CN109460952B - 用于应急物流的异构网络融合通信装置及通信方法 - Google Patents

用于应急物流的异构网络融合通信装置及通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于应急物流的异构网络融合通信装置及通信方法。该装置包括融合服务管理***和异构网络通信模块；融合服务管理***包括：多源信息接入***，通过通信收发模块完成不同协议的通信网络接入，并将接收到的不同通信网络的数据按规定定义标识添加包头信息，组成新的数据帧格式发送；协议提取转换***，根据接收的数据流的包头标识提取协议池中映射的通信协议，对数据流解析，并将解析后的数据转换成IP数据包进行交互传输；网络管理***完成融合网络的资源分配、QoS服务、接入网络管理和告警；业务服务***提供音视频、数据的一种或多种业务通信服务。能够在复杂网络环境最大程度利用通信资源，解决数据源单一、各通信网络相互独立的问题。

Description

用于应急物流的异构网络融合通信装置及通信方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体是一种用于应急物流的异构网络融合通信装置。
背景技术
各类大规模极端性、突发性事件，自然灾害、工业事故给应急***的物流救灾带来了巨大挑战。
各种信息和数据是应急物流***运作的基本组成元素与重要依据，当前的主要应急通信方式包括无线集群通信、北斗通信及卫星通信，通信方式与技术相对完善，但各种通信方式都是以各自组网的方式应用，形成独立的网络、***。因此，存在整体***搭建复杂，数据获取不足、信息分散、物资需求预测不全面的弊端。
异构网络是网络类型的一种，是由不同制造商生产的计算机、网络设备和***组成的，能够运行在不同的协议上支持不同的功能或应用。现有技术中已有的异构网络融合技术多为基于互联网和3G通信网络的融合、或是同一网络下各应用平台***的融合。然而，这样的网络融合技术无法应用到通信***搭建复杂的环境、例如灾害现场；也无法解决灾害现场数据获取不足、信息分散而多样、网络资源分配紧急度差别大的技术问题。
因此，需要一种能够用于应急物流的集成多种异构网络于一体的异构网络融合技术，以便能够将不同类型、不同协议的通信网络信号，通过融合处理、协议转换方式联通，从网络层打通通信壁垒，实现多网融合的一体化通信。
发明内容
本发明正是鉴于上述现有技术中存在的问题而提出的，目的在于提供一种用于应急物流的异构网络融合通信装置，融合北斗通信、4G集群、单兵图传、无人机数据链、卫星通信五种网络，为应急物流中心快速实现物资调配及救援处置提供及时、有效的数据支撑，解决现阶段应急物流过程中灾害现场数据来源单一、现场各通信网络相互独立、多网络通信管理手段缺乏的问题。
本发明的另一个目的是提供一种轻巧便携、应用方便的用于应急物流的异构网络融合通信装置。
为了实现上述的技术目的，本发明提供如下技术方案。
(1)一种用于应急物流的异构网络融合通信装置，其包括融合服务管理***和异构网络通信模块；所述融合服务管理***包括多源信息接入***、协议提取转换***、网络管理***和业务服务***；
所述多源信息接入***通过相匹配的通信收发模块，完成不同协议体制的通信网络接入功能，所述通信网络包括北斗网络、无人机通信网络、单兵图传网络和4G集群网络，所述多源信息接入***将接收到的来自不同通信网络的数据按规定的定义标识添加包头信息，组成新的数据帧格式发送给所述协议提取转换***；
所述协议提取转换***根据接收到的数据流的包头标识，提取协议池中映射的通信协议，实现对所述数据流的信息解析，并将解析后的数据转换成IP数据包进行交互传输，实现链路层和物理层协议完全不同的通信网络在网络层的互联；
所述网络管理***完成融合网络的资源分配管理、QoS服务管理、接入网络管理和告警管理；
所述业务服务***提供业务通信服务，所述业务包括语音业务、视频业务、数据业务中的一种或多种。
(2)在上述(1)所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置中，优选的是，还包括与卫星之间进行数据收发的卫星通信模块；
