Distributed System
?Textbook:
Andrew S. Tanenbaum and Maarten van
Steen, Distributed Systems: Principles and
Paradigms, Prentice Hall, 2002
?Reference:
George Coulouris etc., Distributed Systems:
Concepts and Design, 4th edition, Addison-
Wesley, 2005
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Introduction
Original Motivation ?Information exchange
?Resource sharing
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What can we do now
that we could not do before? 5
Technology advances
?Networking
?Processors
?Memory
?Storage
?Protocol
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People are distributed
Definition of a Distributed System (1)
A distributed system is:
A collection of independent
computers that appears to its
users as a single coherent
system.
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Challenges
Heterogeneity
Openness
Security
Scalability
Failure Handling
Concurrency
Transparency
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Transparency in a Distributed System
Different forms of transparency in a distributed system.
Transparency
Description Access
Hide differences in data representation and how a resource is accessed Location
Hide where a resource is located Migration
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Hide that a resource may be shared by several competitive users Concurrency
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Hide the failure and recovery of a resource Persistence Hide whether a (software) resource is in memory or
on disk
分布式控制系统
题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。
1975-1980年，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O 单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。 DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。 过程控制站的组成： DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成 I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。 I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。 国内外应用 分散控制系统 1975 年美国最大的仪表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC—2000 ( Toal Distributed Control-2000),这一系统的发表,立即引起美国工业控制界高度评价，称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大公司也纷纷仿效，推出了一个又一个集散系统，从此过程控制进入了集散系统的新时期。 在此期间有日本横河公司推出的CEN TUM,美国泰勒仪表公司的MO SË,费雪尔公司的DCÉ —400,贝利公司的N —90,福克斯波罗公司的Cpect rum 和德国西门子公司的Telepermm。 随着计算机特别是微型计算机与网络技术的飞速发展，加上各制造商的激烈竞争，使DCS 很快从70 年代的第一代发展到90 年代初的第三代DCS。尽管在这之前的集散系统的技术水平已经很高，但其中存在着一个最主要的弊病是：各大公司推出的几十种型号的系统，几乎都是该公司的专利产品，每个公司为了保护自身的利益，采用的都是专利网络，这就为全厂、全企业的管理带来问题。 随着计算机的发展与网络开发使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术，80年代末许多公司推出新一代的集散系统，其主要特征是新系统的局部网络采用MA P 协议；引用智能变送器与现场总线结构；在控制软件上引入PLC 的顺序控制与批量控制，使DCS 也具有PLC 的功能。 至90 年代初各国知名的DCS 有：3000,Bailey 的IN F I—90,Ro semoun t 的RS—3,W est Hoo se 的WDPF,L eeds &Non th rup 的MAX—1000,Foxbo ro 的IöA S,日本横河的CEN TUM。这里所提到的均为大型的DCS,为了适应市场的需要各厂商也开发了不少中小型的DCS 系统如S—9000,MAX—2,LXL,A 2 PACS 等等。
