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傳輸機理論文范文1
論文摘要:本文從現有存儲式電子壓力計的技術現狀出發，分析了在井下高溫、高壓、遠距離條件下，實現壓力、溫度數據實時可靠采集、傳輸、分析的壓力計——直讀式電子壓力計的數據傳輸方案和實施，并從技術需求分析、通訊方案選擇、單芯遠距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼的軟硬件設計等方面，對直讀式電子壓力計數據傳輸方案進行了深入研究。試驗數據分析結果表明，本文研究結果解決了直讀式電子壓力計的關鍵技術，增強了電子壓力計在油田測井領域的市場競爭力。
一、引言
目前存儲式電子壓力計已廣泛應用于國內各大油田高溫井下壓力和溫度的測量。存儲式電子壓力計在工作過程中，儀器內的單片機系統和各種傳感器共同完成井下壓力和溫度的采集，并以數字量形式存儲于電可改寫型存儲器中，待測試過程完成后，再將壓力計返回地面，用專門配套研制的數據回放儀與壓力計連接，通過軟件和硬件接口通訊進行數據的接收、回放和處理，使用很不方便，影響生產。
因此，為克服存儲式電子壓力計的上述缺點，提高油田生產效率，提升電子壓力計在油田測井領域的市場競爭力，必須研制在井下高溫、高壓、遠距離條件下，實現壓力、溫度數據實時可靠采集、傳輸、分析的壓力計——直讀式電子壓力計。
二、直讀式電子壓力計技術需求分析
（一）功能及主要技術指標要求
直讀式電子壓力計實現井下壓力和溫度參數的測量，并將測量結果通過單芯鎧裝電纜實時傳送至地面解碼控制儀，主要技術指標要求如下所示。
a)壓力測量范圍：（0～30、45、60、80）MPa；壓力測量誤差：0.04%F.S；
b)溫度測量范圍：（-20～+150）℃,測量誤差：±1℃；
c)傳輸距離不小于6000m；通訊誤碼率1.0×10-7。
（二）基本方案及工作原理
直讀式電子壓力計由井下電子壓力計和地面解碼控制儀兩部分組成，其中井下電子壓力計由壓力傳感器、溫度傳感器、信號放大電路、模數轉換電路、單片機系統、編碼電路、數字通訊接口電路和裝載于單片機系統中的相關工作軟件組成，解碼控制儀由解碼電路、通訊接口電路、通用計算機(油田配置)和相關工作軟件組成。
工作過程中，井下電子壓力計由地面解碼控制儀通過單芯鎧裝電纜提供能源，溫度和壓力傳感器分別將環境壓力和溫度轉換為電信號輸出，該電信號經放大和模數轉換后由單片機系統進行數據實時采集和處理，然后按一定周期經數字通訊口輸出。井下電子壓力計和井上解碼控制儀之間通過單芯鎧裝電纜連接，解碼控制儀中通訊接口電路接收井下電子壓力計輸出的壓力和溫度數據，并經解碼后輸入計算機中進行實時分析和處理。
三、數據傳輸方案選擇
設備之間數據通訊通常有并行通訊和串行通訊兩種方案，并行通訊的缺點是傳輸距離短，通訊信道所占點號多，而串行通訊與之相反。根據井下電子壓力計與井上解碼控制儀的數據傳輸特點，需選擇串行數據傳輸方式。
在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區分邏輯1和邏輯0，即用正的電壓跳變表示邏輯0，用負的電壓跳變表示邏輯1。
在油田測井中，井下電子壓力計在井下采集大量信息，并傳送給地面解碼控制儀；但井下電子壓力計到地面解碼控制儀這段信道的傳輸距離較長且環境惡劣，常用的NRZ碼不適合在這樣的信道里傳輸，而且NRZ碼含有豐富的直流分量，容易引起滾筒的磁化。曼徹斯特編碼方式使得信號以串行脈沖碼的調制方式在數據線上傳輸，和最常用的NRZ碼相比，消除了NRZ碼的直流成分，具有時鐘恢復和更好的抗干擾性能，這使它更適合于從井下到井上的信道傳輸，因而在井下電子壓力計和地面解碼控制儀之間選用曼徹斯特編碼使數據傳輸可靠性更高、傳輸距離更遠。
四、曼徹斯特碼編碼軟硬件設計
每一周期井下電子壓力計需將采集到的壓力和溫度兩個參數分別進行曼徹斯特編碼方式輸出，井下電子壓力計與地面解碼控制儀之間按如下通訊協議進行。
a)壓力與溫度均以字為單位進行傳送，先發送壓力字，后發送溫度字，一個壓力字和一個溫度字的組合稱為一個消息；
b)每一個字由20位組成，第1～3位為3個起始位，第4～19位為16個數據位，第20位為奇偶校驗位；
c)壓力字3個起始位電平為先高后低，溫度字起始位為先低后高，高低電平均各占一位半，壓力字與溫度字校驗位均采用奇校驗；
d)傳輸的波特率：5.7292kbps（175μs/位），傳輸一個消息共耗時3.5ms。為保證數據傳輸可靠性，井下電子壓力計同一消息在一個采樣周期內重復發送兩次，地面解碼控制儀根據校驗位判斷每個字的正確性。
由單片機編程輸出兩路I/O控制信號，經過濾波電路、運放電路、整型電路后，產生曼徹斯特編碼雙相電平信號，并經單芯鎧裝電纜送至地面解碼控制儀。為滿足曼徹斯特編碼格式及井下電子壓力計與地面解碼控制儀之間的通訊協議，井下電子壓力計軟件采用如下的編程方式輸出波形。
a）壓力字同步頭為262.5μs高電平后跟隨262.5μs低電平，溫度字同步頭為262.5μs低電平后跟隨262.5μs高電平；
