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컴퓨터 논문 샘플 1: 인지 무선 시스템 구성 및 적용 시나리오 분석

인지 무선 시스템 구성

인지 무선 시스템은 인지 무선 시스템의 사용을 의미합니다. 보다 유연한 트랜시버 플랫폼과 향상된 컴퓨팅 인텔리전스를 통해 통신 시스템을 더욱 유연하게 만드는 고급 기술이 적용된 무선 통신 시스템입니다. 인지 무선 시스템은 그림 1[3]과 같이 주로 정보 획득, 학습, 의사 결정 및 조정의 세 가지 기능 모듈로 구성됩니다.

인지 무선 시스템의 주요 특징은 무선 외부 환경, 내부 상태 및 관련 정책에 대한 지식을 획득하고 사용자 요구를 모니터링하는 기능입니다. 인지 무선 시스템은 외부 무선 환경을 획득하고 이를 분석하고 처리하는 기능을 가지고 있습니다. 예를 들어, 현재 스펙트럼 사용량을 분석하여 무선 통신 시스템의 반송파 주파수, 통신 대역폭, 커버리지 및 간섭 수준을 표현할 수 있습니다. 정보를 얻을 수도 있습니다. 인지 무선 시스템은 구성 정보, 트래픽 부하 분포 정보, 전송 전력 등을 통해 얻을 수 있는 무선 내부 상태 정보를 얻을 수 있습니다. 관련 정책 정보 및 무선 정책 정보는 인지 무선 시스템이 특정 환경에서 사용할 수 있는 주파수 대역, 최대 전송 전력, 인접 노드의 주파수 및 대역폭 등을 모니터링할 수 있는 기능을 규정합니다. 사용자의 요구 사항을 파악하고 사용자 요구 사항에 따라 결정 및 조정을 내립니다. 표 1에서 볼 수 있듯이 사용자의 비즈니스 요구 사항은 일반적으로 음성, 실시간 데이터(예: 이미지) 및 비실시간 데이터(예: 대용량 파일 패키지)의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 통신 QoS 요구 사항.

인지 무선 시스템의 두 번째 주요 특징은 학습 능력입니다. 학습 과정의 목표는 인지 무선 시스템의 이전에 저장된 결정 및 결과에서 얻은 정보를 사용하여 성과를 향상시키는 것입니다. 학습 내용에 따라 학습 방법은 3가지로 구분됩니다. 첫 번째 유형은 외부 환경을 학습하는 데 사용되는 지도 학습으로 주로 측정된 정보를 사용하여 추정기를 훈련합니다. 두 번째 유형은 외부 환경을 학습하는 데 사용되는 비지도 학습으로 주로 외부 환경과 관련된 매개변수를 추출합니다. 세 번째 범주는 강화학습으로, 주로 보상 및 처벌 메커니즘을 통해 현재 환경에 적응하는 규칙이나 행동을 강조하고 환경에 적합하지 않은 규칙이나 행동을 폐기하는 데 사용됩니다. 현재 환경. 머신러닝 기술은 학습 메커니즘에 따라 기계학습, 설명기반학습, 유도학습, 유추학습, 귀납학습으로 나눌 수 있다.

인지 무선 시스템의 세 번째 주요 특징은 다른 시스템과의 간섭을 피하는 등 미리 결정된 목표를 달성하기 위해 획득한 지식을 기반으로 작동 매개변수와 프로토콜을 동적으로 자율적으로 조정할 수 있는 능력입니다. . 무선 시스템에 대한 불리한 간섭. 인지 무선 시스템의 조정 가능성에는 사용자 개입이 필요하지 않습니다. 적절한 통신 품질을 달성하거나 특정 연결에서 무선 액세스 기술을 변경하거나 시스템의 무선 자원을 조정하거나 간섭을 줄이기 위해 작업 매개변수를 실시간으로 조정할 수 있습니다. 인지 무선 시스템은 획득한 지식을 분석하고, 결정을 내리고, 동적으로 자율적으로 재구성합니다. 재구성 결정이 내려진 후 제어 명령에 응답하여 인지 무선 시스템은 이러한 결정에 따라 작동 매개변수 및/또는 프로토콜을 변경할 수 있습니다. 인지 무선 시스템에 대한 의사 결정 프로세스에는 여러 사용자와 무선 운영 환경의 요구 사항을 이해하고 이러한 사용자의 고유한 요구 사항을 지원하기 위한 적절한 구성을 선택하는 것을 목표로 하는 정책 수립이 포함될 수 있습니다.

인지 무선과 기타 무선의 관계

인지 무선이 제안되기 전에 이미 소프트웨어 정의 무선, 적응형 무선 등 "이러한 무선"에 대한 개념이 있었습니다. 등. 인지 라디오와의 관계는 그림 2에 나와 있습니다. 소프트웨어 정의 라디오는 인지 라디오 시스템을 구현하는 기술로 간주됩니다. 소프트웨어 정의 라디오에서는 CRS의 특성이 작동하지 않아도 됩니다.