分布式控制系统的七个功能和应用 一、处理复杂的过程 在工业自动化结构中，PLC编程逻辑控制器用于对高速要求的过程参数进行控制和监视。但是由于I / O设备数量的限制，PLC不能处理复杂的结构。因此，对于复杂的控制应用而言，DCS是具有更多专用控制器的I / O的首选。这些用于多个产品的设计在多个过程（例如批量过程控制）中的制造过程中。 二、系统冗余 DCS可以在各个层面通过冗余功能提高系统的可用性。在任何停电后恢复稳态运行，无论是有计划的还是无计划的，与其他自动化控制设备相比都有所改善。 在系统运行过程中，即使在某些异常情况下，冗余系统也可以持续保持系统运行，从而提高了系统的可靠性。
三、很多自定义的功能块 四、强大的编程语言 它提供了更多的编程语言，如梯形图，功能块，顺序等，用于创建基于用户兴趣的自定义编程。 五、更复杂的HMI 与SCADA系统类似，DCS也可以通过HMI（人机界面）进行监控，为操作人员提供充足的数据，为各种过程充电，充当系统的核心。但是这种类型的工业控制系统覆盖了很大的地理区域，而DCS则覆盖了密闭区域。 DCS完全把整个加工厂作为PC窗口控制室。人机界面的趋势记录和图形表示提供了有效的用户界面。DCS强大的报警系统可以帮助操作员更快速地响应设备状况。
六、可扩展平台 通过在通信系统中添加更多的客户端和服务器，并在分布式控制器中增加更多的I / O模块，DCS的结构可以根据从小到大的服务器系统的I / O数量来扩展。 六、系统安全 获得控制各种过程导致工厂安全。DCS设计提供完善的安全系统来处理系统功能，从而实现更好的工厂自动化控也提供不同级别的安全性，如工程师级别，企业家级别，操作员级别等。 分布式控制系统的应用 DCS系统可以在一个简单的应用程序中实现，如使用微控制器网络的负载管理。这里的输入是从一个键盘给一个微控制器，与另外两个微控制器通信。其中一个微控制器用于显示过程的状态以及负载，另一个微控制器控制继电器驱动器。继电器驱动器又驱动继电器来操作负载。
Vol.19 No.1 60 航 天 器 工 程SPACECRA FT EN GIN EERIN G 第19卷 第1期 2010年1月 分布式小卫星系统的技术发展与应用前景 林来兴 (北京控制工程研究所,北京 100190) 摘 要 分布式小卫星系统是现代小卫星的一个崭新的应用领域,它能充分发挥小卫星的优势,同时也能克服小卫星的缺点。分布式小卫星系统包括星群、星座、编队飞行等。小卫星编队飞行将在空间遥感、深空探测、通信导航等方面带来一场重大的技术革命。文章论述了小卫星特点和分布式系统概念,介绍了分布式小卫星系统技术发展水平和关键技术,以及未来的应用前景。 关键词 小卫星 分布式系统 编队飞行 星座中图分类号:V529 文献标志码:A 文章编号:167328748(2010)0120060207 T echnological Development and Application Prospects of Distributed Small Satellite System Lin Laixing (Beijing Instit ute of Cont rol Engineering ,Beijing 100190,China ) Abstract :Dist ributed Small Satellite System (DSSS )is a brand 2new application field of modern small satellites ,which can give f ull play to t he advantages of small satellites and at t he same time overcome t heir shortcomings 1DSSS include cluster ,constellation ,formation flying ,etc 1Small satellite formation flying will soon lead to a major technological revolution in space remote sens 2ing ,deep space exploration and communication and navigation 1This article first discusses t he characteristics of small satellites and t he concept of dist ributed systems ,followed by int roduction to technological develop ment and key technologies ,as well as prospect s for f ut ure applications of DSSS. K ey w ords :small satellite ;dist ributed systems ;formation flying ;constellation 收稿日期:2009209202;修回日期:2010201207基金项目:国家重大科技专项工程 作者简介:林来兴(19922),男,研究员,高校兼职教授,主要从事航天器控制、小卫星及编队飞行研究。 1 引言 现代小卫星问世至今已有20多年的历史。实践证明小卫星具有一系列优点,同时也存在一些局限性。为了使小卫星的优点得到充分发挥,又能克服缺点,在应用方面采用分布式配置应是最佳的解决办法。20世纪90年代,分布式小卫星系统主要应用在星座与星群的领域。本世纪初,开发出了小 卫星编队飞行方式,使分布式小卫星系统得到进一 步的发展。 分布式航天器系统(也称分布式空间系统)是当前空间技术应用领域的一个重要研究课题。本文中所涉及的是分布式航天器系统中的航天器专指小卫星(或者轻小型航天器)。分布式即表明需要采用数量较多的航天器。现代小卫星具有重量轻、成本低、研制周期短等技术特点,这正是采用分布式系统的物质基础和必需条件。分布式小卫星系统具有极大
