 0

1 000 000 999 99911.1×10-5

1 500 0001 499 99910.73×10-5

2 000 0001 999 99910.55×10-5

2 500 0002 499 99820.88×10-5

3 000 0002 999 99820.73×10-5

4 000 0003 999 99820.55×10-5

5 000 0004 999 99730.66×10-5

图8 误码率测试图

3 结 语

无线传感器网络被认为是影响人类未来生活的重要技术之一[13], 这一新兴技术结合了现有的多种先进技术,为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。基于无线传感器技术和地面监测点组网,基本建立了研究三峡库区特殊地段滑坡监测系统,通过使用证实了整个系统的可行性。对系统稍加修改便可以应用在水质污染、森林火灾等自然灾害监测中,还可以应用在室内防盗、智能交通、工业监控等领域。

参考文献

[1]欧阳祖熙,张宗润,陈明金,等.三峡库区万州-巫山段地质灾害监测预警研究[A].测技术方法现场研讨会地质灾害调查与监测技术方法论文集[C].2004.

[2]张佑祥.巫山县地质灾害现状及防治[A].地质灾害调查与监测方法论文集[C].2004.

[3]孙茂一,陈利学.Zigbee技术在无线传感器网络中的应用[J].现代电子技术,2008,31(2):192-194.

[4]封瑜,葛万成.基于Zigbee技术的无线传感器网络构建与应用[J].电子工程师,2007(3):21-23.

[5]王钰明,顾超,钱莉.无线传感器之能量篇[J].计算机应用与软件,2007,24(1):85-86,103.

[6]赖于树.ARM微处理器与应用开发[M].北京:电子工业出版社,2007.

[7]张瑞华,袁东风.嵌入式无线传感器网络节点的设计[J].计算机工程,2007,33(6):283-285.

[8]秦书波,徐中伟.基于LPC2013的无线传感器网络节点设计[J].国外电子元器件,2007(37):24-26,30.

[9]王戈,卢伍根,张效义.基于MSP430F1611的无线传感器网络节点设计[J].电子技术应用,2007,33(1):107-109.

[10]尹勇,龙毅宏.嵌入式无线传感器网络节点设计[J].武汉理工大学学报,2006,28(3):107-109.

[11]金晓坤,石江宏.一种无线传感网终端系统设计[J].现代电子技术,2007,30(1):29-31,35.

[12]何宁,王漫,方昀,等.面向无线传感器网络应用的传感器技术综述[J].计算机应用与软件,2007,24(9):91-94.

[13]杜茜,彭红光,刘利娇,等.协同通信在无线传感网中的应用[J].现代电子技术,2007,30(15):25-28.

协同通信论文范文第8篇

【关键词】中小学；数字化校园模型；轻量级

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097（2011）02―0057―05

一 中国现阶段的中小学数字化校园建设状况

高等教育领域的数字化校园经过了二十年的发展，无论是项目建设经验、实现技术，还是管理策略、发展趋向等多个方面都已经有了丰硕的研究成果和实践成果。各大高校也纷纷投入大量资金和人力，推进自己的数字化校园建设。越来越多的用于支撑校内数字化管理运作和各种信息服务的管理系统上线，如学生工作管理、人事管理、本科生教务管理、研究生管理、财务管理、学生收费管理、一卡通管理、科研管理、基建管理、房产管理、党团管理、办公自动化、信息门户等等。由于高校数字化校园的发展走上了正轨，国内已经形成了一套部级的数据标准。而且，各高校也在国家标准的基础上发展面向自己学校的数字化校园数据标准[1]。

