夏可兒雲卿
远程教育就是最近的教育，优秀资源大家共享，内容丰富价格低廉，集多媒体视听效果为一体，形式活泼容量广大，储存方便，突破了时空的限制，变被动为主动学习。【摘 要】本文通过描述远程教育的不同理论，从而探讨远程教育的本质。一方面，我们将试图了解远程教育的特性和潜力；另一方面，我们通过分析那些可以用来检验假设的理论，进而探讨理论的建立。本文讨论了建立远程教育理论的期望，以及对在何种程度上达到了这种期望的分析。文中介绍了以下几位学者的理论观点：加里·博伊德（Gary Boyd）、迈克尔·穆尔（Michael Moore）、希拉里·佩拉顿（Hilary Perraton）、奥托·彼得斯（Otto Peters）、查尔斯·魏德迈（Charles Wedemeyer）以及伯耶·霍姆伯格（B?觟rje Holmberg）。另外，本文也探讨了这些理论研究与普通教育的关系，并且考查在远程教育中建立理论的认识论问题。作者认为，远程教育理论与一般的教育和社会课题应该是息息相关的，文章最后提出了这些理论是否应该继续发展的主题。 【关键词】 远程教育含义；远程教育理论；远程教育本质；认识论 介 绍 人们还能记得，以前一直认为远程教育是处于次级地位的，其作用只是为在教育上处于不利地位的人士提供一些自我完善的机会，那时远程教育在学术方面也未能得到广泛的承认。然而，如今远程教育已经被认可为教与学的一种模式，不仅对社会非常重要，而且就教育而言也十分有效。穆尔与安德森（Moore and Andersen, 2003）主编的《远程教育手册》就是一个具体例子。在这长达900页的手册的第4页中，穆尔指出远程教育现时主导了不同教育范畴中决策者、行政人员、教师和学生的议题日程。我们甚至可以说，远程教育是过去四分之一世纪中教育领域最重要的发展。 远程教育在今天得到认同，但其演变和发展却是相当漫长的。在18世纪，函授教育初具雏型，至19世纪和20世纪才得以有系统地组织起来，至于今时今日，各种多媒体的远程教育模式已经非常普遍。毫无疑问，计算机为远程教育带来了许多可能性，人们因而意识到其潜力是无可估量的。事实上，美国人往往有着一种误解，就是以为远程教育是在现代信息技术出现后才产生的。许多研究已经对远程教育的实际情况作出了描述、分析和讨论（例如，Holmberg, 1995; Lockwood, 1995; Moore and Kearsley, 1996; Verduin and Clark, 1991）。而随着远程教育理论的成熟程度和可接受性日益提高，学者对其背景也愈来愈感到兴趣。 一般以为，远程教育的特点在于师生不需要面对面看到对方，其他媒体可以取而代之，但所进行的教与学是同样有效的。不少研究都证明此言非虚。在许多国家，成千上万的学生已经通过考试，获得相关的知识和技能，并且获得了学位。然而，有一些观点认为，进一步建立远程教育理论的作用不大，但不少理论研究所针对的却是远程教育的性质和功能。几位研究者就曾经尝试建立以实证研究为基础的可以检验的理论。 德斯蒙德·基更（Desmond Keegan）认为有价值的理论应该有着以下特征： “归根究底，任何理论都应该可以简化为一个片语、一个句子或者是一个段落。理论在与实践研究结合后，可以为教育的要求、目的和实施提供基础。一套坚实的远程教育理论应该能够作为政治决策、财务决策、教育决策和社会决策的有效准则”。（Keegan, 1983: 3页） 可惜的是，迄今仍未有一套理论可以完全符合基更的要求。本文调查了有关远程教育的性质和实质的一系列研究，其中有些尝试提出一些可验证的理论，并且把远程教育和一般教育理论联系在一起。必须指出的是，除了以下将会讨论的几个理论模式以外，其他尚未提及的模式也是相当重要的，读者可以参考基更（Keegan, 1993）的论文。 远程教育的性质与实质 首先，我们必须界定何谓“远程教育”。毫无疑问，基更的定义是最为精炼的。据他所言，远程教育包含以下几项特征（Keegan, 1990: 44页）： ● 与传统的面授教育比较，在远程教育的过程当中，教师和学生是准分离的； ● 与自修和自学课程比较，远程教育的组织对教材的规划和准备，以及学生支持服务的提供都有一定的影响； ● 印刷品、录音带、录像设备和计算机，不单把教师和学生联系在一起，而且也是课程内容的载体； ● 在远程教育中，交流是双向的，学生一方面可以被动地从交流中得益，而另一方面他们也能够主动地进行沟通；对于后一点，其他技术运用的形式是不能够做到的； ● 在远程学习的过程中，持久的学习社群并不存在，所以学生往往是个别地、而非集体地接受教学；不过远程学生偶尔也会聚在一起，接受教学或者是参与社交。 随着计算机的出现，以上最后一点已经不再成立。基更在较近期的著作已经反复强调这一点。在非同步的电子会议当中，有组织或自发的小组往往都会出现。 其实，在基更提出其定义之前，奥托·彼得斯很早已经用“工业化的教与学模式” 这个概念来解释和分析远程教育了。