课题一、三相异步电动机Y/Δ换接启动及正反转控制 一、实验目的 在电机进行正反向的转、换接时，有可能因为电动机容量较大或操作不当等原因使接触器主触头产生较为严重的起弧现象，如果在电弧还未完全熄灭时，反转的接触器就闭合，则会造成电源相间短路。用PLC来控制电机起停则可避免这一问题。 二、实验要求 1、掌握自锁、互锁、定时等常用电路的编程 2、利用基本顺序指令编写电机正反转和Y/△启动控制程序。 3、掌握电机星/三角换接启动主回路的接线。 学会用可编程控制器实现电机星/三角换接降压启动过程的编程方法。 课题二、十字路口交通灯控制 一、实验目的 本实验作为综合性设计实验，要求学生观察某十字路口的交通灯运行状态，自行设计十字路口交通灯控制的实际动作，并根据动作要求设计I/O接口，可连接指示灯模拟交通灯动作。也可以在实验箱的十字路口交通灯控制实验区完成本
实验。以下给出参考方案。 二、实验要求 熟练使用各基本指令，根据控制要求，掌握PLC的编程方法和程序调试方法，使学生了解用PLC解决一个实际问题的全过程。 课题三、电梯控制系统
三层楼电梯工作示意图 说明：本实验作为综合性实验，要求学生自行设计电梯运行的实际动作，并根据动作要求设计I/O接口，可连接指示灯模拟电梯动作。也可以在实验箱的电梯控制系统实验区完成本实验。以下给出参考方案。 一、实验目的 1、通过对工程实例的模拟，熟练的掌握PLC的编程和程序测试方法。 2、进一步熟悉PLC的I/O连接。 3、熟悉三层楼电梯自动控制的编程方法。 二、控制要求 实验内容 完成对三层楼电梯的自动控制，电梯上、下由一台电动机驱动：电机正转则电梯上升；电机反转则电梯下降。 每层楼设有呼叫按钮SB1、SB2、SB3，呼叫指示灯HL1、HL2、HL3和到位行程开关LS1,LS2和LS3。 电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向呼叫均无效。 响应呼叫时呼叫楼层的呼叫指示灯亮，电梯到达呼叫楼层时指示灯熄灭；呼叫无效时，呼叫楼层的指示灯不亮。三层楼电梯的自动控制要求如下：（1）当电梯停于1F或2F时，如果按3F按钮呼叫，则电梯上升到3F，由
本文作者Kate Matsudaira是一位美丽的女工程副总裁，曾在Sun Microsystems、微软、亚马逊这些一流的IT公司任职。她有着非常丰富的工作经验和团队管理经验，当过程序员、项目经理、产品经理以及人事经理。专注于构建和操作大型Web应用程序/网站，目前她的主要研究方向是SaaS（软件即服务）应用程序和云计算（如大家所说的大数据）。 本文是作者在AOSA一书介绍如何构建可扩展的分布式系统里的内容，在此翻译并分享给大家。 开源软件已经成为许多大型网站的基本组成部分，随着这些网站的逐步壮大，他们的网站架构和一些指导原则也开放在开发者们的面前，给予大家切实有用的指导和帮助。 这篇文章主要侧重于Web系统，并且也适用于其他分布式系统。 Web分布式系统设计的原则 构建并运营一个可伸缩的Web站点或应用程序到底是指什么？在最初，仅是通过互联网连接用户和访问远程资源。 和大多数事情一样，当构建一个Web服务时，需要提前抽出时间进行规划。了解大型网站创建背后的注意事项以及学会权衡，会给你带来更加明智的决策。下面是设计大型Web系统时，需要注意的一些核心原则： ?可用性 ?性能 ?可靠性 ?可扩展 ?易管理 ?成本 上面的这些原则给设计分布式Web架构提供了一定的基础和理论指导。然而，它们也可能彼此相左，例如实现这个目标的代价是牺牲成本。一个简单的例子：选择地址容量，仅通过添加更多的服务器（可伸缩性），这个可能以易管理（你不得不操作额外的服务器）和成本作为代价（服务器价格）。 无论你想设计哪种类型的Web应用程序，这些原则都是非常重要的，甚至这些原则之间也会互相羁绊，做好它们之间的权衡也非常重要。 基础
美国未来分离式模块化卫星系统 高春明丁刚赫岩 （北京市海淀区唐家岭路1号院，100094） 摘要：本文针对美国正在研发的一种新型卫星系统——F6系统，从系统概念、项目进展和系统特点等方面进行了详细概述，并分析了该系统在设计中所需的关键技术和面临的挑战，提出了系统未来发展的思路。 关键词：F6卫星系统分离式模块化 America's future modular separated satellite system GaoChunming，DingGang，HeYan （Tangjialing Road, Haidian District, Beijing No. 1 Compound，100094）Abstract:In this paper, the United States is developing a new type of satellite system - F6 system. This paper gives a detailed overview from system concept, project progress and other aspects of the system features, and analyses the system required in the design of key technologies and challenges, puts forward the idea of the future development of the system. Key words：F6 satellite system; separated; modular 1 引言 当前，卫星已普遍应用于政治、经济、军事等各个领域，随着航天技术的迅猛发展，人们对卫星的需求越来越多，大卫星存在的诸多问题随之不断突显出来。