（计算机应用技术专业论文）无线电频谱监测管理系统研究.pdf

摘要 摘要 各种通讯工具已经深入日常生活，通讯工具需要占用一定的频率带宽，因此 对无线电频谱需求不断增加，频率冲突越来越严峻。频谱管理是保证无线电通信 设备有效工作的行政行为。频谱监测是频谱管理的基础，是测量无线电发射的基 本参数，进而对整个电磁环境有整体的把握。 本文研究了频谱监测管理系统，包括：3 层c 恁的系统架构、基于a c e 的网 络层构建、采用o p e n g l 的三维显示控件开发等。采用成熟的3 层c s 的系统架 构可以提高系统的稳定性：无线电管理软件建立在异构平台上，a c e 中间件技术 可以跨越平台问的差异，解决这种异构性；三维显示技术可以使用户将当i j 记录 与历史进行对比，进而更详细的了解系统的监铡情况。最后，给出了系统的开发 结果以及测试报告。 关键字；频谱管理三维显示o p e n g la c e a b s t 伯c t a b s t r a c t i a n d so fc o m m u n i c a t i o nt o o l sh a v ee 耐b e d d e di n t oc o m m o nl i f e c o m m u n j c a t i t o o lo c 唧i e d 雠q u e n c yb 卸d 、i d t h ，t l l ed e m 卸d so fr a d i os p c c t n i t i lg m ws t a b l y ，t h e f e q u e n c yc o n n i c t i sm o r er i g o u s t h en o 彻a lw o f ko f f a d i oc o m m u n i c a t 沁nt o o lw 勰 e 惦u r e db ys p e c t n 帅m 姐a g e m e m m o n i t o ri st h ef o u n d a t i o no fm a n a g e m e n t ，、v h i c h m e 鹊u r et h eb a s i c p a r 锄e t e r o f 阳d i o 仃a n s m i t ，t i 地w h o i ee l e d r o m a g n e t i s m 朋v i m n m e n tw a sr e a l i z e di nt h ee n d n i i sp a p c rm a i n l yd e s c i i b e sr a d i om o n i l o r 卸dm a l l a g e m e n ts y s t 锄，i n c l u d i n go f s y s t 哪p l a t f o 眦埘t l lc s ，d e v e i o p i l l 曲to f n e t 、o r ki a y c r 州t ha c e 、d e v c l o p m e l l t o f t h l 臀- d i m e n s i o n a ld i s p l a y 谢d g e tw i t ho p e n g l 蠲d o n s t a b l es y s t e mw 舔 c o n s 仃u c t e db a s e do nm a n 鹏s y s t 锄p l a t f b 硼o ft h r e e o i e rc 偈s o r w a mo fr a d i o n l o n i t o ra n dm 锄a g c m e n tw a sw o r k e di nh e t e l - o g e o u ss t l l l c t t l r e a c ec o u l dr o l v e t l l eh c t c r o g c n e 时o fs 咖c t u 豫t 鹏e d i m e n s i o n a ld i s p l a yt c c h n o l o g yc o u l db cu dt o p m v i d ed a t i i ma r i dg u i d a n c ef o rt h em o n i t o r ，c o m p a r et h eh i s t o r yr c c o r dw i l hl a t c r t l 圮 r e s u l to f d e 、，e l o p m c n ta n dt e s t 即r tw e 陀g i v e ni nt h ee n d k e y w o r d ：s p c c 仃u mm 卸a g e m e n t 1 1 1 r e e d j m e n s i o n a l d i s p l a y o i ) c ng r a p h j c s l i b 阻r ya d 印t i v cc o m m u n i c a t i o ne n v i m 脚e n t 声明 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其 它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本入承担一切相关责任。 