[發明專利]復雜網絡聲音同步演示系統及演示方法

有效

• 申請號: 201210442240.8
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN103021204A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 劉歌群;郝陳祥;郭東逸;朱春香;江琨;任冠琦;馬小美;辛辰;李文惠
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G09B5/00
• 分類號: G09B5/00;G10L17/26;G10L17/08;G10L19/018
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本發明屬于教學儀器領域，尤其涉及一種復雜網絡聲音同步演示系統及演示方法。

背景技術

復雜網絡是自然與社會的基本形態，復雜網絡上的同步現象是重要的科學知識，許多學校開設了包含同步內容的復雜網絡課程。復雜網絡同步知識的教學內容主要包括同步行為的解釋、同步行為穩定性、同步過渡過程分析、網絡結構及參數對同步性能的影響等等。目前網絡同步知識的教學手段主要有數學公式表達、圖片展示、曲線說明和少量的軟件模擬，這些僅有的教學手段使得本來精彩紛呈的網絡同步現象變得枯燥和乏味，因此需要一種實物系統，對復雜網絡上的同步現象進行生動地演示，并能夠展示網絡結構及參數對同步穩定性和過渡過程的影響。聲音同步是一類典型的網絡同步現象，如青蛙、蟋蟀叫聲的同步以及觀眾掌聲的同步，這些例子常用作復雜網絡同步行為的解釋和說明。目前，聲音同步現象主要通過一個獨立的計算機軟件進行演示，這種方法既不便于展示網絡拓撲結構對同步過程的影響，也與自然界聲音同步現象中多個個體獨立進行聆聽、判斷、發聲的物理機制不同。如果有一種可以同時展示網絡拓撲結構和聲音同步過渡過程的實物演示系統，而且這種系統擁有多個獨立的個體可以進行聆聽、判斷與發聲，那么復雜網絡聲音同步的知識演示將會變得生動活潑、引人入勝。

發明內容

為了生動地演示復雜網絡的聲音同步現象，同時展示網絡拓撲結構和聲音同步的過渡過程，并模擬多個個體獨立聆聽、判斷、發聲的物理機制，本發明提供了一種復雜網絡聲音同步演示系統及演示方法。

本發明實現該目的的技術方案由三部分組成：一個復雜網絡聲音同步演示系統、一種多節點音頻身份識別與鳴叫時刻確認方法、一套復雜網絡聲音同步演示方法。

復雜網絡聲音同步演示系統包括監控計算機系統(1)、投影儀(2)、網絡拓撲結構投影板(3)、通訊總線（12）和若干個智能鳴叫節點(4)。每個智能鳴叫節點(4)表示一個網絡節點，也就是一個獨立的個體。所有的智能鳴叫節點(4)圍成一圈安裝在網絡拓撲結構投影板(3)上，智能鳴叫節點(4)所圍繞的區域用于顯示網絡拓撲結構。網絡拓撲結構由投影儀(2)投射顯示，投影儀(2)與監控計算機系統(1)相連，把監控計算機系統(1)傳來的網絡拓撲結構圖像投射到網絡拓撲結構投影板(3)上智能鳴叫節點(4)圍成的區域。當兩個節點之間有邊相連時，對應的兩個智能鳴叫節點之間會投射出一條連線(11)，所投射的連線(11)可以區分節點之間的有向或者無向連接關系。所有智能鳴叫節點之間的連線(11)就顯示了整個網絡的拓撲結構（30）。演示過程的進行與設定通過監控計算機系統(1)安裝的演示監控軟件(6)完成。演示監控軟件(6)包含網絡拓撲結構設定與顯示子模塊(7)、聲音同步參數設定子模塊(8)和監控通訊子模塊(10)。監控計算機系統(1)通過通訊總線（12）與所有的智能鳴叫節點(4)相連，通過通訊總線（12）把同步演示命令和所設定的參數下傳給所有的節點。智能鳴叫節點(4)是一個嵌入式計算機系統，包含嵌入式最小系統(13)、揚聲器驅動電路(14)、揚聲器(15)、聲音采集電路(16)、麥克風(17)、時鐘電路（19）和通訊接口(18)。通訊接口(18)與通訊總線（12）相連，用于獲得監控計算機系統(1)下傳的各種信息，并把節點(4)的各種信息上傳給監控計算機系統(1)。麥克風(17)連接到聲音采集電路(16)，用于聆聽其他節點的鳴叫聲。揚聲器(15)連接到揚聲器驅動電路(14)，用于發聲鳴叫。嵌入式最小系統(13)是包含CPU在內的計算機核心系統，是存儲與執行程序、驅動外圍模塊、實現節點功能的核心部件。時鐘電路（19）用于定時，為本節點的鳴叫時刻確定和其他節點的鳴叫時刻確認提供時間基準。智能鳴叫節點(4)的功能由節點智能軟件（21）實現。節點智能軟件（21）包含節點通訊子模塊（22）、聲音檢測子模塊（24）、其他節點鳴叫時刻識別子模塊（36）、耦合關系模擬子模塊（23）、鳴叫時刻計算子模塊（25）和鳴叫輸出子模塊（26）