相比之下，中小学的数字化校园建设起步较晚。不过，10年来中小学数字化校园也有很大的发展。“校校通”工程于2000年10月25日召开的全国中小学信息技术教育工作会议，是我国基础教育信息化的一个里程碑。自此10年，中小学数字化校园的建设进入了蓬勃发展时期。截至 2007 年底，普通高中连网率接近100%，初中学校连网率达到80%以上。 其中，城市初中学校连网率达到90%以上，农村初中学校达到70%以上，小学连网率达到70%以上，基本满足了中小学信息化教学需求。信息化基础设施建设取得显著进展[2]。随着信息化基础设施建设的逐步普及和完善，很多学校的信息化建设进入了转型期。很多的学校都遇到了如下的一些问题[3]。比如，缺乏整体规划，盲目投资；重视硬件设施建设，忽视软件建设及应用；应用分散、信息孤岛；教师的信息技术素养尚待提高等等。在缺乏科学的建设模型的情况下，很多学校的数字化建设变得无所适从，“该往哪个方向走”是很多学校数字化校园建设的头痛问题。有的直接借用大学的系统，出现使用困难的问题；有的建设了多批的信息系统，又出现功能冗余严重的问题；有的在使用不同公司的产品的过程中又发生数据兼容的问题。这样一来，虽然投入了大量资金，但是所得绩效收效不大[4] [5]。

二 面向中小学的轻量级数字化校园建设模型

虽然高校的数字化校园建设有成熟的模式和成功的案例，但不能简单地照搬到中小学数字化校园建设中。因为高校和中小学还是有一定差异的。首先是办学规模，办学规模的大小决定了用户数量的差异，大学全校的师生都是以万级计算、学院多、专业多、管理部门庞大；而一所中小学的老师学生加起来也只能是按千级计算，只有部分特别大规模的中学会超万人，管理部门也非常小，有的小学甚至才50多个老师。再有是资源差异，高校拥有雄厚的资金、强大的技术团队；大多数中小学不可能拥有庞大的资金进行浩大的工程和探索性的建设。而且，学校的信息化技术负责老师通常还只是由信息技术教学的老师兼任。

但是，高校和中小学的数字化校园性质是一样的，就是面向教育管理信息化。所以，在某些建设理念上，是可以借鉴高校数字化校园的。为此，我们借鉴高校数字化校园模型[6]，定义中小学数字化校园建设模型，如表1：

可以从三个方面理解该模型。其一，是构成内容。在此模型里面，我们把数字化校园的建设结构划分成三个方面的内容：硬环境建设、软环境建设和管理与文化建设，每个方面里面都包含了相应的系统或者模块。

在硬环境建设方面，学校大多已完成大部分的模块，如果资金条件比较充裕的学校可以考虑配套校园一卡通系统。

在软环境建设中，我们划分其为三个子部分，包括数字化协同交流、数字化教学和数字化管理。中小学的协同交流除了包括校内工作上的协同交流，同时还包括学校与家长、学生之间的交流。在数字化教学里面，教学资源积累是当前很多学校正在努力的方面。我们需要用平台把这些资源有序的组织和管理起来，而且校校之间教学资源平台能够互通和共享，把资源的利用价值最大化。学生在线学习平台有利于辅助学生进行课后学习和课余知识拓展。数字化教学除了有面向学生的部分，还需要有面对教师的部分，通过教育技术培训与学习平台可以对教师进行校本培训、协助教师解决疑难问题，提高教师的信息化水平，提高教学质量。数字化管理是数字化校园里面很大比重的一块，其目的是希望通过信息技术提高学校的管理水平，所有模块贯穿学校管理中学生、教师、教务、校产、财务、图书馆、科研、实验、档案和后勤多个方面，如表2。

学校的统一门户、统一认证目的在于把学校里面不同的异构的系统进行整合，使得用户用一个账号就可以方便在门户里面使用不同的系统或者资源，所有的信息都整合到门户、教师工作台，便于用户使用学校内的各种资源。