主要体现在目前的卫星普遍外形庞大、功能复杂、成本高昂、设计周期长，导致卫星零部件老化以及最新技术无法得到及时应用。最致命的弱点是一旦发射失败，甚至一个小小的软件纰漏或某个零部件失效，都可能导致整个计划前功尽弃。为此，美国科学家提出了“分离式模块化卫星系统”的概念，美国国防高级研究计划局（DARPA）为了验证这种理念而不惜投入巨资发展F6（即未来、快速、灵活、分离模块，并通过信息交换连接的自由飞行器系统）计划。 早在2005年9月，美国麻省理工大学就提出了发展分离型航天器的概念，随后DARPA和空军实验室又分别开展了一些相关概念的研究，开始大力推进F6计划的发展，加快分离模块重组技术的突破与演示实验。2007年，DARPA发布“F6系统”的询价议案书通告。2008年2月，DARPA分别向轨道科学公司、波音公司、洛克希德·马丁和诺斯罗普·格 鲁门公司授出了4份合同，进行系统概念研究。该计划实 验的技术无论是在军用、民用还是商业领域都有巨大的应 用前景，若获得成功，将使整个航天产业和太空对抗方式 发生重大改变。 2 F6卫星系统的概念 图1 分离式模块化卫星系统示意图
网址：https://www.doczj.com/doc/0e3989794.html, 北斗gps卫星定位系统定位原理 北斗卫星定位系统哪家好？北斗卫星定位系统的原理是什么？八杰科技为您解答。 定位原理 35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成
网址：https://www.doczj.com/doc/0e3989794.html, 若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。 卫星定位实施的是“到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。 卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供接收机接收。由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延；将时延乘上光速，便能得到距离。 每颗卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪。 卫星导航原理 踪卫星的轨道位置和系统时间。位于地面的主控站与其运控段一起，至少每天一次对每颗卫星注入校正数据。注入数据包括：星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，可在几个星期内保持有效。 卫星导航系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内，UTC是由美国海军观象台的“主钟”保持的，每台主钟的稳定性为若干个10^-13秒。卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标，后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常，在任一指定时间内，每颗卫星上只有一台频标在工作。 卫星导航原理：卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，称为伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。
主流分布式系统架构分析 主流分布式---系统架构分析
目录 一、前言 (3) 二、SOA架构解析 (3) 三、微服务( Microservices )架构解析 (7) 四、SOA和微服务架构的差别 (9) 五、服务网格( Service Mesh )架构解析 (9) 六、分布式架构的基本理论 ......................................................................................... 1 1 七、分布式架构下的高可用设计 (15) 八、总结 .......................................................................................................... 1 9
、八、 、 》 本文我们来聊一聊目前主流的分布式架构和分布式架构中常见理论以及如何才能设计出高可用的分布式架构好了。分布式架构中，SOA和微服务架构是最常见两种分布式架构，而且目前服务网格的 概念也越来越火了。那我们本文就先从这些常见架构开始。 、SOA架构解析 SOA全称是：Service Oriented Architecture ，中文释义为"面向服务的架构"，它是一种设计理念，其中包含多个服务，服务之间通过相互依赖最终提供一系列完整的功能。各个服务通常以独立 的形式部署运行，服务之间通过网络进行调用。架构图如下：
Appl 跟SOA 相提并论的还有一个 ESB （企业服务总线），简单来说ESB 就是一根管道，用来连接各个服 务节点。 ESB 的存在是为了集成基于不同协议的不同服务， ESB 做了消息的转化、解释以及路由的工 作，以此来让不 同的服务互联互通；随着我们业务的越来越复杂， 会发现服务越来越多，SOA 架构下， 它们的调用关系会变成如下形式: App 2 App 6 App 3 App 4
