一、概念

集群通信系统是一种用于集团调度指挥通信的移动通信系统，主要应用在专业移动通信领域。该系统具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。

集群通信的最大特点是话音通信采用PTT(Push To Talk)，以一按即通的方式接续，被叫无需摘机即可接听，且接续速度较快，并能支持群组呼叫等功能，它的运作方式以单工、半双工为主，主要采用信道动态分配方式，并且用户具有不同的优先等级和特殊功能，通信时可以一呼百应。追溯到它的产生，集群的概念确实是从有线电话通信中的“中继”概念而来。1908年，E.C.Mo1ina发表的“中继”曲线的概念等级，证明了一群用户的若干中继线路的概率可以大大提高中继线的利用率。“集群”这一概念应用于无线电通信系统，把信道视为中继。“集群”的概念，还可从另一角度来认识，即与机电式(纵横制式)交换机类比，把有线的中继视为无线信道，把交换机的标志器视为集群系统的控制器，当中继为全利用度时，就可认为是集群的信道。集群系统控制器能把有限的信道动态地、自动地最佳分配给系统的所有用户，这实际上就是信道全利用度或我们经常使用的术语“信道共用”。集群通信(Cluster Communications)是利用联网技术(如以太网、光纤或微波)将一组计算机系统(由网络节点、中继器、网络交换机、以及网络硬件组成)连接在一起，使得每台计算机系统可以依据两台或多台计算机系统之间网络协议的要求，来实现数据的传输的技术称为集群通信。

二、目的

集群通信的主要目的是使系统能够实时共享数据、计算机资源和应用服务，从而提高系统的性能和可用性。昆虫集群中心等在线技术，远程控制通信，负载均衡均采用此技术。此外，集群通信也可将多台计算机上的计算机资源整合成单一虚拟计算机，使得操作、调度和管理更加便利和高效。

三、原理

集群通信是按照一定的数据格式将节点之间的通信信息包装成数据包，在底层网络连接的转发端(如中继器、网络交换机)把含有集群通信数据的数据包转发至其他网络节点，使得所有的网络节点实现了可靠的信息传输。

四、特点

(1)共享资源：集群通信可以使得多台计算设备之间共享数据资源等，实现协同作业，从而提高计算机系统的性能和效率。

(2)负载均衡：负载均衡是集群通信技术最大的优势之一。在集群通信的基础上可以采取分布型计算的方法，使得任务可以多核分布处理，从而提高任务的处理效能。

(3)可靠性：集群通信使系统具有可靠性，可以将单台计算机上某一组件失效时，通过其他计算机上的相同组件代替失效的组件，实现系统的正常使用。

五、应用

(1)高性能计算：高性能计算系统通常采用超级电脑系统，利用集群通信，可以将多台超级电脑通过网络互联，形成一个完整的高速计算系统，用于复杂的数值计算以及大数据处理。

(2)信息共享：集群通信技术可以有效的实现多台计算机中的数据和应用程序的交互，使得多台计算机可以相互之间共享信息，大大提高了计算机系统的可用性。

集群通信系统除具有普通电话的功能外，还具有以下特点：

(1)用户的分级管理功能：集群系统把用户分成若干个群组，每个群组具有不同的优先级别。在每个群组内还可以为用户设置不同的优先级，在通话过程中，本组高优先等级的组成员可以直接抢占低优先级组成员的话权。

(2)一呼百应的呼叫功能：集群系统提供了组呼、紧急呼叫和广播呼叫等3种“一呼百应”的功能。所谓组呼，就是指用户发起的一对多的对讲呼叫，组内成员可以通过按PTT键申请话权讲话，通话过程中，同时只能有一个成员讲话，其他成员只能听;紧急呼叫是一种在紧急情况下的特殊对讲方式，具有最高呼叫优先级，用以在最短时间内、以最便捷的方式将信息通报给预先指定的用户或者群组;广播呼叫是一种特殊的组呼，与组呼的不同点在于只有主叫可以讲话，而被叫方没有话权。

(3)摇毙和复活功能：当某一集群终端不慎遗失或者其他特殊情况发生时，为避免重要信息外泄，此时管理者就可以使用遥毙功能作空中杀机，使其不能开机使用;对于可恢复的遥毙，系统也可以使用复活功能使该终端正常使用。

(4)共用频率：将原分配给各部门的少量专用频率集中管理，供各家一起使用，从而提高了频率资源的有效利用率，这就像汽车和马路一样，当只有一条车道时，汽车只能在这条车道上按序行进，汽车可能行驶较慢，而当有两个以上车道时，汽车就可以“见缝插针”，这就是“共享”，通过“共享”，可以极大地推进汽车的行进速度，提高汽车的流量。

