基礎的通信協議范文
時間：2023-06-07 16:51:39
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篇1
一旦中繼發生解碼錯誤，該方法將無法提供分集增益［9］。所以，與AF相比，DF更適用于源節點和中繼節點間信道狀況良好的情況。協作分集在散射通信中的實現方案在以上介紹的協作協議中，利用到無線通信系統的廣播特性，對各個節點的發射或者接收天線無方向性限制。
且協作分集中，中繼節點轉發源節點信號時，要考慮中繼節點的功率限制，不能無限制放大轉發源信號［10，11］。與普通無線通信不同的是，散射通信都是點對點通信，其天線為定向天線，其他方向不能接收到發送端的信號，以3個節點的散射協作通信為例，（圖略）。
其中S為源節點，R為中繼節點，D為目的節點。每一個節點的2個天線都為定向天線，直接對準要發射(接收)的方向。各信道為瑞利衰落信道，中繼節點可以工作在最大功率點，中繼節點轉發信號功率與源節點發送信號功率相同。在到達目的節點D之前的每個信道都加延遲校正器保證信號同時到達目的節點。
中采用數字基帶傳輸，信道為瑞利衰落信道，中繼信道與直接信道衰落相互獨立。源節點S、中繼節點R和目的節點D之間等距，中繼節點發送信號功率與源節點發送信號功率相同，均為P。目的節點采用最大比值合并。
源節點到中繼節點信噪比SNR_sr變化，源節點到目的節點、中繼節點到目的節點信噪比SNR_sd、SNR_rd不變。采用放大轉發與譯碼轉發誤碼性能界于直接傳輸與二重分集之間。低信噪比時，放大轉發性能優于譯碼轉發，這是譯碼轉發在低信噪比時，S到R傳輸有誤碼，R對其進行重新編碼后發送出去，造成誤碼不可恢復，性能下降;而在大信噪比時，譯碼轉發中繼節點能夠正確譯碼，性能優于放大轉發。
篇2
【關鍵詞】TCP/IP協議；通信報文；路由尋址；通信流程
1 概述
隨著信息科學技術和通信技術的不斷快速發展，基于互聯網的網絡通信應用在社會各個領域中的應用越來越廣泛，使得互聯網通信應用成為現代人日常生產生生活不可或缺的一部分，通過互聯網絡通信，網絡用戶之間可以實現數據傳輸、信息共享，從而極大地提高了人們的生活質量。然而，互聯網絡中的數據傳輸過程，并不是雜亂無章的隨機傳送，而是在計算機網絡通信協議的基礎上，雙方都按照協議的內容和機制，來發送數據信息和讀取分析數據信息，進而實現互聯網絡的數據傳輸和信息共享的功能，TCP/IP協議就是互聯網絡中重要的通信協議，它的存在奠定了整個互聯網絡通信的基礎，所以對于TCP/IP通信協議的學習對于理解互聯網通信機制來輔助互聯網學習和工作具有很大的幫助。
2 計算機網絡的TCP/IP通信協議
TCP/IP協議是“Transmission Control Protocol / Internet Protocol”的簡寫，是Internet網絡基本的協議，它為計算機通訊的數據打包傳輸以及網絡尋址提供了標準的方法。由于TCP/IP協議的優越性，使得越來越多的通信設備支持TCP/IP協議，使互聯網絡逐步走向規范化，最終TCP/IP協議成為了當前網絡通信協議標準中最基本的網絡通信協議、Internet國際互聯網絡的基礎。
2.1 計算機網絡TCP/IP協議