这个定义与基更的似乎是吻合的。彼得斯指出，远程教育的规划、理性程序、分工、机械化、自动化、控制以及检查，与现代工业的一些特征是不谋而合的。这个模式可能并不可以看成为一个定义，但却有助于我们了解远程教育的性质。对于世界大部分国家的远程教育而言，这种模式可以说是相当切合实际的。这些国家的远程教育都有着个别化和按自己的进度学习的特征。尽管如此，美国许多大学所应用的远程教育，与彼得斯的定义似乎就没有什么关联（Peters, 1973; 1989）。 从一开始，人们已经认定远程教育可以提高学生的学习独立性。然而，可惜的是，远程教育却往往用于填鸭式和千篇一律的教学，甚至是灌输思想之用。在19世纪50年代及19世纪60年代，查尔斯·魏德迈探讨了这个问题，并且提出一些方法，把远程学习加以修订，以配合学习者的需要、条件和期望。事实上，他运用“独立学习”一词来代替一般所指的“远程教育”。据他所言，独立学习包括以下一系列的必要条件（Wedemeyer, 1973，36页）： ● 无论在同一时间、同一地点是否有教师的存在，无论在什么地方，只要有学生，即使只有一个学生 也应该得到学习的机会； ● 学生必须对学习承担起更大的责任； ● 对于所用的媒体和技术，无论在设计或应用方面，都应该有紧密的联系；换言之，不同的媒体或技术必须互相补足，并且配合相关的科目和教学计划； ● 教学系统不应该对学生学习的地点、速度、方法以至先后次序加诸太多限制，而是应该根据学习者是否达到了学习目标来评估他们； ● 学生应该可以根据自己的速度去调整自己的学习，选择何时开始、何时结束。另一方面，教学系统必须配合学习者的短期和长期目标、个人情况以及特征。 魏德迈所提出的“独立学习基本理论”，似乎在另一些领域中也能够找到类似的说法，这些领域包括教育哲学、心理学、行为心理学、精神分析理论、社会人类学、现象学理论、教育技术以及一般道德学。魏德迈对一般道德学所作的评论如下：“我们必须服务人，而非制度。独立学习意味着一种道德上的良好做法，那就是学生可以自由选择实现教育的方式”（Wedemeyer, 1973，95-96页）。 魏德迈强调了远程教育中的独立性，一些学者因而受到启发，也循着这条路子去继续进行研究。当中最具影响力的无疑就是迈克尔·穆尔，他发展了一套独立学习的理论，通过两个向度去把课程分类：自主性和交互距离，而后者可用“对话”和“结构”来表示： “自主性是指修读课程的学生多大程度上能够去决定目标、资源和评价程序的选择……在远程教育中，距离取决于对话和结构。结构是指教学课程的目标、实施计划和评价程序多大程度上可作修订，以配合学生修读计划的特定目标、实施计划和评价程序。对话则是指学习者和教师之间可以有多少的互动……”（Moore, 1977，33页）。 根据穆尔的逻辑，增加对话就意味着交互距离的缩小，这可以通过有效地运用媒体来达到。萨巴（Saba, 1989）以穆尔的理论作为基础，提出通过有效运用互动电子通信，以影像和声音来缩小虚拟的距离。虽然穆尔同意全面发展学习者的独立性，但是他通过一些实证研究的证据强调，自主的学习者一方面接受远程学习，但另一方面又愿意接受学习上的辅导。 廖沙（Ljos?览, 1993）曾经生动地讨论了理解远程教育的一系列不同方法，并且建议从哲学角度对远程教育进行探讨。就此，著名物理学家玻尔（Niels Bohr）所提出的互补原则，在认识论上就有着相当的重要性。 对于如何理解远程教育，霍姆伯格提出了进一步的想法。他认为学习者与教师之间能否互相理解，对学生的成功和学习兴趣有着很大的影响。这引申出关于师生交流的理论，这个理论是可以验证的，后面将作阐述。 远程教育的可验证理论 希拉里·佩拉顿这位著名的学者也曾经对远程教育作出过一些思考。他认为，一种理论不可能涵盖教育的所有方面。他改为提出14个假设，以下3项可作例子（Perraton, 1981）： ● 传统教育由于需要教师和学生处于同一时间、同一空间，师生比例往往受到限制，而远程教育则打破了这个阻碍，使教育计划可以较轻易地扩大； ● 通过远程教育，一些未能获得普通教育机会的潜在学生可以从中获益； ● 通过一些组织方法，对话交流在远程教育中是能够实现的。 这些假设都是可以验证的，而事实上已经有人做过这方面的工作。另一方面，它们也得到实践工作的证实。这些假设可以进一步的理论化，而且往往被人们所接受。至于无所不包的理论，现时人们已经普遍认为是不可能的。 除此以外，本文作者霍姆伯格也发展了一套理论，这套理论除了对远程教育进行描述，还提出了许多可作验证的假设，当中12项涉及远程学习，13项有关远程教学，7项关于组织和行政。这一理论可以概述如下(Holmberg，1995, 175-79页): 个人关系、学习的乐趣、同情心、学生之间的信任以及来自辅导教师和行政人员的支持，对远程学生而言都是非常重要的。同情心和归属感可以提高学生的学习动机，并且产生正面的学习效果。