其二，数字化校园不仅仅是一个平台、一套软件，还是一个学校的管理策略。要实现数字化校园的可持续发展，我们需要进行管理与文化的建设，促进数字化校园的不断完善，提高学校信息化的气氛。所以，我们提出需要建立一系列的制度，包括规划如何发展，建立数字化校园的绩效评估制度，建立多维的安全体系，对数字化校园的建设进行分责、落到实处，建立考核和培训制度，提高学校人员包括教师、学生和家长的信息化水平。

其三，该模型在高校的应用中，可能每个小块都会建成一个业务复杂、架构庞大的系统；但是中小学未必需要这样建设，而应该更注重以精为先，着重灵活，适合以轻量级的“模块”逐个上线。同时，此模型并非要求学校都一定要完全的实现以上的模块或者一次性的实现以上的所有模块，也不是非要按照从低到高的顺序进行建设。由于每所学校都会有自己的特色和文化，因此也可以为建设的顺序列一个优先级，比如在数字化管理里面，学生管理、教师管理和教务管理是学校的首要任务，可以优先建设。一般来说，大部分的中小学都跟大学的情况有所不一样，他们没有强大的技术团队，能投入的建设资金也有限，跟大学百万级甚至千万级的投入是无法比的。所以，建议不同的学校可以摸索自己的建设方式，包括多使用开源技术和开源产品。高校的建设中出于对服务保障的考虑，还未能全面放心使用开源软件。但中小学可以勇敢尝试，这样一方面减低了成本，也便于学校负责网管的老师有充分的社会技术支持。在数字化协同方面，中小学相比高校应该增加对家庭、家长方面的协同交流部分。

三 东莞某小学的实践案例

1 A小学的信息化现状分析

A小学是一所典型的珠三角地区小学。经过近几年的努力，该校在硬件环境方面取得了一定的成绩，配置了一网通/D时代多媒体综合校园网，实现了计算机局域网、双向电视教学网、智能广播网和数字监控网的数字化多网合一。并按15教学班配置了全数字多网合一多媒体教学终端，初步实现了教育手段的现代化。同时，该校也建设了一批信息化应用系统。比如班级管理平台、家庭教育网、后勤报障系统等（如表3）。但是，随着建设“量”的积累，学校的信息化也出现了一系列的问题与瓶颈，并有“质”的提高的需求。

其一，学校使用腾讯通作为校内协同通信的软件，校内的老师上班的时候都会启用腾讯通1。并且，他们通过腾讯通把校内的各个信息系统进程整合集成，把腾讯通扩展成老师的集成的工作台。可是，在这个过程中也遇到了不少的困难，比如腾讯通作为一种C/S架构的通信软件，在与Web的交互上显得非常吃力。同时，腾讯公司的二次开发接口也是有一定限制的，不能完全实现学校的需求。而且学校的已建系统都由不同的公司、不同技术框架来实现，建设的历史时期也各不相同。有的是C/S架构的软件、有的是基于B/S的系统；有的是PHP开发的，有的是ASP开发的。有的是用Acess数据库，有的又是用MS SqlServer。部分系统仅是一个基本的静态网站，并非真正的动态业务系统。这些异构的系统要在腾讯通上做整合以及实现单点登录是不可能的。

其二，A小学虽然建设了相对现代化的信息化设备与环境，但是教师的教育技术水平的慢于信息化的步伐。老师们还未能充分的应用这些新资源、新技术到教学工作中。

最突出的问题是，学校虽然知道需要建设更加多的业务系统来贯穿校园的管理流程，但是应该建什么、如何建、实施策略是如何，缺乏科学的统一规划。

根据对A小学的调研与分析，学校信息化主要存在如下一些的问题和需求。而这些问题就是当前中国中小学信息化所遇到的普遍问题，具有普遍的意义。

第一，学校从信息化的硬环境建设转型到软环境的建设过程中，没有明确的发展目标，缺乏科学指引。学校十分渴望加强信息系统建设，用于支撑校内的管理业务。但是需要建什么系统、应该建立什么系统、如何配套系统没有明确的规划。致使部分已建系统的一些业务功能重叠。