針對計算機互聯網絡的通信協議，國際標準組織ISO創立了七層OSI網絡模型，自上而下，分別為應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。而TCP/IP協議則是應用在傳輸層和網絡層的數據傳輸控制協議，來規定網絡設備接入互聯網絡以及設備間數據通信的標準。在通信設備經過互聯網絡進行數據傳輸時，通信設備數據發送端，發送TCP/IP通信報文，此時TCP/IP協議攜帶著通信設備發送端的傳輸數據內容以及目標通信設備的地址標示在互聯網絡中進行尋址，從而正確地傳送到目標通信設備。當目標通信設備接收到TCP/IP通信報文后，按照協議內容，去除通信標示，來獲取傳輸數據內容，并加以校驗，如果經校驗后發生差錯，目標通信設備會發出TCP/IP信息重發報文，讓發送通信設備再次將TCP/IP通信報文發展目標通信設備，去掉通信標示來獲取傳輸數據信息。
2.2 TCP/IP通信協議報文格式
在互聯網絡中，基于TCP/IP通信協議傳輸的數據內容都是以通信報文的形式在互聯網絡內部進行傳輸，通信報文實質上就是一串二進制字符串，而字符串內不同位置的二進制字符標示不同的含義。從TCP/IP通信協議的主要報文格式可以看出，IP協議是基于TCP協議至上的，TCP協議報文時作為IP通信報文的數據部分來進行傳輸的。實際上，互聯網內傳輸的通信字符串還有其他的通信協議，TCP/IP通信報文也是作為其外層協議的通信數據部分嵌入到通信報文中在互聯網內進行傳輸。
在IP協議首部，包含了一些關于IP協議的標示、通信地址等信息，主要包括數據字符串總長度的信息、通信標示號、源IP地址和目標IP地址等信息，當IP通信報文經過路由尋址時，會根據首部內記錄的目標IP地址來選擇傳輸方向，最終根據目標IP地址傳輸至目標通信設備。此外，IP通信報文首部還包含其他信息，比如IP協議版本號、首部長度、校驗信息、該IP通信報文生存時間（即該報文經過多少個路由后自動取消傳輸）等與IP通信報文相關的信息，以確保IP報文傳輸的正確性和安全性。TCP協議通信報文是作為IP通信報文數據內容存在的，TCP協議也分為TCP報文首部和TCP通信數據。TCP通信報文首部主要包括了源端口號和目標端口號等信息，當TCP/IP通信報文經過互聯網絡到達目標通過新設備后，通信設備會根據TCP報文首部的目的端口號選擇設備端口號來接受該數據信息，進而實現互聯網絡的數據傳輸。
2.3 TCP/IP協議通信過程
互聯網絡的通信設備基于TCP/IP協議建立通信過程，也是根據TCP/IP協議來實現的。當源通信設備想向目標設備發送數據時，首先會發送一個TCP/IP通信報文來確認連接，該通信報文在互聯網絡中經過尋找傳輸后找到目標設備，目標設備也會向源通信設備發送一個TCP/IP報文以確認建立通信連接，此時，源通信設備就會將通信數據以TCP/IP通信報文的形式進行數據打包，然后向目標數據進行傳輸，在收到數據后，目標設備同樣會發送TCP/IP報文以確認收到信息。當然，TCP/IP通信數據長度是一定的，當通信數據超過報文長度時，源通信設備會將其分段發送，而目標設備則會根據IP報文首部的標識號進行數據重組來重現傳輸數據信息，進而完成互聯網絡通信設備數據傳輸。
3 總結
TCP/IP網絡協議是當前互聯網絡最基本的通信協議。根據TCP/IP網絡協議，連接在互聯網內的通信設備可以根據TCP/IP通信報文格式的內容將傳輸數據打包在TCP/IP通信報文內，并以其規定的通信流程進行數據傳輸，從而實現互聯網絡內的數據高效安全的傳輸。
參考文獻：
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篇3
信息管理系統除了具有以上功能之外，還能夠按照計劃的內容，考察計劃的執行情況，能夠根據預先設定的目標值，合理控制計劃執行進度，達到控制的目的。信息管理系統具有輔助決策功能由于信息管理系統掌握了大量基礎數據，并且可以根據現實需要對數據進行綜合利用，包括進行數據建模，得出最優數學模型，從而為正確決策提供相應依據。