要传达这种感觉，以下的几项条件是必须的：学生必须能够参与决策；学习内容必须基于学生已有的知识；通过问题解决和对话的形式，编写学习内容；学生与辅导教师和其他支持者开放地进行非同步的互动；以及组织架构和行政过程应该尽量开明。 霍姆伯格、许默和奥伯迈尔（Holmberg, Schuemer and Obermeier, 1982），以及霍姆伯格（Holmberg, 1995）都验证了这个理论，并且测试其基本假设。这些研究检查了学习者怎样看待通过对话形式而编写的学习内容，并且考查学生采用较传统学习形式后所取得的学习效果。这个验证的结果相当正面，但在统计上的显著度则尚未足够。如果运用波普尔（Popper）对理论证伪的严格方法，我们可以总结称这个理论并不能被证伪，但在特设（ad hoc）的意义上是可以接受的。 博伊德（Boyd, 1993）为万维网时代发展了一种规范性的远程教育理论，这是相当有趣但又颇为复杂的。这个理论尝试把系统理论（Beer, 1985）和“以促进人类理解为宗旨的民主体制”加以结合（Beer, 1985: 第246页）。 博伊德指出，远程教育理论必须被视为“一种组织理论，并且把教学理论也包含在内”（234页）。另外，博伊德也介绍了其核心理念，他声称现代通信和教学内容编写形式的发展，为远程教育提供了机会，“使其从一种教育形式——为那些有志求学但又处于偏远地区的学习者提供知识和学历教育——转变为一种建构多元化学习社群的重要方法，在这个由来自四方八面人士所组成的社群当中，不同人士的能力可以互补不足，从而建立更美好的社会”（235页）。他提出的系统包括组织机构的功能、发展的预期（他称为预期的智力论述空间）(anticipatory intelligence discourse space)。这个系统也可以用作脑力激荡，以探索其他长远的目标，或者是用于招生和市场、资源分配以及教学设计。这包括为学生提供支持所采用的“教学对话论述空间系统”（Learning-teaching conversation discourse-space sytems）。博伊德列出了其系统结构的八个功能子系统：学生的心理结构、目标、学科内容、媒体、学习地点（例如在家里、学习中心等等）、社会结构、补充材料以及控制。这些功能都是为了“使学习对话得以开展”，这样所有有关人士的需要“就能够加以整合，达到对所有人来说最佳的实践和发展”（247页）。 博伊德认为，教育是指某种程度上重新编排人类神经系统中所存在的虚拟有机体。除此以外，他也讨论了如何改善这些有机体的情况，现代技术怎样可以协助交流的进行，以及对大型复杂的组织和庞大学生数目的控制。博伊德提出了“一个规范性理论的概梗，以协助远程教育的设计者和研究者的工作，而在这个过程中，拟智能的多元模式计算机通信或‘虚拟空间’能够提供一些协助”（252页）。他所提出的几种模式一方面有助于学习的开展，而另一方面又有助于“整体合法性和平等性的建立”（249页）。但是对于这个理论的细节，他则未有清楚论及。尽管如此，他声称其理论是可以证伪的（falsifiable），例如，如果所涉及的规范未被接受、太琐碎或者“未能带来预期的正面效果”。最后，他甚至说“这可能是条死胡同”。这似乎过于悲观了。但是，如果这个理论的假设能够用明确的文字写出来，可能可以吸引到更多的注意。 事实上，博伊德的理论的确为教育和社会课题的决策提供了基础，并且似乎比其他理论更能符合本文第一部分基根所提出的要求。我们可以把它看成为政策决定的指引。 远程教育与一般教育理论 本文在多处都提出远程教育的理论建立是基于一般的教育理论，魏德迈的“独立学习”概念就是一例。早于1979年，约翰·博特（John B?览?览th）就已经系统地回顾了一些颇具影响力的教育理论在远程教育中的应用，包括斯金纳（Skinner）的行为控制模式、罗特科普夫（Rothkopf）的书面式教学模式、奥苏贝尔（Ausubel）的先行组织者原则、伊根（Egan）的结构式交际、布鲁纳（Bruner）的发现式学习、罗杰斯（Rogers）的促进式学习，以及加涅（Gagné）的一般教育模式。这些模式全部都适用于远程教育，而斯金纳、加涅、奥苏贝尔与伊根理论的结构和形式更特别适用于这个教育范畴。至于布鲁纳与罗杰斯那些较为开放式的模型，若要应用到远程教育上，则需要采取一些特别的措施（尤其是实时性非连续交流以及电话）。博特指出，根据这些模式，我们可以对远程教育提出一些新的想法。 在接着的一般教育理论中，出现了“建构主义”这个概念，据此，每个学习者会通过其与学习内容的个别互动，建构自己的知识，所以不同的学习者对同一课程所学到的东西不尽相同。瑞典的一个研究（Johansson, 1999）清晰地提出了可以如何合理地使用这个模式，并建议几项有助建构式学习的准则：激励学生、理论与学生经验的配合、多元的视角以及元认知的考虑。极端的建构主义（radical constructivism）认为客观事物是不存在的，人们的知识获得是通过社会交往而建构的，这并不需要客观作为基础。