b）若數據位為邏輯0，則在87.5μs低電平后跟隨87.5μs高電平；
c）若數據位為邏輯1，則在87.5μs高電平后跟隨87.5μs低電平；
d）校驗位的波形產生方式與數據位相同。
五、曼徹斯特碼解碼軟硬件設計
地面解碼控制儀需將井下電子壓力計輸出的曼徹斯特碼進行解碼，并按通訊協議用軟件將接收到的曼徹斯特碼數據轉換為井下電子壓力計測得的壓力和溫度數據，即地面解碼控制儀中的解碼過程為井下電子壓力計編碼過程的逆過程。曼徹斯特碼解碼過程可分為如下三部分：
a)同步字頭檢測，并辨別其為溫度數據還是壓力數據。
b)對曼碼形式的數據進行解碼，從曼徹斯特碼波形中分離出同步時鐘，并將時鐘和數據進行處理使曼碼數據轉化為非歸零二進制數據。
c)將串行數據轉化為并行數據，并進行奇偶校驗，以檢驗數據傳輸的正確性。
經過幾千米鎧裝電纜傳輸上來的數據，幅度衰減到毫伏級，因此井上需要精密的解碼電路，才能保證數據傳輸無誤碼率。井下傳輸上來的數據經過濾波電路、精密運算放大器、雙D觸發器輸出曼碼波形給單片機，經過單片機的程序轉化為井下的壓力與溫度數字量。
六、試驗結果
直讀式電子壓力計首臺產品完成廠內試驗后，到油田用8000m的鎧裝電纜連接井下電子壓力計和地面解碼控制儀，將電子壓力計下放到井下6500m的深度，在溫度高達150℃、壓力為30～60MPa的油井中測試壓力和溫度。在三次連續5個小時的測試過程中，數據傳輸準確可靠，沒有出現丟點現象，誤碼率為零。
七、結束語
試驗數據統計分析結果表明，本文研究結果解決了直讀式電子壓力計通訊方案、通訊協議、單芯遠距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼軟硬件設計等關鍵技術，增強了電子壓力計在油田測井領域的市場競爭力。
參考文獻：
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視覺傳達藝術是當代新興起的藝術狂潮，在各大媒體雜志的大肆宣傳下，成為了當下藝術設計時興的一種設計理念?！耙曈X”指人民能用肉眼看到的視覺感受，“傳達”是將所接收到的信息進行傳遞的一個過程。其主要內容包括大自然和個體的信息傳遞、個體內部的信息傳遞與個體和個體的信息傳遞，其間的哲理邏輯性比較強。商業服務是視覺傳達藝術的主要領域，商業行業利用人民的視覺形象和商業服務進行有機結合，通過媒體展現給公眾，從而促使公眾消費。視覺表達藝術通過文字、圖形和顏色的搭配，展現出不同的美感，這是讓人可以和大自然溝通的良好表現，這種表現把商品的優勢和特點通過視覺最直觀的表達給客戶，對商品的促銷起了重要的作用。隨著人們生活水平的提高，人們開始更加注重精神領域的需求，視覺傳達藝術從開始美術設計到現在的平面設計，給人們的精神生活帶來了新興的元素，填補了人們空虛的精神生活，在新時期下視覺傳達藝術的不斷創新和發展，已經應用到更為廣泛的不同領域，但要滿足人們日益增長的精神需求，這就要求設計師不斷提高自身的專業知識和水平，在傳統的設計理念中不斷創新和探索，給人們傳遞不同的視覺盛宴。
二、視覺傳達藝術設計的創新設計理念
（一）對設計理念和視覺語言進行創新
隨著人們審美觀念的提高，人們的精神需求和品味也更加不容易得到滿足，因此，商業企業在對設計師的設計理念方面的要求也要求越來越高，只有在設計理念方面不斷的改革創新下設計的藝術作品才能與社會需求接軌,有利于視覺傳達藝術長期有效的發展。在視覺傳達藝術的色彩、文字光、影與文字方面進行創新設計，不僅能體現當前時代的特色，還能提高公眾對美學的感知和認識。同時在視覺語言上的創新也十分重要，視覺傳達藝術主要從圖形語言話和語言圖形化入手，視覺語言主要包括圖形、文字和色彩的美學和視覺元素進行創新。視覺語言的創新更加吸引客戶的實現，更好地進行宣傳。
（二）實現多元化和個性化創新
設計師在設計藝術品時，利用藝術風格的多元化來展現出藝術品本身具有的個性化。在傳統的視覺傳達藝術的設計方式單一、缺乏個性和新穎。因此，設計師應改變傳統的設計方式，把傳統模式進行創新向多元化和個性化發展。設計師應抓住時展的需求，設計出具有現代特色的作品，將設計理念的多元化以及個性化，通過設計品的視覺傳達藝術展現在人們的視線中。個性化的設計能在和其他作品相比中脫穎而出，設計師應該根據每個產品自身的特點設計出具有個性化特色的作品。滿足人們日益提高的精神需求。
（三）設計理念的民族特色和綠色創新理念
隨著社會的不斷變化，人們精神越來越不容易得到滿足，在這個到處充滿創新和改革的時代，設計理念除了要多元化和個性化以外，還應該加入具有民族特色的創新理念。使設計理念的元素更加豐富，吸引群眾目光的同時也發揚了我國的傳統民族文化。在設計理念的不斷創新和變化，企業也不能忽略對社會環保問題，綠色環保問題已成為現代人最為重視的一個問題，如果設計師能把綠色充分融入到視覺傳達藝術的設計理念中，人們在追求美感還能增強綠色環保意識，從而提高了人們的生活環境質量，把視覺傳達藝術更好的展現出來。
三、總結