2計算機通信技術的結構及通信協議分析
計算機通信技術是目前在計算機之間進行數據傳輸的主要技術之一，為了便于不同計算機之間實現有效的數據傳輸，通常計算機通信技術會將整個通信網絡劃分成不同的層面，并且依托統一的通信協議，保證進行數據傳輸的兩個計算機終端能夠互相識別，進行正常的數據通信。在計算通信技術的發展中，通信結構和通信協議是兩個緊密相關的技術指標，在對二者進行研究的時候，我們可以將它們看作一個有機的整體。目前計算機通信技術在結構劃分方面與通信協議設置進行了結合，二者相互影響。按照國際標準化組織（ISO）的建議，目前實際廣泛使用的網絡結構模型是開放系統互連模型（OSI）。這是一個七層協議，包括物理層協議、數據鏈路層協議、網絡層協議、傳輸層協議、會話層協議、表示層協議、應用層協議。物理層協議實現物理上互連系統間位流信息的透明傳輸，即實現了一位（組）數據在兩個通信實體之間的可靠傳送通信它描述了經通信介質在數據鏈路實體之間建立、維護和拆除物理連接。數據鏈路層協議主要是對高層屏蔽傳輸介質的特性，為網絡通信實體之間提供建立、維護和釋放數據鏈路連接的功能和手段，實現無差錯的數據以幀為單位的可靠傳送。網絡層協議主要是為通信子網與高層結構之間提供界面連接，其主要任務是對通信子網實現路徑選擇實現通信實體之間端--端的透明的數據傳送對高層屏蔽了數據傳送經過的路徑，傳輸層協議也稱主機——主機層協議，它為會話層的通信實體之間提供透明的數據傳送，其主要任務是接收會話實體送來的數據，根據需要把他們分成若干比較小的單元，保證所有數據單元經下面三層正確地到達另一個會話實體。會話層協議也稱進程——進程層協議，它通過協議提供的一組命令為網上兩個進程之間的通信建立會話連接和釋放會話連接，并管理它們在該連接上的對話。表示層協議以對應用實體有意義的形式提供有關信息表示的服務。這些服務有文本壓縮、代碼轉換、數據加密與解密文件格式變換、信息格式變換終端屬性的轉換等。應用層協議是用戶訪問網絡的接口層，直接為正在通信的端點用戶的應用進程服務。
3信息管理系統應用計算機通信技術的必要性
考慮到信息管理系統需要處理的信息量較大，并且信息管理系統需要進行正常的數據通信，所以在建設信息管理系統的時候，我們積極采用了計算機通信技術作為信息管理系統的主要技術。從目前信息管理系統的運行情況來看，信息管理系統應用計算機通信技術是非常必要的，其必要性主要表現在以下幾個方面：
3.1信息管理系統要實現有效的數據傳輸，必須應用計算機通信技術在信息管理系統中，數據的傳輸是系統運行中的重要功能，為了保證數據傳輸能夠滿足準確性和高效性的特點，計算機通信技術的應用成為了必然。考慮到計算機通信技術的優點，可以在標準協議的指導下完成不同計算機終端之間信息的傳輸，所以，出于信息管理系統信息傳輸的目的，在信息管理系統中計算機通信技術得到了重要應用。
3.2信息管理系統要想保證其有效性，必須應用計算機通信技術信息管理系統的功能相對豐富，主要為管理過程提供數據處理服務和決策參考，為此信息管理系統的有效性是衡量系統成功與否的重要的指標。為了保證信息管理系統能夠滿足有效性的要求，計算機通信技術的應用成為了構建信息管理系統的必要手段。從現有的信息管理系統來看，計算機通信技術的應用保證了信息管理系統的正常有效運行。
3.3信息管理系統要想保證其基本功能的實現，必須應用計算機通信技術從目前來看，信息管理系統的基本功能主要包括：數據處理功能、預測功能、計劃功能、控制功能以及輔助決策功能。為了保證這些功能的實現，只有利用計算機通信技術才能達到目的。基于計算機通信技術本身的優點，在數據處理、預測、計劃和控制方面都有突出的表現。所以對于信息管理系統來講，應用計算機通信技術成為了必然選擇。
