关键词：指挥信息系统；通信网络；拓扑分析
指挥信息系统，主要为各级防空指挥员及指挥机关遂行防空作战指挥任务提供自动化的指挥控制平台。
通信网络是指挥信息系统各分系统组网运行的基础，是指控、情报等要素的重点保障。研究指挥信息系统通信网络的拓扑结构，对于分析装备使用过程中的风险点，使装备的使用风险最小、效能最大，对提高基于指挥信息系统的体系作战能力有着重要意义。
复杂网络就是具有复杂拓扑结构和动力行为的大规模网络。从复杂网络的定义，可以得出所要研究的该装备通信网络也是一个典型的复杂网络。因为该通信网由大量的节点所组成，且每个节点具有自身动力学特征，每个节点不是独立存在的，它们与其他节点具有相互连接、相互作用的特点，从而整个通信网具有非常复杂的动力学特征。故该装备的通信网络作为一个典型的复杂网络，用复杂网络理论对它进行可靠性研究是科学有效的。
本文对该装备的通信网拓扑结构进行分析，为该装备的通信网风险管理做基础性研究。
1 基本定义及通信网络拓扑分析模型
1.1 复杂网络的定义
复杂网络就是具有复杂拓扑结构和动力行为的大规模网络。就目前的研究成果而言，一般从图论和矩阵两种方式定义复杂网络。
从图论的方面出发，假设网络中存在n个节点和m条连接线，则可以定义节点集合V={v1，v2，v3，…vn}和边集E={e1，e2，e3，…em}来表示这个网络，其中的边可以有方向和无方向两种，为了简化计算，只考虑无向图。图1是一个网络图示例，它有5个节点和4条连接这些节点的边，可以将它视为端集V={1，2，3，4，5}，边集E={e12，e15，e23，e25}，其中节点4为独立节点。
从矩阵的角度出发，最常用的就是用一个邻接矩阵A来表示网络的图的结构信息，如果网络中的i节点和j节点是相互连接的，则矩阵上相应位置上Aij的数值为1，如果这两点之间不存在连接边，则相应的Aij的数值就为0，显然一个无向图的邻接矩阵式一个对称矩阵。为了方便对复杂网络的同步特性的研究，本文用比较特殊的对称邻接矩阵表示所对应的网络。
对角线上元素Aij=。对于图1的矩阵表示为
复杂网络的可靠性定义为：在自然或者人为的破坏下，复杂网络自身能够保持原有功能的能力。
从复杂网络的定义可以看出，包括了可靠性的研究对象、规定条件、原有功能着三个要素。首先研究对象就是：具有数量级大的节点和边的复杂网络，且这些节点具有非线性动力性、还要具有按照一定网络拓扑渐渐演化的过程。规定的条件：自然或认为的破坏作用，这里主要是指对网络中的节点和边进行随机攻击或者进行智能攻击。保持原有功能的能力指的是：复杂网络的存在都是为了完成现实中的一些客观存在的功能，如果对这些网络进行了随机攻击和智能攻击后，会对原来的网络造成一定的影响，然而在这种情况下，复杂网络仍然能够保持或者部分保持实现某一功能的能力。
1.2 指挥信息系统通信网络模型
为了计算的方便我们将导弹营、高炮营配属数量减半并简化，将节点编号如图3：
从网络拓扑的简化结构图可以看出节点对之间的连接关系，可以将它表示为
端集V={1，2，3，…，13}，
边集E={e12，e13，e14，e15，e16，e23，e24，e25，e28，e29，e2，10，e34，e35，e3，11，e3，12，e3，13，e45，e47}的图。
2 复杂网络的描述参数
复杂网络的描述参数有助于我们对网络的内部特征深入了解，描述参数有：网络的度、网络的聚集系数、网络的最短路径和耦合矩阵特征值。
2.1 节点的度
节点度数ki是第i个节点连接的边数目，即相当于i点的所有相邻节点的数目。在物理学领域中，节点的度表示本地的网络连接的连通性。通过邻接矩阵可以很简单地推出度ki的值：
节点的度分布是一个扩展的节点的度的概念。用分布函数P（k）来表示度的分布，P（k）是网络中某个节点具有k条边或k个邻接点的概率。网络的全局连通性和节点在网络中的重要性都靠节点度的分布，所以它是整个网络的基本统计特征，它同样可以表征网络的均匀性特征。复杂网络的平均度也是一个很重要的概念，平均度这里用表示：
网络的平均度是用来表征整个网络上的所有节点的平均度的数值，同样也可以来衡量网络的疏密程度，越大，对应的网络就越密集，越小，网络就越稀疏。
2.2 最短路径
我们将网络中某一节点到达另一节点所要经过的距离定义为路径长度，在本文中就是指节点直接相互连接所需要的边的数目。最短路径长度lij表示的是节点i到节点j的最短距离，即经过的最少的边的数目。从上述定义可以得出，最短路径长度是以边长作为单位的拓扑距离。与平均节点度概念类似，也存在平均最短路径长度L的概念，它表示的是图的任意两点的最短路集合{lij}的平均值。最短路径长度L的数值可以表征网络的特征尺寸，可以表征网络的连通度。
2.3 聚集系数
我们将图中某一节点的两个最近邻也是近邻的概率定义为聚集系数C。设点i的数目为Ei，k表示这些近邻点与i之间有连线的数目。则定义节点i的聚集系数为：
节点i附近环境的连通性用聚集系数Ci来表示。对网络上全部节点Ci进行平均计算得到的C即为平均聚集系数，整个网络的连通性用C来衡量。
2.4 耦合矩阵特征值
耦合矩阵的特征值是用来表征网络同步特性的重要参数，复杂网络的同步特征是一个重要的属性，反映复杂网络同步特征的参数就是耦合矩阵的特征值。
对于图3，可以得到每个节点的节点度，如k1=5，k2=7，则该网络的平均节点度=2.77，从平均节点度可以看出，该网络的密集程度不高。
3 网络的点攻击设计
为了对网络可靠性进行评价，首先要对网络进行攻击，本文中，分别对网络进行随机攻击和智能攻击，从而评价一个网络所能承受攻击的能力，为网络可靠性的评定提供依据。
3.1 随机攻击
随机攻击就是对网络中的点进行随机的撤除或对该节点的连接线进行随机的切断。在现实中可能发生的事故是由于网络自身的故障，而引起某个或部分节点失效。只要对网络相应的邻接矩阵中的某行和列进行随机的置零就完成了。
对网络进行随机点攻击的流程出图4：
随机点攻击的MATLAB代码如下：
T=input（‘T=’）；
p2=input（‘p2=’）；
N=size（A，2）；
c=randperm（N）；
h=1；
for k=1：T
h1=h+p2-1
for i=h：h1
A（c（i），：）=0
A（：，c（i））=0
end
h=h+p2
end
3.2 智能攻击
智能攻击就是有选择性地对网络中的点，按照一定的策略进行蓄意的破坏攻击。如，敌人在选择攻击目标时，总是先选择重要度高的目标进行攻击。为了研究对网络的智能攻击，我们对网络中的节点按照它的节点度的大小按照一定比例进行去除。与随机攻击类似，我们对网络相应的邻接矩阵按照节点度的大小将该矩阵的某一行和列上的元素进行置零，这样就可以对网络进行智能点攻击。
对网络进行智能点攻击的流程如图5
生成智能攻击的MATLAB代码如下：
T=input（‘T=’）；
p2=input（‘p2=’）；
N=size（A，2）；
for kc=1：T
dc1=sum（A）；
dc2=length（dc1）；
[sorted，index]=sort（dc1）；
cc=rot90（index，2）；
Ac（cc（1：p2*kc），：）=0；
Ac（：，cc（1：p2*kc））=0；
end
对通信网络进行随机点攻击和智能点攻击，可以评价一个网络的抗毁性。对某型指挥信息系统的通信网络进行攻击，在受到随机点攻击后，网络表现除的抗毁性比较强，但受到智能点攻击后，由于网络中节点度高的点被智能地去除，所有网络的连接度被破坏，网络的抗毁性下降的比较明显。
4 计算通信网络拓扑结构的可靠性
4.1 计算步骤
对于一个给定的网络，其网络结构包含三部分：节点N，连接节点之间的弧E和网络拓扑结构T，网络的抗毁性R与节点、弧及网络的拓扑结构有关。
若通信网共有n个节点，通信网拓扑结构抗毁性R的计算步骤如下：
（1）确定每条弧的可靠性，经过分析，我们简化设定每条弧的可靠性为rk=0.9；
（2）计算路径的可靠性，节点对i，j之间的第m条路径上弧的数目为p，则该路径的可靠性为：
（3）计算节点对之间的可靠性，节点对i，j之间共有m条路径，则节点对i，j之间的可靠性：
（4）确定整个通信网络的可靠性
4.2 数据仿真
对于ET90B通信网，首先根据第二步公式计算路径的可靠性，假设我们计算节点1到节点13的路径可靠性为0.81，则对应的节点1和节点13之间的可靠性为0.81，从而通过编程计算可以算出整个某型指挥信息系统通信网络的可靠性。这里算出的可靠性，可以为该装备通信网风险评估提供基础数据。
5 结语
利用复杂网络理论对某型指挥信息系统通信网络进行分析，可以简化网络模型，将通信网络抽象为只有节点与连接线的图，对网络进行随机点攻击和智能点攻击，来评价网络受到这两种攻击下抗毁性的变化，针对规程给出的拓扑可靠性计算步骤，对某型指挥信息系统通信网络拓扑的可靠性进行仿真计算，可以看出，该装备通信网络密集程度不高，拓扑结构较为可靠，但抗毁性不强，为该装备通信网风险评估相关研究开辟了蹊径、提供网络拓扑可靠性的基础数据。
参考文献
[1]杨丽徙，曾新梅，方华强，娄北，张鸿雁，李珂.基于抗毁性分析的中压配电网络拓扑结构.电力系统自动化，2013.4
[2]高会生.电力通信网可靠性研究.华北电力大学.2009
[3]肖龙.网络通信系统的风险分析与评估.四川大学.2003
[4]张进. 基于复杂性的指挥信息系统通信网络组织建立阶段风险管理.火力与指挥控制.2014.4
Abstract： To solve the topological model generating problem of wireless communication network， a wireless communication network evolving model with multi?connection modes is proposed according to the characteristics of wireless communication network. The degree distribution of the model is analyzed and calculated. The degree distribution of the network， network efficiency and anti?destruction performance of network were simulated. The simulation results show that the network generated by the model has the power?law and small?world characteristics， the model efficiency is increased with the increase of medium range connection probability， and anti?destruction performance of the network is decreased with the increase of medium range connection probability. The research provided a theoretical support and reference for studies on the optimization of network topology and anti?destruction performance of network model.