所述异构网络通信模块包括北斗通信收发模块、无人机通信收发模块、单兵图传通信收发模块、4G集群收发模块。
(3)在上述(2)所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置中，优选的是，还包括用于手动输入数据文件的输入键盘、用于获取本地视频图像的视频采集模块、用于图像、视频及数据信息展示的显示屏幕和用于多网络信号收发的内置多频天线。
(4)在上述(3)所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置中，优选的是，所述卫星通信模块包括卫星通信接收口和卫星通信发射口，
所述北斗通信收发模块、所述无人机通信收发模块、所述单兵图传通信收发模块、所述4G集群收发模块、所述视频采集模块和所述内置多频天线均设于一外壳结构的内部，
所述卫星通信接收口、所述卫星通信发射口、所述输入键盘和所述显示屏幕设于所述外壳结构的结构体上且露出于外部。
(5)在上述(1)所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置中，优选的是，所述网络管理***包括资源分配管理模块、QoS服务管理模块、接入网络管理模块和告警管理模块，
所述资源分配管理模块是基于业务流量的资源调度，该调度过程是对接入的不同业务进行识别和分类，采用不同的资源申请算法对不同类型的业务计算资源需求，并基于业务流量检测的结果，进行宏观资源的综合调度和信道资源的动态分配；
所述QoS服务管理模块是将定义好的QoS服务策略存储在网络管理***的策略库中，并根据这些策略使预设的任务自动地执行。
所述接入网络管理模块对接入网络的标识进行配置管理，并控制网络接入权限，允许或禁止网络接入；
所述告警管理模块实时获取包括接入网络的运行状态、管理模块及管理***的运行情况、装置配置参数的执行情况在内的信息，并判定是否存在异常，当判断为异常时发出告警提示。
(6)在上述(1)所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置中，优选的是，所述QoS服务策略为：基于4G集群网络的通信、基于北斗网络的通信、基于单兵图传网络的通信、基于无人机通信网络的通信，通信优先级依次逐级降低。
(7)在上述(2)所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置中，优选的是，所述卫星通信模块通过外接卫星通信天线来完成经由通信卫星链路的数据的发送与接收。
(8)一种用于应急物流的异构网络融合通信方法，是上述(1)至(7)中任一项所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置进行异构网络融合的方法，所述融合服务管理***按以下步骤运行：
m1：并发接收多组异构网络输入信号，判断与所接收到的每组信号相对应的网络中的输入源数量；
m2：通过所接收的数据流的包头标识判断通信网络类型，并调用与所判断出的通信网络相对应的通信协议进行数据解析，并根据预设的QoS服务策略制定最优传输方案，按照该最优传输方案获取业务传输资源需求；
m3：所述网络管理***中的资源分配管理模块根据所述传输资源需求进行资源分配，提供包括语音、视频、数据中的一种或多种的通信业务传输服务。
(9)在上述(8)所述的用于应急物流的异构网络融合通信方法中，优选的是，所述根据预设的QoS服务策略制定最优传输方案的步骤包括：
对接入的不同业务进行识别和分类，采用预先设定的不同的资源申请算法对不同类型的业务计算资源需求；
根据预设的QoS服务策略，对所计算出的资源需求进行排序。
(10)在上述(9)所述的用于应急物流的异构网络融合通信方法中，优选的是，所述根据所述传输资源需求进行资源分配的步骤包括：基于业务流量检测的结果，进行宏观资源的综合调度和信道资源的动态分配。
发明效果
与现有技术相比，本发明的优势特点为：
1.该装置提供多个独立网络的通信互联服务，实现链路层和物理层协议完全不同的通信网在网络层的互联互通，最大程度的利用网络通信资源，实现信息在多种网络中的跳转传输，避免应急场景下单一网络数据来源的局限性，以及复杂情况下单一网络的数据丢失；