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山西省作協副主席韓石山說，“麥地”是一個好名字，立馬讓他想到后頭再綴上三個字的一本外國小說，接著又想到了故鄉晉南平原上那一望無垠的麥田。春天一片蔥綠，夏天一片金黃。有生機也就預示著收獲，是收獲也就蘊含著曾有的生機。韓石山說自己給這四位作者都寫過評介性的文字。在他們各自奮斗多少年后，集結在一起，顯示了許多共同的品質：張揚的是個性，內斂的是傳統。山西文學常被人以“山藥蛋派”概之，韓石山說自己最容忍不了就是藝術單一，最企盼的就是五彩繽紛、各映其輝。韓石山說：“‘麥地叢書’的出版，絕對是個喜訊兒，我不愿意給它冠上什么姓氏，但它昭示的東西是不言而喻的，且讓我這文壇的老兵也說句大話吧――山西文學的威風又來了！”
讓我們再聽聽作者們的體認。
葛水平說，自己與趙樹理先生惟一有關系的就是都出生在山西。在當代文學的歷史敘述中，以趙樹理為代表的山西作家群，一直具有“流派”性質。其實，趙樹理的創作生涯中也有不少困惑，而且這些困惑是他本人所不能解決的。如果說我們和前輩作家有聯系的話，就是地域特征的規約，使我們共同關注了普通人。山西是農業省份，鄉土中國文化在這里一直流淌，這是一種不自覺的文學接續。與“后”有關系的是我們的出生。葛水平說，值得慶幸的是，現在作家的創作環境與趙樹理那個年代比較起來要自由得多，文學所承擔的重負也不能簡單比較。讓她感慨的是，今天還有多少作家能夠像趙樹理那樣專注和有敬畏之情、能夠像趙樹理那樣堅韌和持久？這也是我們只能在趙樹理之“后”而難超越的最終原因。無論在山西還是在全國其它地方，趙樹理等文學前輩已經成為我們的尺度和豐碑，也是構成今天的“焦慮”之一。但一個時代有一個時代的文學，歲月拉開的不僅是物理時間的距離，同時拉開的還有社會、人文環境以及對文學理解的距離。這一切不在我們的把握之中，因此文學最終與命名無關，與之相關的是我們如何對人類的基本價值和文學價值進行堅守與捍衛。
王祥夫也表示很敬重趙樹理先生，但他覺得以地域對作家進行分類是不科學的。他說，趙樹理最值得學習的地方還是在于他關注現實的態度，在于他的現實主義寫作精神。有句話是“你不關注社會，社會也不會關注你；你不研究民眾，民眾也不會研究你”。趙樹理做到了這一點，所以人們到現在還頻頻提起他并紀念他。談到趙樹理，王祥夫覺得不應該用所謂的“民間立場”――這是現在被批評家們頻頻提到的一個詞。趙樹理那時候的創作和政治聯系還是十分緊密的，一點都不敢偏離，說“民間立場”只能說明他的選材眼光。是他的出身、他工作的經歷、他的興趣所在，注定了他是那樣一個作家，而他在政治上的敏感，使其創作更加地符合以往通常認為的“典型的現實主義”。說到自己的創作，王祥夫說他寫的大多是周圍來往穿梭的小人物，因為熟悉他們，所以很自然要寫到他們。一個作家的生命，就在于他對民眾要有真情。說到師承，王祥夫覺得自己從藝術到思想都與“山藥蛋派”有距離。記得上世紀90年代他在《上海文學》發表中篇小說《雇工歌謠》的時候，主編周介人專門為這篇小說寫了卷首語，題目就是《又見山藥蛋派》，當時他就感到很愕然。但有一點是肯定的，那就是趙樹理先生熱情關注現實的精神是應該繼承的，然后才能談到藝術上的突破和超越，對趙樹理的真正理解也在于此。
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關鍵詞： 協作通信；中斷概率；角色選擇
Abstract： This paper describes an adaptive cooperative technique and opportunistic role-selection scheme based on a traditional cooperative scheme. We create an opportunistic cooperative framework where two users compete to transmit their own information to a common destination. Depending on the instantaneous channel conditions， either of the users can be the information source and the other user is an amplify-and-forward relay. To reduce the likelihood of system outages， an optimal centralized role selection scheme called C-ROSE is proposed. This scheme maximizes the received signal-to-noise ratio at the destination. Our dynamic， flexible role-selection scheme can ameliorate transmission reliability in order to create an effective cooperative communication system.