简答题 1、典型的分布式控制系统主要包括哪几个部分？ 一个典型的DCS系统包括四大部分组成：至少一个现场控制站(完成系统的运算处理控制)，至少一个操作员站(完成人机界面功能、供操作员操作监视)，一台工程师站（用于离线组态、在线修改和操作系统开发。也可以利用一台操作员站兼做工程师站）和一条通信系统 2、分布式都有哪几种冗余结构？各有什么优缺点？为什么要采 用冗余结构？ 1)分布式控制有两种冗余结构，一种是整体式冗余结构，另一种 是分离式冗余结构。 2)整体式系统是由早期单回路调节器和PLC组成，因本身有操 作器，常采用仪表盘备用方式；分离式冗余结构常采用多重化 冗余结构：配备冷备用数据库，操作器热备用，CRT远程遥控 备用等。整体式冗余结构可以实现完全与系统分离备用，系统 受干扰较小，但是系统成本较高，自动化水平较低；分离式冗 余结构可以选择重要部件备用，投资较小。 3)分布式控制系统是实时在线控制系统，搞可靠性是评价分布式 控制系统的主要指标，通常要求MTBF达到99.9999%以上， 就必须对系统采用冷备用，热备用等方式。通常通信系统全部 冗余，控制站中主控部件热备用，电源N+1:N热备用，子模 件和端子板N+1:N冷备用。
3、简述最小拍控制系统的特点。 1)若参数不变，可以实现时间最优控制； 2)本质是开环控制； 3)加反馈可实现闭环最优控制。 4、为什么说分布式控制是递阶控制系统？ 1)分布式控制系统具有以下特点： 2)网络结构，将各个子系统通过总线连接起来； 3)分层结构，有工程师站，操作站和控制站等构成； 4)主从结构，集中操作、分散控制，控制站部又分主从部件。 5)基于以上三点，分布式控制系统是递阶控制系统。 5、人机界面的要求主要包括哪些容？ 人机接口主要是CRT的操作站。对他们主要要环境要求，输入特性和图形特性的要求； 1)化境要求首先指人机接口设备对环境的要求：有耐冲击和振动 的特性；环境要求的第二部分是对供电的要求，它包括供电电 压等级、类型和容量及允许的极限值等，也涉及到供电方式， 冗余配置等容；环境要求的第三部分是对互联设备的通信距离 限制； 2)输入特性的改善使操作员的操作容和方式发生根本变化； 3)图形特性是人机接口的重要特性：采用图形用户界面（GUI）、 图形处理器（GP）和图形缓冲（GB）使人机接口的图形特性 得到极大的提高。
阅读下面的文字，完成各题。 材料一： 材料二： 2005年，当时正在建设的北斗二号系统的“原子钟”突遇问题。 原子钟就如同一块“手表”，为卫星导航用户提供精确的时间信息服务。事实上，高精度的时间基准技术是卫星导航系统最核心的技术， 直接决定着系统导航定位精度，对整个工程成败起着决定性作用，其重要性如同人的心脏。 当时还想引进，但人家就不给你。因为这是个高精度的东西，他 们要对我们进行技术控制。没有原子钟，这个系统基本上就是空中楼阁。 国外的技术封锁，坚定了科研人员自力更生的信念。大家有了一 个共识，核心关键技术必须要自已突破，不能受制于人。当时北斗人 有一句话，“六七十年代有原子弹，我们北斗人一定要有我们自己的原子钟”。 他们成立了三支队伍同时开展研发，并在基础理论、材料、工程 等领域同步推进。就这样，仅仅用了两年的时间，科研团队就攻克了
原子钟这个最大技术屏障。不仅如此，现在用在北斗三号上的原子钟，已提升到每300万年才会出现1秒误差的精度，完全满足了我国的定位精度要求。 （摘编自“央视网”）材料三： 2018年7月29日9时48分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火费，以“一箭双星”的方式成功发射第33、34颗北斗导航卫星。 这是北斗三号全球组网卫星的第四次发射。两颗卫星均属于中圆 地球轨道卫星，是我国北斗三号系统第9、10颗组网卫星。 根据计划，2018年年底前将建成由18颗北斗三号卫星组成的基本系统，为“一带一路”沿线国家提供服务。从这次发射开始，北斗 卫星组网发射进入前所未有的高密度期。 （摘编自“新华网”）材料四： 据俄罗斯《劳动报》网站2018年8月26日报道，中国已与美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的“格洛纳斯”全球卫星导航系统 展开激烈竞争。今年北斗系统将开始向“一带一路”沿线国家和地区 提供基本导航服务。两年之后，北斗将向全球提供导航服务。 报道认为，中国对太空领先地位的积极争夺令美国等太空强国感 到不安。尽管中国每年对太空项目的60亿美元投入与美国的400亿美元相差甚远，但中国发射的卫星数量却与美国不相上下。此外，中
doi :10.3969/j.issn.1001-893x.2016.06.009 引用格式:钟旭东,何元智,魏晓辉,等.分布式卫星系统的上/下行功率联合控制[J].电讯技术,2016,56(6):646-652.[ZHONG Xudong,HE Yuanzhi,WEI Xiaohui,et al.Uplink and downlink joint power control in distributed satellite system[J].Telecommunication Engineering, 2016,56(6):646-652.]分布式卫星系统的上/下行功率联合控制 * 钟旭东**1,2,何元智2,魏晓辉1,孙 俊3(1.解放军理工大学通信工程学院,南京210007;2.中国电子设备系统工程公司研究所,北京100141;3.