本人签名：屈碧越 日期：趁z2 ：至 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后。发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名：屈盔越 同期：丝丑丕三 导师签名：日期 第一章绪论 第一章绪论 1 1 无线电频谱管理与监测概述 无线电技术是信息产业发展的先导技术和推动力量。随着国民经济和社会的 快速发展，无线电技术已经广泛应用于通信、广播、电视、国防、交通、航空等 行业和部门。无线电技术的飞速发展，对无线电频谱资源的需求与只俱增。有限 的频谱资源与无限的频谱需求之闯的矛盾日趋激烈，无线电频谱管理应运而生。 无线电频谱管理的主要任务就是合理规划和分配无线电频率和卫星轨道资 源，科学管理各类无线电台列”。无线电监测是无线电频谱管理的基础，只有建 立在准确、详实、及时的无线电监铡基础上的管理才是科学的。 无线电监测是中华人民共和国无线电管理条例贼予无线电监测部门的一 项重要任务，是对无线电发射的基本参数( 如频率、频率误差、占空比、发射带 宽等指标) 进行测量，对信号进行监听，对发射标识进行彭别确定，对频段利用 率和频道占用度进行统计，对信号使用情况进行分析。在这些监测的基础上，全 面掌握电磁环境，查找非法和违章电台，排除干扰。频谱监测足频谱管理工作中 的重要环节，承担着无线电信号的监听、测量、测向、定位、无线电台信号的识 别和干扰查找等工作，为频谱管理工作提供可靠的技术支持。 1 2 频谱管理国内外现状 国外从7 0 年代开始开发频谱管理系统。美国开发的系统最多，包括短波频率管 理系统( a n 厂丌 q - 3 5 v ，a n ，r r q _ 4 2 ) ，自动化战术频率工程系统( a 1 1 p e s ) 、自动化 频谱规划工程与协调系统( a s p e c t s ) 、联合频率管理系统( j s m s ) 、改进型战 场电子作业指令系统( i m e c s ) 和2 1 世纪全球联合频谱管理系统( s p e c t ) 。( 1 ) 。 法国的战术通信频谱管理系统( a l c a t e l l 0 1 ) 和以色列的频谱管理系统( m i s ) 等。 在国际上，负责规划和协调分配业务频谱的主要的机构是国际电信联盟l t u ( i n t e ma t o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n j o n ) ，大多数国家都采纳1 1 u 频谱规划。 许多无线电导航业务需要国际标准。r f u 为这些业务建立了标准，在海运系统 方面与国际海运组织( i m o ) 工作，在航空方面与国际民航组织( i c a o ) 合作。 其他国际工业和科学组织也同i t u 一起来完成自己专业和领域内的频谱规划业务。 其他地区性的组织，如欧洲电信委员会参与4 4 个欧洲国家和邻近的国家的频 谱规划；欧洲联盟( e u ) 参与欧洲的频谱管理：亚太电信( o f t a ) 在地区电信的规 2 无线电频谱监测管理系统研究 划和开发方面发挥了重要的作用，但他们都优先考虑i t u 建议。 在我国，频谱监测的发展大致经历了以下几个阶段： 1 9 8 7 年以前，我国的无线电条例通过军方管理，那时我国的频谱管理组织还 没有得到很好的发展，频谱监测处在很低的水平。 1 9 8 7 年国家无线电条例委员会( s s r c ) 成立，专门针对民用无线电部门。 1 9 9 3 年6 月，s s i 汇公布了第一个无线电管理条例用来管理本国的无线电业 务，这是频潜管理史上的里程碑，标志着中国频谱管理系统合法的形成。 1 9 9 6 频谱监测丌始积极参与国际电信联盟( i t u ) 、其他国际和地区电信组织。 1 3 系统的软硬件环境 1 ) 软件环境 包括w i n d o w s 2 0 0 0 ) ( p 、o r a c l e9 i 、v c 6 o 2 ) 硬件环境 表1 1 系统硬什环境 硬件最低要求 计算机i n f e l 或兼容机p 42 g 以上 内存( r a m ) 1 2 8m b 以上，推荐使用5 1 2 m b 硬盘空间4 0 g b 或更多 监视器 1 0 2 4x7 6 8 以上 显卡支持o p c n g l 功能 设备监测垃备( 刚s 公司或1 l 公司) 1 4 论文主要工作 本文介绍了频谱监测管理系统层次架构；系统各层的构建方法；软件开发的结 果及测试报告。主要介绍了基于a c e 的系统网络层开发和基于o p e n g l 的应用层 三维显示控件的开发。论文组织如下： 1 ) 第二章，介绍了无线电频谱管理的相关领域知识。 2 1 第三章，详细介绍了开发系统所使用的技术，包括：网络中间件a c e 、三维 显示技术0 p e n g l 和d i d t ) ( 、b s 和c ，s 框架、u m l 技术、x m l 技术。 3 ) 第四章，是本文的核心，包括：描述了基于3 层c ，s 的软件整体架构、介绍了 系统各层的构建方法。