Keywords： wireless communication network； complex network； topological model； connection mode
0 引 言
随着无线通信网网络结构复杂化以及网络应用的多样化，单纯依靠理论计算、实测数据进行网络的规划和设计、设备的研制以及网络协议的开发，已经不能适应网络的发展。得益于仿真技术的发展，使得通过仿真技术建立通信网的框架结构、协议体系和业务事件等仿真模型，从仿真结果中发现并解决设计问题，提出网络的改进或优化方案。构建合适的网络拓扑模型是通信网仿真的基础，也是判断通信网建模与仿真可信性的重要依据。
在无线通信网络建模中，最早采用人工设置的确定性模型（如星形网络、环形网络和栅格网络）或随机性模型（如ER随机网络模型）。随着复杂网络科学的发展，大量的实证研究发现，大多数的通信网络结构均呈现“无标度”特性，即网络节点的度分布服从“幂率”[1?3]。为描述网络的这一特性，科学家们提出了许多模型，其中最为著名的是Balabési等提出的BA模型[4]。BA模型通过网络增长和择优连接，可以构建出符合幂率分布的网络模型。在BA模型的基础上，不少研究者提出了具有特定约束条件的网络拓扑模型，如“陈?李模型”为考虑局域世界的网络模型[5]，该模型新增加的节点偏好选择局域世界内的节点建立连接。文献[6]提出兼顾全局和局域世界的网络演化模型，节点增长过程中依概率按度优先连接，按概率连接到最近的节点。
针对无线通信网的拓扑结构，也有不少学者根据通信网络的特点，对无线通信网络拓扑建模进行研究。文献[7]针对有线和无线传输条件，提出了无线通信网的网络拓扑模型，并验证其有效性。文献[8]主要考虑了节点的分类和连接规则两方面，能够构建出一个核心节点和一般节点的节点数和节点度可控的网络模型，并分析了网络的抗毁性能。文献[9]将战术通信网络的网络节点分为骨干、接入和用户三类，提出了一种能够同时反映网络节点空间位置和网络节点多样性特点的网络拓扑演化模型。
针对网络的特点，对网络增长和择优连接进行改进，从而得出更加符合网络实际或者是更加体现研究者关注特征的网络拓扑模型是无线通信网网络拓扑建模的热点。本文针对无线通信网不同的链路传输距离不同的特点，将传输链路分为短程、中程和长程3类，提出了一种基于多连接方式的无线通信网网络拓扑模型。仿真结果表明，该模型满足幂率特性和小世界特性，具有无线通信网的一般特点，能够较好地模拟无线通信网络的拓扑特性。
1 网络拓扑演化模型
无线通信网络是综合利用无线电台、微波接力机、散射、卫星等多种通信方式构建的多手段、多层次、立体化的通信网络[10]。采用无线电台、微波接力机、散射、卫星等传输方式的传播距离差距很大，下面根据这一特点，建立不同连接方式下的网络拓扑模型。
1.1 模型设置
在模型演化过程中，主要考虑节点的空间位置分布和网络链路特性。在模型演化过程中，模型按照下面规则进行设置。
（1） 网络节点的空间分布。定义网络模型的覆盖范围，将网络中的节点按照某种概率分布置于一个正方形的二维平面上，以节点的物理坐标作为节点所处空间位置的表示。
（2） 网络链路类型。根据无线通信网中网络节点间采用微波视距通信，空中平台转发通信和卫星通信手段，采用不同的链路距离，通过自动演化机制，生成具有栅格化的网络结构。
（3） 网络链路的连接距离。根据网络链路的类型，网络模型中设置了三种不同的网络链路：长程链路、中程链路和短程链路。长程链路采用卫星通信手段，具备大范围的通信覆盖能力，能够覆盖整个战区；中程链路采用升空平台转发，通信距离也较大，一般能达到数百千米；短程链路采用微波视距通信，由于要满足通视要求，因此只能具备几十千米的传输能力。
1.2 算法步骤
步骤1：初始状态。网络初始有[m0]个节点和[e0]条边，[m0]均匀分布于[L×L]的平面上，并设定节点间的连接关系。
步骤2：增加一个节点。每次新加入1个节点，新加节点的位置在[L×L]的平面上服从均匀分布。
步骤3：按照通信范围优先连接[m]条边，连接过程按照如下步骤：
（1） 按概率确定所增加的连接链路类型；
3 仿真试验
在仿真中，设置了1 000个网络节点。网络的初始状态是一个节点为5的全连接网络，剩余的节点依次增加并随机分布在1 000 km×1 000 km的范围内，每个新增加节点均与2个原节点相连，节点有一定的概率采用短程、中程和长程链路。其中短程链路的最大连接距离为50 km；中程链路的最大连接距离为400 km，最小连接距离为50 km；长程链路的最大连接距离为1 500 km，最短连接距离为300 km。
在仿真中，分别建立了短程、中程和长程连接概率为（0.8，0.1，0.1），（0.8，0.18，0.02）和（0.9，0.05，0.05）三种情况下网络的拓扑模型，分别称上述三种设置为网络拓扑（a）、网络拓扑（b）和网络拓扑（c），三种网络拓扑模型如图1所示。
3.1 度分布
根据理论分析，网络的度分布在[m?M?m0+t]时具有指数为3的幂率分布。图2所示为仿真设置的三种模型的网络度分布曲线，从曲线上看，网络度分布近似为幂率分布。这是因为网络在演化过程中，条件[m?M?m0+t]并非每次都能满足，因此，网络的度分布是介于指数分布与度分布之间。
3.2 网络效率
为了方便对比分析，下面对比分析只存在短程连接和中程连接条件的网络效率。设短程连接的连接概率为p，则中程连接的连接概率为[q]，显然[p=1-q]。通过仿真得到[q]从0～1区间内不同连接概率下的网络，并分析不同网络的网络效率，如图3所示。从图中可以看出，仿真得出的网络效率在0.18～0.3之间，说明生成的网络具有较好的网络效率；网络效率随着中程连接的增加而增加，说明在实际构建通信网络的过程中，增加网络的长距离连接可以提高网络效率。
3.3 网络抗毁性能
网络抗毁性是评估军事网络拓扑结构性能的一项重要指标。所谓网络抗毁性是指当网络节点出现故障或遭受打击时，网络维持及恢复其性能、效能到一个可接受程度的能力[12?13]。服从“幂率”分布的网络的重要特性是网络具有较好抗随机故障性能，但是面对选择性打击却表现得十分脆弱。
采用本文建立的网络模型，分别建立了短程连接概率p，中程连接概率q的网络拓扑。设置p分别为1，0.7，0.4，0.1的情况进行仿真试验，分别分析其在选择性打击下的网络性能。由于构建的4种网络的网络效率并不相等，为了方便对比采用归一化的网络效率，选择评价网络性能的指标为归一化的网络效率，通过对比网络在受到干扰后网络效率的下降速度来评价网络的抗毁性能。图4为仿真得出的不同连接概率下，网络在选择性打击下的归一化网络效率曲线。从图4中可以看出，中程连接概率的增加，使得网络的抗选择性打击的性能降低；增加网络中的较长程的连接虽然可以增大网络的效率，但是同时却使得网络的抗选择性打击性能降低。
【关键词】无线传感器网络;特点;应用
0.引言
随着传感器技术、微电子技术、嵌入式计算技术和通信技术等几种技术的融合和汇聚，具有感知信息、数据处理、存储和通信能力的微型传感器被应用于国防军事、工业生产、环境监测等多个领域。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks ,WSN)是由一组稠密布置的微型传感器组成的无线自组织网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域内感知对象的信息，并给观察者。相对于有线传感器网络而言，无线传感器网络具有成本低、应用灵活、部署快速等优点，具有很大的应用空间。无线传感器网络已在军事、安全、环境、工业、交通、健康和家居等领域，有着广泛的应用。
1.无线传感器网络的体系结构及特点
1.1无线传感器网络的结构
无线传感器网络由大量集传感与驱动控制、计算存储、通信于一体的的嵌入式传感器节点构成。这些传感器节点通常包括传感器节点、网络协调器节点和应用管理器节点。应用时，传感器节点分布在不同的角落，采集节点周边的温度、湿度、光强度、噪声、压力、速度等物理信息，各传感器节点将采集到的信息发送给特定的对象。图1为无线传感器网络的结构。
图1 无线传感器网络结构