解放军75706部队,广州510500) 摘 要:为了能合理地控制功率以提高分布式卫星系统的系统效能,研究了其上下行功率联合控制问题三通过分析分布式卫星系统的特征及其功率控制问题的难点,建立了合理的分布式卫星系统功率控制模型和控制方案的具体框架;通过改进现有的上行功率预测和单级调整算法,提出了基于预置二预测和多级调整算法的上下行功率联合控制方法,并给出了控制方法的流程图;最后将所提方法与传统上行控制算法二单级补偿算法和预测算法进行了仿真比较,表明在上下行不同降雨百分比条件下,所提方法能更好地满足功率门限需求;在广州二长春两地不同实测雨衰曲线下,所提方法均能够更准确跟踪雨衰变化;业务与通信网区切换时,所提方法也能快速完成切换和保持动态跟踪,能够较好满足分布式卫星系统的功率控制准确性二时效性等应用需求三 关键词:分布式卫星系统;功率控制;功率补偿;雨衰 中图分类号:TN927 文献标志码:A 文章编号:1001-893X (2016)06-0646-07 Uplink and Downlink Joint Power Control in Distributed Satellite System ZHONG Xudong 1,2,HE Yuanzhi 2,WEI Xiaohui 1,SUN Jun 3(1.College of Communication Engineering,PLA University of Science and Technology,Nanjing 210007,China;2.Institute of Chinese Electronic Equipment System Corporation,Beijing 100141,China;3.Unit 75706of PLA,Guangzhou 510500,China)Abstract :In order to reasonably control the power of thedistributed satellite system(DSS)to improve its system capacity,the joint power control problem of the system is studied.Through analysis of the character-istics of DSS and the difficulty of power control problem,the power control model and the architecture of power control approach are constructed.A joint power control approach based on preset,prediction and multi-stage adjustment is proposed.Finally the effectiveness of the approach is verified with the perform-ance comparison between the approach and traditional scheme based on prediction and single-stage adjust-ment.The proposed approach can better meet the demand of the power threshold as the up and downlink in different rainfall percentage condition.The approach can more accurately track the rain attenuation in both curves measured in Guangzhou and Changchun.When the services and the communication zone are changed,the approach can quickly switch the network and keep the dynamic tracking.The approach meets the application requirements of accuracy and timeliness for the power control problem of DSS.Key words :distributed satellite system;power control;power compensation;rain attenuation 四646四第56卷第6期2016年6月电讯技术Telecommunication Engineering Vol.56,No.6June,2016***收稿日期:2015-11-18;修回日期:2016-03-25 Received date :2015-11-18;Revised date :2016-03-25 基金项目:国家自然科学基金重点项目(61231011,91338201,91438109,91338016)Foundation Item :The National Natural Science Foundation of China (No.61231011,91338201,91438109,91338016)通信作者:zxd148367@https://www.doczj.com/doc/0e3989794.html, Corresponding author :zxd148367@https://www.doczj.com/doc/0e3989794.html,
全球四大卫星定位系统 一、美国的全球卫星定位系统GPS： 1、简介： GPS 是英文Global Positioning System(全球定位系统)的缩写，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。GPS系统由28颗地球同步卫星组成(4颗为备用星)，均匀地分布在距离地球20000公里高空的6个轨道面上。这些卫星与地面支撑系统组成网络，每隔1—3秒向全球用户播报一次其位置(经纬度)、速度、高度和时间信息，能使地球上任何地方的用户在任何时候都能利用GPS接收机同时收到至少4颗卫星的位置信息，应用差分定位原理计算确定自己的位置，精度约为10米。 2、特点： ⑴全球、全天候工作。 ⑵定位精度高。单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。 ⑶功能多，应用广。 ⑷高效率、操作简便、应用广泛。 二、俄罗斯GLONASS卫星导航系统： 1、简介： GLONASS星座由27颗工作星和3颗备份星组成，所以GLONASS星座共由30颗卫星组成。27颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔120度，每