重点介绍了使用a c e 开发了系统的网络层、使用 o d e n g l 开发了系统波形显示组件和使用a d 0 开发数据库的方法等。 4 ) 第五章，介绍了软件的丌发结果和测试报告。 第二章无线电频谱监测相关理论 第二章无线电频谱监测相关理论 2 1 频谱管理的概念 无线电频谱是指频段从9 也到3 0 0 0 g h z ，不经过物理连接而传播到空白j 的振 荡的电能和磁能。无线电频谱是供人们在生产和生活中利用，具有所有权和使用 权客体的自然物质，是一种资源1 2 】。 频谱管理是运用行政、技术、法律和经济相结合的手段，保证无线电通信设 备不产生有害干扰，有效的工作和服务的行政行为。p i 简言之，就是有条理地管理 使用无线电频谱的全过程。频谱管理的目标是使频谱发挥最大效益而干扰最小。 2 2 无线电干扰 无线电干扰是指在无线电通信过程中发生的，导致有用信号接收质量下降、 损害或阻碍的状态及事实。无线电干扰信号是通过直接耦合或问接耦合进入接收 设备信道或系统的电磁能量，对无线电通信信号的接收产生影响，导致性能下降， 质量恶化，信息误差或丢失，甚至阻断了通信的进行。一般地，干扰可分为以下 几类：同频干扰、邻道干扰、互调干扰、谐波干扰、阻塞干扰等。 1 ) 同频干扰 指其他信源发出的与有用信号频率相同并通过某一途径叠加于有用信号上的 干扰，表现为差拍干扰和山调制而产生的调频干扰。 两个使用相同频道的地区相距越远，则同频干扰越小。 2 ) 邻道干扰 指相邻的或者相近的频道之间的干扰。 邻道干扰主要取决于接收机预检滤波响应、接收机中频滤波器和发射机在相 邻频道通带内的边蒂频谱分布。通过合理设计滤波器，可改善邻频干扰的影响。 3 ) 互调干扰 指几个不同频率的信号通过非线性电路时，产生与有用信号频率相同或相近 的频率组合，而对系统构成的一种干扰。 在移动通信系统中，互调产生的原因有以下三方面： 发射机互调干扰 是发射机信号落入另一部发射机，并在此末级功放的非线性作用下相互调制， 产生不需要的组合频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成的干 扰。构成的原因多是因发射机系统的隔离度不够而导致相互耦合造成的。 4 无线电频谱监铡管理系统研究 接收机互调干扰 是当多个强信号同时进入接收机时，在接收机前端非线性电路作用下产生互 调频率，互调频率落入接收机中频频带内造成的干扰。 外部效应引起的互凋 是由于发射机馈线、高频滤波器等无源电路接触不良。以及异种金属的接触 部分非线性等原因，使强电场的发散信号引起互调。当多个频率信号通过非线性 电路时，相互调制产生互调失真，二阶和三阶失真幅度最大，阶数越高失真越小。 4 ) 谐波干扰 发射机的谐波或杂散辐射在接收有用信号的通带内造成的干扰。 5 ) 阻塞干扰 接收微弱有用信号时，受到接收频率两旁、高频回路带内强干扰信号的干扰 2 3 电磁波介绍 根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在它周围引起变化的磁场，这一变化 的磁场又在较远的区域内引起变化电场，并在更远的区域内引起变化磁场。这种 电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。 电磁波谱的界限是渐变的，般按产生电磁波的方法或测量电磁波的方法来 划分。习惯上常常将电磁波按区段划分，各段特点如表2 1 所示 表2 1 无线屯各波段特点 频段名称频段范围传播方式传播距离可_ i l j 带宽干扰量使用范围 甚低频 3 3 0 k h z波导数千公里极有限 宽扩展 世界范围氏距离 v l f 无线电导航 低频 3 0 - 3 0 0 k h z 地波、长距离无线电民 l f大波 数干公里很有限宽扩展 航战略通信 中频地波、 中距离点到点广 m f 3 0 0 k - 3 m h z几千公里适中宽扩展 天波 播和水上移动 长和短距离点到 高频 3 3 0 m h z天波几千公里宽有限的点全球广播、移 h f 动 短和中距离点到 其高频 3 0 3 0 0空间波对几百公里点移动。l a n 声 v h fm h z流层 以内 很宽有限的 音和视频广播个 人通信 特高额 3 0 0 3 g h z 空问波对l o o 公里 很宽 有限的短和中距离点到 u h f流层、视距以内 点移动。l a n 声 超高频 3 3 0 g h z视距 3 0 公里 很宽有限的音和视频广播个 s i l f左右 人通信、卫星通 极高频 3 0 3 0 0 g h z视距2 0 公里很宽 通常是 信 e h f有限的 第二章无线电频谱监测相关理论 2 4 频谱资源的特性 无线电频谱是一种特殊的自然资源。它具有一般资源的共同特性，像土地、 水、矿山、森林一样是国家所有的。但从国际范围来说，它又属人类共享的。同 时它具有一般自然资源所没有的如下特性： 1 ) 有限性 电磁波的频谱是相当宽的，但作为无线电通信使用的资源是有限的。i t u ( 国 际电信联盟) 定义9 k h z 3 0 0 0 g h z 的电磁频谱为无线电频谱。由于受到技术和无线 电设备的限制，1 1 1 j 当前只划分了9 k h z _ 4 0 0 g h z 范围。实际上目前只使用几十g h z 以下。