3.4信息管理系統要想提高管理效率，必須應用計算機通信技術信息管理系統在實際運行過程中，要想保證管理效率達到要求，并不斷提高管理效率，就要積極應用計算機通信技術。之所以采用計算機通信技術，主要是因為計算機通信技術解決了不同計算機之間的數據通信問題，縮短了數據通信時間，提高了信息管理系統數據傳輸效率，進而有效縮短了信息管理系統運行時間。所以，從提高管理效率的角度來看，應用計算機通信技術是必要手段。
4計算機通信技術在信息管理系統中的應用
正是基于計算機通信技術的優點，計算機通信技術在信息管理系統中得到了重要應用，其應用主要表現在以下幾個方面：
4.1計算機通信技術在信息管理系統數據處理中的應用
信息管理系統的功能之一是能夠對數據進行快速處理，在這一過程中，對數據傳輸產生了現實的需要，而計算機通信技術的優點是能夠提高數據傳輸效率、保證數據傳輸質量，基于這一優點，計算機通信技術在信息管理系統的數據處理中得到了重要應用，并成為支撐數據處理的關鍵技術。
4.2計算機通信技術在信息管理系統預測功能中的應用
信息管理系統預測功能的實現是以大量數據為基礎的，而基礎數據的獲得離不開信息管理系統的數據傳輸。基于這一現實需要，以數據傳輸為特點的計算機通信技術在信息管理系統中得到了廣泛的應用，成為了實現信息管理系統預測功能的重要技術支撐。所以，我們要認識到計算機通信技術的優點。
4.3計算機通信技術在信息管理系統計劃功能中的應用
信息管理系統的計劃功能，主要是基于各個管理層的基礎數據而構成的，因此對數據的需求，決定了信息管理系統必須應用一種可靠的技術實現數據的傳輸。在這一背景下，計算機通信技術以其獨有的數據通信優勢滿足了信息管理系統的需要，成為了實現信息管理系統計劃功能的主要技術。
4.4計算機通信技術在信息管理系統控制功能中的應用
信息管理系統中的控制功能與其他功能一樣，都是基于龐大的數據作為基礎的。因此在信息管理系統中控制功能的實現主要依賴于計算機通信技術的應用。所以，從控制功能的實現角度以及信息管理系統的有效性來看，計算機通信技術在信息管理系統控制功能得到了廣泛的應用。
4.5計算機通信技術在信息管理系統輔助決策功能中的應用
信息管理系統輔助決策功能是整個系統功能中的重點，為了保證該功能的實現，信息管理系統積極應用了計算機通信技術，使信息管理系統能夠對數據進行綜合處理和傳輸，提高處理和傳輸效率，提高輔助決策功能的實效性。基于這一選擇，計算機通信技術在信息管理系統中得到了重要應用。
5信息管理系統中計算機通信技術要點分析
基于計算機通信技術的諸多優勢，計算機通信技術在信息管理系統中得到了廣泛的應用，為了保證其應用效果并擴大應用范圍，我們應對信息管理系統中的計算機通信技術要點進行分析。從目前信息管理系統中計算機通信技術的應用來看，計算機通信技術的要點主要表現在以下幾個方面：
5.1計算機通信物理層技術
在信息管理系統中，計算機通信中的物理層是進行數據傳輸的重要通道，為了把縱橫物理層能夠可靠工作，我們應注意物理層的頻譜效率、誤碼率和蜂窩環境的適應性。為了提高物理層的通信質量，我們可以采取以下方式：1）采用窄帶數字調制方式，2）采用擴展頻譜調制方式，3）采用直接序列擴展頻譜的方式，4）采用跳頻擴頻調制系統。通過以上幾種方式，保證了物理層的通信質量和通信效率。
5.2計算機通信MAC子層技術MAC子層主要是媒體訪問控制層，這一層的任務主要對信道的使用進行有效的控制和管理，使信道能夠充分利用，滿足數據傳輸需要。MAC子層的優點是能夠實現多地址的訪問，能夠實現一對多的通信。這一子層技術的要點主要集中在MAC子層協議的設定上，目前來看典型的隨機訪問協議是ALOHA和載波監聽多路訪問（CSMA）。