SDR과 CRS는 서로 다른 개발 단계에 있습니다. 즉, SDR 응용 프로그램을 사용하는 무선 통신 시스템이 활용되고 있는 반면, CRS는 연구 단계에 있으며 응용 프로그램도 연구 및 테스트되고 있습니다. SDR과 CRS는 무선통신 서비스가 아닌, 모든 무선통신 서비스에 포괄적으로 사용될 수 있는 기술입니다. 적응형 무선 장치는 미리 설정된 채널과 환경에 맞게 매개변수와 프로토콜을 조정합니다. 인지 무선에 비해 적응형 무선은 학습 능력이 없으며, 획득한 지식과 결정을 통해 학습할 수 없으며, 학습을 통해 지식 획득 방법을 개선하고 해당 결정을 조정할 수 없습니다. 따라서 미리 설정되지 않은 채널에 적응할 수 없습니다. 그리고 환경. 재구성 가능한 무선 장치는 소프트웨어 제어를 통해 하드웨어 기능을 변경할 수 있는 무선 장치로, 프로토콜 스택의 상위 계층은 물론 물리 계층 파형의 일부 또는 전체를 업데이트할 수 있는 기능도 있습니다. 내부 소프트웨어를 변경하지 않고도 정책 기반 무선을 업데이트하여 현지 규제 정책에 적응할 수 있습니다. 최신 무선 네트워크와 마찬가지로 인터넷 라우터도 항상 정책 기반이었습니다. 이를 통해 네트워크 운영자는 정책을 사용하여 액세스를 제어하고, 리소스를 할당하고, 네트워크 토폴로지 및 동작을 수정할 수 있습니다. 인지 무선의 경우 정책 기반 기술을 사용하면 제품을 전 세계에서 사용할 수 있고 현지 규제 요구 사항에 자동으로 적응하며 시간과 경험에 따라 규제 규칙이 변경됨에 따라 자동으로 업데이트될 수 있습니다. 스마트 라디오는 과거와 현재의 상황을 바탕으로 미래를 예측하고 미리 조정하는 라디오이다. 적응형 라디오가 현재 상황에 따라 전략을 결정하고 조정만 하는 스마트 라디오와 비교하여 인지 라디오는 이전 결과를 기반으로 학습하고 전략을 결정하고 조정할 수 있습니다.

인지 무선의 핵심 기술

인지 무선 시스템의 핵심 기술로는 무선 스펙트럼 감지 기술, 지능형 자원 관리 기술, 적응형 전송 기술 및 크로스 레이어 설계 기술이 있습니다. 라디오는 전통적인 라디오의 특징적인 기술을 구별한다[4, 5].

탐지 전략에 따라 스펙트럼 탐지는 그림 3과 같이 물리 계층 탐지, MAC 계층 탐지 및 다중 사용자 협업 탐지로 나눌 수 있습니다. 3.1.1 물리 계층 탐지 물리 계층의 탐지 방법은 주로 시간 영역, 주파수 영역 및 공중 영역에서 승인된 사용자 신호가 있는지 여부를 탐지하여 주파수 대역이 점유되었는지 여부를 확인하는 것입니다. 송신기 검출의 주요 방법에는 에너지 검출, 정합 필터 검출, 순환정체 특성 검출 등이 있으며, 이 중 하나를 기반으로 하는 다중 안테나 검출도 있습니다. 승인된 사용자 수신기가 신호를 수신하면 국부 발진기를 사용하여 신호를 고주파에서 중간 주파수로 변환해야 합니다. 이 변환 과정에서 국부 발진기 신호의 일부 에너지가 필연적으로 안테나를 통해 누출되므로 낮은 주파수를 중간 주파수로 변환함으로써 달성됩니다. 전력 소비 감지 센서는 승인된 사용자 수신기 근처에 배치되어 국부 발진기 신호의 에너지 누출을 감지하여 승인된 사용자 수신기가 작동하는지 여부를 결정합니다. 간섭 온도 모델을 사용하면 간섭 평가 방식을 다수의 송신기 작동에서 적응형 방식으로 송신기와 수신기 간의 실시간 상호 작용으로 전환할 수 있습니다. 기본은 간섭 온도 메커니즘입니다. 승인된 사용자 수신기 측 무선 통신 환경에서 간섭 원인을 정량화하고 관리하기 위한 간섭 온도입니다. MAC 계층 탐지는 주로 다중 채널 조건에서 처리량 또는 스펙트럼 활용도를 향상시키는 방법에 중점을 둡니다. 또한 채널 탐지 순서 및 탐지 기간을 최적화하여 탐지 가능한 유휴 채널 수를 최대화하거나 평균 채널 검색 시간을 최소화합니다. . MAC 계층 탐지는 크게 다음 두 가지 방법으로 나눌 수 있습니다. 능동 탐지는 주기적 탐지입니다. 즉, 인지 사용자에게 통신이 필요하지 않은 경우 해당 채널을 주기적으로 탐지하여 주기적 탐지를 통해 얻은 정보를 추정할 수 있습니다. 채널 사용의 통계적 속성. 수동 감지는 주문형 감지라고도 합니다. 인지 사용자는 사용 가능한 유휴 채널을 찾을 때까지 통신이 필요한 경우에만 승인된 모든 채널을 순차적으로 감지합니다. 다중 경로 페이딩 및 폐색 그림자와 같은 불리한 요인으로 인해 단일 인지 사용자가 인증된 사용자 신호가 있는지에 대한 올바른 결정을 내리기가 어렵습니다. 따라서 감도를 향상시키기 위해 여러 인지 사용자가 서로 협력해야 합니다. 스펙트럼 검출의 정확성 및 검출 시간을 단축합니다.