蜂窝移动通信业务工作在3 g h z 以下。尽管可以通过频率( f d m a ) 、时间 ( t d m a ) 、空间( s d m a ) 和码元( c d m a ) 多址复用以及相互关联进行频率的 来提高频率利用率，但就某一频率或频段丽言，在一定的区域、一定的时间、一 定的条件之下，它又是有限的。 2 ) 非消耗性 不同于土地、水、矿山、森林等可以再生或非再生的资源，频谱是非消耗的。 不充分利用是一种浪费，然而使用不当也是一种浪费，甚至会造成更严重的危害。 3 ) 客观规律性 无线电波有其固有的传播特性，不受行政区域、国家边界的限制。因此。任何 国家、地区、部门、个人都不得随意使用，否则会造成相互干扰而不能正常通信。 4 ) 易干扰性。 易受到人为噪声和自然噪声干扰，无法正常操作和准确有效地传送各类信息。 2 5 提高频谱利用率的手段 如果考虑技术及资金等方面的因素，则提高频潜利用率的手段为： 1 ) 开发新系统 开发新的设备和现代化的无线电系统，优化电磁系统参数，降低频谱空间量， 就会提高不同业务的频率共用和在给定的区域内提供更多的网络。 2 ) 开发新频段 尽可能利用未使用或具有更好共用能力的较高频段，如3 0 g h z 以上频段。 3 ) 减少发射机功率 规划网络时特别要注意减少发射机功率、天线高度、接收信号场强等。 4 ) 优化系统参数 从频谱有效利用的观点出发，使无线电通信和广播业务的网络配置尽可能地接 近理论上的最佳网络。采用适宜的调制技术，尽可能地使设备接近理想技术参数。 6 无线电频谱监测管理系统研究 2 6 1 带宽 2 6 常用测量指标 1 ) 必要带宽 指对给定的发射类别而言，其恰好足以保证在相应速率及在指定条件下具有 所要求质量的信息传输所需的带宽。 2 ) 带外发射 指由凋制过程产生、刚超过必要带宽的一个或多个频率上的发射，但杂散发 射除外。 3 ) 杂散发射 指必要带宽之外的一个或多个频率的发射，其发射电平可降低而不致影响相 应信息的传输。包括谐波发射、寄生发射、互调产物及交频产物，但带外发射除 外。 4 ) 占用带宽 在此频带的下限之下和上限之上发射中平均功率分别等于某一给定发射总平 均功率的规定百分数p 2 。b ，2 一般取为0 5 。 5 ) x d b 带宽 频带的宽度使得在其上限和下限之外的任何离散频谱分量或连续频谱功率密 度至少比预先设定的参考o 电平低x d b ，一般使用3 d b 和2 6 d b 带宽。 2 6 2 电平 系统中某一点的电平是指该点的功率( 或电压) 对某一基准功率( 或电压) 的分贝比，如式( 2 1 ) 所示。 ，o g f 卡，l2 _ 啪f 毪1 式( 2 1 ) 显然，基准功率( 即p 砷o ) 的电平为零。对同一个功率，选用不同基准功率 p o ( 或电压u o ) 所得电平数值不同，后面要加上不同的单位。 电平的四个单位d b w 、d b m 、d b m v 、d b 儿v 之间有一定的换算关系，如表 2 2 所示。 表2 。2 屯乎单位之间的关系 d b w ( 新单位)d b m ( 新单位)d b m v ( 新单位)d b u v ( 新单位) d b w ( 原单位) o + 3 0 + 7 8 7 5+ 1 3 8 7 5 d b m ( 原单位) 3 0 0+ 4 8 7 5+ 1 0 8 7 5 d b l n v ( 原单位) 7 8 7 5- 4 s 7 50 + 6 0 d b v ( 原单位) 1 3 8 7 51 0 8 7 56 00 第三章技术介绍 7 第三章技术介绍 3 1b ，s 和c s ( s ( c l i e r i t ，s e r v 盯) 架构，即客户机服务器絮构，是大家熟知的软件系统体 系架构，通过将任务合理分配到c l i 朗t 端和s e r v e r 端，降低了系统的通讯开销， 可以充分利用两端硬件环境的优势。早期的软件系统多以此作为首选设计标准。 b s 架构，即b m w s 耐s e r v 盯( 浏览器服务器) 架构，是随着i n t 锄e t 技术的 兴起，出现的一种架构。在这种架构下，用户界面完全通过w w w 浏览器实现 一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓3 层 架构。b ，s 架构主要是利用了不断成熟的w w w 浏览器技术，结合浏览器的多种 s c r i p t 语言( v b s c r i p t 、j a v a s c p t 等) 和a c t i v e x 技术，用通用浏览器就实现了 原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能。 表3 1b ，s 和c ，s 架构对比 c ，sb ，s 安全性局域网应用高，集团式应用低低 升缓 要升级每一个客户端只要升级服务器端 数据一致性集团式应用时不一致 一致 实时性集团式应用时，实时性差高 数据溯源性数据分布存放，不便有询数据集中，便于奁询 应用领域局域网、专朋网广域网 用户群同定分散 系统维护要求整体性考虑，维护性差构什相对独立，可无缝升级 信息流中央集权式处理。交互性低信息流向可变化 软什重用 系统整体性要求高，构什重用差 构件独立，重用好 系统配置均衡“瘦”客户机，“胖”服务器。 