5.3計算機通信數據鏈路層技術
數據鏈路層的功能是在相鄰兩個結點之間可靠地傳輸數據幀，相鄰兩個結點之間用一條電路連接，中間沒有分組交換機!經過物理層的作用，這條電路已經數字化，故稱作鏈路，加上數據鏈路層協議后，鏈路上能較可靠地傳輸數據幀，形成所謂的數據鏈路，協議在數據鏈路層中起著關鍵作用，在移動計算機通信網絡中大多使用選擇重傳ARQ協議，因為連續ARQ浪費了有效帶寬
5.4計算機通信網絡層技術
計算機移動后，其地址也變化，由傳統域名服務器給出的只是計算機的歸屬地址，不能反映計算機的當前地址，這樣，移動計算機如何動態尋址就是一個很重要的問題!當通信中的計算機在不同子網間漫游時，如何保證數據通信對移動的透明性，使應用進程感覺不到移動的影響，是移動計算機通信網絡必須解決的關鍵問題，這兩個問題在網絡層中得到解決!網絡層中的移動管理部分實現移動用戶的動態跟蹤，移動切換部分可保證用戶在不同子網切換時通信的可靠性。
6結論
篇4
智能變電站中使用的網絡通信技術使用的是以IEC61850標準為核心的基本結構，這種結構可以分為過程層、間隔層和站控曾。這種基本結構的結構圖如圖1所示。站控層中使用的設備的功能是使用全站的信息對整個變電站的設備進行控制和檢測，并和遠方的控制中心進行通信。間隔層中使用的設備的功能是采集間隔設備的信號并對這些設備進行控制和跳閘等控制動作，然后將相關的信息發送到站控層的設備并接收來自站控層設備的命令。過程層中使用的設備的功能是實現所有的和一次設備有接口的功能，并把直流的狀態信號和交流的采樣信號直接轉換成數字信號，可以將其看作是一次設備的智能化和數字化的接口。這三層設備是通過網絡通信來實現信息共享和數據的交換的，在間隔層和過程層設備中的網絡叫做過程層網絡，之間的通信內容包括交流的采樣信號SV、直流的狀態信號GOOSE以及硬對時信號1588。在站控層和間隔層設備之間的網絡叫做站控層網絡，之間的通信內容包括全站的保護信息和所有需要監控的信息。智能變電站中網絡結構和傳統的變電站的結構的不同就在智能變電站的繼電保護裝置是通過點對點的通信模式來實現采樣和直接跳閘的，這就保證了繼電保護裝置的獨立，極大的提升了繼電保護裝置的安全和可靠。在智能變電站中網絡結構的各個層次的網絡通信協議如表1所示。
1.1SV
由IEC61850標準的規定可知，SV是映射到以太網的數據鏈路層和物理層的，通過組播的方式進行傳送，其傳輸網絡可以分成點對點直接網絡和通過交換設備的網絡。采樣值若通過交換設備進行傳輸，則裝置和合并單元都是鏈接到網絡的交換設備上的，所有的信息是共網傳輸的，數據的流向是通過組播的地址、VLAN的信息和APPID的信息來確定的。
1.2GOOSE
GOOSE的原理和SV是類似的，都是映射到以太網的數據鏈路層和物理層的，都是通過組播的方式進行傳送的，傳送的網絡都是分成點對點的直接網絡和通過交換設備的網絡，但是，GOOSE使用的是一種重發的機制來確保跳閘等相關的重要信息能夠可靠的進行傳輸。在正常的情況下，GOOSE按照一定的時間發送報文來保證通信鏈路的完好，若是有事件發生，換一種時間間隔連續兩幀發送事件報文，然后再換時間間隔發送事件報文，最后或輔導初始狀態下的時間間隔。
2智能變電站的數據通信
因為變電站系統之間的通信在新型的智能變電站中占有十分重要的位置，所以，變電站自動化系統的核心就是要建一個安全可靠的數據通信鏈路，又因為變電站具有一定的特殊性，其數據通信要求具有以下能力：①變電站自動化系統中的數據信息在傳輸網中要快速準確的傳輸，要保證其傳送的實時性；②變電站是一個電磁干擾很嚴重的特殊環境，通信中信道本身的通道就較為復雜，在惡劣的通信環境中要擁有一個優秀的兼容性能；③在變電站的系統設計中若是出現失誤或者錯誤，將會對設備甚至是人身造成極大的損害。