这个看法非常难以令人接受，因为这意味着物理学的事件、基于解剖学的外科手术所代表的都不是客观或交互主观性的事实。但是，如果比较合理地作诠释和应用，建构主义“可以有效地作为远程学习环境的基础。这些环境必须源自真实的课业，学习者需要参与有意义和基于问题解决的思考；意义是要协商的，并反映所学习的东西”（Jonassen et al., 1995，21页）。 最后，远程教育工作者必须意识到，有关教学的不同观点所用的究竟是面授教学，抑或是通过媒体进行远程教学。把教学看成是“由一个容器传到另一个容器”（Fox, 1983: 151页）的知识灌输，以及把教学看成为促进学习者的智能发展，是两种颇为不同的看法。其实，远程教育工作者已有共识：后一种的解释是较为可取的。这意味着我们需要协助学生去学习，“学”而不是“教”才是教育（包括远程教育）的关注所在。
街头流浪泡泡
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计算机论文 范文 一：认知无线电系统组成与运用场景探析
认知无线电系统组成
认知无线电系统是指采用认知无线电技术的无线通信系统，它借助于更加灵活的收发信机平台和增强的计算智能使得通信系统更加灵活。认知无线电系统主要包括信息获取、学习以及决策与调整3个功能模块，如图1所示[3]。
认知无线电系统的首要特征是获取无线电外部环境、内部状态和相关政策等知识，以及监控用户需求的能力。认知无线电系统具备获取无线电外部环境并进行分析处理的能力，例如，通过对当前频谱使用情况的分析，可以表示出无线通信系统的载波频率和通信带宽，甚至可以得到其覆盖范围和干扰水平等信息;认知无线电系统具备获取无线电内部状态信息能力，这些信息可以通过其配置信息、流量负载分布信息和发射功率等来得到;认知无线电系统具备获取相关政策信息的能力，无线电政策信息规定了特定环境下认知无线电系统可以使用的频带，最大发射功率以及相邻节点的频率和带宽等;认知无线电系统具备监控用户需求并根据用户需求进行决策调整的能力。如表1所示，用户的业务需求一般可以分为话音、实时数据(比如图像)和非实时数据(比如大的文件包)3类，不同类型的业务对通信QoS的要求也不同。
认知无线电系统的第2个主要特征是学习的能力。学习过程的目标是使用认知无线电系统以前储存下来的决策和结果的信息来提高性能。根据学习内容的不同， 学习 方法 可以分为3类。第一类是监督学习，用于对外部环境的学习，主要是利用实测的信息对估计器进行训练;第2类是无监督学习，用于对外部环境的学习，主要是提取外部环境相关参数的变化规律;第3类是强化学习，用于对内部规则或行为的学习，主要是通过奖励和惩罚机制突出适应当前环境的规则或行为，抛弃不适合当前环境的规则或行为。机器学习技术根据学习机制可以分为:机械式学习、基于解释的学习、指导式学习、类比学习和归纳学习等。
认知无线电系统的第3个主要特性是根据获取的知识，动态、自主地调整它的工作参数和协议的能力，目的是实现一些预先确定的目标，如避免对其他无线电系统的不利干扰。认知无线电系统的可调整性不需要用户干涉。它可以实时地调整工作参数，以达到合适的通信质量;或是为了改变某连接中的无线接入技术;或是调整系统中的无线电资源;或是为了减小干扰而调整发射功率。认知无线电系统分析获取的知识，动态、自主地做出决策并进行重构。做出重构决策后，为响应控制命令，认知无线电系统可以根据这些决策来改变它的工作参数和/或协议。认知无线电系统的决策过程可能包括理解多用户需求和无线工作环境，建立政策，该政策的目的是为支持这些用户的共同需求选择合适的配置。
认知无线电与其他无线电的关系
在认知无线电提出之前，已经有一些“某某无线电”的概念，如软件定义无线电、自适应无线电等，它们与认知无线电间的关系如图2所示。软件定义无线电被认为是认知无线电系统的一种使能技术。软件定义无线电不需要CRS的特性来进行工作。SDR和CRS处于不同的发展阶段，即采用SDR应用的无线电通信系统已经得到利用，而CRS正处于研究阶段，其应用也正处于研究和试验当中。SDR和CRS并非是无线电通信业务，而是可以在任何无线电通信业务中综合使用的技术。自适应无线电可以通过调整参数与协议，以适应预先设定的信道与环境。与认知无线电相比，自适应无线电由于不具有学习能力，不能从获取的知识与做出的决策中进行学习，也不能通过学习改善知识获取的途径、调整相应的决策，因此，它不能适应未预先设定的信道与环境。可重构无线电是一种硬件功能可以通过软件控制来改变的无线电，它能够更新部分或全部的物理层波形，以及协议栈的更高层。基于策略的无线电可以在未改变内部软件的前提下通过更新来适应当地监管政策。对于较新的无线电网络，因特网路由器一直都是基于策略的。这样，网络运营商就可以使用策略来控制访问权限、分配资源以及修改网络拓扑结构和行为。对于认知无线电来说，基于策略技术应该能够使产品可以在全世界通用，可以自动地适应当地监管要求，而且当监管规则随时间和 经验 变化时可以自动更新。智能无线电是一种根据以前和当前情况对未来进行预测，并提前进行调整的无线电。与智能无线电比较，自适应无线电只根据当前情况确定策略并进行调整，认知无线电可以根据以前的结果进行学习，确定策略并进行调整。