成本高低 可选择性基于、矾n d a w s ，选择单一可以使用l i n u x ，选择多样 8 无线电频谱监测管理系统研究 3 2 a c e a c e ( a d a p t i v ec o m m 岫i c a t i o ne n v 的m e n t ) 是一种分布式网络中阃件，位 于操作系统之上，管理计算资源和网络通信，使用系统软件所提供的基础服务， 衔接网络上应用系统的各部分或各应用。能够达到资源共享、功能共享的目的。 3 2 1 中问件技术 计算机的应用逐步扩展到网络环境中，这种环境包括硬件平台、系统软件、 网络协议和网络体系结构的异构。中间件( m i d d l e 眦) 技术用于解决这种异构。 中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在 不同的技术之间共享资源1 4 1 。中间件应具有以下的一些特点【5 j ： 1 ) 运行于多种硬件和o s 平台。2 ) 支持分布式计算，提供跨网络、硬件和 o s 平台的透明的应用或服务的交互功能。3 ) 支持标准的协议和接口。 3 2 2 软什复用技术比较 ， 类库、组件、模式、模型集成式计算是用来进行软件复用的常规方法。 1 ) 框架和类库 类库是通用的、可复用的组件，它规定接口，并封装其内部数据表示及其实 例的功能。类库是最为常用的第一代面向对象开发技术，与函数库相比，类库更 为有效地支持小舰模的复用，因为类库提高了“数据”和“对数据的操作”的内聚。 因为不具有相关软件制品中典型的控制流、协作，以及可变性，类库复用的范围 是有限的，需要为每个新应用重新实现总体软件架构以及大量的控制逻辑。 框架是第二代7 f 发技术，框架中的类可以进行协作，为一组相关应用提供可 复用的架构。包含了针对特定领域的对象结构和功能。 类库和框架不同的另一方面是：类库中的类通常是被动的，开发者必须重写 大量的控制逻辑。框架是主动的，通过多种回调驱动的事件来处理模式。 框架针对的是特定的应用领域，使用范围狭窄，类库的应用范围很广。 2 ) 框架和组件 组件是实现特定的一个或一组服务的软件系统，该软件系统被封装成一个完 整的部分。组件具有一个或多个接口，提供对其服务的访问。组件是多层企业应 用的开发者广泛使用的第三代开发技术。组件的常见例子包括a c t i v c x 控件和 c o m 对象等。 与框架相比，组件通常在词法和空间上的耦合更小。例如，应用可以复用组 件，而无需从已有的基类对它们进行子类化。框架和组件之间的关系是高度协作 的，谁电不处于从属地位。 第三章技术介绍 9 3 ) 框架和模式 框架( a i c h i m e c t u r e ) 是一个系统中的核心元素，是该系统中最本质的部分。 系统的各个组成部分通过框架所描绘的方式协同工作共同完成系统的功能，从而 表现出一个完整的系统。由于系统的本质是不容易变化的，所以如果一个框架构 建的正确，也就是说能够真实的反映出系统的本质那么就可以使基于该框架构 建的系统具有比较长的生命力，否则该系统的质量就会逐渐的降级，直至崩溃。 模式( p a t t c m ) 是在某种特定的场景( c o n t e x t ) 下某个不断重复出现的问题 的解决方案。模式提炼软件系统的各种要素以及它们之间的各种关系，并且描述 在特定的上下文中解决某种一般设计问题的组成要素的常用结构。模式本身并没 有任何的仓u 新性，仅仅是对于一些已经被证明为优秀的解决方法的归类、总结， 目的是为了重用该解决方案。参考文献【6 】中总结了2 3 个经典模式。 4 ) 框架和模型集成式计算 模型集成式计算( m i c ) 是一种新兴的开发范式，它使用针对特定领域的建 模语言来系统的设计软件，范围从小型的实时嵌入式系统直至大型的企业应用， m i c 开发环境包括针对特定领域的模型分析和基于模型的程序综合工具。可以捕 捉一类应用的本质，也可以聚焦于单个定制的应用。 3 2 3 a c e 框架 a c e 提供了一组丰富的可复用c + + w r a p p c rf a c a d e ( 包装外观) 和框架组件， 可跨越多种平台完成通用的通信软件任务。 a c e 中的框架足对己被证明在软件开发领域中行之有效的“模式”和“软件体 系结构”的提取和封装，是a c e 中最高层次的组件。使用它们可以在更高的层面 上思考和构建系统。框架在开发的实现阶段和设计阶段都是有用的。使用a c e 框架进行系统开发，将毫无察觉地采用开发者在数十年中积累的网络应用开发经 验，从而快速的开发出安全可靠的系统。 a c e 含有以下框架7 】【8 】： 1 ) a c e r e a c t o r ： 简化了事件驱动程序的开发，负责：检测来自各种事件源的事件。将事件 多路分离给预先登记的事件处理器。分派给处理器定义的挂钩方法从而以一种 定义的方式处理这些事件。 2 ) 服务配置器( a c es e r v i c ec o n 6 9 u r a t o r ) 为应用的服务提供动态的启动挂起和配置。允许应用在运行时重新配置其服务 而无需修改、重新编译和链接程序自身或是关闭重启。