传感器节点具有信息采集和处理的能力，是由传感器模块、数据处理模块和无线通信模块组成的微系统。传感器模块负责采集外界环境的物理信息并将物理信号转换为数字信号；数据处理模块对数字信号进行编码等处理；无线通信模块负责将信息传送到网络中。传感器节点实质是以自组织的形式构成无线网络。网络协调器节点具有信息处理能力和网络管理能力，实现传感器节点与应用管理器节点之间信息的交换。应用管理器节点是用户于传感器网络的接口。用户通过应用管理器节点实现处理无线传感器网络采集到的信息和向无线传感器网络应用指令的交互。
1.2无线传感器的特点
无线传感器网络能够得到广泛的应用，因其具有以下特点：
1.2.1节点规模大、节点体积小
无线传感器网络中传感器节点密度高，数量巨大，可能达到几百、几千万，甚至更多。体积小是无线传感器网络节点一个重要特点，也是实现大量部署的内在要求。
1.2.2自组织
无线传感器网络根据组网机制和网络协议自动对网络进行配置和管理，传感器节点有自组织能力，能够自动形成无线通信系统不需要固定的基础设施作为网络枢纽。
1.2.3能适应复杂环境
传感器网络主要分布在各种条件恶劣的环境，如军事边界或者一些人员难以进入地区。同时，节点容易受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响。
1.2.4部署容易且成本低
只需要在目标区域进行随机部署，不需要指定特定的位置。相对于有线网络传输，无线网络传输降低了各种成本。
1.2.5可靠性高
无线传感器节点资源有限，其生命周期主要取决于电池。对无线传感器节点进行维护、回收和替换的可能性很小。因此，无线传感器网络要具有信息传输的高度可靠性和对节点失效的高度容错性。
2.无线传感器网络的应用
2.1军事建设
无线传感器网络以其快速布署、自组织和容错等特点，成为军事通信控制系统的重要组成部分，可用于兵力、装备弹药和物资的监控，阵地和敌情的侦查，战场的监视，生物化学攻击的判断、目标的指示，战损的评估等。
2.2工农业生产
通过传感器监测设备的震动、和磨损情况，可以迅速得到设备的健康状态;通过在生产线上布署传感器网络，可以方便的实现在线质量控制。无线传感器网络为提高设备性能、提升产品质量、降低成本，提供了一种很好的技术方案。
我国是一个农业大国，深化现代技术在农业中的应用，对推进我国农业生产产业化和现代化进程具有重要作用。将无线传感器网络技术应用于现代农业，可实现农业信息采集以及远程传输，为科学决策提供可靠依据。
2.3环境监测
在环境科学研究中，无线传感器网络为大规模野外数据采集和气候气象监测提供了便利，可用于跟踪候鸟、小型动物和昆虫的迁徙地球探测，林火和洪水监测等。如美国Berkley等单位在美国缅因州的GreatDuck岛对海燕栖息地的生态环境监测；肯尼亚MPala研究中心对大规模野生动物(野马，斑马等)的栖息地进行考察研究；挪威对冰河观测以了解地球气候的变化。
2.4安全监控
通过在监控藏所部署无线传感器网络，利用场所附近的声音、震动、光、温度等物理信息的变化，了解被监控对象的状态，来防止非法入侵、安全事故等。目前应用较多的是煤矿、电站、通信枢纽、行政中心等。如实时监控煤矿井下环境来进行灾害预警，实时监控井下人员和设备的位置来对其进行资源调度，并为灾后的辅助救援提供支持。
2.5智能交通
将无线传感器网络应用到智能交通系统，作为它的一个信息采集和通信子系统。这个子系统充分利用了无线传感网络覆盖范围广、灵活性好和易于大规模部署等特点，来采集全路段的车辆和路面信息。相对于有线交通信息采集通信系统而言，大幅度地降低现有交通监控网络的成本。通过车载和道路传感器的配合，驾驶者和交通控制人员可以实时地了解路况和交通信息。布置于道路上的速度识别传感器，可以监测交通流量等信息，为出行者提供信息服务，并且在发现违章时能及时报警和记录。 （下转第143页）
（上接第131页）2.6医疗健康
利用无线传感器网络节点体积小、易于植入和便于携带等特点，其可以用于医院药品控制、病人生命体征不间断采集和监测等领域。
2.7教育教学
无线传感器网络作为计算机最前沿技术之一，是泛在学习的技术支撑。无线传感器网络的网络实时性、网络自组性等为我们未来的学习方式以及教学开辟了新的思路。如乒乓球训练田、足球裁判辅助系统等可以提高教学效果。
2.8家居生活
通过布置于房间内、家电中的无线传感器网络节点，实现自组织无线传感器网络系统，感知居室不同部分的温度、湿度、光照、空气成分等信息，从而对空调、门窗以及其他家电进行自动控制，同时可实现家电之间的交互和远程控制，提供给人们舒适的居住环境。
3.结语
无线传感器网络融合了微机电、传感器、嵌入式计算、网络技术、无线通信和信息处理等技术，知识高度集成，创新度高，是在国际上前沿热点研究领域之一，应用前景广阔，对国家安全、社会进步、经济发展意义重大。这种多学科交叉融合的研究给人们提出了不少新的挑战，无线传感器网络技术的发展还有许多要攻克的难题。
【参考文献】
［1］孟庆斌. 无线传感器网络应用研究[C]. 天津大学,2009.
［2］陈闻杰.无线传感器网络及其应用研究[C].复旦大学,2006.
［3］滑楠.无线传感器网络相关理论与应用研究[C].西北工业大学,2007.
关键词： 差异性故障节点； 传感器网络； 故障节点定位； 仿真实验
中图分类号： TN926?34； TP293 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）14?0020?04
Simulation for fault node localization model of difference sensor network
DONG Feng
（Modern Education Technology Center of Huanghe Science and Technology College， Zhengzhou 450006， China）
Abstract： The traditional fault node localization method cannot effectively analyze the related characteristics of sensor network nodes， and is unable to get the exact fault node localization result， so a difference sensor network fault node localization model based on logarithmic distance node information and residual fusion is put forward. The failure node characteristics of different sensor networks are collected， the corresponding weights are derived， feature extraction error is compensated， the difference fault node features of the differences sensor networks are acquired， and the fault node localization model of difference sensor network is established according to the obtained features. A logarithmic distance node information model is used to reflect the collected differentiation information， and obtain the feature distance of difference node fault. The relevant error is adjusted with residual fusion method to get more accurate fault information distance， and realize fault node localization. The simulation results show that the proposed method has high accuracy of fault node location.