2.1智能變電站中常用到的通信接口
智能變電站中常用的通信接口就是RS-485接口，它的優點是多數的智能單元的接口方便，同時它的接口十分的標準規范，RS-485的接口是通過RS-232串口通信發展起來的，它采用差分的方式進行總線式的通信，具有良好的抗干擾能力，其傳輸的速率和距離都有了明顯的提高，又因為總顯示的通信方式可以在接口上進行，構建起通信網絡來很方便。RS-485總線有兩種連接方式可以選擇，即半雙工和全雙工，常用的為半雙工的方式，其網絡拓撲圖如圖2所示。
2.2在智能電站中常用的設備通信協議
在智能變電站中使用比較廣泛的和智能設備通信接口相匹配的協議有以下幾種：①Modbus協議，這種協議時采用的客戶端/服務器通信模式的一種基于串行鏈路的應用層協議，它的結構較為簡單，在實際中應用也比較廣泛，通常情況下，變電站和斷路器設備中都是廣泛的使用基于RS-485接口的此種協議；②TCP/IP協議，是由傳輸層的TCP/UDP協議和網絡層的IP協議組成，是目前應用最為廣泛的網絡基礎協議；③TCP/UDP協議，這種協議是完全以網絡層為基礎的通信協議，其中TCP的特點是向用戶提供一種可靠的面向連接的字節流服務，UDP和TCP不同，它是基于傳輸層的協議，面向的是數據報文。
3實用分析
某智能電網系統的變電站的自動化系統中使用開放式的分層分布式的系統，由過程層、間隔層和站控層組成，站中的二次設備按照標準建模進行統一組網，實現信息共享。同時，變電站配備了通信記錄監視系統，能夠對整個電站的通信狀態和信息進行時間和記錄，該通信記錄監視系統配備了兩臺監聽裝置和一臺監視終端，其中一個監視裝置負責采樣值和GOOSE信息的監聽和記錄分析，另外一個監聽裝置負責對網絡通信信息和另一個網的采樣值以及GOOSE信息的記錄，而監視終端通過交換機和兩臺監聽裝置相連，顯示監聽和分析的結果。在上述過程中，操作人員隨時可以對系統中信號的變化、異常和傳輸中的異常狀態燈進行監聽，能夠及時高效的對各種異常進行處理。在通信報文的記錄文件到錄波文件的轉換過程中，同時采用了采樣值按采樣序號對其和按記錄時間對其兩種方式，這樣，操作人員就可以通過兩種方式的結果對比等到更為貼近實際的結果了。
4結束語
篇5
【關鍵詞】無線 網絡 節點
互聯網技術能夠為大數據環境提供龐大的數據信息量，而無線傳感網絡體系屬于一種收集缺乏數據信息交互能力的底層技術實現模式。針對一系列復雜并且實現集合化的數據信息收集，比如地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度以及方向等物理量，無線傳感網絡架構體系的認知節點，即實現無線傳感器的有效功能。通過對無線傳感網絡架構體系對數據的收集與傳遞功能，毋庸置疑會直接擴展大數據功能實現的數據信息源。無線傳感網絡認知節點是功能的數據監測者，收集被感知對象的數據信息后能夠及時反饋到監測人員。無線傳感網絡通信技術是人們收集環境信息非常有效的方式，在軍事、航空、救災、環境、醫療、保健、家居、工業、商業等各種行業領域都能夠充分發揮出重大功能。
1 無線傳感網絡的特點
無線傳感器網絡的特點有以下若干方面：
（1）無線傳感網絡架構的認知節點密度、數量大，各個認知節點能夠用作傳感器，同時能夠用于路由節點；
（2）無線傳感網絡架構體系認知節點的計算與存儲功能比較有限；
（3）無線傳感網絡架構體系節點的體積能量非常有限；