협업 탐지는 물리 계층 탐지 기술과 MAC 계층 기능을 결합합니다. 이를 위해서는 각 인지 사용자가 고성능 물리 계층 탐지 기술을 보유해야 할 뿐만 아니라 MAC 계층에도 효율적인 스케줄링 및 조정 메커니즘이 필요합니다.

지능형 리소스 관리의 목표는 제한된 대역폭 내에서 스펙트럼 효율성과 시스템 용량을 극대화하는 동시에 사용자 QoS 요구 사항을 충족하는 동시에 네트워크 정체를 효과적으로 방지하는 것입니다. 인지 무선 시스템에서 네트워크의 총 용량은 특정 시간 변동성을 가지므로 새로 액세스한 연결이 네트워크의 기존 연결에 대한 QoS 요구 사항에 영향을 미치지 않도록 특정 액세스 제어 알고리즘을 채택해야 합니다. 동적 스펙트럼 접근 개념 모델은 일반적으로 그림 4와 같이 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 동적 독점 모델은 현재 정적 스펙트럼 관리 정책의 기본 구조를 유지합니다. 즉, 스펙트럼은 독점 사용을 위해 특정 통신 서비스에 라이센스가 부여됩니다. 이 모델의 주요 아이디어는 스펙트럼 활용도를 향상시킬 수 있는 기회를 도입하는 것이며, 스펙트럼 재산권과 동적 스펙트럼 할당이라는 두 가지 구현 방법을 포함합니다. 스펙트럼 공개 모델이라고도 알려진 개방형 공유 모델은 ISM 주파수 대역의 개방형 공유 방법과 같이 공유를 위해 모든 사용자에게 스펙트럼을 개방합니다. 계층적 액세스 모델의 핵심 아이디어는 허가되지 않은 사용자에게 허가된 스펙트럼을 개방하지만 허가된 사용자에 대한 간섭을 피하기 위해 허가되지 않은 사용자의 작업을 어느 정도 제한하는 것입니다. 스펙트럼 언더레이와 스펙트럼 채우기의 두 가지 유형이 있습니다. 인지 무선의 스펙트럼 할당은 주로 두 가지 액세스 전략을 기반으로 합니다. ① 직교 스펙트럼 액세스. 직교 스펙트럼 액세스에서는 한 번에 한 명의 인지 사용자만 각 채널 또는 캐리어에 액세스할 수 있습니다. 할당이 완료된 후에는 인지 사용자 간의 통신 채널이 서로 직교합니다. 즉, 사용자 간에 간섭이 없습니다. 또는 간섭은 무시할 수 있습니다). ②*** 스펙트럼 액세스를 즐기세요. 공유 스펙트럼 액세스에서 인지 사용자는 승인된 사용자의 여러 채널 또는 반송파에 동시에 액세스할 수 있으며, 승인된 사용자의 간섭 허용 범위 외에도 사용자는 다른 사용자의 간섭도 고려해야 합니다. 승인된 사용자의 간섭 허용 제약에 따라 위의 두 가지 액세스 전략은 채우기 스펙트럼 액세스와 언더레이 스펙트럼 액세스라는 두 가지 스펙트럼 액세스 모드로 나눌 수 있습니다. 채우기 스펙트럼 액세스의 경우, 인지 사용자는 "스펙트럼 홀"에 대한 기회적 액세스를 기다립니다. 승인된 사용자와 채널을 공유할 때 추가 간섭 문제 없이 승인된 사용자가 나타날 때 적시에 스펙트럼을 전송하기만 하면 됩니다. 구현하기 쉽고 간섭 허용 매개변수를 제공하기 위해 기존 통신 장비가 필요하지 않습니다. 기본 스펙트럼 액세스 모드에서는 인지 사용자와 승인된 사용자가 스펙트럼을 공유하므로 채널을 사용할 때 추가적인 간섭 제한을 고려해야 합니다.

통신 품질에 영향을 주지 않으면서 전력 제어를 사용하여 전송되는 신호의 전력을 최소화할 수 있으므로 채널 용량을 향상시키고 사용자 단말기의 대기 시간을 늘릴 수 있습니다. 인지 무선 네트워크의 전력 제어 알고리즘 설계는 다양한 목표에 대한 요구 사항이 다르기 때문에 다중 목표 공동 최적화 문제에 직면해 있습니다. 다양한 애플리케이션 시나리오에 따라 인지 무선 네트워크의 기존 전력 제어 알고리즘은 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다. 하나는 분산 시나리오에 적합한 전력 제어 전략이고 다른 하나는 중앙 집중식 시나리오에 적합한 전력 제어 전략입니다. 분산 시나리오의 대부분의 전력 제어 전략은 게임 이론을 기반으로 합니다. 일부는 중앙 집중식 전략에서 시작하여 중앙 집중식 시나리오의 전력 제어 전략을 분산 전략으로 변환하는 전통적인 Adhoc 네트워크의 전력 제어 방법을 참조합니다. 제어 전략은 정보를 중앙에서 처리하고 공동 전략을 채택하는 기지국의 능력을 활용합니다. 즉, 전력 제어와 스펙트럼 할당을 결합하거나 전력 제어와 액세스 제어를 공동으로 고려하는 것입니다.