Keywords： difference fault node； sensor network； fault node positioning； simulation experiment
0 引 言
随着计算机的发展和广泛应用，人们对数据处理效率的要求越来越高，需建立差异性传感器网络，通过大型传感器网络解决资源约束问题，实现海量数据的高效处理[1?2]。但差异性传感器网络较为复杂，故障频出，因此，对差异性传感器网络故障节点的定位成为解决网络运行效率提升的重点，具有重要意义[3?4]。
目前，研究故障节点定位的方法有很多，主要包括粒子群方法、随机网络方法、距离定位方法等，相关研究也取得了一定的成果。其中：文献[5]提出一种基于规则编码的差异性传感器网络故障节点定位方法，在同一规则编码下，对差异性传感器网络的特征进行对比，从而实现故障节点定位，但由于差异性传感器网络之间的规则不尽相同，因此故障节点进行定位时需进行区分，定位效果不佳；文献[6]提出一种基于粒子群单循环搜索算法的差异性传感器网络故障节点定位方法，对不同传感器网络的故障节点特征进行提取，求出相应的权重，同时对特征提取误差进行补偿，得到差异性故障节点特征，依据获取的特征建立粒子群，从而实现故障节点定位，但该方法实现过程较为复杂；文献[7]提出一种基于随机网络的差异性传感器网络故障节点定位方法，对随机网络的直径和平均距离进行设置，求出其集聚系数，构建故障节点特征模块，从而实现故障节点定位，但该方法所需的时间较长，效率较低；文献[8]提出一种基于距离定位的差异性传感器网络故障节点定位方法，依据距离与角度对与其信息相应的传感器节点进行测量，也就是通过三角测量法和最大似然法预测节点位置实现故障节点定位，但该方法需要消耗大量的网络硬件资源，成本很高；文献[9]中依据正交通信信道载波定位网络故障节点的方法，通过构建故障节点信息融合模型，完成对其特征分析，通过正交通信信道载波均衡实现差异性传感器网络故障节点的定位，但该方法在进行通信传输的过程中，容易受到相邻节点的干扰，造成故障节点定位精度不佳。
针对上述方法的弊端，提出一种基于对数距离节点信息和残差融合的差异性传感器网络故障节点定位模型，对不同传感器网络的故障节点特征进行提取，依据获取的特征建立差异性传感器网络故障节点定位模型。仿真实验结果表明，所提方法具有很高的故障节点定位精度。
1 基于对数距离节点信息和残差融合的传感器
网络故障节点定位模型
为了避免传统方法因无法适应差异性传感网络随机性和多样性的特点，而不能有效构建差异性传感器网络故障节点定位模型的问题，提出基于对数距离节点信息和残差融合方法，塑造差异性传感器网络故障节点定位模型，对故障节点进行准确定位。
1.1 差异性传感器网络故障节点特征的提取
对不同传感器网络的故障节点特征进行提取，求出相应权重，并且对特征提取误差进行补偿，获取差异性传感器网络的差异性故障节点特征，依据获取的特征建立差异性传感器网络故障节点定位模型。
针对差异性传感器网络的故障节点定位，首先对故障节点特征进行提取，用[a=a1，a2，…，aqU]描述故障节点特征分量；用[z=Gz]描述上述分量方向上的平均值，因为差异性传感器网络中节点和节点之间有一定的差异，因此，该网络节点[Tz=GzzU]领域中具有的特征差值为：
式中：[H]为常数；[a]为故障节点特征分量；[a]为特征分量[a]方向上的平均值。
通过[a=XU-1b=Xb]对差异性传感器网络节点中的特征分量[a]进行时效方面的限制，同时构建关系式[bl=xUla]。
为了准确获取差异性传感器网络不同节点之间的特征差异，可通过式（2）描述节点特征对比结果：
用[a]描述差异性传感器网络节点的权值系数，采用式（3）对某传感器网络节点权值系数进行计算：
式中：[bl]为某节点特征；[xl]为某差异性传感器网络节点；[el]为差异性传感器网络节点之间的数据传递参数。
差异性传感器网络中有大量故障的网络节点，针对上述故障节点特征，通过式（4）获取特征提取误差：
假设[el=HblxUla]，从而使差异性传感器网络最弱节点特征提取误差达到最小，将其代入式（4）中，实现对特征提取误差的补偿，则有：
在上述过程的基础上，通过式（6）对故障节点特征进行约束，获取有关参数，为准确实现差异性传感器网络故障节点的定位提供有效依据：
1.2 模型的建立
1.2.1 对数距离节点信息模型
获取准确的故障节点特征数据[γ2p]，[Hbl-bl2]，[Fa]后，依据上述特征数据构建差异性传感器网络故障节点定位模型。由于差异性传感器网络故障节点拥有不同的特征，因此，应依据对数距离节点信息模型反映差异化信息。当差异性传感器网络中的传感器节点获取随机性故障信息节点时，需要通过对数距离特征模型搜索差异传感器网络故障节点的有效信息。该模型中包含的内容分为两部分：
第一部分为路线耗能模型，其对比距离为[dss0]，中心点的邻近距离为[s0]，预测距离为[s]，平均采集功值为[dss]，则二者之间的比值为：
式中：[s0]的对比值为[dss0]；[β]用于描述差异性传感器网络路径的减弱情况。
第二部分描述的是维持通信平稳的差异性传感器网络环境，若该环境中的信号功率服从正态随机分布，则有：
式中，[?]用于描述均值为零的高斯分布变量，该值不会对结果的准确性造成干扰。
通过上述分析，结合故障节点特征数据，即可获取差异性节点故障特征距离[s]，公式描述如下：
（9）
1.2.2 残差融合
因为传感器网络存在差异性，所以得到的故障信息距离值大小不一，此时，可依据残差融合理论实现误差的合理调控，以期获取有价值的故障信息距离值，完成故障节点定位。依据差异性节点故障特征距离，利用节点距离残差融合法对原始故障节点定位特征数据进行线性变换，则有：
差异性传感器网络节点距离运算模型基函数为：
式中：节点距离参数为[β]；属性范围的中心坐标参数为[uq]；能量属性均值为[wq]，则各信号参数为：
差异性传感器网络节点距离残差参数的属性向量可通过式（15）求出：
式中：节点距离属性向量的极大值和极小值为[umax]和[umin]；节点距离残差分析结果为[Fq]；经最大值量化处理后的结果为[Zq]。
汇总全部运算结果，能够得到差异性传感器网络全部故障节点数。依据故障节点提取基函数，得到故障节点距离的中点以及平均值。故障节点的距离误差可通过式（16）进行计算：
如果节点距离误差负荷阈值要求，则说明该节点距离准确；否则，基于逆向误差调控法更新节点距离误差。差异性传感器网络故障节点定位距离的误差参数可通过式（17）求出：
通过式（18）对得到的节点距离进行优化，有：
通过上述分析的过程，对差异性节点故障特征距离进行残差融合操作，对节点距离误差进行调整，从而使传感器网络有很大差异的情况下，也能得到准确的故障节点定位信息。
2 实验结果及分析
通过实验检验提出的基于对数距离节点信息和残差融合的差异性传感器网络故障节点定位模型的性能。实验将随机网络模型作为对比进行分析。
2.1 平均定位误差分析
在实验中传感器网络节点分布情况存在一定的复杂性，实验通过本文模型以及随机网络模型，对弱差异性传感器网络中的故障节点进行定位分析，获取的结果如图1所示。
分析图1可以看出，在传感器网络差异性不大的情况下，虽然整体看来，采用本文模型的定位误差略低于随机网络模型，但差别不大，故障节点定位精度基本一致。
实验通过本文模型以及随机网络模型，对强差异性传感器网络中的故障节点进行定位分析，获取的结果如图2所示。
由图2可以看出，在传感器网络差异较大的情况下，采用本文模型的平均定位误差曲线明显低于随机网络模型，说明本文模型和随机网络模型相比，具有一定的优越性。综合图1、图2可知，在传感器网络差异较大的情况下，本文模型和随机网络模型的定位误差均在一定程度上有所增加，但本文模型的增加幅度明显低于随机网络模型，说明本文模型不仅具有较低的故障节点定位误差，而且具有很高的适应能力。
2.2 故障节点定位结果
为了进一步验证本文模型的有效性，在传感器网络差异不大的状态下，采用本文模型和随机网络模型实现故障节点的定位分析，得到的定位结果如表1所示。
传感器网络差异较大情况下，本文模型和随机网络模型故障节点定位比较结果如表2所示。由表1、表2可知，与随机网络模型相比，采用本文模型对差异性传感器网络故障节点进行定位，不管是在差异较小还是差异较大的情况下，定位结果与实际结果更加接近，而且，随机网络模型在传感器网络差异性较大的情况下，定位结果和实际结果相差甚远，说明本文模型能够在很大程度上提高定位精度，验证了本文模型的有效性。
表2 差异较大时两种模型的故障节点定位结果
3 结 论
本文提出一种基于对数距离节点信息和残差融合的差异性传感器网络故障节点定位模型，对不同传感器网络的故障节点特征进行提取，求出相应权重，对特征提取误差进行补偿，获取差异性传感器网络的差异性故障节点特征，依据获取的特征建立差异性传感器网络故障节点定位模型。采用一种对数距离节点信息模型反映收集到的差异化信息，获取差异性节点故障特征距离。通过残差融合方法调控误差，得到有价值的故障信息距离值，完成故障节点定位。进行调整，以获取更加准确的故障信息距离值，从而有效实现故障节点定位。仿真实验结果表明，本文方法的故障节点定位精度较优。
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关键词：水下传感网络 信道 监控
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0070-02
Comparison of Sensor Networks In Land and Underwater
LIU Xiaoming1 SHANG Fengjun2
（1.Huaihai Institute of Technology Information Center，Lianyungang Jiangsu 222005，China；2.Chongqing University of Posts and Telecommunications Computer college，Chongqing 400065，China）
Abstract：Wireless sensor network on land communicate by electromagnetic wave，but underwater sensor network is one kind of wireless self-organized networks which connected by acoustical signal.This paper introduces the survey of two kinds of sensor networks’characteristic，and compares the different classifications for applications.