认知无线电关键技术
认知无线电系统的关键技术包括无线频谱感知技术、智能资源管理技术、自适应传输技术与跨层设计技术等，它们是认知无线电区别传统无线电的特征技术[4，5]。
频谱检测按照检测策略可以分为物理层检测、MAC层检测和多用户协作检测，如图3所示。3.1.1物理层检测物理层的检测方法主要是通过在时域、频域和空域中检测授权频段是否存在授权用户信号来判定该频段是否被占用，物理层的检测可以分为以下3种方式:发射机检测的主要方法包括能量检测、匹配滤波检测和循环平稳特性检测等，以及基于这些方法中某一种的多天线检测。当授权用户接收机接收信号时，需要使用本地振荡器将信号从高频转换到中频，在这个转换过程中，一些本地振荡器信号的能量不可避免地会通过天线泄露出去，因而可以通过将低功耗的检测传感器安置在授权用户接收机的附近来检测本振信号的能量泄露，从而判断授权用户接收机是否正在工作。干扰温度模型使得人们把评价干扰的方式从大量发射机的操作转向了发射机和接收机之间以自适应方式进行的实时性交互活动，其基础是干扰温度机制，即通过授权用户接收机端的干扰温度来量化和管理无线通信环境中的干扰源。MAC层检测主要关注多信道条件下如何提高吞吐量或频谱利用率的问题，另外还通过对信道检测次序和检测周期的优化，使检测到的可用空闲信道数目最多，或使信道平均搜索时间最短。MAC层检测主要可以分为以下2种方式:主动式检测是一种周期性检测，即在认知用户没有通信需求时，也会周期性地检测相关信道，利用周期性检测获得的信息可以估计信道使用的统计特性。被动式检测也称为按需检测，认知用户只有在有通信需求时才依次检测所有授权信道，直至发现可用的空闲信道。由于多径衰落和遮挡阴影等不利因素，单个认知用户难以对是否存在授权用户信号做出正确的判决，因此需要多个认知用户间相互协作，以提高频谱检测的灵敏度和准确度，并缩短检测的时间。协作检测结合了物理层和MAC层功能的检测技术，不仅要求各认知用户自身具有高性能的物理层检测技术，更需要MAC层具有高效的调度和协调机制。
智能资源管理的目标是在满足用户QoS要求的条件下，在有限的带宽上最大限度地提高频谱效率和系统容量，同时有效避免网络拥塞的发生。在认知无线电系统中，网络的总容量具有一定的时变性，因此需要采取一定的接入控制算法，以保障新接入的连接不会对网络中已有连接的QoS需求造成影响。动态频谱接入概念模型一般可分为图4所示的3类。动态专用模型保留了现行静态频谱管理政策的基础结构，即频谱授权给特定的通信业务专用。此模型的主要思想是引入机会性来改善频谱利用率，并包含2种实现途径:频谱产权和动态频谱分配。开放共享模型，又称为频谱公用模型，这个模型向所有用户开放频谱使其共享，例如ISM频段的开放共享方式。分层接入模型的核心思想是开放授权频谱给非授权用户，但在一定程度上限制非授权用户的操作，以免对授权用户造成干扰，有频谱下垫与频谱填充2种。认知无线电中的频谱分配主要基于2种接入策略:①正交频谱接入。在正交频谱接入中，每条信道或载波某一时刻只允许一个认知用户接入，分配结束后，认知用户之间的通信信道是相互正交的，即用户之间不存在干扰(或干扰可以忽略不计)。②共享频谱接入。在共享频谱接入中，认知用户同时接入授权用户的多条信道或载波，用户除需考虑授权用户的干扰容限外，还需要考虑来自其他用户的干扰。根据授权用户的干扰容限约束，在上述2种接入策略下又可以分为以下2种频谱接入模式:填充式频谱接入和下垫式频谱接入。对于填充式频谱接入，认知用户伺机接入“频谱空穴”，它们只需要在授权用户出现时及时地出让频谱而不存在与授权用户共享信道时的附加干扰问题，此种方法易于实现，且不需要现有通信设备提供干扰容限参数。在下垫式频谱接入模式下，认知用户与授权用户共享频谱，需要考虑共用信道时所附加的干扰限制。
在不影响通信质量的前提下，进行功率控制尽量减少发射信号的功率，可以提高信道容量和增加用户终端的待机时间。认知无线电网络中的功率控制算法设计面临的是一个多目标的联合优化问题，由于不同目标的要求不同，存在着多种折中的方案。根据应用场景的不同，现有的认知无线电网络中的功率控制算法可以分成2大类:一是适用于分布式场景下的功率控制策略，一是适用于集中式场景下的功率控制策略。分布式场景下的功率控制策略大多以博弈论为基础，也有参考传统Adhoc网络中功率控制的方法，从集中式策略入手，再将集中式策略转换成分布式策略;而集中式场景下的功率控制策略大多利用基站能集中处理信息的便利，采取联合策略，即将功率控制与频谱分配结合或是将功率控制与接入控制联合考虑等。