적응 전송은 서비스 기반 적응 전송과 채널 품질 기반 적응 전송으로 나눌 수 있다. 서비스 기반 적응형 전송은 다중 서비스 전송의 다양한 QoS 요구 사항을 충족하기 위해 주로 물리 계층의 실제 전송 성능을 고려하지 않고 상위 계층에서 구현됩니다. 이 적응형 전송 기술은 현재 유선 네트워크에서 고려되고 있습니다. 인지 무선은 관련 기술을 사용하여 무선 매개변수를 최적화하고 인지된 환경 매개변수 및 채널 추정 결과를 기반으로 관련 전송 전략을 조정할 수 있습니다. 여기서 최적화란 무선 통신 시스템이 점유 대역폭 및 전력 소모를 최소화하는 등 사용자의 성능 수준을 충족시키면서 소비하는 자원을 최소화하는 것을 의미합니다.

물리계층과 미디어제어계층에서 조정할 수 있는 매개변수로는 중심주파수, 변조방식, 심볼레이트, 전송전력, 채널코딩 방식, 접속제어 방식 등이 있다. 분명히 이것은 비선형 다중 매개변수 다중 목표 최적화 프로세스입니다.

기존 계층형 프로토콜 스택은 설계 시 최악의 통신 조건만 고려하므로 제한된 스펙트럼 자원과 전력 자원을 효과적으로 활용할 수 없습니다. 크로스 레이어 설계는 복잡하고 변화하는 무선 통신 네트워크 환경에 적응하기 위해 기존 계층 프로토콜 스택의 각 계층 간에 특정 정보를 도입하고 전송함으로써 각 계층의 작동을 조정함으로써 다양한 신기술에 대한 사용자의 요구를 충족시킵니다. 비즈니스 애플리케이션. 크로스 레이어 설계의 핵심은 계층화된 프로토콜 스택의 각 레이어가 네트워크 환경 및 사용자 요구 사항의 변화에 ​​따라 다양한 네트워크 리소스를 적응적으로 최적화하고 구성할 수 있도록 하는 것입니다. 인지 무선 시스템에는 주로 다음과 같은 크로스 레이어 설계 기술이 있습니다. 적절한 스펙트럼 홀을 선택하려면 동적 스펙트럼 관리 전략에서 높은 수준의 QoS 요구 사항, 라우팅, 계획 및 감지 정보를 고려해야 합니다. 상호 영향 및 긴밀한 통합. 물리적 계층의 동적 스펙트럼 관리 솔루션은 여러 계층에 걸쳐 설계되어야 합니다. 스펙트럼 이동성 기능은 사용 가능한 주파수 대역을 공동으로 결정하기 위해 스펙트럼 감지와 같은 다른 스펙트럼 관리 기능과 결합되어야 합니다. 스펙트럼 핸드오버 기간이 네트워크 성능에 미치는 영향을 추정하려면 링크 계층 정보와 인지된 지연이 필요합니다. 네트워크 계층과 애플리케이션 계층도 급격한 성능 저하를 줄이기 위해 이 기간을 알아야 합니다. 또한 라우팅 정보는 스펙트럼 스위칭을 사용하는 경로 검색 프로세스에도 중요합니다. 스펙트럼 공유 성능은 인지 무선 네트워크의 스펙트럼 감지 기능에 직접적으로 좌우됩니다. 스펙트럼 감지는 주로 물리 계층의 기능입니다. 그러나 협력적 스펙트럼 감지의 경우 인지 무선 사용자는 감지 정보를 교환해야 하므로 스펙트럼 감지와 스펙트럼 공유 간의 교차 계층 설계가 필요합니다. 인지 무선 시스템에서는 다중 홉 통신에서 각 홉별로 사용 ​​가능한 스펙트럼이 다를 수 있으므로 네트워크 토폴로지 구성에서 스펙트럼 감지 정보를 알아야 합니다. 또한 인지 무선 시스템의 라우팅 설계의 주요 아이디어는 다음과 같습니다. 라우팅 및 스펙트럼이 의사결정과 결합됩니다.

인지 무선 애플리케이션 시나리오

인지 무선 시스템은 스펙트럼을 효과적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 유연성 향상, 내결함성 향상, 대기 에너지 효율성 향상과 같은 많은 잠재적 기능을 가지고 있습니다. . 위의 장점을 바탕으로 인지 라디오는 민간 및 군사 분야에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다.

스펙트럼 효율은 단일 무선 접속 기기의 스펙트럼 효율을 높이는 것뿐만 아니라, 각 무선 접속 기술의 저장 성능을 향상시켜도 향상될 수 있다. 이러한 새로운 스펙트럼 활용 방식은 시스템의 성능을 향상시키고 스펙트럼의 경제적 가치를 증대시킬 것으로 기대됩니다. 따라서 인지 무선 시스템의 저장/공유 성능의 이러한 개선은 스펙트럼 활용의 새로운 방식의 개발을 촉진하고 스펙트럼 저장/공유 방식으로 스펙트럼에 대한 새로운 접근을 가능하게 합니다. 인지 무선 시스템의 기능은 주로 스펙트럼 관리의 유연성 향상, 수명 주기 동안 장비 작동의 유연성 향상, 시스템 견고성 향상 등을 포함하여 시스템 유연성을 향상시키는 데에도 도움이 됩니다. 내결함성은 통신 시스템의 주요 성능이며 인지 무선은 통신 시스템의 내결함성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 일반적으로 내결함성은 주로 기계 내 테스트, 결함 격리 및 오류 수정 조치를 기반으로 합니다. 내결함성을 위한 인지 무선의 또 다른 장점은 인지 무선 시스템이 결함, 응답 및 오류 메시지를 학습할 수 있는 능력입니다. 인지 무선 시스템은 비즈니스 요구에 따라 대역폭이나 신호 처리 알고리즘과 같은 작동 매개변수를 조정하여 전력 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