第二，学校信息系统的建设缺乏整体规划。学校已经建了多套应用系统，但是由于是多个不同的公司在不同时期建设，所用的技术框架都不一样。通常有多套用户系统并存。致使一个用户登录校内不同的系统需要多套用户密码。

第三，学校的资金有限，不能购买大型软件系统，也不能长期让公司外包建设校内的信息系统。学校希望能建立自己的技术力量，发展面向本校的数字化校园环境。

第四，学校已经初具完备的数字化校园环境，支撑学校的现代教育技术发展。但是，由于师资水平有限，学校缺乏提高校内老师发展自身现代教育技术的平台。对于如何充分使用校内的现代教育技术资源，如何解决课件制作中遇到的问题，缺乏指引，没有充分发挥数字化校园的效益。

2 面向中小学轻量级的数字化校园建设的解决方案

针对A小学的具体情况，基于前面提出的模型，我们设计了一个轻量级数字化校园建设解决方案，如图1。

首先，是在数字化管理方面。我们规划了数字化管理的校务系统平台，在此平台上逐步上线各管理模块，包括OA办公、协同邮件、教务管理、学生管理等。当所有这些模块都上线运行后，实现校长综合管理的功能，并实现移动办公的功能，使得校长能随时了解校内运作的情况和数据。

其次，是在数字化教学方面。Moodle(魔灯) [7]是流行的在线教学平台[8]，很多教育技术研究者和教师都组织了相关的俱乐部，一起学习和研究如何把平台更好的运用到教学里面。

学校原来是使用简单的FTP技术来实现校内资源共享的，我们则规划学校装配一套教学资源平台，更加有效科学的管理学校的数字化教学资源。

校园帮助台是一个面向问题的知识库，里面不但存放了教师制作课件的问题教程、如何使用校内数字化资源的指南、学校管理政策指引，还增加面向学生的学习和生活的常见问题，还包括家长在家庭教育方面的常见问题。当所问的问题没有答案，系统管理员和相关负责的老师会对问题进行整理和回答。此平台一方面帮助老师提高教育技术水平，另一方面服务了学生和家长。校园帮助台的实现方案也有很多选择，比如wiki系统、phpMyFAQ[9]系统、helpdesk等等。

然后，是在数字化协同交流。UcenterHome[10]是国内一个SNS社交活动平台，它能够帮助实现教师的个人空间主页，班级的的空间主页学生的个人空间主页和家长的空间主页，提供的很好的交流平台，可以起到增强教师与学生、家长之间的沟通和交互。在校内协同工作和邮件服务方面，我们采用国际流行Zimbra[11]协同工作平台，它能够实现多人的文件共享，协同编辑、即时通讯和邮件服务等功能。

再有，一所学校除了学校的主页，其实还会陆续有建立其他专题网站的需要，比如，党建网站、特殊活动主题网站等。在我们的方案里，是采用开源的CMS平台来帮助学校建立一系列的网站。这种方式能够帮助学校在人力紧张的情况下，快速的创建完整的网站，帮助学校拓展校园文化、提高学校形象的对外信息开放。现在，国内外有很多开源的CMS方案，比如Joomla[12]和Magnolia[13]等。

最后，是全面整合。学校本身已经有一些信息系统在运行，又加上了我们规划建设的模块。需要对所有这些异构的系统进行整合。我们应用单点登录统一认证的技术，把已有的系统集成到校务系统平台上，使之前各离散的异构的信息系统整合到一起，形成统一的平台。我们使用的是基于CAS[14]的统一认证框架，统一认证的登录口就设置在学校的门户上。

校务管理平台与学校的主页有服务接口，使得一些教务信息、办公通知可以通过教务系统直接到学校的主页上。而整个方案的统一认证入口就设置在学校的主页，所有的学生、家长、老师通过主页进行身份认证，系统根据用户的身份权限识别能看到的资源内容和功能，比如只有老师的权限能够看到校务管理平台的入口、而家长的看不到。

