基本介紹
- 中文名：直接連線
- 外文名：direct connection
- 描述：設備傳輸信道為直接連線的形式
- 套用：通信通道、供熱系統
- 學科：電路
概念,基於直接連線的無線投影網關的研究與設計,Wi-Fi Direct簡介,線投影網關係統設計,研究結論,自力式壓差控制閥實現高低區直接連線供熱,工程概況,熱力站工藝流程,設備選型,
概念
直接連線是指設備（如通信設備、電路設備、供熱系統等）間的連線方式。如高層居住建築高低區供熱系統的直接連線供熱，在不改變原來供熱系統的運行方式、運行參數和運行工況的情況下，只增加幾種水力平衡閥門配合使用，就可以實現高低區的壓力隔絕，運行起來互不影響，與以往的其他形式相比，此種方案具有簡單、經濟、實用的特點。
基於直接連線的無線投影網關的研究與設計
現有的802.11技術包含的兩種網路類型：基礎結構網路和Ad-Hoc網路，都有一些不足，其中基礎結構網路需要AP來管理和控制網路；而Ad-Hoc雖不需要AP的支持，但是配置繁瑣，市場支持率低。這兩種網路並不能很好的滿足這一需求。因此Wi-Fi聯盟提出了一種新的網路模式：Wi-Fi Direct。
Wi-Fi Direct是一種新的Wi-Fi認證商標名稱，它對應的技術規範是Wi-Fi Alliance Peer-to-Peer（P2P） Specification，符合該技術標準的設備在無需AP的情況下，就可以方便地與其他設備實現直接連線，從而傳輸數據或共享套用，這將極大的擴大無線區域網路的套用範圍，並對未來的移動智慧型辦公和智慧型家居生活等消費電子領域產生深遠的影響。因此研究把Wi-Fi Direct與投影技術結合起來，研究和設計了一種基於Wi-Fi Direct的無線投影網關，試圖把Wi-Fi Direct技術擴展到投影領域，以擴大Wi-Fi Direct的影響並使投影設備擺脫線纜的束縛。
Wi-Fi Direct簡介
（1）Wi-Fi Direct的架構
Wi-Fi Direct旨在提供一種類似藍牙的P2P（個人對個人）網路。它的基本單元是組，組內包含兩類設備：GO（groupowner）和GC（groupclient）。GO提供傳統WLAN網路中類似AP的功能，可為 P2P網路中的其它客戶端提供分散式服務，並且它同時支持傳統WLAN網路中的STA角色；GC則是連線到GO的、類似於傳統網路中的STA的客戶端設備。
圖1 Wi—Fi Direct的網路拓撲
圖1 Wi—Fi Direct的網路拓撲在P2P網路的組中，GO與GC的連線可以是一對一，也可以是一對多的。因為GO可以同時充當兩個角色，所以GO可以同時加入傳統wLAN網路和P2P網路，這種特性被稱為並發連線。對於傳統的不支持Wi—Fi Direct技術的STA，它可與GO的軟AP角色連線，也能加入到P2P組中，從而保持了良好的兼容性。圖1所示為Wi-Fi Direct的網路拓撲。
（2）Wi-Fi Direct的特性
Wi—Fi Direct是基於802.11系列標準的規範，它的主要特點有：
①使普通SAT支持軟AP的角色，從而提供了一種無需真實AP即可使多個終端建立P2P網路進而直接通信的方式，並且對不支持wi—Fi Direct的傳統WLAN的盯A保持了良好的兼容性；
②允許設備支持並發連線，即一個無線終端設備可以同時以多種身份(軟AP、SAT)加入多個無線網路中；
③建立連線時採用的是WPS(Wi-Fi protectedsetup)，WPS是Wi—F-聯盟的一個認證項目，主要目的
是為了簡化WLAN的安裝及安全性配置工作，使用該技術，用戶只用按下一個按鈕或輸人一個密碼就可以方便、快速的建立起安全的無線網路；Wi—Fi Direct還允許建立連線的所有支持Wi-Fi Direct的設備在適當的時候都進入休眠狀態，從而節約電量；
是為了簡化WLAN的安裝及安全性配置工作，使用該技術，用戶只用按下一個按鈕或輸人一個密碼就可以方便、快速的建立起安全的無線網路；Wi—Fi Direct還允許建立連線的所有支持Wi-Fi Direct的設備在適當的時候都進入休眠狀態，從而節約電量；