인지 라디오가 해결하고자 하는 것은 자원 활용 문제이다. 농촌 지역에 적용할 때의 장점은 다음과 같이 요약할 수 있다. 농촌 라디오 스펙트럼에 사용되는 주요 주파수 대역은 방송, 텔레비전 대역 및 이동 통신 대역입니다. 그 특징은 방송 주파수 대역 점유가 기본적으로 도시와 동일하고, TV 주파수 대역 활용도가 도시보다 적고, 이동통신 주파수 대역 점유가 도시보다 적다는 점이다. 따라서 주파수 영역을 고려하면 도시보다 가용 주파수 자원이 풍부하다.

농촌의 경제는 일반적으로 도시에 비해 덜 발달되어 있으며, TV 대역의 상대적으로 고정된 점유를 제외하면 이동통신의 활용률은 도시만큼 높지 않습니다. 따라서 할당된 주파수의 활용률도 상대적으로 낮습니다. 인구 밀도가 낮은 농촌 지역과 모바일 셀의 방사 반경 제한으로 인해 많은 지역에서 모바일 통신 주파수 범위가 제한되어 있으며, 특히 주파수 공간에서 사용 가능한 자원이 매우 풍부한 원격 지역에서는 더욱 그렇습니다.

이기종 무선 환경에서는 하나 이상의 사업자가 자신에게 할당된 서로 다른 주파수 대역에서 여러 무선 액세스 네트워크를 운영할 수 있습니다. 인지 무선 기술을 사용하면 단말기가 서로 다른 무선 액세스 네트워크의 기능 및/또는 기능을 선택할 수 있습니다. , 그 중 일부는 서로 다른 무선 액세스 네트워크에서 여러 동시 연결을 지원하는 기능을 가질 수도 있습니다. 단말은 동시에 여러 무선 네트워크를 사용할 수 있으므로 애플리케이션의 통신 대역폭이 늘어납니다. 단말의 이동이나 무선 환경의 변화에 ​​따라 적절한 무선 네트워크를 빠르게 전환하여 안정성을 확보할 수 있습니다.

군 통신 분야에서 인지 무선의 가능한 적용 시나리오는 다음 세 가지 측면을 포함합니다. 인지 간섭 방지 통신. 인지 무선은 무선이 주변 환경을 인지하는 능력을 부여하기 때문에 간섭 신호의 특성을 추출한 후 전자파 환경 인식 정보, 간섭 신호 특성, 통신 서비스 요구 사항을 기반으로 적절한 간섭 방지 통신 전략을 선택할 수 있습니다. 라디오 성능 향상. 전장 전자기 환경 인식. 인지 무선의 특징 중 하나는 유도 환경 감지와 통신의 통합입니다. 각 무선국은 통신 무선이자 전자기 환경 감지 무선이기 때문에 무선을 사용하여 전자기 환경 감지 네트워크를 형성하여 전자기 환경 감지에 대한 풀타임, 전대역 및 전지역 요구 사항을 효과적으로 충족할 수 있습니다. 전장 전자기 스펙트럼 관리. 현대 전장의 전자기 스펙트럼은 더 이상 전통적인 무선 통신 스펙트럼이 아니며, 정적 및 중앙 집중식 스펙트럼 관리 전략은 더 이상 유연하고 변경 가능한 현대 전쟁의 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 인지 무선 기술을 기반으로 하는 전장 전자기 스펙트럼 관리는 다양한 전투 요소에 스펙트럼 감지 기능을 제공하여 스펙트럼 모니터링과 스펙트럼 관리를 동시에 진행할 수 있도록 하여 스펙트럼 모니터링 네트워크의 적용 범위를 크게 향상시키고 스펙트럼 관리가 적용되는 주파수 대역을 확장합니다.

결론

사용자의 대역폭 요구 사항을 충족하기 위해 스펙트럼 활용도를 개선하는 방법, 무선 자원 획득 정보 서비스를 언제, 어디서, 어떻게 사용할 수 있도록 무선을 지능화하는 방법 ; 환경으로부터 효과적으로 정보를 얻고, 학습하고, 효과적인 결정을 내리고, 조정하는 방법은 모두 인지 무선 기술로 해결해야 할 문제입니다. 인지 무선 기술의 도입은 무선 환경 인식, 동적 자원 관리, 스펙트럼 활용도 향상 및 안정적인 통신 달성을 위한 강력한 지원을 제공합니다. 인지 라디오는 광범위한 응용 가능성을 갖고 있으며 라디오 기술 개발의 또 다른 이정표입니다.