Key words：cooperative communications； outage probability； role selection
中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：1009-6868 （2013） 04-0046-03
在協作分集系統中，當有多個相同類型的節點（如信源、中繼或目的端節點）可供選擇時，可通過機會地選取具有最高端到端信噪比的節點參與協作來提高傳輸魯棒性。2006年，Bletsas等人針對典型的多中繼協作場景首次提出了機會選擇思想[1-2]。隨后，這種思想被拓展到多源協作系統[3-6]和多目的端協作系統[7-10]中。上述工作的共同點在于：每個節點的角色（即信源、中繼或目的端）都是預先確定的，且不隨系統中瞬時信道狀態的變化而變化。盡管這種預先確定的（固定的）角色配置有其自身優點，它卻不能保證每次信息傳輸時均采用信道質量最好的鏈路，因此存在一些缺陷：
（1）公平性不足。
（2）能量有效性不足。
針對上述不足之處，文獻[11]推導了一種具有兩發射機、兩接收機的四節點ad-hoc網絡的信息理論容量上下界。分析表明：發射機（接收機）間的協作分集可以提供一種高信噪比加性增益。進而，針對相同的系統模型，Ng等人同時考慮了接收機協作和發射機協作，并刻畫了其協作開銷（以網絡中分配的功率和帶寬為指標）[12]。最近，通過在上述系統模型中增加中繼節點并考慮含有多個信源-目的端對的一般場景，Ju等人[13]提出了幾種最優和子優的傳輸策略并分別計算了對應的中斷概率。盡管上述工作[11-13]研究了信源或目的端節點間的相互協作，機會角色選擇的概念尚未建立起來。更重要的是，機會角色選擇的內在工作機理尚未得到深入研究，不同鏈路對于系統中斷性能的影響仍然是未知的。為解決上述問題，文章將構建一種兩用戶機會角色協作框架，并提出一種中心化的機會角色協作策略。通過這種動態的機會角色選擇機制，全面提高系統端到端傳輸可靠性。
1 系統模型與協議描述
1.1 系統模型
在無線ad-hoc網絡中，終端設備間以彼此對等的方式相互通信而不需要有線網絡者或基礎設施做更好支撐[11]。為克服路徑損耗或障礙物等因素影響，信源與目的端間的通信可借助一些中間節點來實現，由此形成了中繼鏈路。同時，由于每個終端設備所具有的能量是有限的，每個節點都會試圖借助臨近節點幫助轉發信息以減少能耗。對于這些場景，機會規劃可以有效利用隨機信道條件來提高傳輸魯棒性，但同時也會帶來節點間的相互競爭。如圖1所示，考慮一種協作分集系統，其中兩個用戶S 1和S 2向同一目的端D發送信息。所有終端均為單天線設備且工作于半雙工模式。此外，假設任意兩節點間的信道均滿足互逆性且遭受獨立的瑞利平坦慢衰落[14]。
在每次兩階段信息傳輸前，S 1和S 2中的某個用戶被機會地選為信息源，另外一個用戶作為其放大轉發（AF）中繼。這里考慮一種能量受限的場景，即S 1和S 2只在兩階段中的某一階段傳輸信息。對于該場景，開采S 1和S 2間的協作分集將獲得更高的傳輸可靠性。文章將這種協作機制稱為機會角色選擇（ROSE）。
1.2 中心化角色選擇策略
中心化ROSE策略（C-ROSE）是指在系統中某個節點集中收集所有鏈路的信道狀態信息（CSI）來中心化配置各節點的協作角色。該策略依賴于目的端對CSI的集中式收集和比較判決。具體來說，C-ROSE策略在5個時隙內完成角色選擇。在前兩個時隙，用戶S 1通過直傳鏈路S 1D和兩跳中繼鏈路（S 2的放大轉發操作將產生另外1 bit信令開銷）S 1S 2D分別傳輸1 bit測試信令到目的端。進而，目的端執行最大比組合（MRC）來收集直傳鏈路和中繼鏈路信號。類似地，在接下來兩個時隙，用戶S 2通過直傳鏈路S 2D和中繼鏈路S 2S 1D分別發送1 bit測試信令給目的端D。目的端D通過MRC組合收集來自S 2的直傳鏈路和中繼鏈路信號，在D具有更高組合信噪比的用戶被選為信息源，而另外一個用戶被選為AF中繼。由此，可在目的端D進行中心化角色判決。隨后，目的端廣播1 bit信令“0”或“1”來告知S 1和S 2其角色判決結果。該過程將占用一個附加時隙，于是產生總共5個時隙的選擇延遲。注意，C-ROSE的延遲和信令開銷不隨系統中瞬時信道條件的變化而變化。
2 機會角色選擇的研究意義
機會角色選擇機制作為一種嶄新的自適應協作方式，它源于傳統的固定角色指配機制，但又有其不可比擬的優勢：
