什么是集群通信系統(tǒng)？

集群通信系統(tǒng)是一種用于集團(tuán)調(diào)度指揮通信的移動(dòng)通信系統(tǒng)，主要應(yīng)用在專業(yè)移動(dòng)通信領(lǐng)域。該系統(tǒng)具有的可用信道可為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動(dòng)選擇信道功能，它是共享資源、分擔(dān)費(fèi)用、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途、高效能的無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)。

集群通信的最大特點(diǎn)是話音通信采用PTT(Push To Talk)，以一按即通的方式接續(xù)，被叫無(wú)需摘機(jī)即可接聽(tīng)，且接續(xù)速度較快，并能支持群組呼叫等功能，它的運(yùn)作方式以單工、半雙工為主，主要采用信道動(dòng)態(tài)分配方式，并且用戶具有不同的優(yōu)先等級(jí)和特殊功能，通信時(shí)可以一呼百應(yīng)。追溯到它的產(chǎn)生，集群的概念確實(shí)是從有線電話通信中的“中繼”概念而來(lái)。1908年，E.C.Mo1ina發(fā)表的“中繼”曲線的概念等級(jí)，證明了一群用戶的若干中繼線路的概率可以大大提高中繼線的利用率?！凹骸边@一概念應(yīng)用于無(wú)線電通信系統(tǒng)，把信道視為中繼?！凹骸钡母拍?，還可從另一角度來(lái)認(rèn)識(shí)，即與機(jī)電式(縱橫制式)交換機(jī)類比，把有線的中繼視為無(wú)線信道，把交換機(jī)的標(biāo)志器視為集群系統(tǒng)的控制器，當(dāng)中繼為全利用度時(shí)，就可認(rèn)為是集群的信道。集群系統(tǒng)控制器能把有限的信道動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地最佳分配給系統(tǒng)的所有用戶，這實(shí)際上就是信道全利用度或我們經(jīng)常使用的術(shù)語(yǔ)“信道共用”。集群通信(Cluster Communications)是利用聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(如以太網(wǎng)、光纖或微波)將一組計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、中繼器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、以及網(wǎng)絡(luò)硬件組成)連接在一起，使得每臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以依據(jù)兩臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要求，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)募夹g(shù)稱為集群通信。

二、目的

集群通信的主要目的是使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)共享數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)資源和應(yīng)用服務(wù)，從而提高系統(tǒng)的性能和可用性。昆蟲(chóng)集群中心等在線技術(shù)，遠(yuǎn)程控制通信，負(fù)載均衡均采用此技術(shù)。此外，集群通信也可將多臺(tái)計(jì)算機(jī)上的計(jì)算機(jī)資源整合成單一虛擬計(jì)算機(jī)，使得操作、調(diào)度和管理更加便利和高效。

三、原理

集群通信是按照一定的數(shù)據(jù)格式將節(jié)點(diǎn)之間的通信信息包裝成數(shù)據(jù)包，在底層網(wǎng)絡(luò)連接的轉(zhuǎn)發(fā)端(如中繼器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī))把含有集群通信數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使得所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了可靠的信息傳輸。

四、特點(diǎn)

(1)共享資源：集群通信可以使得多臺(tái)計(jì)算設(shè)備之間共享數(shù)據(jù)資源等，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)，從而提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能和效率。

(2)負(fù)載均衡：負(fù)載均衡是集群通信技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)之一。在集群通信的基礎(chǔ)上可以采取分布型計(jì)算的方法，使得任務(wù)可以多核分布處理，從而提高任務(wù)的處理效能。

(3)可靠性：集群通信使系統(tǒng)具有可靠性，可以將單臺(tái)計(jì)算機(jī)上某一組件失效時(shí)，通過(guò)其他計(jì)算機(jī)上的相同組件代替失效的組件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常使用。

五、應(yīng)用

(1)高性能計(jì)算：高性能計(jì)算系統(tǒng)通常采用超級(jí)電腦系統(tǒng)，利用集群通信，可以將多臺(tái)超級(jí)電腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，形成一個(gè)完整的高速計(jì)算系統(tǒng)，用于復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算以及大數(shù)據(jù)處理。