컴퓨터 논문 샘플 2: 원격 무선 조종 시스템의 설계 연구

1 서론

우리나라의 항공우주 산업이 발전함에 따라 측량선이 수행하는 업무 고밀도 및 고강도 추세로 인해 도킹 기간 동안의 작업 준비 작업이 점점 더 어려워지고 있습니다. 여러 평가 프로젝트, 짧은 평가 시간 및 여러 선박의 조정된 벤치마킹에 직면하여 효율성을 향상시키는 방법은 무엇입니까? 벤치마킹하고 안전하고 신뢰할 수 있는 벤치마킹을 보장하는 것이 시급한 문제가 됩니까? 기밀 유지 요구 사항으로 인해 원래 개발된 원격 교정 제어 시스템은 기존 네트워크에 연결할 수 없습니다. 개인 네트워크를 구축하는 것은 비용이 많이 들고 비용 효율적이므로 첫 번째 선택이 아닙니다. 최근 몇 년 동안 무선 통신은 정보 통신 분야에서 가장 빠르게 성장하고 가장 널리 사용되는 기술이 되었으며 가정, 농업, 산업, 항공 우주 및 기타 분야에서 널리 사용되며 사회 생활에 없어서는 안될 부분이 되었습니다. 정보화 시대에 [1] 이 기술은 측량선의 교정 장비에 대한 원격 제어도 지원합니다. 본 논문에서는 일반적으로 사용되는 중장거리 무선 통신 방식을 비교하고, 최적의 무선 브리지를 선택하며, 브리지 릴레이 네트워크 모드를 채택하고, 원격 장비 측의 네트워크 제어 모듈을 개발하여 선박-원격 장비의 측정을 구현하고, 해당 제어 소프트웨어는 효과적이고 안전한 제어입니다.

2 무선 통신 방식의 비교

무선 통신 기술은 전자파 신호를 이용하여 자유 공간에 정보를 전파하는 통신 방식으로 기술적 형태에 따라 두 가지로 나눌 수 있다. : 첫째, 셀룰러 디지털 패킷 데이터, 일반 패킷 무선 전송 기술, EDGE 등과 같은 셀룰러 기반 액세스 기술, 둘째, WLAN, Bluetooth, IrDA, Home-RF, micro-Analymental Network 기반 기술; 전력 근거리 무선통신 기술 등 중장거리 무선 통신에는 ISM 대역 통신 기술(예: ZigBee 및 기타 주파수 대역 데이터 전송 모듈 등)과 무선 네트워크 기술(예: GSM, GPRS, 무선 브리지 등)이 일반적으로 사용됩니다. ISM 주파수 대역을 기반으로 하는 데이터 전송 모듈의 통신 주파수는 공용 주파수 대역으로, 제품 개발에 제한이 없으므로 매우 빠르게 발전하여 널리 사용되고 있습니다. 특히 최근 몇 년 동안 떠오르는 ZigBee 기술은 낮은 전력 소비, 낮은 복잡성, 저렴한 비용, 특히 네트워킹의 자체 구성 방식으로 인해 네트워크 세그먼트의 장치 수에 제한이 없으며 유연하게 완료할 수 있습니다. 네트워크 링크는 지능형 가정 및 무선 검침과 같은 네트워크 시스템 개발에 적용되었습니다 [2]. 그러나 본 시스템을 개발하기 위해서는 제어점과 제어점의 하드웨어 모듈을 별도로 개발해야 하고, 소프트웨어를 통해 네트워크 환경을 구성해야 하므로 개발주기가 길고 개발비용이 많이 든다. 이는 이 시스템 개발을 위한 최적의 솔루션이 아닙니다.

GSM 및 GPRS와 같은 무선 이동 통신 기술은 사람들의 일상 생활에 없어서는 안 될 부분이 되었으며, 무선 측위 및 원격 제어와 같은 다른 분야에도 적용이 보편화되었습니다[3]. 기밀성, 통신 비용, 개발 비용 등의 요소는 본 시스템 개발에 적용할 수 없습니다. 무선 브리지는 이 시스템의 저비용 및 고효율 연구 개발에 유리한 지원을 제공하며 이 시스템 개발을 위해 선호되는 무선 통신 방법입니다. 무선 브리지는 두 개 이상의 네트워크 사이에 통신 브리지를 구축할 수 있는 무선 네트워크의 브리지이며 무선 액세스 포인트의 분기이기도 합니다. 무선 브리지는 무선 라이센스 적용이 필요 없는 2.4GHz 또는 5.8GHz 주파수 대역에서 작동하므로 다른 유선 네트워크 장비보다 배포가 더 편리하며 특히 도시의 단거리 및 장거리 통신에 적합합니다.