（1）同樣是利用中繼協作技術的增益來提高系統的可靠性，機會角色選擇機制充分利用了無線信道衰落的隨機波動特性對各個節點角色進行實時的最優分配，從而全面提高了端到端的信息傳輸可靠性。
（2）與傳統的固定節點角色機制相比，根據各條鏈路的CSI，合理地、機會地規劃各節點的角色，有助于增強系統中各節點角色配置的動態性和靈活性，進而提高各節點信息傳輸的公平性。
（3）由于各節點能量或功耗是有限的，通過動態調度各節點參與協作的角色，能夠均衡各節點能耗（或功耗），有效延長系統生命周期，保證系統能量的高效性。
（4）由于ROSE協作系統的節點對等特性和協作自組織特性，可嘗試通過分布式ROSE策略以降低機會角色選擇的信令開銷和實現復雜度。
總之，ROSE協作系統研究是傳統協作分集系統研究的深化和拓展，具有重要的理論研究意義和實用價值[12-13]。
3 亟待解決的問題
雖然協作分集系統中的機會角色選擇策略有諸多優勢，但也存在其特有的、亟待解決的問題：
（1）如何能夠降低最佳方案選擇的難度？
在機會角色選擇協作系統中，每個節點都可能作為信源、中繼或目的端，因此候選角色配置方案的種類會隨著節點數量的增加而增加。由于最終角色配置方案的確定依賴于各節點間鏈路的瞬時信道衰落狀態，而各角色配置方案共享相同的鏈路信道狀態，這會使得各種角色配置方案之間緊耦合，從而增大候選角色配置方案間的相關性和最佳方案選擇的難度。因此，如何在保持節點角色選擇動態性和靈活性的同時，最大程度降低方案選擇的難度成為一個關鍵性問題。
（2）如何通過研究信令反饋、交互傳輸錯誤引起的角色判決偏差使理論分析更符合實際應用？
任何理論研究都是以實際應用為最終目的。在角色選擇機制協作系統中，大量的信令反饋與交互被引入，為了降低性能分析的復雜度，在分析的過程中往往默認信令傳輸不會出現差錯，或是忽略為支撐信息傳輸而實際存在的信令傳輸，由此得到的性能分析結果只能看作是系統實際性能的上界[1-2]，[15]，這樣做是不全面不客觀的，會導致理論分析與實際應用之間存在性能偏差。因此，深入研究信令傳輸錯誤對ROSE協作系統性能的影響有助于全面、客觀評估ROSE協作系統的實際可達性能，減小理論分析與實際性能間的偏差。
（3）如何合理分配信息和信令發射功率？
在傳統的協作系統中，信令反饋和交互較少發生，因此可以在考慮功率分配問題時只關注用于信息傳輸的發射功率分配，而忽略用于信令傳輸的發射功耗。然而，對于信令反饋與交互頻繁發生的ROSE協作系統，信令交互與信息傳輸變得同等重要，在系統（或每個節點）總發射功率一定條件下，增大用于信息傳輸的發射功率就意味著減小用于信令傳輸的發射功率，信令交互錯誤會擾亂節點角色的機會規劃配置，導致系統傳輸中斷。反之，一味增大信令發射功率雖然能選出最有利于信息傳輸的角色配置（及對應的無線鏈路），卻會因為信息發射功率的枯竭而對系統傳輸可靠性產生嚴重影響。因此合理分配各節點用于信息和信令傳輸的發射功率，將同時保證信息和信令傳輸可靠性，最終全面提升ROSE協作系統傳輸性能。
4 結束語
文章首先構建了一種兩用戶機會協作框架，在該框架中根據瞬時信道條件，每個用戶都能作為信源（或中繼）來傳輸（或轉發）信息給目的端。針對該協作框架，我們提出了一種中心化機會角色選擇策略，即C-ROSE?？梢钥闯?，協作分集系統中機會角色選擇策略研究作為一個嶄新的前沿課題，可充分研究并利用無線信道的隨機波動特性有效提升協作分集系統的抗衰落性能，是傳統機會協作機制的拓展和深化。這不僅符合傳統協作分集技術的發展趨勢，具有重要的理論研究意義，而且對于構建穩固、高效、互惠的協作傳輸體系也具有重要的實際應用前景。
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作者簡介
葛建華，現任西安電子科技大學通信工程學院副院長、教授、博士生導師，ISN國家重點實驗室副主任，國家數字電視標準化委員會委員；長期從事數字視頻廣播技術、MIMO-OFDM技術和移動通信技術研究；榮獲國家科技進步獎多項；在一些知名學術刊物和IEEE重要國際會議發表學術論文50余篇，完成學術專著多部。
傳輸機理論文范文5
摘要:入侵檢測系統與其他網絡安全設備的不同之處便在于，ids是一種積極主動的安全防護技術。生物免疫系統是機體保護自身的一種防御性結構，入侵檢測系統與生物免疫系統有著許多相似之處。論文在簡要介紹免疫機理在入侵檢測研究現狀的基礎上，著重探討一種針對當前計算機及其網絡運行的人工免疫系統（artificialimmunesystem，ais）的理論模型，以及一種基于免疫機理的入侵檢測系統的多子系統、多的體系結構。