运用它允许应用将关于其 服务的配置和实现决策延缓至设计周期的迟后阶段。同时也支持在运行时有选择 地激活服务而不论服务类型是静态服务还是动态服务。 i o 无线电频谱监测管理系统研究 3 ) a c e i 砸k 增强并发的面向对象网络应用的模块性和可扩展性，构成了常见的并发模式 的基础。被用于实现一些如a c “v c0 b j e c t 和h a l f - s y n 删a l f - a s y 的并发模式。 4 )a c e a c c e p t o 卜c o f u l e c t o r 能够降低初始化与应用执行的实际服务之问的耦合，用于具有大量连接请求 的应用服务器场合。 5 ) a c e p m a c l o r 允许高效地多路分派异步i o 操作触发的服务请求与a c er e a c t o r 组合用于 缓解i 幻操作可能造成的瓶颈，同时也减少了引入同步l ，o 和多线程的复杂性。 6 )a c es t r e a m s 用于简化那些本质上是分层次的服务的开发和组合，比如用户级协议栈开发。 3 2 4a c e 体系结构 1 ) 操作系统( 0 s ) 适配层 位于本地o s a p i 和a c e 之间，屏蔽了平台的差异，实现相对的平台无关性。 2 ) c + + 包装层 包括一些c + + 包装类，可构建高度可移植性和类型安全的c + + 应用。用于进 行并发和同步、i p c ( 进程问通信) 、内存管理、定时器、文件系统、线程管理等。 3 ) 框架和模式层 针对特定通信领域的设计模式。包含事件多路分离组件、服务初始化组件， 分层的流组件和服务配置组件等。 勰篇回丽 1 0 h l 一_ 黼i c i m 、翻 fs m ，f 日、， 回圆固 p p u 【 t m 匹 豳邈 暇圈哥洲 菌蟊趔芒鱼岛割 证蚝n p o s 舯番l 蕾d 2l e 褂，l 口h 图3 1 a c e 体系结构 第二章技术介绍 3 3 三维显示 当前的三维显示技术主要是o d e n g l 和d i r e c t x 。 3 - 3 1o p e n g l o p 朗g l ( o p 锄g p h i c sl i b r ：a r y ) 是开放式的图形指令库，是s g i 公司开发 的开放式三维图形指令库，可独立于操作系统和硬件环境。不仅用于w i n d o w s 系 统平台，还广泛地用在o s 2 ，u 【i i x 、m a c 等系统上。o p e n g l 性能优秀，尤其 在光源和纹理处理方面，它多用来设计大型的3 d 画面。所以0 p c n g l 的专业性 更强一些，很多专业显卡都是以o p e n g l 指令为核心的。o p c n g l 作为一种三维 工具软件包在交互式三维图形建模能力和编程方面具有无可比拟的优越性，并己 在各种工作站和高档微机中运行目前，包括m i c m f l ，s g i ，i b m d e c ，s u n ， h p 等大公司，都采用了o p e n g l 作为三维图形标准，许多软件厂商也纷纷以 o p 印g l 为基础开发出自己的产品。o p c l l g l 灵活方便地实现了二维和三维的高级 图形技术，它具有建模，变换，光线处理，色彩处理，动画以及更先进的能力。 更主要的是，它独立于硬件设备，窗口系统和操作系统等。o p e n g l 是个专业的 3 d 程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层3 d 图形库。虽然d i r e c t ) ( 在家 用市场全面领先，但在专业高端绘图领域，0 p e n g l 是不能被取代的主角。0 p e n g l 的基本工作流程如下图3 2 。 图3 2o p e n g l 的基本工作流程 0 p e n g l 具有以下特点； 1 ) 图形质量好性能高 无论是三维动画、c a d 还是视觉模拟，可视化计算程序都利用了o p e n g l 高 图形质量、高性能的特点。这个特点使得开发者在广播、c a d c a m c a e 、娱乐、 医学图象、和虚拟现实等领域中创造和显示出难以想象的2 d 和3 d 图形。 2 ) 工业标准 0 p e n g l a r b ( 0 p e n g l a r c h i t e c t u r cr e v i e wb o a r d ) 作为独立的联合委员会， 制定规范文档( s p c c i f i c a t i 衄) 。随着业内厂商的支持，0 p c n g l 成为唯一真正开 放的、独立与供应商的跨平台的图形标准。 无线电频谱监测管理系统研究 3 ) 稳定性 o p e n g l 在各种平台上执行已经超过十余年。o a r b 严格控制规范文档内容 的增加，新增内容能够及时公开给开发者以便他们接受这些更改。o p e n g l 高版 本兼容低版本，保证了已经开发的应用程序不会失效。 4 ) 可移植性和可靠性 利用o p e n g l 技术开发的应用图形软件与硬件无关，只要硬件支持0 p e n g l a p i 标准。o p e i g l 应用可以运行在支持o p e n g l a p i 标准的任何硬件上。 