3 시스템 설계

원격 제어 시스템은 교정 장비의 전원을 켜고 끄는 것을 포함하여 측정 선박이 원격 교정 장비를 효과적으로 제어하고 주로 측정 선박 제어 마이크로컴퓨터, 교정 장비, 네트워크 제어 모듈, 주 제어 마이크로컴퓨터 및 무선 브리지로 구성되는 상태 매개변수 수집. 작업 흐름은 다음과 같습니다. 측정 선박 제어 마이크로컴퓨터 또는 주 제어 마이크로컴퓨터는 제어 명령을 보내고, 무선 브리지를 통해 정보를 전파하며, 네트워크 제어 모듈은 명령을 수신 및 분석하고 이를 직렬 포트를 통해 특정 교정 장치로 보냅니다. 학교 장비는 제어 명령에 응답하고 이를 실행합니다. 네트워크 제어 모듈은 정기적으로 쿼리 명령을 보내고 수집된 상태 데이터를 패키지하여 원격 제어 컴퓨터에 무선으로 전송하여 운영자 모니터링을 용이하게 합니다. . 네트워크 통신 프로토콜은 UDP 모드를 채택합니다. 측정 선박 제어 마이크로컴퓨터와 주 제어 마이크로컴퓨터의 경우 특정 데이터 형식에 따라 UDP 패킷을 보내거나 받기만 하면 됩니다. 네트워크 제어 모듈은 시스템의 핵심 구성 요소이며 이 기사의 연구 및 설계의 초점입니다. 현재 일반적으로 사용되는 네트워크 칩에는 주로 ENC28J60, CP2200 등이 포함됩니다. 여기서는 STC89C52RC 마이크로컨트롤러를 기반으로 하는 하드웨어 회로를 설계하고 처리하기 위해 ENC28J60을 선택했습니다. 네트워크 정보 처리 소프트웨어 모듈의 개발을 통해 Modbus 직렬 포트 프로토콜 소프트웨어 모듈의 개발을 통해 네트워크 정보 상호 작용에 대한 기능 요구 사항을 충족하고 교정 장비 모니터링 기능을 충족하여 시스템 설계 목표를 달성합니다.

3.1 네트워킹 모드

무선 브리지에는 지점 간, 지점 대 다중 지점 및 릴레이 연결의 세 가지 작동 모드가 있습니다. 시스템 제어 요구 사항 및 환경 요인에 따라 이 시스템은 릴레이 연결 방법을 채택하며 네트워크 토폴로지는 그림 1에 표시됩니다. 이 릴레이 연결 방법은 원격 제어 측에 두 개의 무선 브리지를 배치하여 주 제어 지점 및 클라이언트와 각각 통신하고 네트워크 제어 모듈을 통해 데이터 상호 작용을 완료하여 네트워킹을 완료한다는 것을 그림에서 명확하게 볼 수 있습니다.

3.2 보안 예방 조치

개방형 설계로 인해 무선 네트워크 보안은 반드시 고려해야 할 문제입니다. 이 시스템의 특징은 비예정 또는 전천후 시동이며 기밀 데이터는 주파수 매개변수일 뿐이며 제어되는 장비 자체에는 보호 조치(프로토콜 보호)가 있습니다. 따라서 시스템 설계 시 액세스 포인트 방지 및 공격 방지에 중점을 두고 로그인 비밀번호 기능, 네트워크 키 설정, 고정 IP, 데이터 구조 내 기밀 데이터의 동적 암호화 등을 포함한 조치를 취합니다. 해킹 당하고 있어." 동시에 네트워크 낙뢰 보호 장치는 낙뢰 손상으로부터 보호하는 데 사용됩니다.

3.3 네트워크 제어 모듈 설계

3.3.1 하드웨어 설계

네트워크 제어 모듈의 기능은 명령 정보 수신, 상태 정보 전송 및 통신입니다. 학교 장비의 하드웨어 회로는 주로 MCU(마이크로 제어 장치), ENC28J60(네트워크 칩), Max232(직렬 포트 칩) 및 주변 회로로 구성됩니다. 그림 2에서. 하드웨어 설계의 핵심은 MCU와 네트워크 칩의 선택입니다. 본 시스템의 MCU로 선정된 STC89C52RC 마이크로컨트롤러는 저전력, 고성능 CMOS 8비트 마이크로컨트롤러로 시리얼 포트를 이용하여 직접 다운로드가 가능합니다. 매우 유연하고 매우 효과적인 다양한 임베디드 제어 애플리케이션 시스템. ENC28J60은 M-icrochip이 생산한 고집적 이더넷 제어 칩입니다. 인터페이스는 IEEE802.3 프로토콜을 준수합니다. 28핀만 해당 기능을 제공할 수 있으므로 관련 설계가 크게 단순화됩니다. ENC28J60은 SPI 인터페이스를 제공하며 MCU와의 통신은 2개의 인터럽트 핀과 SPI를 통해 이루어집니다. ENC28J60은 모든 IEEE802.3 사양을 준수하고 일련의 패킷 필터링 메커니즘을 사용하여 들어오는 데이터 패킷을 제한하며 내부 DMA 모듈을 제공하여 빠른 데이터 처리량과 하드웨어 지원 IP 체크섬 계산을 달성합니다[4]. ENC28J60의 외부 네트워크 인터페이스는 네트워크 변압기, 저항기 네트워크 및 상태 표시 표시등이 내장된 HR911102A를 사용합니다. 이는 신호 절연, 임피던스 매칭, 간섭 억제 등의 특성을 가지고 있어 시스템의 간섭 방지 기능을 향상시킬 수 있습니다. 전송 및 수신의 안정성.

　3.3.2 소프트웨어 설계

네트워크 제어 모듈의 소프트웨어 설계는 주로 두 부분으로 구성됩니다. 하나는 정의를 포함하여 SPI 버스를 기반으로 하는 ENC28J60 드라이버 작성입니다. 이더넷 데이터 프레임 구조, 초기화 및 데이터 송수신, 두 번째는 Modbus 프로토콜 준비이며 소프트웨어 프로세스는 그림 3에 나와 있습니다.