目前，開放式網絡環境使人們充分享受著數字化，信息化給人們日常的工作生活學習帶來的巨大便利,也因此對計算機網絡越來越強的依賴性，與此同時,各種針對網絡的攻擊與破壞日益增多，成為制約網絡技術發展的一大障礙。傳統的安全技術并不能對系統是否真的沒有被入侵有任何保證。入侵檢測系統已經成為信息網絡安全其必不可少的一道防線。
人體內有一個免疫系統，它是人體抵御病原菌侵犯最重要的保衛系統，主要手段是依靠自身的防御體系和免疫能力。一些學者試圖學習和模仿生物機體的這種能力，將其移植到計算機網絡安全方面。相關研究很多都基于生物免疫系統的體系結構和免疫機制[5]?；诿庖呃碚摰难芯恳阎饾u成為目前人們研究的一個重要方向，其研究成果將會為計算機網絡安全提供一條新的途徑。
一、入侵檢測簡介
入侵即入侵者利用主機或網絡中程序的漏洞，對特權程序進行非法或異常的調用，使外網攻擊者侵入內網獲取內網的資源。入侵檢測即是檢測各種非法的入侵行為。入侵檢測提供了對網絡的實時保護，在系統受到危害時提前有所作為。入侵檢測嚴密監視系統的各種不安全的活動，識別用戶不安全的行為。入侵檢測應付各種網絡攻擊，提高了用戶的安全性。入侵檢測[4]技術就是為保證網路系統的安全而設計的一種可以檢測系統中異常的、不安全的行為的技術。
二、基于免疫機理的入侵檢測系統
（一）入侵檢測系統和自然免疫系統用四元函數組來定義一個自然免疫系統∑nis[5]，∑nis=(xnis,ωnis,ynis,gnis)xnis是輸入，它為各種類型的抗原，令z表示所有抗原，抗原包括自身蛋白集合和病原體集合這兩個互斥的集合，即，用w表示自身蛋白集合，nw表示病原體集合，有s∪nw=z，w=ynis是輸出，只考慮免疫系統對病原體的識別而不計免疫效應，ynis取0或1，分別表示自然免疫系統判別輸入時的自身或非自身。
gnis是一個自然免疫系統輸入輸出之間的非線性關系函數，則有ynis=gnis(xnis)=ωnis為自然免疫系統的內部組成。而根據系統的定義，入侵檢測系統可以表示為∑ids=(xids,ωids,yids,gids)
式中，xids是入侵檢測系統的輸入。令m表示是整個論域，整個論域也可以劃分成為兩個互斥的集合即入侵集合，表示為i和正常集合表示﹁i，有i∪﹁i=m，i∩﹁i=輸入xids，輸出yids，此時入侵檢測系統具有報警s和不報警﹁a兩種狀態，報警用1表示，不報警用0表示。
gids表示輸入與輸出之間的非線性函數關系，則有yids=gids(xids)=ωids是自然免疫系統的內部組成。不同種類的檢測系統具有不同的ωids，產生不同的ωids，從而將輸入向量映射到輸出。
（二）基于自然免疫機理的入侵檢測系統的設計
自然免疫系統是一個識別病原菌的系統，與網絡入侵檢測系統有很多類似之處，因此自然免疫系統得到一個設計網絡入侵檢測系統的啟發，我們先來研究自然入侵檢測系統的動態防護性、檢測性能、自適應性以及系統健壯性這四個特性[5]。
1.動態防護性。
自然免疫系統可以用比較少的資源完成相對復雜的檢測任務。人體約有1016種病原體需要識別，自然免疫系統采用動態防護，任一時刻，淋巴檢測器只能檢測到病原體的一個子集，但淋巴檢測器每天都會及時更新，所以每天檢測的病原體是不同的，淋巴細胞的及時更新，來應對當前的待檢病原體。
2.檢測性能。
自然免疫系統具有非常強的低預警率和高檢測率。之所以具有這樣好的檢測性能，是因為自然免疫系統具有多樣性、多層次、異常檢測能力、獨特性等多種特性。
3.自適應性。
自然免疫系統具有良好的自適應性，檢測器一般情況下能夠檢測到頻率比較高的攻擊規則，很少或基本根本沒有檢測到入侵的規則，將會被移出常用檢測規則庫，這樣就會使得規則庫中的規則一直可以檢測到經常遇到的攻擊。基于免疫機理的入侵檢測系統采用異常檢測方法檢測攻擊，對通過異常檢測到的攻擊提取異常特征形成新的檢測規則，當這些入侵再次出現時直接通過規則匹配直接就可以檢測到。
4.健壯性。
自然免疫系統采用了高度分布式的結構，基于免疫機理研究出的入侵檢測系統也包含多個子系統和大量遍布整個系統的檢測，每個子系統或檢測僅能檢測某一個或幾類入侵，而多個子系統或大量檢測器的集合就能檢測到大多數入侵，少量幾個的失效，不會影響整個系統的檢測能力[4]。
（三）基于免疫機理的入侵檢測系統體系架構
根據上述所討論的思想，現在我們提出基于免疫機理的入侵檢測系統aiids[1]，包括如下四個組成部分：