④Wi—Fi Direct還提供服務發現功能，即在設備建立連線之前就可獲得目標設備所能提供的服務，如在與一個印表機連線之前就可知道這個印表機是否支持彩色列印。
（3）Wi-Fi Direct的關鍵技術
在Wi—Fi Direct中，組的建立包含了3個過程：設備發現、GO協商、條件提供。設備發現過程促使兩個設備停駐到同一個信道並交換設備信息；而協商GO過程則由相互發現的設備協商由哪個設備作為GO；條件提供則是在GO與GC之間使用WPS來快速的建立安全的連線。
設備發現過程的目的是為了快速找到設備並決定要與哪個設備建立連線。該過程包含兩個階段：掃描和查找。掃描階段是為了收集設備周圍的設備和網路的信息，它採用的技術與802.1—2007標準中所用的掃描技術一樣，但是在傳送的掃描幀中，加入了WPS信息元素和P2P信息元素。而查找階段則用來使兩個P2P設備到達同一信道進而通信。查找階段是依靠P2P設備周期性的在監聽狀態和搜尋狀態切換來實現的，其中監聽狀態在一個固定的信道上捕獲探詢請求幀，而搜尋狀態則在一系列指定的信道上傳送探詢請求幀。兩個設備能到達同一信道有賴於一種把監聽狀態的周期隨機化的機制。
一旦發現P2P設備，兩者就可進行GO協商，以確定哪一個設備作為GO，而判斷標準取決協商設備的意願值及Tie Break位。往往是軟、硬體資源比較豐富的終端成為GO。
在相互發現的設備確定GO後，用戶只需要在設備上輸入密碼或按下WPS按鈕，即可自動觸發WPS過程，最終會形成受WPA2保護的P2P組了，並且SSD、臨時密鑰都是隨機生成的。無需用戶對設備設定進行太多的干涉。
線投影網關係統設計
數位技術迅猛發展，投影機已經成為多媒體教室、家庭影院、多功能會議廳等演示場所的標準配置。但大多投影機傳輸數據還以線纜為媒介，這導致了諸多麻煩，如布線的更換，會場人員的頻繁移動等。因此在文中，設計了一種無線投影網關，該網關使用Wi-Fi Direct技術傳輸數據，可做為普通投影儀的外接模組，方便用戶連線，解決了上述問題。
（1）線投影網關係統結構
如圖2所示為無線投影網關係統結構圖。在該系統中，無線投影網關通過VGA或HDMI接口與投影儀連線，並使用Wi—Fi Direct與其它無線終端通信。並且無線投影網關充當GO，它的軟AP角色與其它無線終端建立P2P網路。而它的SAT角色則可與傳統wLAN網路的AP建立連線，同時把無線投影網關的軟AP角色與STA角色橋接起來，這樣無線終端的桌面信息則會經無線投影網關的軟AP角色傳遞給投影儀，而其它訪問網際網路的數據則可經過無線投影網關的軟AP轉發給STA角色、並進一步傳遞給實體AP，此時無線終端即可通過無線進行投影又可通過無線訪問網際網路了。
圖2 無線投影網關係統結構
圖2 無線投影網關係統結構（2）線投影網關硬體設計
無線投影網關的主要功能包含：完成無線信號的收發；處理無線終端傳送過來的桌面數據；同時還要具備向投影儀輸出高解析度及高刷新率的圖像的能力。這就需要提供對HDMI接口的支持，但是為了與只有vGA接口的設備保持良好的兼容性，還需要支持VGA接口。因此，在硬體選擇中，微處理器採用三星S5PV210，無線網卡晶片選擇Atheros的AR9374，VGA輸出晶片SDA7123。
（3）線投影網關係統的軟體設計
整個無線投影網關係統的軟體設計包含兩個部分：投影網關端和客戶端。其中投影網關端的軟體燒錄在嵌入式無線投影網關硬體中，客戶端則安裝在要投影的無線終端中，如PC機、智慧型手機等。如圖3所示為系統的軟體設計。
圖3 無線投影網關係統的軟體設計
圖3 無線投影網關係統的軟體設計投影儀在很多場合的套用，都涉及到用戶切換的問題。如在圓桌會議中，一個演講者做完演講，就需要把訪問投影儀的許可權釋放給下一個演講者。在本文中，採用多進程、多連線埠的設計方法來有效解決這一問題。客戶端和無線投影網關端的一個進程A在連線埠50001負責傳輸H.264流，另一個進程B在連線埠50002負責傳輸用戶切換的控制數據。多進程、多連線埠的方法可以有效的識別H．264數據流和控制信息，避免在如何區分數據流和控制信息上占用太多的MCU資源，從而使得H.264數據流得到及時的處理，進而保證螢幕顯示的實時性。