(2)信息共享：集群通信技術(shù)可以有效的實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的交互，使得多臺(tái)計(jì)算機(jī)可以相互之間共享信息，大大提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可用性。

集群通信系統(tǒng)除具有普通電話的功能外，還具有以下特點(diǎn)：

(1)用戶的分級(jí)管理功能：集群系統(tǒng)把用戶分成若干個(gè)群組，每個(gè)群組具有不同的優(yōu)先級(jí)別。在每個(gè)群組內(nèi)還可以為用戶設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，在通話過(guò)程中，本組高優(yōu)先等級(jí)的組成員可以直接搶占低優(yōu)先級(jí)組成員的話權(quán)。

(2)一呼百應(yīng)的呼叫功能：集群系統(tǒng)提供了組呼、緊急呼叫和廣播呼叫等3種“一呼百應(yīng)”的功能。所謂組呼，就是指用戶發(fā)起的一對(duì)多的對(duì)講呼叫，組內(nèi)成員可以通過(guò)按PTT鍵申請(qǐng)?jiān)挋?quán)講話，通話過(guò)程中，同時(shí)只能有一個(gè)成員講話，其他成員只能聽(tīng);緊急呼叫是一種在緊急情況下的特殊對(duì)講方式，具有最高呼叫優(yōu)先級(jí)，用以在最短時(shí)間內(nèi)、以最便捷的方式將信息通報(bào)給預(yù)先指定的用戶或者群組;廣播呼叫是一種特殊的組呼，與組呼的不同點(diǎn)在于只有主叫可以講話，而被叫方?jīng)]有話權(quán)。

(3)搖斃和復(fù)活功能：當(dāng)某一集群終端不慎遺失或者其他特殊情況發(fā)生時(shí)，為避免重要信息外泄，此時(shí)管理者就可以使用遙斃功能作空中殺機(jī)，使其不能開(kāi)機(jī)使用;對(duì)于可恢復(fù)的遙斃，系統(tǒng)也可以使用復(fù)活功能使該終端正常使用。

(4)共用頻率：將原分配給各部門的少量專用頻率集中管理，供各家一起使用，從而提高了頻率資源的有效利用率，這就像汽車和馬路一樣，當(dāng)只有一條車道時(shí)，汽車只能在這條車道上按序行進(jìn)，汽車可能行駛較慢，而當(dāng)有兩個(gè)以上車道時(shí)，汽車就可以“見(jiàn)縫插針”，這就是“共享”，通過(guò)“共享”，可以極大地推進(jìn)汽車的行進(jìn)速度，提高汽車的流量。

(5)共用設(shè)施和共享覆蓋區(qū)：由于頻率共用，就有可能將各家分建的控制中心和基地臺(tái)等設(shè)施集中合建，形成更大的覆蓋區(qū)域，各家可以設(shè)置虛擬控制臺(tái)來(lái)控制聯(lián)絡(luò)自己的用戶，從而極大地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資。

(6)改善服務(wù)：共同建網(wǎng)，則信道共用可調(diào)劑余缺，共同建網(wǎng)時(shí)總信道所能支持的總用戶數(shù)要比分散建網(wǎng)時(shí)這些總信道分散到各網(wǎng)的各自信道所能支持的用戶數(shù)總和要大得多，因而也能改善服務(wù)質(zhì)量;集中建網(wǎng)還能加強(qiáng)管理和維護(hù)，因而可提高服務(wù)等級(jí)，增強(qiáng)系統(tǒng)功能等。

集群通信是指在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通信，具有以下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣：集群通信可以在一個(gè)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備之間的通信，覆蓋范圍相對(duì)較廣，可以滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

通信效率高：集群通信可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備之間的同時(shí)通信，通信效率相對(duì)較高，可以提高通信效率和工作效率。

系統(tǒng)可靠性高：集群通信可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的自組織和自適應(yīng)，系統(tǒng)可靠性相對(duì)較高，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

靈活性強(qiáng)：集群通信可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置和調(diào)整，可以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

安全性高：集群通信可以采用多種安全機(jī)制，如加密、認(rèn)證等，可以保障通信的安全性。

缺點(diǎn)：

系統(tǒng)復(fù)雜度高：集群通信需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的自組織和自適應(yīng)，系統(tǒng)復(fù)雜度相對(duì)較高，需要投入大量的研發(fā)和維護(hù)成本。