1.主機入侵檢測子系統。
其入侵信息來源于被監控主機的日志。它由多個組成，主要監控計算機網絡系統的完整保密以及可用性等方面。
2.網絡入侵子系統。
其入侵信息來源于局域網的通信數據包。該數據包一般位于網絡節點處，網絡入侵子系統首先對數據包的ip和tcp包頭進行解析，然后收集數據組件、解析包頭和提取組件特征、生成抗體和組件的檢測、協同和報告、優化規則、掃描攻擊以及檢測機遇協議漏洞的攻擊和拒絕服務攻擊等。
3.網絡節點入侵子系統。
其入侵信息來源于網絡的通信數據包，網絡節點入侵子系統監控網絡節點的數據包，對數據包進行解碼和分析。他包括多個應用層，用來檢測應用層的各種攻擊。
4.控制臺。
有各種信組件，包括交互組件以及通信組件，交互組件用于顯示當前被檢查的網絡系統的各種安全狀況，通信組件用于與子系統進行通信聯絡[5]。
傳輸機理論文范文6
計算機理論探析計算機網絡安全的現狀和防范
現在，計算機通信網絡以及Internet已成為我們社會結構的一個基本組成部分。網絡被應用于各個方面，包括電子銀行、電子商務、現代化的企業管理、信息服務業等都以計算機網絡系統為基礎。安全性是互聯網技術中很關鍵的也是很容易被忽略的問題。在網絡廣泛使用的今天，我們更應該了解網絡安全，做好防范措施，做好網絡信息的保密性、完整性和可用性。
一、網絡安全的含義及特征
（一） 含義。
網絡安全是指網絡系統的硬件、軟件及其系統中的數據受到保護，不因偶然的或者惡意的原因而遭受到破壞、更改、泄露，系統連續可靠正常地運行，網絡服務不中斷。
（二）網絡安全應具有以下五個方面的特征。
保密性：信息不泄露給非授權用戶、實體或過程，或供其利用的特性。
完整性：數據未經授權不能進行改變的特性。即信息在存儲或傳輸過程中保持不被修改、不被破壞和丟失的特性。 可用性：可被授權實體訪問并按需求使用的特性。即當需要時能否存取所需的信息。例如網絡環境下拒絕服務、破壞網絡和有關系統的正常運行等都屬于對可用性的攻擊。
可控性：對信息的傳播及內容具有控制能力。
可審查性：出現的安全問題時提供依據與手段
二、網絡安全現狀分析和網絡安全面臨的威脅
（一）網絡安全現狀分析。
互聯網和網絡應用以飛快的速度不斷發展，網絡應用日益普及并更加復雜，網絡安全問題是互聯網和網絡應用發展中面臨的重要問題。網絡攻擊行為日趨復雜，各種方法相互融合，使網絡安全防御更加困難。黑客攻擊行為組織性更強，攻擊目標從單純的追求“榮耀感”向獲取多方面實際利益的方向轉移，網上木馬、間諜程序、惡意網站、網絡仿冒等的出現和日趨泛濫；手機、掌上電腦等無線終端的處理能力和功能通用性提高，使其日趨接近個人計算機，針對這些無線終端的網絡攻擊已經開始出現，并將進一步發展。總之，網絡安全問題變得更加錯綜復雜，影響將不斷擴大，很難在短期內得到全面解決。總之，安全問題已經擺在了非常重要的位置上，網絡安全如果不加以防范，會嚴重地影響到網絡的應用。
（二）網絡安全面臨的威脅。
計算機網絡所面臨的威脅是多方面的，既包括對網絡中信息的威脅，也包括對網絡中設備的威脅，歸結起來，主要有三點：一是人為的無意失誤。如操作員安全配置不當造成系統存在安全漏洞，用戶安全意識不強，口令選擇不慎，將自己的帳號隨意轉借他人或與別人共享等都會給網絡安全帶來威脅。二是人為的惡意攻擊。這也是目前計算機網絡所面臨的最大威脅，比如敵手的攻擊和計算機犯罪都屬于這種情況。三是網絡軟件的漏洞和“后門”。任何一款軟件都或多或少存在漏洞，這些缺陷和漏洞恰恰就是黑客進行攻擊的首選目標。絕大部分網絡入侵事件都是因為安全措施不完善，沒有及時補上系統漏洞造成的。此外，軟件公司的編程人員為便于維護而設置的軟件“后門”也是不容忽視的巨大威脅，一旦“后門”洞開，別人就能隨意進入系統，后果不堪設想。
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計算機理論探析計算機網絡中服務的概念
由系統管理員管理的結構化計算機環境和只有一臺或幾臺孤立計算機組成的計算機環境的主要區別是服務。這種只有幾臺孤立計算機的典型環境是家庭和那些很小的非技術性的辦公室，而典型的結構化計算機環境則是由技術人員操作大量的計算機，通過共享方便的通信、優化的資源等服務來互相聯結在一起。當一臺家用電腦通過互聯網或通過ISP 連接到因特網上， 他就是使用了ISP 或其他人提供的服務才進入網絡的。