个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度，轨道高度2.36万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8度。 格洛纳斯卫星发射 2、特点： ⑴抗干扰能力强。 ⑵GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策。 ⑶GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式，根据载波频率来区分不同卫星(GPS是码分多址(CDMA)，根据调制码来区分卫星)。 3、GLONASS与GPS不同之处： 一是卫星发射频率不同。GPS的卫星信号采用码分多址体制，每颗卫星的信号频率和调制方式相同，不同卫星的信号靠不同的伪码区分。而GLONASS采用频分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。由于卫星发射的载波频率不同，GLONASS 可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而，具有更强的抗干扰能力。 二是坐标系不同。GPS使用世界大地坐标系(WGS-84)，而GLONASS使用前苏联地心坐标系(PE-90)。 三是时间标准不同。GPS系统时与世界协调时相关联，而GLONASS则与莫斯科标准时相关联。 格洛纳斯- 将与GPS相当据全球按全网2007年5月24日报道，俄罗斯联邦航天局副主任尤里·诺森科(YuryNosenko)23日称，Glonass全球定位系统将在2011年达到美国全球定位系统(GPS) 的精度水平。这是他在在莫斯科举办的一次Glonass顶级设计专家新闻发布会议上宣布的，2011年之前将Glonass系统民用精度提高至一米。会上，负责建造Glonass卫星的公司总裁称，2007年底之前，将发射六颗Glonass-M卫星入轨。另有六颗将在2008年加入系统，首批两颗改进型Glonass-K卫星将于2009年发射。 4、主要问题： 1.目前GLONASS工作不稳定，卫星工作寿命短，在轨卫星只12颗; 2.GLONASS用户设备发展缓慢，生产厂家少，设备体积大而笨重;
北斗卫星导航系统- 简介 北斗卫星导航系统 北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国独立发 展、自主运行，并与世界其他卫星导航系统兼容互用的全球卫星导航系统。 北斗卫星导航系统既能提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，还具备短报文通信、差分服务和完好性服务特色，是中国国家安全、经济和社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。 北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号两代导航系统。其中北斗一号用于中国及其周边 地区的区域导航系统，北斗二号是类似美国GPS的全球卫星导航系统。[1] 北斗卫星导航系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的中国卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。[2] 三步走 按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则，北斗卫星导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进。具体如下： 第一步，2000年建成北斗卫星导航试验系统，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。 第二步，建设北斗卫星导航系统，2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。 第三步，2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。[3][4] 北斗卫星导航系统- 系统组成
北斗导航卫星应用战略图 北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号的2代系统，由空间段，地面段，用户段三部分 组成。 空间段 空间段包括五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星。地球静止轨道卫星分别位于东经5 8.75度、80度、110.5度、140度和160度。非静止轨道卫星由27颗中圆轨道卫星和3颗同步 轨道卫星组成。 地面站 地面段包括主控站、卫星导航注入站和监测站等若干个地面站。 主控站主要任务是收集各个监测站段观测数据，进行数据处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，完成任务规划与调度，实现系统运行管理与控制等。 注入站主要任务是在主控站的统一调度下，完成卫星导航电文、差分完好性信息注入和有效载荷段控制管理。 监测站接收导航卫星信号，发送给主控站，实现对卫星段跟踪、监测，为卫星轨道确定和时间同步提供观测资料。 用户段 用户段包括北斗系统用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。系统采用卫星无线电测