3.3.2.1 ENC28J60용 드라이버 준비

(1) 이더넷 데이터 프레임 구조는 IEEE802.3 표준을 따릅니다. 이더넷 프레임의 길이는 주로 64~1516바이트입니다. 대상 MAC 주소, 소스 MAC 주소, 유형/길이 필드, 데이터 페이로드, 선택적 패딩 필드 및 순환 중복 검사로 구성됩니다. 또한 이더넷 매체를 통해 패킷을 보낼 때 7바이트 프리앰블 필드와 1바이트 프레임 시작 구분 기호가 이더넷 패킷 시작 부분에 추가됩니다. 이더넷 데이터 패킷의 구조는 그림 4에 나와 있습니다. (2) 드라이버 쓰기 1) ENC28J60 레지스터 읽기 및 쓰기 규칙 ENC28J60 칩은 SPI 직렬 인터페이스 모드를 사용하므로 내부 레지스터 읽기 및 쓰기 규칙은 다음과 같습니다. 먼저 opcode lt 처음 3비트 레지스터 주소 lt; bitgt ;를 입력한 다음 작업할 데이터를 보냅니다. 작업이 레지스터(버퍼)를 읽는 것인지, 레지스터(버퍼)를 쓰는 것인지 또는 다른 작업인지를 결정하는 데 서로 다른 opcode가 사용됩니다. 2) ENC28J60 칩 초기화 프로그램 ENC28J60은 데이터 패킷을 보내고 받기 전에 초기화되어야 합니다. 여기에는 주로 트랜시버 버퍼의 크기 정의, MAC 주소 및 IP 주소 및 서브넷 마스크 설정, LEDA 및 LEDB 디스플레이 상태 초기화 및 작업 모드 설정이 포함됩니다. . , 일반적으로 재설정 후 완료되며 설정 후 변경할 필요가 없습니다.

3) ENC28J60은 데이터 패킷을 보냅니다. ENC28J60의 MAC은 데이터 패킷을 보낼 때 프레임 시작 구분 기호와 일치하는 프리앰블을 자동으로 생성합니다. 또한 데이터 패딩 및 CRC 필드는 사용자 구성 및 데이터 특정 조건에 따라 자동으로 생성됩니다. 마스터는 ENC28J60 버퍼 메모리로 전송될 다른 모든 프레임 데이터를 작성해야 합니다. 또한 전송할 데이터 패킷 앞에 패킷 제어 바이트가 추가됩니다. 패킷 제어 바이트에는 PHUGEEN(패킷 초과 크기 프레임 활성화 비트), PPADEN(패킷 패딩 활성화 비트), PCRCEN(패킷 CRC 활성화 비트) 및 POVERRIDE(패킷 재정의 비트)의 네 가지 내용이 포함됩니다. 4) ENC28J60이 데이터 패킷을 수신하고 EIR.PKTIF가 1이고 EPKTCNT 레지스터가 비어 있지 않음을 감지하면 데이터가 수신되었으며 해당 처리가 수행된다는 의미입니다.

　3.3.2.2 ModBus 프로토콜 프로세스

이 시스템에서 ModBus 프로토콜의 데이터 통신은 RTU 모드를 채택합니다[5]. 네트워크 제어 모듈은 마스터 노드와 슬레이브 노드 역할을 합니다. 교정 장비) 직렬 포트를 통해 연결을 설정하면 마스터 노드는 정기적으로 슬레이브 노드에 쿼리 명령을 보내고 해당 슬레이브 노드는 명령에 응답하여 장치 상태 정보를 마스터 노드에 보냅니다. 네트워크 데이터가 감지되면 ENC28J60 수신 데이터 패킷에서 명령이 구문 분석되고 해당 기능 코드와 데이터가 Modbus 데이터 프레임 구조에 따라 구성되어 해당 슬레이브 노드가 제어 명령에 응답하고 장치 매개변수 설정을 수행합니다.

4 시스템 디버깅 및 검증

테스트 디버깅 환경은 그림 1에 따라 배열되며 주로 5개의 무선 브리지, 1개의 주요 제어 포인트, 2개의 클라이언트 및 1개의 네트워크 제어 모듈 보드를 포함합니다. 교정 장비는 주로 네트워크 통신 효과, 네트워크 제어 기능 및 간단한 보안 보호 테스트를 테스트합니다. 테스트 결론: 네트워크 연결은 안정적이며 각 제어 포인트는 원격 장치를 안전하게 제어할 수 있고 특정 보안 보호 기능을 갖추고 있으며 원격 장치 제어 요구 사항을 완전히 충족합니다.

5 결론

이 기사에서는 실제 요구 사항을 바탕으로 네트워크 제어 모듈을 개발하여 현재 대중적인 무선 통신 기술을 비교함으로써 원격 제어 시스템 네트워킹을 구현하는 무선 브리지를 선택합니다. 해당 제어 소프트웨어를 편집하여 선박 측정 장비의 원격 제어 시스템을 개발했습니다. 여러 측량선의 적용은 네트워킹을 위한 무선 교량의 사용이 시스템 설계 요구 사항을 완전히 충족하고 높은 보안, 높은 신뢰성 및 높은 확장성의 이점을 가지며 점점 더 과중해지는 지원 작업에서 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 본 시스템에 채택된 무선 네트워킹 방식과 하드웨어 회로 설계는 다른 관련 제어 분야에 대한 특정 참고값을 갖습니다.