5 ) 可扩展性 o p e n g l 最大的特点是与硬件无关，因而具有很强的可移植性。o p e n g l 扩展 ( 0 p e n g le x t e n s i o n ) 用来实现可移植性。只要提供0 p e n g l 扩展，就可以轻松 实现硬什特有的功能。利用o p e n g l 扩展，实现者也可以添加新的处理算法。 0 p e n g l 是低级的图形a p l ，它具有充分的可扩展性。许多0 p e n g l 开发商 在0 p e n g l 核心技术规范的基础上，增强了许多图形绘制功能，从而使o p e n g l 能紧跟最新硬件发展和计算机图形绘制算法的发展。对于硬件特性的升级可以体 现在o p e r l g l 扩展机制以及o p e n g la p i 中，一个成功的o p e n 0 l 扩展会被融入 在未来的0 p e n g l 版本之中。通过这种方法，程序丌发者和硬件厂商能够在正常 的产品周期中组合出新的产品。 6 ) 可缩放性 基于o p e n g la p i 的图形应用程序可以运行在许多系统上，包括各种用户电 子设备、p c 、工作站以及超级计算机。由此，0 p e n g l 应用程序可以适应开发人员 选择的各种目标平台。 7 ) 易用性 0 口e n g l 具有良好的结构。直观的设计和逻辑命令。与其他图形程序包相比， 0 p e n g l 只有很少的代码。因此执行速度高。另外0 p e n g l 封装了有关基本硬件 的信息，使得开发者无需针对具体的硬件特征进行设计。 8 ) 文档丰富 0 p e n g l 的书很多，有大量的源代码可以参考，o p c n g l 的资料很容易获得。 9 ) 与硬件无关的软件接口 可以在不同的平台如、i n d o w s 9 5 、w i n d o w s n t 、u “x 、l i n 峨、o s 2 之间进 行移植。支持0 p e n g l 的软件具有很好的移植性，可以获得非常广泛的应用。 0 p e n g l 是3 d 图形的底层图形库，没有提供几何实体图元，不能直接用以描 述场景。但是，通过一些转换程序，可以很方便地将a u t o c a d 、3 d s 等3 d 图形 设计软件制作的d f x 和3 d s 模型文件转换成o p 即g l 的顶点数组。 在0 p e n g l 的基础上还有o p e l li n v e n t o r 、c o s m 0 3 d 、o p t i m i z 盯等多种高级图 形库，适应不同戍用。其巾，o p e n l n v e n t o r 应用最为广泛。该软件是基于0 p e n g l 第三章技术介绍 面向对象的工具包，提供创建交互式3 d 图形应用程序的对象和方法。提供了预 定义的对象和用于交互的事件处理模块，创建和编辑3 d 场。 3 3 2d i r e c t x d i 托c t x 包含有d i r e c tg r a p h i c s ( d j r e c t3 d + d i r e c td 船w ) 、d j r e c ti n p u t 、d i r e c t p l a y 、d i r e c ts o u n d 、d i r ts h o w 、d i r e c ts e t u p 、d i r e c tm e d i ao b i e c t s 等多个组件 d i r e c t ) ( 是微软提供的一整套的多媒体接口方案。这些指令控制图像的生成、 定位、及声音的译码、输出等，使得系统更稳定、流畅，主要用在基于w i n d o w s 平台的软件。d i r e c t x 拥有队l ( h a r d ，a r ca b s t r 虻t i o nl a v e r ) 硬件抽象层) 和 i e lh a r d w a me m u l a t i o nl a y e r ) 硬件模拟层。h a l 可以直接让游戏、软件程序 和硬件进行数据传输，解决了硬件之问兼容性问题。h e l 功能可以用机器中现成 的硬件设备模拟其它的部件。高级的保留模式提供了场景和对象管理服务以及构 建几何引擎。立即模式a p i 提供了直接访问硬件并允许熟练的3 d 程序员执行自 己的渲染和场景管理，这种方式在灵活性和执行性能方面都优于保留模式【9 】。 3 4 1i m 概述 3 4 i 瓜。 u m l ( u n m c dm o d e l j n gl 锄g u a g e ) 是一种标准的图形化建模语言，它足面 向对象分析与设计的一种标准表示。它易于使用、表达能力强，且与具体的实现 和软件过程无关，对在面向对象的设计和开发中涌现的高级概念( 例如协作、框 架、模式和组件) 提供了强有力的支持，而且集成了最好的软件工程实践经验【10 】。 它溶入软件工程领域的新思想、新方法、和新技术。它的作用不限于支持面向对 象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。 在软件开发过程中，难点在于一个项目的参与者包括领域专家、软件设计开 发人员、客户以及用户之间的交流问题。