Key word：Underwater sensor network Channel Monitoring
随着基于地面无线传感网的高速发展，及我国对海洋技术及探索的需要，以水声为基础的水下传感网络逐渐得到了越来越多的重视和研究。水下传感网络（UWSNs： Underwater Sensor Networks）有着非常广阔的应用空间和前景，能够被应用于各种水下工程和研究领域。例如河道、湖泊或者海洋中进行信息感知和数据收集，建立海洋信息系统监控和信息采集网络，利用水下各个传感器节点的协作通信，将海底环境下三维信息采集并传送给地面基站。随着对水下传感网络的应用和研究，人类将能更加深入地了解海洋、研究海洋、开发海洋和利用海洋。水下传感网络是利用声信号建立起来的无线自组织网络，它一般是使用飞行器、潜艇或水面舰艇将大量廉价的微型传感器节点随机布放在海底或海中指定的感兴趣水域，节点通过水声无线通信形成的一个多跳的自组织、分布式、多节点、大面积覆盖的水下网络，协作对信息进行采集、处理、分类和压缩，并可通过水声传感网络节点直接或中继方式发送到陆基或船基的信息控制中心的综合网络系统。这样建立起来的交互式网络环境中，岸上的用户能够实时地存取水下传感器节点的数据，并把控制信息传送给水下传感节点。水下传感网络被认为具有广泛的应用前景，如实时或者延时的空间连续水生监控系统在海洋学资料收集，水生环境监控，海洋科学考察，水下考古探险和近海岸保护，污染监控，海上勘探，地震图像传输、海洋环境检测、灾难预防和辅助导航等领域的应用有着极为重要的价值。
1 传输特性
因为电磁波在水中的吸收和衰减很大，能够在海水中传播的无线电波频率在30～300 Hz的范围，需要很大功率的天线，不适于长距离通信；光波虽然不使用天线，但会受到散射的影响，确定水下传输光信号的精确值也很困难；相比电磁波和光波，声音在水中具有更好的传播特性，因此水下通信网络的链路是基于声无线传输的，水下传感网络采用声波作为传播手段。水声通信是一种典型的水下通信网络的物理层技术。基于声通信的水下传感网络易于布设，是由大量分布式的水下传感器节点，水下仪器等节点组成的多跳网络。由于水声信号的传播速度只有1500 m/s，使得网络的吞吐量很低。
传输时延和传播损耗是水声信道主要面临两个问题。
电磁波在空气中的传播速度是3×10 m/s，声波在水中的传播速度是1500 m/s，二者的速度相差5个数量级，每公里约延迟0.67 s，因此传播时延较大。对于水声通信的收发设备来说，传播时延也成为主要的影响因素。
水声通信的传播损耗与通信距离和发射频率有关。根据文献[9]Urick提出的传播模型，传播损失是扩展、衰减以及散射损失之和。扩展损失是声波波阵面在传播过程中不断扩展引起的声波衰减，主要分为点源球面扩展传播损失和潜水环境下水平面上的柱面扩展传播损失两种。两种传播损失都随着距离的增加而增加。吸收损失随频率和距离的增加而增加；散射损失由是于均匀介质的粘滞性、热传导性引起声强衰减和介质的不均匀性引起的声波散射。介质的不均匀性包括海洋中泥沙、气泡、浮游生物等悬浮介的不均匀性和海水界面对声波的散射。
为了更直观的理解通信信号之间的差别，这里总结了声波、电磁波等主要特征和光学媒介物在水下环境的对比，如表1。
显然，作为一种水下无线通信载体，三个物理波在每个领域都有自己的优点。由于水下传感网络的巨大应用前景，它已经引起了世界各个国家军事部门的极大关注。水下传感网络技术的发展影响到海军军事战略的变革，也对国家海洋发展战略提供了空间优势。
2 需求分类
由于水环境的特殊性，水下传感网络不同与地面无线传感网络，在网络应用的场景上，地面无线传感网络更易受到地面或者地貌特征的影响，而部署特点不同；水下传感网络则受到洋流或水流等介质特征的影响，这里根据对水下环境监测不同特点进行分类，根据不同的应用场景可以简单的分为两类：
（1）UWSNs长期临界水生监控应用（如海洋污染监测数据的采集、检测、近海石油或天然气现场监测）。
（2）UWSNs短期要求很高的水生勘探应用（如海底探测、考古发现，及飓风灾难恢复）。
前者类别的UWSNs可以移动或者静态，取决于部署的传感器节点（buoyancy-controlled或固定在海底），后者类别的UWSNs通常都是移动的，固定的传感器节点部署/恢复通常在短期应用中成本要求很高。
按需求可以集中于三种类型的UWSNs：
（1）移动UWSNs长期non-time-critical应用（Mobile UWSNs for long-term non-time critical applications简称为M-LT-UWSNs）。
（2）静态UWSNs长期non-time-critical应用（Static UWSNs for long-term non-time critical applications简称为S-LT-UWSNs）。
（3）移动UWSNs短期time-critical应用（Mobile UWSNs for short-term time-critical applications简称为M-ST-UWSNs）。
很明显，不同类型的UWSNs有不同的通信要求，所有三种UWSNs不同的通信要求总结如（表2）。
3 传感节点对比
水下传感网络具有与传统地面无线传感器网络有着无法比拟的优点，网络是由高密度，低成本、随机分布的节点组成，自组织性和容错性都不会因为个别节点的失效或被恶意攻击中损坏而导致整个网络的崩溃；分布式节点多角度多方位的融合数据的收集效率并获得更准确详实的信息，多种传感器节点的混合应用使得搜集到的信息更加全面地反映目标的特征，有利于提高系统的定位跟踪等性能，借助于节点的移动能力，能够调整对网络拓扑结构的控制能力，消除探测区域的阴影和盲点，因此在海洋监控和海洋军事领域中，通过多传感器系统的协作，形成空-舰-陆基传感器构成的海基监控网络，对目标进行扑捉、跟踪和识别。
水下传感网络由于其应用环境的特殊性，使得水下传感网络的设计比陆地无线传感网络的难度更大，对硬件的要求更高。水下传感网络与陆基无线传感网系统的节点模块对比，如表3。
4 结语
本文描述了水下传感网络的基本特点和水声信道的特征，并通过对水下传感网络的基本应用类型进行分类描述对比其通信需求，最后对水下传感网络和地面无线传感网络进行了对比。
参考文献
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关键词：大学网络思想政治教育；网络思想政治教育特征；创新途径
中图分类号：G91 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2015）024-000-01
在信息网络技术高速发展的今天，人们已然步入到了信息时代。在大学思想政治教育过程中可以充分的利用网络技术手段，加强对大学生的思想政治教育。但是在进行大学网络思想政治教育过程中还是存在着一定的弊端和缺点的，如何有效的进行网络教育，提高大学思想政治教育的创新性是现阶段教育中的重点以及难点问题。在解决这一问题的同时，高校要对大学网络思想政治教育的特征进行分析了解，把网络思想政治教育的特征作为创新教育途径研究的出发点。
一、大学网络思想政治教育的特征
网络思想政治教育是指以网络的数字化传播手段，利用网络技术平台通过自主、平等的的传播理念，有计划、有组织地对学生进行思想政治、道德规范以及网络信息教育。网络思想政治教育是信息时代思想政治教育的表现形式，主要特征表现如下：
第一，形象性的基本特征。网络信息具有鲜明的直观性、形象性的特点，可以通过真实的表达效果提高信息的感染力，加强信息传播的有效性。充分的运用网络信息传播平台可以提高思想政治教育内容的感染力，通过网络信息对大学思想政治进行加工处理，可以改变传统的灌输教学模式，把抽象的、枯燥的的理论知识直观的呈现在学生面前，从而提高大学网络思想政治教育的整体效果。
第二，时效性。网络信息平台打破了空间以及时间的限制，提高了学生学习思想政治教育的便捷性。学生可以通过网络信息了解国际的政治、经济、文化以及宗教的等各方面的实时资讯，提高资源的使用率。
第三，交互性。网络教育模式提高学生与教师的沟通联系，改变了传统的别动接受的教学模式。在网络上进行思想政治教育提高学生之间、师生之间、学生与网友之间的沟通联系，通过不同阶级、文化背景、年龄以及地位网络的讨论交流，学生们可以畅所欲言，发表自己的见解和看法，通过思想的碰撞交流，提高学生对于思想政治教育的认识程度。
二、大学网络思想政治教育的路径创新
（一）明确大学生在网络思想政治教育中的主体地位
大学生思想政治教育的网络化是时展的必然趋势，是提高大学生思想政治教育的有效措施和必要手段。在思想政治教育过程中，教育部门要明确网络思想政治教育的重要地位。要构建一个系统的网络教育平台，明确网络思想政治教育方向、梳理网络思想政治思路、凸显网络教育的创新性，要规范网络思想政治教育制度，提高网络思想政治教育水平，全面的规划好网络思想政治教育工作。
（二）提高大学网络思想政治教育的趣味性