最后，学校基于模型上层关于“管理制度与文化建设”的内容讨论和拟定相关的数字化校园规定和发展规划文档。

3 整合方案的主要优点

本方案主要具有如下的特点：

第一，对学校数字化校园有一个统一的整合规划，明确了各个业务系统职能，同时为日后发展新增业务系统提供方向。

第二，对于现有的各个异构的业务系统，建立了统一认证机制。通过门户的统一认证平台，让用户只需要一套账号密码就可以在不同的系统上切换。有利于日后建立面向用户的管理工作平台。

第三，方案大量采用开源框架和技术，一方面降低投入成本；另外一方面，依据其广泛的技术支持，便于学校培养出自己的技术人员。在此案例中，使用开源的Zimbra能够让A小学摆脱无法扩展腾讯通的瓶颈，让学校能够根据自身情况扩展特定的功能而不受商业产品的束搏。

第四，建立了现代教育技术支持平台，提高数字化校园的应用绩效、提高校内教师的现代教育技术水平。

四 总结

当前的中小学数字化校园大部分完成了硬环境建设，正在向软环境建设转型。很多学校都遇上了软环境建设的问题。本文提出面向中小学的轻量级数字化校园建设模型，此模型基本覆盖了中小学校园管理的各个方面，有利于指引此阶段学校的数字化校园建设。同时，本文所提的模型已经应用到解决A小学的数字化校园建设和规划上，为此模型的实际应用提供了一个实践的案例。

注

腾讯公司的企业即时通讯工具，rtx.省略。

参考文献

[1] 蒋东兴,宓,郭清顺.高校信息化发展现状与政策建议[J].中国教育信息化,2009,(8):27-30

[2] 张敬涛.我国基础教育信息化的现状与未来发展策略[J].电化教育研究,2009,(1):5-8.

[3] 雷静.中小学数字化校园建设问题研究[J].中国教育技术装备,2009,(30):3-4.

[4] 陈明选,王健.中小学信息化建设项目投资绩效评价的理论思考[J].中国电化教育,2006,(2):16-19.

[5] 王运武.中小学数字校园优化发展的思考[J].中国远程教育,2010,(4):59-62

[6] 蒋东兴,王进展,袁芳,褚庆军.数字校园校级统一信息系统建设研究与实践[J].中山大学学报(自然科学版),2009, (s1):12-15

[7] Moodle[OL].省略.>

[8]Dougiamas, M. & Taylor, P. Moodle: Using Learning Communities to Create an Open Source Course Management System[A]. Proceedings of World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications[C].2003:

171-178.

[9] PhpMyFaq[OL].

[10]UcenterHome[OL].省略/products/uchome.>

[11]Zimbra[OL].

[12]Joomla[OL].

[13]Magnolia[OL].

[14]CAS, Central Authentication Service[OL].

Lightweight E-campus Model and Its Applications for Primary and Secondary Schools

TIAN Chun-qing1 NIU Duan2 LIU Lu-tong3

(work and Information Center, Sun Yat-sen University, Guangzhou ,Guangdong 510275,China; 2. School of Educatrion, Sun Yat-sen University, Guangzhou, Guangzhou 510275, China; 3.Xixi Primary School, Liaobu, Dongguan, Guangdong 523400, China)

Abstract: Most of China's primary and secondary schools have already built the basic e-campus infrastructure. How to make full use of the infrastructure and maintain sustainable development is the key problem that these schools now confront. A Lightweight e-campus model which aimed at proving a solution to this problem was proposed in this article. This lightweight model covered nearly every aspect of e-management and teaching of primary and secondary schools. A case showing how to use this mode was also put forward in this paper. The model and the case could be used as a source of reference for similar schools.

Keywords: primary and secondary schools; e-campus model; lightweight