通信質(zhì)量不穩(wěn)定：集群通信受到環(huán)境因素的影響，如信號(hào)干擾、信道衰落等，通信質(zhì)量相對(duì)不穩(wěn)定，需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行優(yōu)化。

能耗較高：集群通信需要設(shè)備之間進(jìn)行頻繁的通信，會(huì)消耗較多的能量，需要采取相應(yīng)的節(jié)能措施。

安全性問(wèn)題：集群通信需要采用多種安全機(jī)制，如加密、認(rèn)證等，但仍存在一定的安全隱患，需要加強(qiáng)安全管理和監(jiān)控。

部署和維護(hù)成本高：集群通信需要在設(shè)備之間建立通信網(wǎng)絡(luò)，需要投入大量的部署和維護(hù)成本，對(duì)設(shè)備的要求也較高。

綜上所述，集群通信具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、通信效率高、系統(tǒng)可靠性高、靈活性強(qiáng)和安全性高等優(yōu)點(diǎn)。

集群通信系統(tǒng)的作用

集群通信系統(tǒng)是一種用于組織和管理大規(guī)模集群網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)，其主要作用包括以下幾個(gè)方面：

實(shí)現(xiàn)集群內(nèi)部通信：集群通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)集群內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的通信，包括節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸、消息交換、命令控制等功能，從而協(xié)調(diào)和管理集群中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。

管理集群資源：集群通信系統(tǒng)可以對(duì)集群中的各種資源進(jìn)行管理，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源等，可以實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配、調(diào)度和優(yōu)化，從而提高集群的利用效率。

實(shí)現(xiàn)集群間通信：集群通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同集群之間的通信，包括數(shù)據(jù)傳輸、消息交換、協(xié)同計(jì)算等功能，從而實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算和資源共享。

提高集群安全性：集群通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)集群節(jié)點(diǎn)之間的安全通信，包括數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證、訪問(wèn)控制等功能，從而提高集群的安全性。

實(shí)現(xiàn)集群監(jiān)控和管理：集群通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)集群的監(jiān)控和管理，包括節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、性能評(píng)估等功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)集群的全面管理和控制。綜上所述，集群通信系統(tǒng)可以提高集群網(wǎng)絡(luò)的效率、安全性和管理水平，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

集群通信系統(tǒng)的組成有哪些

集群通信系統(tǒng)是由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的分布式系統(tǒng)，其主要組成部分包括以下幾個(gè)方面：

集群節(jié)點(diǎn)：集群通信系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)的基本組成部分，可以是計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備等。節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和協(xié)作，從而實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算和資源共享。

集群網(wǎng)絡(luò)：集群通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)是節(jié)點(diǎn)之間通信的基礎(chǔ)，可以是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或者專用網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)需要具備高速、穩(wěn)定、可靠和安全等特點(diǎn)，以滿足集群通信系統(tǒng)的要求。

集群通信協(xié)議：集群通信協(xié)議是節(jié)點(diǎn)之間通信的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，用于確保通信的正確性、可靠性和安全性。通信協(xié)議可以包括數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、消息傳遞協(xié)議、命令控制協(xié)議等。

集群管理軟件：集群管理軟件是用于管理和控制集群的軟件，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控、故障診斷、資源調(diào)度、安全管理等功能。常見(jiàn)的集群管理軟件包括OpenMPI、Hadoop、Kubernetes等。

集群應(yīng)用程序：集群通信系統(tǒng)的應(yīng)用程序是基于集群通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的分布式應(yīng)用程序，可以利用集群的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用。常見(jiàn)的集群應(yīng)用程序包括PARALLEL、MapReduce、Spark等。綜上所述，集群通信系統(tǒng)的組成包括集群節(jié)點(diǎn)、集群網(wǎng)絡(luò)、集群通信協(xié)議、集群管理軟件和集群應(yīng)用程序等多個(gè)方面，這些組成部分共同協(xié)作，實(shí)現(xiàn)集群的高效、安全和可靠運(yùn)行。