在大多数的大学网络思想政治教育网站中都存在着阅读量低的现象，这与思想政治网络内容的枯燥性、单一性有着一定的关联。因此，在对思想政治网络的建设与维护上网站内容作为主要出发点，要加强思想政治教育的网络占有份额，完善校园网络思想政治教育平台。如可以再校园网站上设置相关的思想政治教育模块，如针对时事热点事件的“热点评论”、综合性新闻的“综合新闻”以及“网上党校”等特色板块，让学生通过对热点事件的评论分析，培养大学生网络思想政治的正确导向，也可以通过加设大学生的学习、就业咨询以及校园活动等板块，通过实践活动加强大学生的思想政治教育。在进行大学网络思想政治教育过程中可以充分的利用校园论坛、微博、微信等社交软件，通过在线的实时互动，有针对加强学生对于思想政治素养，加强大学网络思想政治教育的趣味性。
（三）提高大学网络思想政治教育队伍的整体素质
要想有效的提高大学网络思想政治教育的有效性，就要构建一个高素质人才的网络思想政治教育队伍。对此要做到以下几点：第一，建立网络思想政治教育工作队伍。网络思想政治教育对不同专业的教育人才都有着一定的需求，对此，要加强网络思想政治教育理论、网络思想政治教育辅导员、网络编辑以及网站维护人员的重视；第二，加强网络政治思想教育工作人员的自身素质。加强对等政治信仰、素质的培养，加强对网络信息的辨别能力，通过正确的政治思想对学生加以引导。
（四）加强大学网络思想政治教育管理制度
第一，完善大学网络信息过滤审查监管制度。学校要通过对学生的发帖、评论等信息进行审查，对于存在的焦点问题、涉及相关法律、法规以及存在的不文明以及违法信息要进行清理消除，通过对不良信息的监控等手段营造一个完善网络系统。第二，通过学生网络道德、法律以及安全知识的教育，加强大学生的辨别能力，抵制网络上存在的不良文化以及信息。
（五）提高对大学网络思想政治教育的基础理论研究
在大学网络思想政治教育过程中要提高相关的基础理论研究，加强网络教育的系统性以及科学性。在现阶段的网络思想政治教育呈现则会社会化、规范化的基本特征，而大学思想政治教育尚处于探索之中，没有形成系统的理论技术支撑。因此，高校要根据具体的情况展开相关的网络思想政治教育研究，提高网络思想政治教育的系统性，通过对网络信息时代大学思想政治教育的探索，总结出网络与思想政治教育的联系点，通过对大学网络思想教育工作特点、规律的总结，形成一个系统的网络思想政治教育理论体系，全面的推进大学网络思想政治教育工作的开展。
三、结束语
在大学网络思想政治教育工作的开展过程中，要通过学生的实际情况的了解，针对学生存在的问题作为出发点，不断的探索出加强大学生网络思想政治教育的有效方法。要充分的利用网络信息技术，通过现代设计平台提高对大学的思想政治教育，为培养学生的综合素质能力奠定夯实的基础。
参考文献：
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关键词：微博信息传播 微博理论 信息传播模式
1 概述
近年来，微博客作为WEB2.0的核心应用之一，其对信息传播的广度和深度方面的影响改变着人们的沟通与交往模式，也无疑是信息传播研究的重要课题。考察微博客的信息传播特点，了解决定微博客信息传播机制的理论基础及微博客信息传播的未来趋势有助于合理利用微博平台，使微博平台高效运转，服务于经济和社会的发展。现有文献中少有专门针对微博客信息传播机制的理论进行分析的，特别是微博客信息传播未来发展的方向和特点，大多数文献都是以SNS网络结构为对象提出信息传播的路径模型，再以微博为例来分析和研究。
本文首先总结了微博客信息传播的特点，然后对微博客信息传播机制的理论基础和模型进行具体阐述，最后指出微博客信息传播研究的发展方向。
2 微博客信息传播的特点
2.1 微博客信息沟通平台特点
微博沟通的平台是微博迅速流行的基础性条件。从微博服务平台的角度对微博进行分类，早期微博一般是由独立运营的服务提供商和门户网站推出，如欧美市场的专业性微博Twitter，国内微博则是门户网站占据主导地位，微博迅速流行后，各个网站都推出了微博。Riemer K和Richter A指出公司微博的使用主要是提供新信息和协调内部成员关系，个人微博则更侧重于人与人之间的沟通[1]。国内微博客网站都有较强的实用性、娱乐性，李燕萍比较了新浪和腾讯微博网站的基本功能、娱乐功能等，认为两大微博网站的界面整洁、功能多样，操作简单，且两大网站的微博的信息沟通与网站自身的特点有关，人们在腾讯微博交流的多是情感、人生价值观，而在新浪微博人们更多的是对热点话题、娱乐八卦发表评论[2]。此外，微博客平台发展亟待解决的问题是微博客的大量垃圾信息和虚假信息阻碍了信息沟通的有效程度，垃圾信息的增长，将人们淹没在信息的中。梅泽勇和高舒认为微博的虚假信息使得微博沦为谣言的阵地，需不断提高微博网站的监测和过滤技术[3]。
2.2 微博信息内容特点
微博的与众不同在于一个“微”字，在140字数的限制内或者附带图片以精简的风格展示用户想要表达的内容来实现即时的信息分享。微博的即时性表明信息均是正在发生的。微博手机客户端的开发，微博信息可以在任意地点分享，不为地域网络所局限，可以使用户在没有网络的情况下处于微博客构建的社交网络中。微博实现了朋友间实时动态信息的共享。比较微博和其他媒体，可将微博定义为：一种博客形式的广播媒体。网络安全公司Purewire的调查报告显示，发表大量信息的用户占微博总体用户数量的20%，表明多数用户只是信息的接受者，而非信息的产生者。因而，当今微博客更多的表现为从个体到群体的传播媒介，微博信息的即时广播性具有巨大应用前景。
2.3 微博用户社会关系网络特点
微博社会网络关系特点是研究微博的信息传播模式的出发点与核心，微博信息的传播即是通过微博用户社会关系网络的传播。微博的社会关系网络，也称为微博的人际关系网络，指微博用户、他的关注对象和他的粉丝。微博信息在转发和评论的过程中，通过微博社会关系网络传播和扩散。王晓光、袁毅和滕思琪用核心-边缘分析、中心性分析和聚类分析的方法考察了微博社区用户交流网络的结构特点[4]。他们还研究了新浪微博的社会网络中心性分析，分析了微博社区内信息传播的特点。利用社会网络分析方法，可以发现腾讯微博社区的网络关系具有小世界特征。一个关系网络是由多个节点和各节点之间的连线组成的集合，处于每个节点的用户在节点中信息，因此每个节点既是信息的接受者又是信息的者。由以上观点，可以将微博社会网络分为微博用户自身的社会网络（个人的社会关系）和用户有关的节点网络（关注对象和粉丝）。按米尔格伦的“六度分割”理论，任何节点之间都可能存在某个路径，通过节点之间的路径关系将节点之间的关系划为“强关系”和“弱关系”。
2.4 微博信息传播路径特点
微博信息传播路径主要指微博信息的传播模式或模型问题，微博信息的传播路径描述了信息传播的方向与方式。现有文献认为微博信息的传播路径是裂变式传播和聚合式传播的结合。裂变模式是一条微博信息通过用户的社会关系网络进行一对多的传播（1-N-N），聚合式传播是在微博网站的热帖、热词的排名中形成聚焦模式。谷岩认为微博信息的裂变式传播是在嵌套交错的关系网络中以多个维度传播，以病毒方式裂变扩散。以微博为例，SNS网络社区的信息传播模式有多种，如“中心式”传播、“关键点传播”、“链式传播”、“蒲公英”式传播、“综合式”传播，微博信息的实际传播路径是随时间动态变化的，且各个传播模式会发生动态转换。
3 微博信息传播的理论基础
3.1 经典的信息传播模式
①拉斯韦尔的5W模式
图1描述了拉斯韦尔的5W模式。该模式提出了信息传播的5个基本要素：谁、说什么、通过什么渠道、对谁、以及取得什么效果;揭示了信息传播的普遍规律。
■
但该模式也存在缺陷。郭庆光指出：“拉斯韦尔虽然考虑到了受众者的反应（效果），却没有提供一条反馈渠道;因而这个模式没有揭示人类社会传播的双向和互动性质”。或者说，该模式是一种单向的信息传播过程，没有体现各个要素之间的相互作用与关系。
②香农-韦弗的信息论模式
图2描述了香农-韦弗的信息论模式。该模式提出信息传播涉及的6个要素：信源、发射器、信道、接收器、信宿和噪音。相比5W模式，该模式引入了噪音这一要素。
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图2 香农-韦弗的信息论模式
与5W模式类似，该模式仅关注信息传播的单向过程，而忽略了信息传播过程中的反馈与互动作用。
③德弗勒的互动过程模式
在香农-韦弗的信息论模式的基础上，德弗勒提出了一个传播互动模式，如图3所示。该模式的主要特点体现在：整个信息传播过程有双向互动性;勾勒出反馈的环路，在模式中融入了反馈机制;拓展了噪音的概念，认为噪音对信息、传播和反馈整个过程都有影响。
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图3 德弗勒的互动过程模式
需要注意的是，该模式把信息传播过程看作是一个封闭的、循环的系统，却忽略了系统之外的其他影响因素。
④马莱兹克的系统模式
图4描述了马莱兹克的系统模式。马莱兹克从社会心理学视角里研究信息传播过程，认为信息传播是一个复杂的过程，涉及到各种社会因素和心理因素。该模式阐释了“传播者-媒介-接受者”这样一种基本模式;涉及三种关系：传播者与信息的关系，传播者与自身的关系，以及传播者与接受者的关系。
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图4 马莱兹克的系统模式