研究結論
Wi—Fi Direct作為一項新近誕生的技術規範，解決了人們在無AP時進行直接連線的需求，必將成為無線區域網路下一個發展熱點。本文在研究Wi—Fi Direct特性的基礎上，設計了一種無線投影網關，該網關可以作為外接模組用在已經面市的投影儀上，也可作為內嵌模組接入到正在研究的產品中，方便用戶通過無線與投影儀直接連線，滿足了人們對無線辦公的需求。但在網路環境複雜的條件下，性能會有一些下降，因此需要在下一步的工作中加強對RTP協定的研究。
自力式壓差控制閥實現高低區直接連線供熱
隨著我國國民經濟和城市建設的飛速發展，各地區的高層建築不斷湧現。對於高層建築的供熱系統，常採用以下幾種形式：
①為高層建築的高區部分單獨設一台鍋爐或換熱器以及相應的管道，也就是把高區供熱系統與低區供熱系統隔絕，形成兩個獨立的供熱系統，這種方法安全、可靠，但是造價太高，運行成本也高。
②使用雙水箱系統，即在高層建築中設立兩個保溫水箱及兩個專門的水箱設備間，不僅增加工程造價，而且高位水箱是開式的，使循環水中的溶解氧大大增加，加劇供熱系統的氧腐蝕。循環水在兩個水箱中多次流進流出，熱損失很大。
③使用專用的高低區直接連線供熱設備，這雖然保證了低區的安全運行，消除了高低區供熱不平衡的現象，提高了供熱質量，但是這些設備一般結構較為複雜，不易維護，對運行人員的素質要求較高，造價也偏高。介紹一種採用自力式壓差控制閥與電磁切斷閥等裝置，實現高低區供熱系統的直接連線供熱方案。這種方案主要涉及到下列設備：自力式壓差控制閥、流量控制閥、電磁切斷閥、自動安全閥、循環泵、補水泵。下面通過典型小區的設計實例，對這種方案進行介紹。
工程概況
某小區為24層的高層住宅，充水高度為76 m。供熱系統在第12、13層之間豎向分為高區和低區，其中高區的供熱面積為11426 m2，低區的供熱面積為20474 m2，高低區均採用上供下回式分戶供熱系統。室外管網設計供、回水溫度為80、 60℃。
熱力站工藝流程
熱力站的工藝流程見圖4。高低兩區回水管道進入熱力站後，高區二級回水首先經過站內除污設備，再經過流量控制閥、自力式壓差控制閥等裝置，對高區二級回水的流量和壓力進行調整後，與低區二級回水共同匯入站內回水總管進入換熱器換熱，然後由供水管道輸送到各自的循環泵進行供熱。為避免出現高低區搶水的現象，在高區進站回水管道上安裝自力式流量控制閥，通過自力式流量控制閥對高區供熱系統的流量進行控制，保證了高區循環泵不對低區產生搶水現象。在高區二級回水管道上安裝常開式電磁切斷閥，以備供熱期間熱力站突然停電時能夠迅速隔斷高低區供熱系統。這樣，在自力式壓差控制閥、流量控制閥、電磁切斷閥等設備的共同協作下，形成了高層建築高區與與低區供熱系統直接連線的供熱形式。
圖4 熱力站工藝流程
圖4 熱力站工藝流程設備選型
循環泵分為高區循環泵和低區循環泵，其中高區循環泵的額定流量為45 m3/h，揚程為32 m；低區循環泵的額定流量為80 m3/h，揚程為32 m。為保證所有熱用戶系統不出現倒空現象，高區靜水壓線高度應定在80 m(充水高度76 m，加上4 m的安全裕量)；低區靜水壓線高度約45 m。熱力站僅設高區補水泵，補水泵的額定流量為5.5 m3/h，揚程為80 m。
若不在高低區之間設定減壓裝置，高低區之間不但發生搶水現象，而且將會使高層建築底層用戶的供暖設施出現超壓危險。因此，為保證高區與低區供熱系統直接連線供熱，必須滿足以下要求：高區和低區供熱系統無論在運行狀態還是在停運狀態，高區的壓力不能傳遞到低區，影響低區的安全，造成低區供暖設施超壓。高區循環泵只能給高區提供適當的流量和適當的壓頭，不能過量，不得發生對低區的搶水現象。高區熱用戶供暖系統內要充滿水，不能有空氣。
為滿足以上要求，合理選擇自力式壓差控制閥是關鍵。自力式壓差控制閥是套用最多、最廣泛的水力平衡閥門之一，其主要功能是控制熱網中某條支線或某個用戶的供回水壓差，保持其基本恆定，從而使用戶主動變流量運行的熱網保持水力平衡。在運行過程中，自力式壓差控制閥自身消耗的壓差則是變化的，是通過調整自身的相對開度，實現被控對象的壓差恆定。