自适应传输可以分为基于业务的自适应传输和基于信道质量的自适应传输。基于业务的自适应传输是为了满足多业务传输不同的QoS需求，其主要在上层实现，不用考虑物理层实际的传输性能，目前有线网络中就考虑了这种自适应传输技术。认知无线电可以根据感知的环境参数和信道估计结果，利用相关的技术优化无线电参数，调整相关的传输策略。这里的优化是指无线通信系统在满足用户性能水平的同时，最小化其消耗的资源，如最小化占用带宽和功率消耗等。物理层和媒体控制层可能调整的参数包括中心频率、调制方式、符号速率、发射功率、信道编码方法和接入控制方法等。显然，这是一种非线性多参数多目标优化过程。
现有的分层协议栈在设计时只考虑了通信条件最恶劣的情况，导致了无法对有限的频谱资源及功率资源进行有效的利用。跨层设计通过在现有分层协议栈各层之间引入并传递特定的信息来协调各层之间的运行，以与复杂多变的无线通信网络环境相适应，从而满足用户对各种新的业务应用的不同需求。跨层设计的核心就是使分层协议栈各层能够根据网络环境以及用户需求的变化，自适应地对网络的各种资源进行优化配置。在认知无线电系统中，主要有以下几种跨层设计技术:为了选择合适的频谱空穴，动态频谱管理策略需要考虑高层的QoS需求、路由、规划和感知的信息，通信协议各层之间的相互影响和物理层的紧密结合使得动态频谱管理方案必须是跨层设计的。频谱移动性功能需要同频谱感知等其他频谱管理功能结合起来，共同决定一个可用的频段。为了估计频谱切换持续时间对网络性能造成的影响，需要知道链路层的信息和感知延迟。网络层和应用层也应该知道这个持续时间，以减少突然的性能下降;另外，路由信息对于使用频谱切换的路由发现过程也很重要。频谱共享的性能直接取决于认知无线电网络中频谱感知的能力，频谱感知主要是物理层的功能。然而，在合作式频谱感知情况下，认知无线电用户之间需要交换探测信息，因此频谱感知和频谱共享之间的跨层设计很有必要。在认知无线电系统中，由于多跳通信中的每一跳可用频谱都可能不同，网络的拓扑配置就需要知道频谱感知的信息，而且，认知无线电系统路由设计的一个主要思路就是路由与频谱决策相结合。
认知无线电应用场景
认知无线电系统不仅能有效地使用频谱，而且具有很多潜在的能力，如提高系统灵活性、增强容错能力和提高能量效率等。基于上述优势，认知无线电在民用领域和军用领域具有广阔的应用前景。
频谱效率的提高既可以通过提高单个无线接入设备的频谱效率，也可以通过提高各个无线接入技术的共存性能。这种新的频谱利用方式有望增加系统的性能和频谱的经济价值。因此，认知无线电系统的这些共存/共享性能的提高推动了频谱利用的一种新方式的发展，并且以一种共存/共享的方式使获得新的频谱成为可能。认知无线电系统的能力还有助于提高系统灵活性，主要包括提高频谱管理的灵活性，改善设备在生命周期内操作的灵活性以及提高系统鲁棒性等。容错性是通信系统的一项主要性能，而认知无线电可以有效改善通信系统的容错能力。通常容错性主要是基于机内测试、故障隔离和纠错 措施 。认知无线电对容错性的另一个优势是认知无线电系统具有学习故障、响应和错误信息的能力。认知无线电系统可以通过调整工作参数，比如带宽或者基于业务需求的信号处理算法来改善功率效率。
认知无线电所要解决的是资源的利用率问题，在农村地区应用的优势可以 总结 为如下。农村无线电频谱的使用，主要占用的频段为广播、电视频段和移动通信频段。其特点是广播频段占用与城市基本相同，电视频段利用较城市少，移动通信频段占用较城市更少。因此，从频率域考虑，可利用的频率资源较城市丰富。农村经济发达程度一般不如城市，除电视频段的占用相对固定外，移动通信的使用率不及城市，因此，被分配使用的频率利用率相对较低。由于农村地广人稀，移动蜂窝受辐射半径的限制，使得大量地域无移动通信频率覆盖，尤其是边远地区，频率空间的可用资源相当丰富。
在异构无线环境中，一个或多个运营商在分配给他们的不同频段上运行多种无线接入网络，采用认知无线电技术，就允许终端具有选择不同运营商和/或不同无线接入网络的能力，其中有些还可能具有在不同无线接入网络上支持多个同步连接的能力。由于终端可以同时使用多种 无线网络 ，因此应用的通信带宽增大。随着终端的移动和/或无线环境的改变，可以快速切换合适的无线网络以保证稳定性。
在军事通信领域，认知无线电可能的应用场景包括以下3个方面。认知抗干扰通信。由于认知无线电赋予电台对周围环境的感知能力，因此能够提取出干扰信号的特征，进而可以根据电磁环境感知信息、干扰信号特征以及通信业务的需求选取合适的抗干扰通信策略，大大提升电台的抗干扰水平。战场电磁环境感知。认知无线电的特点之一就是将电感环境感知与通信融合为一体。由于每一部电台既是通信电台，也是电磁环境感知电台，因此可以利用电台组成电磁环境感知网络，有效地满足电磁环境感知的全时段、全频段和全地域要求。战场电磁频谱管理。现代战场的电磁频谱已经不再是传统的无线电通信频谱，静态的和集重视的频谱管理策略已不能满足灵活多变的现代战争的要求。基于认知无线电技术的战场电磁频谱管理将多种作战要素赋予频谱感知能力，使频谱监测与频谱管理同时进行，大大提高了频谱监测网络的覆盖范围，拓宽了频谱管理的涵盖频段。