(5)共用设施和共享覆盖区：由于频率共用，就有可能将各家分建的控制中心和基地台等设施集中合建，形成更大的覆盖区域，各家可以设置虚拟控制台来控制联络自己的用户，从而极大地节省网络投资。

(6)改善服务：共同建网，则信道共用可调剂余缺，共同建网时总信道所能支持的总用户数要比分散建网时这些总信道分散到各网的各自信道所能支持的用户数总和要大得多，因而也能改善服务质量;集中建网还能加强管理和维护，因而可提高服务等级，增强系统功能等。

六、优点和缺点

集群通信是指在一个区域内，多个设备之间进行通信，具有以下优点和缺点：

优点：

网络覆盖范围广：集群通信可以在一个区域内实现多个设备之间的通信，覆盖范围相对较广，可以满足多种应用场景的需求。

通信效率高：集群通信可以实现多个设备之间的同时通信，通信效率相对较高，可以提高通信效率和工作效率。

系统可靠性高：集群通信可以实现设备之间的自组织和自适应，系统可靠性相对较高，可以提高系统的稳定性和可靠性。

灵活性强：集群通信可以根据实际需求进行灵活配置和调整，可以满足不同应用场景的需求。

安全性高：集群通信可以采用多种安全机制，如加密、认证等，可以保障通信的安全性。

缺点：

系统复杂度高：集群通信需要实现设备之间的自组织和自适应，系统复杂度相对较高，需要投入大量的研发和维护成本。

通信质量不稳定：集群通信受到环境因素的影响，如信号干扰、信道衰落等，通信质量相对不稳定，需要采取相应的措施进行优化。

能耗较高：集群通信需要设备之间进行频繁的通信，会消耗较多的能量，需要采取相应的节能措施。

安全性问题：集群通信需要采用多种安全机制，如加密、认证等，但仍存在一定的安全隐患，需要加强安全管理和监控。

部署和维护成本高：集群通信需要在设备之间建立通信网络，需要投入大量的部署和维护成本，对设备的要求也较高。

综上所述，集群通信具有网络覆盖范围广、通信效率高、系统可靠性高、灵活性强和安全性高等优点。

七、集群通信系统的作用

集群通信系统是一种用于组织和管理大规模集群网络的通信系统，其主要作用包括以下几个方面：

实现集群内部通信：集群通信系统可以实现集群内部节点之间的通信，包括节点之间的数据传输、消息交换、命令控制等功能，从而协调和管理集群中的各个节点。

管理集群资源：集群通信系统可以对集群中的各种资源进行管理，包括计算资源、存储资源、网络资源等，可以实现资源的动态分配、调度和优化，从而提高集群的利用效率。

实现集群间通信：集群通信系统可以实现不同集群之间的通信，包括数据传输、消息交换、协同计算等功能，从而实现分布式计算和资源共享。

提高集群安全性：集群通信系统可以实现集群节点之间的安全通信，包括数据加密、身份认证、访问控制等功能，从而提高集群的安全性。

实现集群监控和管理：集群通信系统可以实现集群的监控和管理，包括节点状态监测、故障诊断、性能评估等功能，从而实现对集群的全面管理和控制。综上所述，集群通信系统可以提高集群网络的效率、安全性和管理水平，具有重要的应用价值。

八、集群通信系统的组成有哪些

集群通信系统是由多个节点组成的分布式系统，其主要组成部分包括以下几个方面：

集群节点：集群通信系统中的节点是系统的基本组成部分，可以是计算机、服务器、存储设备等。节点之间通过网络进行通信和协作，从而实现分布式计算和资源共享。

集群网络：集群通信系统中的网络是节点之间通信的基础，可以是局域网、广域网或者专用网络。网络需要具备高速、稳定、可靠和安全等特点，以满足集群通信系统的要求。

集群通信协议：集群通信协议是节点之间通信的规则和标准，用于确保通信的正确性、可靠性和安全性。通信协议可以包括数据传输协议、消息传递协议、命令控制协议等。

集群管理软件：集群管理软件是用于管理和控制集群的软件，可以实现节点的监控、故障诊断、资源调度、安全管理等功能。常见的集群管理软件包括OpenMPI、Hadoop、Kubernetes等。

集群应用程序：集群通信系统的应用程序是基于集群通信系统开发的分布式应用程序，可以利用集群的计算和存储资源，实现高性能计算、大数据处理、机器学习等应用。常见的集群应用程序包括PARALLEL、MapReduce、Spark等。

综上所述，集群通信系统的组成包括集群节点、集群网络、集群通信协议、集群管理软件和集群应用程序等多个方面，这些组成部分共同协作，实现集群的高效、安全和可靠运行。