北斗卫星导航系统 ——世界第三套全球卫星导航系统 工程总投资：100亿元 工程期限：1994年——2020年 北京时间2007年2月3日凌晨零时28分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。 北斗卫星导航定位系统是由中国自行研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），
是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）定位系统之后世界第三个成熟的卫星导航系统。 该系统分为“北斗一代”和“北斗二代”，分别由4颗（两颗工作卫星、两颗备用卫星）和35颗北斗定位卫星、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，其精度与GPS相当。中国在2000年至2007年先后发射了四颗“北斗一号”卫星，这种区域性(中国境内)的卫星导航定位系统，正在为中国陆地交通、航海、森林防火等领域提供着良好服务。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造,四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 日期火箭卫星轨道 2000年10月31日长征三号甲北斗-1A 地球静止轨道140°E 2000年12月21日长征三号甲北斗-1B GEO 80°E 2003年05月25日长征三号甲北斗-1C GEO 110.5°E 第三颗是备用卫星 2007年02月03日长征三号甲北斗-1D GEO 86°E 第四颗是备用卫星 2007年04月14日长征三号甲北斗-2A 中地球轨道(21500KM) 北斗二代首颗卫星
军用新型北斗卫星导航手持机 北斗卫星导航系统的历史 我国早在60年代末就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于多种原因而夭折。在自行研制“子午仪”定位设备方面起步较晚，以致后来使用的大量设备中，基本上依赖进口。70年代后期以来，国内开展了探讨适合国情的卫星导航定位系统的体制研究。先后提出过单星、双星、三星和3-5星的区域性系统方案，以及多星的全球系统的设想，并考虑到导航定位与通信等综合运用问题，但是由于种种原因，这些方案和设想都没能够得到实现。 1983年，“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士和合作者提出利用两颗同步定点卫星进行定位导航的设想，经过分析和初步实地试验，证明效果良好，这一系统被称为“双星定位系统”。双星定位导航系统为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”。 双星定位导航系统是一种全天候、高精度、区域性的卫星导航定位系统，可实现快速导航定位、双向简短报文通信和定时授时3大功能，其中后两项功能是全球定位系统(GPS)所不能提供的，且其定位精度在我国地区与GPS定位精度相当。整个系统由两颗地球同步卫星(分别定点于东经80度和东经140度36000公里赤道上空)、中心控制系统、标校系统和用户机4大部分组成，各部分间由出站链路(即地面中心至卫星至用户链路)和入站链路(即用户机至卫星
2016年教育部自然科学奖推荐项目公示材料 1、项目名称：多智能体系统分布式协同控制 2、推荐奖种：自然科学奖 3、推荐单位:东南大学 4、项目简介: 多智能体系统是20世纪末至21世纪初分布式人工智能领域的国际前沿研究课题，其核心支撑理论是人工智能、分布式控制和分布式计算。进入21世纪，人们在解决大型、复杂的工程问题时，发现单个智能体的能力已经无法胜任，需要多个智能体在网络环境下以信息通讯的方式组成多智能体系统协同地解决工程问题。典型的多智能体系统包括多机器人系统，多无人机系统，智能电网和分布式卫星系统等。本项目系统深入研究了多智能体系统协同控制的共性问题、网络结构控制、通讯受限等关键科学问题，取得的重要科学发现如下： (1)通过引入一致性区域的概念，把二阶和高阶系统一致性问题转化为研究一致性区域的稳定性范围，给出了具有固定网络拓扑的多智能体线性系统二阶和高阶一致性的充分必要条件，解决了长期困惑研究者的多智能体系统协同控制器设计的本质问题；提出有向网络的广义代数连通度作为有向网络收敛判别的基本依据，推广了无向网络的代数连通度。 (2)给出了牵制控制无向网络实现同步的一般条件；克服非对称网络拓扑结构的本质困难，解决了有向网络同步牵制控制的挑战问题；采用图分解引入匹配割点和割集，完善了矩阵分解的谱理论，解决网络牵制控制一个结点的最优控制的关键难题。 (3)利用非奇异M矩阵理论和切换系统稳定性分析方法，突破了通过求解闭环系统的解曲线，然后再进行稳定分析的技术性瓶颈，发现了具有间歇信息通讯的二阶多智能体系统一致性的实现与降阶后的低维切换系统全局稳定性的内在本质联系，解决了切换有向拓扑下多智能体系统的协同一致性的难题。 项目组近年来在IEEE、Automatica、SIAM等本领域著名期刊上发表多智能体系统协同控制SCI论文110篇。10篇代表性论文SCI他引1159次，WOS 他引1433次，Google Scholar他引2165次，全部为ESI工程领域前1%高被引论文，9篇论文Google Scholar他引超过100次，6篇论文发表至今在所在期刊的SCI引用排名居于前2位，被38位院士和IEEE Fellow在Nature、Nature Physics、IEEE汇刊等正面评价，相关成果获亚洲控制会议最佳论文奖、IEEE 电路与系统协会神经系统与应用技术委员会最佳理论论文奖、全国复杂网络学术会议最佳学生论文奖、IEEE国际电路与系统会议最佳学生论文奖提名等。