结束语
如何提升频谱利用率，来满足用户的带宽需求;如何使无线电智能化，以致能够自主地发现何时、何地以及如何使用无线资源获取信息服务;如何有效地从环境中获取信息、进行学习以及做出有效的决策并进行调整，所有这些都是认知无线电技术要解决的问题。认知无线电技术的提出，为实现无线环境感知、动态资源管理、提高频谱利用率和实现可靠通信提供了强有力的支撑。认知无线电有着广阔的应用前景，是无线电技术发展的又一个里程碑。
计算机论文范文二：远程无线管控体系的设计研究
1引言
随着我国航天事业的发展,测量船所承担的任务呈现高密度、高强度的趋势,造成码头期间的任务准备工作越来越繁重,面临着考核项目多、考核时间短和多船协调对标等现实情况,如何提高对标效率、确保安全可靠对标成为紧迫的课题。由于保密要求,原研制的远程标校控制系统无法接入现有网络,而铺设专网的耗资巨大,性价比低,也非首选方案。近些年来,无线通信已经成为信息通信领域中发展最快、应用最广的技术,广泛应用于家居、农业、工业、航天等领域,已成为信息时代社会生活不可或缺的一部分[1],这种技术也为解决测量船远程控制标校设备提供了支持。本文通过对常用中远距离无线通信方式的比较,择优选择了无线网桥,采用了桥接中继的网络模式,通过开发远程设备端的网络控制模块,以及相应的控制软件,实现了测量船对远程设备的有效、安全控制。
2无线通信方式比较
无线通信技术是利用电磁波信号在自由空间中进行信息传播的一种通信方式,按技术形式可分为两类:一是基于蜂窝的接入技术,如蜂窝数字分组数据、通用分组无线传输技术、EDGE等;二是基于局域网的技术,如WLAN、Bluetooth、IrDA、Home-RF、微功率短距离无线通信技术等。在中远距离无线通信常用的有ISM频段的通信技术(比如ZigBee以及其他频段的数传模块等)和无线 网络技术 (比如GSM、GPRS以及无线网桥等)。基于ISM频段的数传模块的通信频率为公共频段,产品开发没有限制,因此发展非常迅速,得到了广泛应用。特别是近年来新兴的ZigBee技术,因其低功耗、低复杂度、低成本,尤其是采用自组织方式组网,对网段内设备数量不加限制,可以灵活地完成网络链接,在智能家居、无线抄表等网络系统开发中得到应用[2]。但是,对于本系统的开发而言,需要分别研制控制点和被控制点的硬件模块,并需通过软件配置网络环境,开发周期长,研制成本高,故非本系统开发的最优方案。
GSM、GPRS这种无线移动通信技术已经成为人们日常生活工作必不可少的部分,在其他如无线定位、远程控制等领域的应用也屡见不鲜[3],但是由于保密、通信费用、开发成本等因素,也无法适用于本系统的开发。而无线网桥为本系统的低成本、高效率的研发提供了有利支持,是开发本系统的首选无线通信方式。无线网桥是无线网络的桥接,它可在两个或多个网络之间搭起通信的桥梁,也是无线接入点的一个分支。无线网桥工作在2•4GHz或5•8GHz的免申请无线执照的频段,因而比其他有线网络设备更方便部署,特别适用于城市中的近距离、远距离通信。
3系统设计
该远程控制系统是以保障测量船对远端标校设备的有效控制为目标,包括标校设备的开关机、状态参数的采集等,主要由测量船控制微机、标校设备、网络控制模块、主控微机以及无线网桥等组成。工作流程为测量船控制微机或主控微机发送控制指令,通过无线网桥进行信息传播,网络控制模块接收、解析指令,按照Modbus协议规定的数据格式通过串口发给某一标校设备,该标校设备响应控制指令并执行;网络控制模块定时发送查询指令,并将采集的状态数据打包,通过无线发给远程控制微机,便于操作人员监视。网络通信协议采用UDP方式,对于测量船控制微机、主控微机仅需按照一定的数据格式发送或接收UDP包即可。网络控制模块是系统的核心部件,是本文研究、设计的重点。目前,常用的网络芯片主要有ENC28J60、CP2200等,这里选用了ENC28J60,设计、加工了基于STC89C52RC单片机的硬件电路。通过网络信息处理软件模块的开发,满足了网络信息交互的功能要求;通过Modbus串口协议软件模块的开发,满足了标校设备监控功能,从而实现了系统设计目标。
3.1组网模式
无线网桥有3种工作方式,即点对点、点对多点、中继连接。根据系统的控制要求以及环境因素,本系统采用了中继连接的方式,其网络拓扑如图1所示。从图中可以清晰看出,这种中继连接方式在远程控制端布置两个无线网桥,分别与主控点和客户端进行通信,通过网络控制模块完成数据交互,从而完成组网。
3.2安全防范
由于是开放性设计,无线网络安全是一个必须考虑的问题。本系统的特点是非定时或全天候开机,涉密数据仅为频点参数,而被控设备自身均有保护措施(协议保护)。因此,系统在设计时重点考虑接入点防范、防止攻击,采取的措施有登录密码设施、网络密匙设置、固定IP、对数据结构体的涉密数据采取动态加密等方式,从而最大限度地防止了“被黑”。同时,采用了网络防雷器来防护雷电破坏。
3.3网络控制模块设计