而u m l 这种标准化的表示方法有效的 促进了软件设计、开发和测试人员的相互理解 u m l 主要具有以下特点：首先，u m l 融合了b 0 0 c h 。0 m t 和0 0 s e 方法中的基本 概念，成为一种简单一致的建模语言；其次，u m l 是在这些方法的基础上广泛征求 意见，集众家之长，几经修改而完成的，扩展了其应用范围：第三，u m l 是标准的 建模语言，而不是标准的开发过程。不同的应用领域，需要采取不同的丌发过程。 3 a 2 眦基本元素 u m l 的定义包括u m l 语义和u m l 表示法两个部分。 无线电频谱监测管理系统研究 u m l 语义描述了基于u m l 的精确元模型定义。元模型为u m l 的所有元素在语 法和语义上提供了简单、一致的定义性说明，使开发者能在语义上取德一致。 u m l 表示法定义了u m l 符号的表示法，为开发者或开发工具使用这些图形符 号和文本语法的系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级的 模型，在语义上它是u m l 元模型的实例。 从应用的角度看，当采用面向对象技术设计系统时，首先是描述需求：其次根 据需求建立系统的静态模型，以构造系统的结构；第三步是描述系统的行为。第一 步与第二步中所建立的模型都是静态的，包括用例图、类图( 包含包) 、对象图、 组件图和配霄图等五种，是u m l 的静态建模机制。第三步中所建立的模型或者可 以执行，或者表示执行时的时序状态或交互关系，包括状态图、活动图、顺序图 和合作图等四种，是u m l 的动态建模机制，u m l 的主要内容也可以归纳为静态建 模机制茅u 动态建模机制两大类，1 2 13 1 。 3 5 x m l x m l 是e x t e i l s i b l em a r k u pl a t l g g c 的缩写，即可扩展标记语言。订l 是一 种元标记语言，没有太多固定的标记，是构建w 曲文档的一项重要的新标准为 w e b 开发人员提供了更大的灵活性。它继承自h t m l ，但是超越了h 刑l 在符 号标记的局限，使得h t m l 能够适应通用标记语言标准( s g m l ) 。使用m 。， 可以自定义标记，用标记表明内容的含义。 x m l 也是一种数据格式。原始的x m l1 o 规范1 1 4 】十分简明，主要定义了使 用标记来描述数据元素的方法。这些标记都是用户定义的，有下面一些特性： 1 ) 结构化的( s c t u r e d ) x m l 使用标记来描述数据，使得数据文件可以自我描述。读取和处理小， 文档的程序可以轻易地检测到某个文档是否包含特定的数据元素。同样，让程序 检测某个x m l 文档足否被切断或者格式是否完整都是很容易的。 2 ) 灵活的( f j e x i b l e ) 对于任何数据集合，x m l 都提供了表现数据的几种方法。灵活性有利有弊： 它允许丌发者为表现某个x m l 文件中的数据进行恰当的选择；同时它也允许开 发者进彳亍数据表现的不恰当或不明智的选择。 3 ) 验证的( v a l j d a t e d ) 文档类型描述( d o c 啪e n tt y p ed e s c r i p 【i o n ，d t d ) 或x m l 大纲( s c h e 眦) 让开发者定义指导数据表现的规则。x m l 分析器可根据大纲验证文档的正确性。 4 ) 可适应的( a d a p t a b l e ) x m l 适应性很强，生成x m l 文件的应用程序、操作系统、编程语言和数据 第三章技术介绍 管理系统都可能改变，然而x m l 文件仍然是可以读取的。 5 ) 标准的( s t 柚d a r d ) w 3 c 规定了x m l 的标准，任何对x m l 的使用都必须遵守该标准。 6 ) 可读的( r e a d a b i e ) x m l 文件可以被编辑、修改并保存为纯文本。 3 6 0 m c l e 9 i 0 r a c l e 公司在1 9 7 9 年首先推出基于s q l 标准的关系数据库产品，可在1 0 0 多种硬件平台上运行( 所括微机、工作站、小型机、中型机和大型机) ，支持多种 操作系统。o r l e 的分布式结构可将数据和应用驻留在多台计算机上，而相互间 的通信是透明的。1 9 9 2 年6 月o m c j e 公司推出的o m c l e 7 协同服务器数据库，使 关系数据库技术迈上了新台阶。它之所以倍受用户喜爱是因为具有以下特点。 3 6 1 特点 1 ) 支持大数据库、多用户的高性能的事务处理。 0 阳c l e 支持的数据库大小可达几百干兆，充分利用了硬件设备。支持大量用 户同时在同一数据上执行各种数据应用，并使数据争用最小，保证数据一致性。 系统维护具有高的性能，正常的系统操作不会中断数据库的使用。 2 ) o r l e 遵守工业标准。 o m c l e 遵守数据存取语言、操作系统、用户接口和网络通信协议的工业标准。 经美国标准化和技术研究所( n i s t ) 检验，1 0 0 与a n s i i s 0s q l 8 9 标准的二级 相兼容。 3 ) 实施安全性控制控制。 o 瞄c i e 安全性控制和完整性控制有相应措施保障，具体见3 6 2 节。