3.2 网络信息传播模式
针对网络信息传播过程，不少学者以经典的信息传播模式为基础，结合网络信息传播的特性进行过有益探讨，并提出了一些网络信息传播模式。例如，邵培仁的“阳光模式”;孟庆兰的“六度传播模式”;谢新洲的“网络信息传播模式”。
孟庆兰的“六度传播模式”以六度分隔理论为基础。每个传播主体都具有双重身份：传播者C和接受者R。在传播过程中，每个传播主体受到诸多外界因素的影响;并可以通过不同形式的网络工具或应用来参与到与他人的信息交互中。
谢新洲提出的“网络信息传播模式”涉及的要素有传播者、信息、网络媒体（媒介）、受众以及反馈。其中网络媒体包括网络环境下的多种技术或应用，同时传播者和受众也受不同因素的影响。
4 微博客信息传播研究的主要发展方向
4.1 微博用户关系网络的演化动力影响微博信息传播的研究
现有文献关于微博用户关系网络和微博信息传播模型的研究是分割开来的，尤其是微博用户社会关系网络的研究，集中在微博用户社会关系网络的研究区分了节点的“强关系”和节点的“弱关系”，“强关系”与“弱关系”相互交织、相互影响共同影响微博信息传播的路径。目前，已有学者开始关注从微博用户关系和行为规律的角度研究微博信息传播，由于每个微博用户都是微博社会关系网络中的节点，挖掘核心用户和普通用户的行为特征，从他们之间的转发、评论等互动机制中发现信息的扩散流动路径与动态趋势已逐渐成为微博信息传播研究的热点。
4.2 微博信息的价值含量影响微博信息传播能力的研究
微博信息的价值从狭义上可以理解为微博用户对信息的需求，广义上的微博信息价值可定义为信息的社会价值、经济价值和文化价值等。由于微博信息的简短、琐碎使得微博信息呈“碎片化”的表现形式，因此信息的真伪难辨、信息的质量和价值无法保证，在大量信息涌入时，微博信息的传播具有深刻的复杂性。现有文献对微博信息的研究多数为微博热点话题和微博关系网络有影响力节点的挖掘研究，少有文献对微博信息价值如何影响微博信息传播的速度、强度等方面进行深入分析。
4.3 微博网络社区关系的网络结构特征及其信息传播模型、交流模式的实证研究
微博社区实际上基于微博的网络社群，关于微博社区的挖掘研究大多是从微博的商业应用展开的。微博社区的信息传播理论模型和交流模式的实证分析将是未来舆情监控与信息安全的关注重点。根据现有文献对微博社区的分类，微博社区主要有单一、主题和相同应用平台微博社群三种，按相同应用平台微博社区的定义与特点，它被认为是信息传播速度更快、影响力更广的社区模式，但以上微博社区信息传播的理论分析缺乏相应的实证依据，很多关于微博社区信息传播的文献都停留在模型分析的基础上。实际上现有微博社区的挖掘研究是微博社会关系网络研究的深入扩展，已有实证研究表明，复杂网络的构成不是杂乱无章的，而是由小的网络社区构成，社区结构是复杂网络都具有的普遍特性，微博社区是微博社会关系复杂网络的一种表现形式。基于社区结构发现的文献提出了大量的算法，而基于微博社区的网络结构特征的信息传播模式或者基于微博社区定义分类的网络结构特征的信息传播模式的实证研究还并未展开。
5 结论
微博的兴起，改变了人们的社会交往空间与沟通模式。微信息传播时代的到来，正在广泛深入地影响到每一位社会行动者的思想理念、生活方式，并对传统媒体的信息传播方式造成了前所未有的冲击。现有微博环境下的信息沟通研究大都是以定性研究和理论分析为主，整体上看，微博信息传播的研究还处于初级阶段，特别国内的微博信息传播研究，尚未形成系统的理论框架，缺乏相应的理论和实证依据，当前微博迅速发展的背景下，微博信息传播的理论基础性研究还需不断更新。
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[4]王晓光，袁毅，滕思琪.微博社区交流网络结构的实证分析[J].情报杂志，2011，30（2）：39-43.
【关键词】zigbee网络;路由协议;分簇
Abstract：aimed at the monitoring system in underground work，through the analysis of the characteristics of the system requirements and network，this paper design a network based on zigbee wireless communication mode，design the whole plan of the monitoring network work system is designed using the network of cluster structure，hybrid routing algorithm. Time delay of the system is small，and the energy consumption is work is applicable to the network which demand of wide scope and low energy consumption of network nodes.
Keywords：zigbee network;routing protocol;cluster;
井下作业的工作环境是非常复杂的，新闻上时有报道井下透水事故、瓦斯泄漏、顶板冒落等事故的发生。为避免此类事故的发生，许多研究的重点集中在了井下监控系统，该系统主要用于井下作业环境的监控、人员位置的确定、区域人员数量的统计以及异常情况报警等功能。本文针对于井下监控系统的需求分析和和网络特点，设计研究了监控系统的网络传输。采用计算机网络和zigbee无线通信网络两种网络方式，井下环境选用zigbee网络实现节点间的射频通信，井上环境采用光纤通信的有线通信形式。
1.系统的需求分析
井下的监控系统需要满足多种业务需求，既要实现节点间的数据采集和信号传输，又要实现人员定位和区域统计，节点间的数据通信量不大，信号干扰较强，因而本文选用了zigbee无线通信网络实现井下网络通信。该技术的最大特点就是低速率、低功耗、低成本，网络可扩展性非常高。通过网络节点间射频信号的收发实现网络间的数据通信。井上环境无需考虑网络布线的问题，因而本文设计采用了传统的光纤通信。
2.井下监控系统网络的特点
1）网络节点与路由器之间的数据通信需要由路由转发数据实现，因而路由方案的确定具有极其重要的意义。
2）网关的设定按照区域的范围设定，为了保证系统稳定性，应采用冗余式网关，以保证在部分节点短暂失效时，网络的通信正常进行。
3）网络覆盖范围较大，且网络整体层网状式结构，网络结构不稳定，由于定位的需要，经常有移动节点请求加入网络或退出网络。
3.zigebee网络的系统设计
zigbee无线网络系统按照工作需要和协调器的覆盖范围划分为多个区域，区域之间采用冗余式控制结构，即相互间有重复覆盖的区域，每个子区域内部设定一个网络协调器，负责组织子网内部的网络组建和维护。根据网络通信的功能的不同，划分为协调器、路由器和终端设备，系统的结构图如图1所示。
图1 网络系统的结构图
协调器节点（CP），负责网络的组建和维护，也负责收集网络信息，并通过串口将信息传输给上位机监控中心，管理人员可通过上位机上安装的监控软件实现对井下的实时监控;协调器控制以太网模块，组建了zigbee网关，网关实现了将zigbee协议和ARP、UDP协议之间的转换，使zigbee网络与以太网相结合，进而实现了zigbee网络和计算机网络通信。路由器节点（RP）主要起到路由和数据转发的功能。路由节点为了实现不同区域间信息交换，本系统采用路由智能设计，zigbee网络路由器接收到协调器发送过来的命令信息，路由判定该命令信息是否属于本网络，如果属于本网络，则广播该命令，否则将该信息传递给临近的网关节点的路由器，由该节点进行再次判定。终端节点（EP）根据系统实际采集参数的需要，在zigbee芯片上安装相应传感模块，并由zigbee芯片对传感模块实现数据采集。
4.zigbee路由协议
zigbee网络路由协议是与网络的数据传输相关的，决定着zigbee网络的性能。路由协议的使用具有很强的应用型，目前提出的路由协议不能适于所有的应用，网络设计时，应根据网络的规模、数据量来选用适当的路由协议并作出具体的优化。无线网络路由协议与传统路由协议的区别在于路由协议设定时应考虑到能耗的问题，目前采用的无线路由协议大致分为三类：广播式路由协议、坐标式路由协议和分簇式路由协议。
广播式路由协议。数据发送以广播方式传送，通过节点间的数据转发完成数据的发送工作。
坐标式路由协议：建立系统的虚拟坐标系统，通过节点间的路由算法发送确定自己在坐标系统的位置。
分簇式路由协议。选用路由节点负责某个区域做簇首，管理和控制区域的网络传输，可降低网络的路由深度，但节点功耗不均衡。
关键词：计算机网络课程；结构主义；结构主义教学观
文章编号：1672-5913（2013）03-0029-04
中图分类号：G642