3.3.1硬件设计
网络控制模块的功能是收命令信息、发状态信息,并通过串口与标校设备实现信息交互,其硬件电路主要由MCU(微控制单元)、ENC28J60(网络芯片)、Max232(串口芯片)以及外围电路组成,其电原理图如图2所示。硬件设计的核心是MCU、网络芯片的选型,本系统MCU选用的STC89C52RC单片机,是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,可直接使用串口下载,为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。ENC28J60是由M-icrochip公司出的一款高集成度的以太网控制芯片,其接口符合IEEE802.3协议,仅28个引脚就可提供相应的功能,大大简化了相关设计。ENC28J60提供了SPI接口,与MCU的通信通过两个中断引脚和SPI实现,数据传输速率为10Mbit/s。ENC28J60符合IEEE802.3的全部规范,采用了一系列包过滤机制对传入的数据包进行限制,它提供了一个内部DMA模块,以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP校验和计算[4]。ENC28J60对外网络接口采用HR911102A,其内置有网络变压器、电阻网络,并有状态显示灯,具有信号隔离、阻抗匹配、抑制干扰等特点,可提高系统抗干扰能力和收发的稳定性。
3.3.2软件设计
网络控制模块的软件设计主要包括两部分,一是基于SPI总线的ENC28J60的驱动程序编写,包括以太网数据帧结构定义、初始化和数据收发;二是Modbus协议编制,其软件流程如图3所示。
3.3.2.1ENC28J60的驱动程序编写
(1)以太网数据帧结构符合IEEE802.3标准的以太网帧的长度是介于64~1516byte之间,主要由目标MAC地址、源MAC地址、类型/长度字段、数据有效负载、可选填充字段和循环冗余校验组成。另外,在通过以太网介质发送数据包时,一个7byte的前导字段和1byte的帧起始定界符被附加到以太网数据包的开头。以太网数据包的结构如图4所示。(2)驱动程序编写1)ENC28J60的寄存器读写规则由于ENC28J60芯片采用的是SPI串行接口模式,其对内部寄存器读写的规则是先发操作码<前3bit>+寄存器地址<后5bit>,再发送欲操作数据。通过不同操作码来判别操作时读寄存器(缓存区)还是写寄存器(缓冲区)或是其他。2)ENC28J60芯片初始化程序ENC28J60发送和接收数据包前必须进行初始化设置,主要包括定义收发缓冲区的大小,设置MAC地址与IP地址以及子网掩码,初始化LEDA、LEDB显示状态通以及设置工作模式,常在复位后完成,设置后不需再更改。3)ENC28J60发送数据包ENC28J60内的MAC在发送数据包时会自动生成前导符合帧起始定界符。此外,也会根据用户配置以及数据具体情况自动生成数据填充和CRC字段。主控器必须把所有其他要发送的帧数据写入ENC28J60缓冲存储器中。另外,在待发送数据包前要添加一个包控制字节。包控制字节包括包超大帧使能位(PHUGEEN)、包填充使能位(PPADEN)、包CRC使能位(PCRCEN)和包改写位(POVERRIDE)4个内容。4)ENC28J60接收数据包如果检测到EIR.PKTIF为1,并且EPKTCNT寄存器不为空,则说明接收到数据,进行相应处理。
3.3.2.2ModBus协议流程
本系统ModBus协议的数据通信采用RTU模式[5],网络控制模块作为主节点与从节点(标校设备)通过串口建立连接,主节点定时向从节点发送查询命令,对应从节点响应命令向主节点发送设备状态信息。当侦测到网络数据时,从ENC28J60接收数据包中解析出命令,将对应的功能代码以及数据,按照Modbus数据帧结构进行组帧,发送给从节点;对应从节点响应控制命令,进行设备参数设置。
4系统调试与验证
试验调试环境按照图1进行布置,主要包括5个无线网桥、1个主控制点、2个客户端、1块网络控制模块板以及标校设备等,主要测试有网络通信效果、网络控制能力以及简单的安全防护测试。测试结论:网络连接可靠,各控制点均能安全地对远端设备进行控制,具备一定安全防护能力,完全满足远程设备控制要求。
5结束语
本文从实际需要出发,通过对当下流行的无线通信技术的比较,选用无线网桥实现远控系统组网;通过开发网络控制模块,以及相应的控制软件编制,研制了一套用于测量船远程控制设备的系统。经几艘测量船的应用表明,采用无线网桥进行组网完全满足系统设计要求,具有高安全性、高可靠性、高扩展性等优点,在日趋繁重的保障任务中发挥了重要的作用。本系统所采用的无线组网方法,以及硬件电路的设计方案,对其他相关控制领域均有一定的参考价值。
杨大公主H
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