2.该装置通过融合服务管理***实现异构网络的统一调度与管理，有效避免多网通信时的资源竞争、冲突问题，保障数据传输的稳定性与流畅性；
3.该装置对外采用标准通信接口，业务功能丰富，向下可兼容，对外可扩展，适用性与通用性强；
4.该装置采用便携式结构设计，适用于应急情况下的通信链路临时搭建，可作为一种常备的应急通信方式，方便应急现场的通信布控。
附图说明
图1为本发明的异构网络融合通信装置的外部结构示意图；
图2为本发明融合服务管理***原理结构示意图；
图3为本发明工作流程示意图。
附图标记说明
1.1-多源信息接入***；1.2-协议提取转换***；1.3-网络管理***；1.4-业务服务***；1.5-资源分配管理模块；1.6-QoS服务管理模块；1.7-接入网络管理模块；1.8-告警管理模块；2.1-北斗通信收发模块；2.2-无人机通信收发模块；2.3-单兵图传通信收发模块；2.4-4G集群收发模块；2.5-卫星通信接收口；2.6-卫星通信发射口；2.7-输入键盘；2.8-视频采集模块；2.9-显示屏幕；2.10-内置多频天线；2.11-卫星信号调制解调器。
具体实施方式
下面参照图1-3结合具体实施方式对本专利的实施方式进行进一步的介绍说明。
用于应急物流的异构网络融合通信装置主要包括融合服务管理***和硬件设备，融合服务管理***和硬件设备相配合着完成异构网络的融合通信。
如图1所示，所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置包括一外壳结构，硬件设备主要有北斗通信收发模块(2.1)、无人机通信收发模块(2.2)、单兵图传通信收发模块(2.3)、4G集群收发模块(2.4)、卫星通信接收口(2.5)、卫星通信发射口(2.6)、用于手动输入数据文件的输入键盘(2.7)、用于获取本地视频图像的视频采集模块(2.8)、用于图像、视频及数据信息展示的翻盖式显示屏幕(2.9)和用于多网络信号收发的内置多频天线(2.10)。其中，北斗通信收发模块(2.1)、无人机通信收发模块(2.2)、单兵图传通信收发模块(2.3)、4G集群收发模块(2.4)、视频采集模块(2.8)和内置多频天线(2.10)均设于上述的外壳结构的内部，卫星通信接收口(2.5)、卫星通信发射口(2.6)、输入键盘(2.7)和显示屏幕(2.9)设于该外壳结构的结构体上并露出于外部。
外壳结构内部的北斗通信收发模块(2.1)、无人机通信收发模块(2.2)、单兵图传通信收发模块(2.3)、4G集群收发模块(2.4)构成异构网络通信模块；卫星通信接收口(2.5)和卫星通信发射口(2.6)构成卫星通信模块。
北斗通信收发模块(2.1)用于北斗通信网络的信息接收，并完成北斗业务数据的对外发送；无人机通信收发模块(2.2)用于无人机通信网络的信息接收，并完成无人机通信业务的对外发送；单兵图传通信收发模块(2.3)用于单兵图传通信网络的信息接收，并完成单兵图传业务数据的对外发送；4G集群收发模块(2.4)用于4G集群网络的信息接收，并完成4G集群业务数据的对外发送。
卫星通信接收口(2.5)用于接收卫星链路发送的综合业务数据流，并发送至卫星调制解调模块进行信息的解调；卫星通信发射口(2.6)，用于发送卫星调制解调模块调制后的综合业务数据信息。
输入键盘(2.7)用于手动输入数据文件；视频采集模块(2.8)用于获取本地图像、视频，支持远程协同会商；显示屏幕(2.9)，例如可采用翻盖式结构设计，用于图像、视频及数据信息的直观展示；内置多频天线(2.10)，用于多种网络信号的接收和发送。
通过这样将各硬件集成于一外壳结构上，使得该通信装置便于携带；而且，在装置外壳表面设有输入输出装置，也便于随时随地操作，十分适于灾害现场等应急情况下使用。
本专利中的卫星通信标准：采用DVB-S2/DVB-RCS协议标准，出境链路采用TDM方式进行***消息广播和业务分发，入境链路采用MF-TDMA方式，灵活充分的利用卫星频率资源，此外，入境链路可扩展使用D-SCPC方式，满足应急通信场景使用需求。