计算机网络课程是计算机科学与技术类专业的专业基础课，它要求学生掌握计算机网络的基本结构、基本原理，要求掌握TCP/IP协议族中的IP、TCP和相关协议。在计算机网络课程教学过程中学生普遍反映，计算机网络课程比较难学，甚至有学生不知道计算机网络到底学什么？分析其原因，我们认为主要是学生对课程学习目标不明确，剔除教师的因素，主要是由计算机网络课程的特点造成的。笔者讨论了如何将结构主义教学思想引入计算机网络课程学习之中，从而降低学生学习难度，提高计算机网络教学效果。
1 计算机网络课程的逻辑主线及特点
简单地说，计算机网络=计算机+网络。网络是由通信线路和通信设备组成的能够进行通信的系统。而计算机网络就是处理有关计算机通信的问题。
因此，计算机网络课程主要讨论的就是计算机之间如何通信的问题。计算机之间的通信由以下设备组成：计算机、通信线路、通信设备，以及网络协议。其中，通信线路多样化，有双绞线、光纤、电缆，甚至还有电话线；通信设备生产厂商也有很多，所用内部技术也不尽相同。甚至连计算机也是多平台、多体系结构。要在这样的环境下实现相互通信，需要有一套“规定的动作”，即一套协议。
计算机之间的通信遇到的问题是：通信线路、通信设备、通信技术均各不相同。为此，计算机网络采用分层思想来解决这些问题。首先借助通信技术，解决通过通信线路的通信问题；然后，通过IP协议解决网络之间互联的问题；最后，通过在IP层之上的传输层协议，解决应用程序之间的通信问题。
解决了应用程序之间的通信问题之后，接着研究几种重要而经典的应用，它们是域名系统、万维网和电子邮件，以及网络管理。其目的是方便人们使用计算机网络的功能，为人们通过计算机网络共享资源提供直接可用的工具。而前面讨论的传输层、网络层是为这种资源共享和通信提供一个基础。这就是应用层的内容。
计算机网络课程的学习内容与计算机在不同环境下进行通信所要解决的问题密切相关。大致可分为在局域网、因特网和无线环境下的计算机的通信问题。其核心内容是局域网技术和TCP/IP协议栈，即因特网技术。其内容包括通信基础、应用层、传输介质特性和网络安全技术。整个课程内容包括通信学科方面和计算机方面的内容，更多的是讨论各种协议的原理，这是计算机网络所特有的内容。
计算机网络课程教学涉及学科多，且所讨论内容与典型的计算机学科课程如高级语言程序设计有很大区别。其典型特点就是内容看似分散、无中心，涉及面广，但有一条逻辑主线可以遵循：即围绕计算机通信的不同环境来讨论相关技术问题，特别是重点讨论TCP/IP协议族。
总之，计算机网络课程是以上述所讨论的计算机之间的通信所遇到的技术方面的问题为线索来组织教学内容。
2 结构主义教学观下的计算机网络课程教学
布鲁纳的结构教学观认为，“教学的最终目标是促进学生‘对学科结构的一般理解’。他要求‘不论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构。’他所谓的学科基本结构，是指学科的基本概念、基本原理及其基本态度和方法。而所谓‘掌握事物的结构，就是允许许多别的东西与它有意义地联系起来的方式去理解它。’”
为使学生通过课程的学习掌握计算机网络知识的基本结构，典型做法是以ISO的OSI七层模型来分层讨论计算机网络。这给初学者一个可以借鉴的模型，有助于掌握知识重点。
在新课程引入这种基于分析的方法时，如果不考虑计算机网络课程本身特点，不加以其他辅助措施，可能会造成学生初学时“只见树木，不见森林”的现象，对课程的学习目标不明确，给后续学习带来困难。
传统的课程介绍方法是大概介绍要学习的内容和学习方法，可是在学生对计算机网络的印象还只停留于上网、游戏的阶段时，该方法并不能使学生对计算机网络所学内容有比较全面的认识。
为此，我们紧紧抓住计算机之间通信的数据流或信号流，并以其为线索，粗线条地将上述计算机网络知识的逻辑主线介绍给学生，以便有利于学生初步构建起计算机网络课程知识的主干结构。同时，我们还以园区网拓朴图的方式向学生介绍建设的网络及其中用到的设备和作用，将课程主干内容串起来。这种方法较传统的课程内容介绍方法，具有如下优点：①学生对计算机网络的认识会超出其已有经验，因而引起对新内容的好奇和兴趣；②学生对计算机网络课程学习目标有所了解；③学生对计算机网络的学习可以借助这种系统性的方法，加深对计算机网络具体知识的整体性理解。
这就是在课程整体内容上的结构主义教学观：先引入性地将整个课程内容作简要介绍。
在具体章节教学上，按结构主义教学观，首先介绍所学内容基本结构，然后是该知识模块在整体中的位置及作用。如在组织“PPP协议”的教学时，首先，必须理清这个协议所用的网络拓朴结构：计算机通过点对点信道接入网络；其次，了解这段信道通信存在什么问题。重要的是，在组织教学时把PPP协议相关知识组织到计算机网络的系统知识中，而不是孤立地介绍“PPP协议”的知识。这样，更有利于学生的掌握。
在引入了课程知识逻辑主干之后，课程后续内容的学习就比较好组织了，而且也符合结构主义教学观点。关键是使学生了解课程学习的主要内容，有较明确的学习目标，从而提高其学习积极性。
3 教材对教学内容引入的做法
文献2在第1章“概述”中介绍了计算机网络的作用、因特网概述、因特网组成、计算机网络的类别、计算机网络的性能和计算机网络体系结构。同时将电路交换和分组交换技术在概述中说明。“概述”中并没有对计算机网络的逻辑主线加以说明。因此，对于初学者，这样的介绍使其学习难度增加。
文献3在前言部分简要叙述了各章标题，在第1章“计算机网络概论”中介绍了计算机网络的形成与发展、计算机网络定义与分类、计算机网络结构、计算机网络的拓朴构型、分组交换技术的基本概念、典型的计算机网络、网络计算研究与应用的发展，从历史和系统的角度对计算机网络作了比较全面的介绍。但对于初学者，要他们一开始就学习分组交换技术，特别是对于毫无通信背景知识的计算机专业学生还是比较困难的。
文献4在前言部分介绍了各章主要内容，以此作为指路牌，将全书编写方法作了介绍，这有助于读者了解全书大概内容，帮助读者确定学习目标。并且在第1章讨论了现实构建网络的要求、方法，以及计算机通信的特殊问题：应用程序之间的通信。概述着重从原理上来说明网络技术。对于初学者而言，缺少比较直观的、能使之建立起有关计算机网络的“认识结构”的内容。因此，会给初学者留下许多的“为什么”，不利于建立起整体性的初步的认识。
文献7在前言中也对各章内容进行了简要介绍。在第1章的介绍中，概述了计算机网络的使用、网络硬件、网络软件、参考模型、网络实例、数据通信服务实例、网络标准化等，最后一节概述了全书轮廓。作者在第1章花了大量篇幅介绍计算机网络的历史和应用。文献7没有明确给出计算机网络要学习的主要内容，而且有些内容的介绍比较突兀，使计算机专业的学生感到比较难懂。
从上述国内外影响比较大的计算机网络教材对学习内容的介绍与引入的情况来看，各有特点。有些教材先为初学者作一些概述性的介绍，有些教材从内容的广度和实用性进行了说明。从布鲁纳的结构主义教学观点来看，那些对计算机网络整体性、框架性的介绍更有助于学生形成对计算机网络学科知识的初步的、整体性的图像，更能让学生明白要学习的内容，减轻了初学者的学习难度。根据结构主义心理学说，这有助于学生主观上形成一种新的对计算机网络的“认知结构”。
4 课程内容引入的合理性
学习的目的是为了解决问题，而问题有界定清晰的问题和界定含糊的问题。如高级语言程序设计属于界定明晰的问题，学生学习这样的课程很清晰其学习的目标是什么。像计算机网络这样的课程，其内容就比较含糊，学生对于这样的课程，学习目标不是一目了然。因而，课程之初的引导与概要性的简介尤为重要。
布鲁纳的结构主义教学观的理论基础是结构主义心理学。结构主义心理学认为：人对客观事物的认识过程，不是什么“尝试错误”的过程，而是主观上有一定的“认知结构”，并以图式、同化、调节和平衡等形式表现出来。
对于刚开始学计算机网络的学生而言，对网络的感性经验很少，并没有很多机会看过网络中心，接触过交换机和路由器等网络设备。他们接触的网络可能主要是家里通过ADSL上网或网吧上网，对网络的“认知结构”非常局限。因此，老师需将计算机网络的基本原理和主要概念教给他们。
在课程学习之初就将课程主要内容介绍给初学者，不但可引导他们建立起初步的对计算机网络不同于其感性经验的“认知结构”，而且，还能引起初学者的好奇心。更重要的是，这样一种介绍给初学者提供了将课程内容串起来的逻辑主线。
“儿童的智力发展表现在内部认识结构的改组与扩展，它不是简单的由刺激到反应的连接，而是在头脑中不断形成、变更认知结构的过程”。“认知结构”的改变最终需要由学生主观努力才能完成，但这种富有启发性的介绍可以引起学生的兴趣，有助于他们从原来的认知结构向新的认知结构的迁移。
因此，用上述计算机网络的逻辑主线来引入课程主要内容，不但没有违背循序渐进的原则，反而为循序渐进地学习计算机网络课程内容建立起初步的框架；而且也符合结构主义心理学所揭示的人的学习过程。这样一种在课程学习之初即引入课程主要内容的做法，还可以用于其他界定明晰的学科的学习中。
5 结语
我们在计算机网络课程教学之初便引导学生明确计算机网络知识的逻辑主线，教学效果较好，降低了学生学习的难度，而且学生对后续内容的学习也有了比较明确的学习目标。在课程后续学习中采用结构主义教学观还需要作进一步的探讨。
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