提供一個服務絕不僅僅是簡單的把硬件和軟件累加在一起，它包括了服務的可靠性、服務的標準化、以及對服務的監控、維護、技術支持等。只有在這幾個方面都符合要求的服務才是真正的服務。
1 服務的基本問題。
創建一個穩定、可靠的服務是一個系統管理員的重要工作。在進行這項工作時系統管理員必須考慮許多基本要素，其中最重要的就是在設計和開發的各個階段都要考慮到用戶的需求。要和用戶進行交流， 去發現用戶對服務的要求和預期，然后把其它的要求如管理要求等列一個清單，這樣的清單只能讓系統管理員團隊的人看到。
服務應該建立在服務器級的機器上而且機器應該放在合適的環境中，作為服務器的機器應當具備適當的可靠性。服務和服務所依賴的機器應該受到監控，一旦發生故障就發出警報或產生故障記錄清單。
作為服務一部分的機器和軟件應當依賴那些建立在相同或更高標準上的主機和軟件，一個服務的可靠性和它所依賴的服務鏈中最薄弱環節的可靠性是相當的。一個服務不應該無故的去依賴那些不是服務一部分的主機。一旦服務建好并完成了測試， 就要逐漸轉到用戶的角度來進行進一步的測試和調試。
1.1 用戶的要求。
建立一個新服務應該從用戶的要求開始，用戶才是你建立服務的根本原因。如果建立的服務不合乎用戶的需要，那就是在浪費精力。
搜集用戶的需求應該包括下面這些內容：他們想怎樣使用這些新服務、需要哪些功能、喜歡哪些功能、這些服務對他們有多重要，以及對于這些服務他們需要什么級別的可用性和技術支持。如果可能的話，讓用戶試用一下服務的試用版本。不要讓用戶使用那些很麻煩或是不成功的系統和項目。盡量計算出使用這個服務的用戶群有多大以及他們需要和希望獲得什么樣的性能，這樣才能正確的計算。
1.2 操作上的要求。
對于系統管理員來說， 新服務的有些要求不是用戶直接可見的。比如系統管理員要考慮到新服務的管理界面、是否可以與已有的服務協同操作，以及新服務是否能與核心服務如認證服務和目錄服務等集成到一起。
從用戶期望的可靠性水平以及系統管理員們對系統將來要求的可靠性的預期，系統管理員們就能建立一個用戶期望的功能列表，其內容包括群集、從屬設備、備份服務器或具有高可用性的硬件和操作系統。
1.3 開放的體系結構。
有時銷售商使用私有協議就是為了和別的銷售商達成明確的許可協議，但是會在一個銷售商使用的新版本和另一個銷售商使用的兼容版本之間存在明顯的延遲，兩個銷售商所用的版本之間也會有中斷，而且沒有提供兩個產品之間的接口。這種情況對于那些依靠它們的接口同時使用兩種產品的人來說，簡直是一場惡夢。
一個好的解決方法就是選擇基于開放標準的協議，讓雙方都能選擇自己的軟件。這就把用戶端應用程序的選擇同服務器平臺的選擇過程分離了，用戶自由的選擇最符合自己需要、偏好甚至是平臺的軟件，系統管理員們也可以獨立地選擇基于他們的可靠性、規?？稍O定性和可管理性需要的服務器解決方案。系統管理員們可以在一些相互競爭的服務器產品中進行選擇，而不必被囿于那些適合某些用戶端應用程序的服務器軟件和平臺。
在許多情況下， 如果軟件銷售商支持多硬件平臺，系統管理員們甚至可以獨立地選擇服務器硬件和軟件。
我們把這叫做用戶選擇和服務器選擇分離的能力。開放協議提供了一個公平競爭的場所，并激起銷售商之間的競爭，這最終會使我們受益。
開放協議和文件格式是相當穩定的， 不會經常改動（即使改動也是向上兼容的），而且還有廣泛的支持，能給你最大的產品自主選擇性和最大的機會獲得可靠的、兼容性好的產品
三、計算機網絡安全的對策措施
(一)明確網絡安全目標。
要解決網絡安全，首先要明確實現目標：
（二）采用相應網絡安全技術加強安全防范。
（三）制定網絡安全政策法規，普及計算機網絡安全教育。
作為全球信息化程度最高的國家，美國非常重視信息系統安全，把確保信息系統安全列為國家安全戰略最重要的組成部分之一，采取了一系列旨在加強網絡基礎架構保密安全方面的政策措施。因此，要保證網絡安全有必要頒布網絡安全法律，并增加投入加強管理，確保信息系統安全。除此之外，還應注重普及計算機網絡安全教育，增強人們的網絡安全意識。
四、結語
總之，網絡安全是一個綜合性的課題，涉及技術、管理、使用等許多方面，既包括信息系統本身的安全問題，也有物理的和邏輯的技術措施，一種技術只能解決一方面的問題，而不是萬能的。隨著計算機技術和網絡技術已深入到社會各個領域，人類社會各種活動對計算機網絡的依賴程度已經越來越大。增強社會安全意識教育，普及計算機網絡安全教育，提高計算機網絡安全技術水平，改善其安全現狀，成為當務之急。
參考文獻：
【2】張世永．網絡安全原理與應用[M]．北京：科學出版社,2003