下面结合图2对本发明的用于应急物流的异构网络融合通信装置的融合服务管理***进行说明。所述融合服务管理***包括多源信息接入***(1.1)、协议提取转换***(1.2)、网络管理***(1.3)和业务服务***(1.4)。该融合服务管理***可以通过软件的方式来实现。
多源信息接入***(1.1)通过相匹配的通信收发模块，完成不同协议体制的通信网络接入功能，通信网络包括北斗网络、无人机通信网络、单兵图传网络和4G集群网络，该多源信息接入***(1.1)将接收到的来自不同通信网络的数据按规定的定义标识添加包头信息，组成新的数据帧格式发送给协议提取转换***。作为所添加的包头信息的一例，可以添加标示号，例如为基于北斗通信的数据帧添加00，为基于无人机通信的数据帧添加01，为基于单兵图传的数据帧添加10，为基于4G集群的数据帧添加11。
协议提取转换***(1.2)实现链路层和物理层协议完全不同的通信网在网络层的互联，根据接收到的数据流的包头标识，提取协议池中映射的通信协议，实现对该数据流的信息解析，并将解析后的数据转换成IP数据包进行交互传输。
网络管理***(1.3)是装置的核心管理单元，实现对接入网络状态监测管理，对全网资源统筹规划，并提供QoS服务保障策略，保障信息传输的流畅、稳定，包括资源分配管理模块(1.5)、QoS服务管理模块(1.6)、接入网络管理模块(1.7)和告警管理模块(1.8)。
资源分配管理模块(1.5)是基于业务流量的资源调度，该调度过程是对接入的不同业务进行识别和分类，采用不同的资源申请算法对不同类型的业务计算资源需求，并基于业务流量检测的结果，进行宏观资源的综合调度和信道资源的动态分配。
QoS服务管理模块(1.6)。是将定义好的QoS服务策略存储在网络管理***的策略库中，网络实体根据这些策略自动执行预设的任务，从而更好的适应异构网络的动态变化，提高网络资源利用率，本装置预设的QoS服务策略的一例为4G集群通信优先于北斗通信，优先于单兵图传通信，优先于无人机通信，即：基于4G集群网络的通信、基于北斗网络的通信、基于单兵图传网络的通信、基于无人机通信网络的通信，通信优先级依次逐级降低。
接入网络管理模块(1.7)负责对接入网络的标识进行配置管理，并控制网络接入权限，可以允许网络接入，也可直接禁止网络接入。
告警管理模块(1.8)实时获取接入网络的运行状态、关键模块及***的运行情况、装置配置参数的执行情况等信息，并对是否存在异常数据进行判定、分析，当判断为存在异常时作出告警提示。
业务服务***(1.4)提供业务通信服务，包括语音业务、视频业务、数据业务。
上述的定义标识，是用于区别不同种类的通信网络，通过多源信息接入***对数据流添加定义标识包头，协议提取转换***可调取协议池中相对应的通信协议，完成对数据包的解析处理，定义标识的配置可在接入网络管理模块中进行修改。
上述的协议池存储通信网络的不同通信协议，本实施方式中，存储了北斗通信协议、无人机数据链通信协议、4G通信协议和单兵图传通信协议，协议池可按需进行扩充、删减、修改存储协议。
下面，结合图3，对本发明的用于应急物流的异构网络融合通信装置进行异构网络融合通信的过程进行说明。
首先，应急物流的异构网络融合通信装置开机后，***会进行自检，以确认***可以正常工作。
接着，进行异构网络融合通信、以及基于通信结果的通信服务，主要由所述融合服务管理***按以下步骤运行：
m1：并发接收多组异构网络输入信号，判断与所接收到的每组信号相对应的网络中的输入源数量；
m2：若信号源数目为1，即若是单路输入，则直接进入协议提取转换步骤，通过包头定义标识判断通信网络类型，并调用相应协议进行数据解析，获取业务传输资源需求；若信号源数目大于等于2，则通过包头定义标识分别进行协议提取转换，并触发预设的QoS服务机制，制定最优传输方案，按照该最优方案获取传输资源需求；若协议提取转换***获取的定义标识超出预设范围，则输出***将该非预设的定义标识所对应的数据判定为非异构网络数据并将其丢弃，即不提供可用通信服务；
m3：资源分配管理模块根据上述的传输资源需求进行资源分配，通过卫星通信提供语音、视频、数据通信业务传输服务。此时，用户可以通过视频采集模块、显示装置、键盘、音频采集播放装置获取这些业务传输服务，例如进行信息、音频、视频的交互等。
本发明采用QoS服务通信策略，保障在各种复杂、多变的应急现场环境下，可根据业务通信需求和***负载情况，合理分配使用资源，保障***的稳定、流畅通信，本通信方法中采用的预设的QoS服务策略为4G集群通信优先于北斗通信，优先于单兵图传通信，优先于无人机通信。
本发明的用于应急物流的异构网络融合通信装置的工作原理是：当灾害发生需要应急物资进行紧急救援时，利用该装置快速获取灾害现场受灾情况信息，指导救援决策制定，将该装置置于灾害现场，通过装置内部的多频天线接收北斗网络、无人机网络、4G网络和单兵通信网络传输的灾情信息，信息流经多源数据接入***进行封装处理，在包头添加预先设置的定义标识信息，协议提取转换***实现链路层和物理层协议完全不同的通信网在网络层的互联，根据定义标识判断接入数据流的网络类型，并调取协议池中相对应的通信协议对数据进行解析，对于多源数据的输入，还会触发预设的QoS服务机制，制定最优传输方案，获取传输资源需求，若协议提取转换***获取的定义标识超出预设范围，则输出***无法提供可用通信服务，网络管理***则根据业务传输需求、QoS保障方案和网络通信负载情况进行综合分析，对网络资源合理分配，保障***通信的流畅与稳定，业务服务***则根据最终制定的传输方案生成业务数据流，并发送给卫星调制解调模块进行信息调制，经卫星链路将现场情况发送至后方决策、研判中心制定应急物流救援方案；物资救援方案经卫星反向链路发送至本发明装置，由卫星调制解调模块进行数据解调，获取相应物资救援指令，通过业务服务***对综合业务数据流进行拆分，获取不同通信网络的业务指令信息，协议提取转换***提取映射协议对业务数据封装处理，经多频天线发送给相应网络端接收处理，至此完成现场信息获取、灾情情况上报、研判指令下发和现场响应处理的全流程、闭环通信过程，在此过程中告警管理模块始终对通信网络进行运行状态监测、关键模块及***运行情况分析、装置配置执行情况检测，对异常数据判定、分析，并作出告警提示。
本发明的用于应急物流的集成多种通信网络方式于一体的移动便携式异构网络融合通信装置，通过单一设备融合北斗通信、4G集群、单兵图传、无人机数据链、卫星通信五种网络，实现对灾害现场多源数据的实时采集、处理、传输及统一管理，为应急物流中心快速实现物资调配及救援处置提供及时、有效的数据支撑，装置支持在复杂网络环境中最大程度的利用通信资源，解决现阶段应急物流过程中灾害现场数据来源单一、现场各通信网络相互独立、多网络通信管理手段缺乏的问题。
与现有技术相比，本发明的优势特点为：
1.该装置提供多个独立网络的通信互联服务，实现链路层和物理层协议完全不同的通信网在网络层的互联互通，最大程度的利用网络通信资源，实现信息在多种网络中的跳转传输，避免应急场景下单一网络数据来源的局限性，以及复杂情况下单一网络的数据丢失；
2.该装置通过融合服务管理***实现异构网络的统一调度与管理，有效避免多网通信时的资源竞争、冲突问题，保障数据传输的稳定性与流畅性；
3.该装置对外采用标准通信接口，业务功能丰富，向下可兼容，对外可扩展，适用性与通用性强；
4.该装置采用便携式结构设计，适用于应急情况下的通信链路临时搭建，可作为一种常备的应急通信方式，方便应急现场的通信布控。

Claims (7)

1.一种用于应急物流的异构网络融合通信装置，其特征在于，包括融合服务管理***和异构网络通信模块；所述融合服务管理***包括多源信息接入***(1.1)、协议提取转换***(1.2)、网络管理***(1.3)和业务服务***(1.4)；
所述多源信息接入***(1.1)通过相匹配的通信收发模块，完成不同协议体制的通信网络接入功能，所述通信网络包括北斗网络、无人机通信网络、单兵图传网络和4G集群网络，所述多源信息接入***将接收到的来自不同通信网络的数据按规定的定义标识添加包头信息，组成新的数据帧格式发送给所述协议提取转换***；
所述协议提取转换***(1.2)根据接收到的数据流的包头标识，提取协议池中映射的通信协议，实现对所述数据流的信息解析，并将解析后的数据转换成IP数据包进行交互传输，实现链路层和物理层协议完全不同的通信网络在网络层的互联；
所述网络管理***(1.3)完成融合网络的资源分配管理、QoS服务管理、接入网络管理和告警管理；其中，所述网络管理***(1.3)包括资源分配管理模块(1.5)、QoS服务管理模块(1.6)、接入网络管理模块(1.7)和告警管理模块(1.8)，所述资源分配管理模块(1.5)是基于业务流量的资源调度，该调度过程是对接入的不同业务进行识别和分类，采用不同的资源申请算法对不同类型的业务计算资源需求，并基于业务流量检测的结果，进行宏观资源的综合调度和信道资源的动态分配；所述QoS服务管理模块(1.6)是将定义好的QoS服务策略存储在网络管理***的策略库中，并根据这些策略使预设的任务自动地执行； 所述接入网络管理模块(1.7)对接入网络的标识进行配置管理，并控制网络接入权限，允许或禁止网络接入；所述告警管理模块(1.8)实时获取包括接入网络的运行状态、管理模块及管理***的运行情况、装置配置参数的执行情况在内的信息，并判定是否存在异常，当判断为异常时发出告警提示；
所述业务服务***(1.4)提供业务通信服务，所述业务包括语音业务、视频业务、数据业务中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置，其特征在于，还包括与卫星之间进行数据收发的卫星通信模块；
所述异构网络通信模块包括北斗通信收发模块(2.1)、无人机通信收发模块(2.2)、单兵图传通信收发模块(2.3)、4G集群收发模块(2.4)。
3.根据权利要求2所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置，其特征在于，还包括用于手动输入数据文件的输入键盘(2.7)、用于获取本地视频图像的视频采集模块(2.8)、用于图像、视频及数据信息展示的显示屏幕(2.9)和用于多网络信号收发的内置多频天线(2.10)。
4.根据权利要求3所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置，其特征在于，所述卫星通信模块包括卫星通信接收口(2.5)和卫星通信发射口(2.6)，
所述北斗通信收发模块(2.1)、所述无人机通信收发模块(2.2)、所述单兵图传通信收发模块(2.3)、所述4G集群收发模块(2.4)、所述视频采集模块(2.8)和所述内置多频天线(2.10)均设于一外壳结构的内部，
所述卫星通信接收口(2.5)、所述卫星通信发射口(2.6)、所述输入键盘(2.7)和所述显示屏幕(2.9)设于所述外壳结构的结构体上且露出于外部。
5.根据权利要求1所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置，其特征在于，所述QoS服务策略为：基于4G集群网络的通信、基于北斗网络的通信、基于单兵图传网络的通信、基于无人机通信网络的通信，通信优先级依次逐级降低。
6.根据权利要求2所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置，其特征在于，所述卫星通信模块通过外接卫星通信天线来完成经由通信卫星链路的数据的发送与接收。
7.一种用于应急物流的异构网络融合通信方法，是权利要求1至6中任一项所述的用于应急物流的异构网络融合通信装置进行异构网络融合的方法，其特征在于，所述融合服务管理***按以下步骤运行：
m1：并发接收多组异构网络输入信号，判断与所接收到的每组信号相对应的网络中的输入源数量；
m2：通过所接收的数据流的包头标识判断通信网络类型，并调用与所判断出的通信网络相对应的通信协议进行数据解析，并根据预设的QoS服务策略制定最优传输方案，按照该最优传输方案获取传输资源需求；具体包括：对接入的不同业务进行识别和分类，采用预先设定的不同的资源申请算法对不同类型的业务计算资源需求；根据预设的QoS服务策略，对所计算出的资源需求进行排序；
m3：所述网络管理***中的资源分配管理模块根据所述传输资源需求进行资源分配，提供包括语音、视频、数据中的一种或多种的通信业务传输服务；其中，所述根据所述传输资源需求进行资源分配的步骤包括：基于业务流量检测的结果，进行宏观资源的综合调度和信道资源的动态分配。
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