（4）數據通信能力比較有限，無線傳感網絡體系的帶寬范圍相對較窄，通信節點之間的通信單跳距離一般只有幾到幾百米；
（5）擁有獨特的底層通信傳輸媒介；
（6）各個無線傳感網絡節點位置進行隨機分布選擇，節點相互之間無中心、自組織、多跳通信的特點；
（7）功能同時通過多條信源--信宿路由傳輸數據；
（8）無線傳感網絡架構體系具有較好的魯棒性與優越的伸縮性。
2 ZigBee通信協議介紹
IEEE802.15.4/ZigBee屬于一類新型的近距離無線網絡通信協議，這項協議能夠滿足無線傳感網絡架構體系的功能需求，體現了可靠性高、功耗低的技術優勢，在無線傳感網絡架構體系中存在普遍有效的應用性。ZigBee通信協議的架構體系結構一般是通過層的概念量化各種具體的認知標準，各層對應著既定的通信任務，同時逐步向上層提供通信服務。各層級相互之間的架構體系通過所規定的邏輯線路提供具體服務。ZigBee協議通常是由物理層（PHY）、介質訪問控制層（MAC）、網絡層（NWK）、應用層（APL）以及安全服務層（SSP）等直接構成。其中PHY與MAC層級的標準是由IEEE802.15.4標準定義MAC層之上的NWK層、APL層、SSP層是由ZigBee聯盟的ZigBee標準定義。APL層是由應用支持層（APS）、 應用框架（AF）、ZigBee設備對象（ZDO）以及ZDO管理平臺所直接構成。圖1是ZigBee協議棧的結構圖。
3 無線傳感網絡的認知節點架構
在無線傳感網絡架構體系中從端點到端點的數據信息傳輸過程中，其直接涉及到無線傳感網絡協議棧中的各個通信元素，即為應用層、網絡層、MAC層、應用層以及無線傳感網絡架構中的數據信息流。所以在實現無線傳感網絡從端點到端點的數據信息傳輸過程中，目標數據流需要符合各種不同層級的數據傳輸功能，同時各層級之間不能夠存在沖突情況。通過使用具有學習和推理能力的認知技術與智能優化技術，無線傳感網絡架構體系的認知節點能夠實現相應的目標：⑴在異構模式的WSN環境中實現各種的應用功能；⑵符合物理層的功能標準，比如固定的 BER（誤碼率）或者維持特定的發送功率；⑶當節點不工作或改變角色時，能維持一定的網絡覆蓋和連通性要求；⑷承擔 MAC的部分職責，執行結構調度和信道接入功能。為不失一般性，可以修改現有的IEEE802.15.4/ZigBee協議棧和其他協議棧的結構，以實現具有認知能力的無線傳感器網絡，認知節點架構如圖2所示。
在無線傳感網絡架構的節點層級間引入認知通信技術，通過網絡架構中節點的相互作用，能夠在整個無線傳感網絡中引入相應的認知行為。這種無線傳感網絡架構有如下重要特點：認知決策引擎、知識庫、變化、監測引擎以及優化引擎等。具有映射到CDME的PHY是指物理層的輸入信息能及時反饋到CME，這部分數據信息主要包括路徑損耗、信道衰減特性、信道可用性和容量消耗等，在決策過程中具有關鍵作用。無線傳感網絡狀態主要是定位MAC與NWK層的通信變化，主要包含認知節點的狀態數據信息，從而將定位獲取的數據信息反饋到CME中。CME的主要功能是收集ZigBee協議棧各層級的數據信息，同時提供到CDME中，有利于認知相鄰網絡節點的信息狀況，并周期性地發送給CDME，以便于能夠及時地優化執行策略，使得整個無線傳感網絡架構體系的生命周期達到最大化目標。KB是無線網絡認知節點的數據信息倉庫，主要包括終端用戶需求的預編程輸入。這部分輸入將有助于CDME在各種無線網絡通信條件下進行有效響應，從而可以提升無線傳感網絡的節點信息認知能力。CDME是整個認知過程的關鍵環節，其主要借助無線傳感網絡的狀態更新感應器、物理層以及應用層所能夠提供的有效數據信息，結合在信息知識庫中的具體有效信息，將其轉變成為可行的知識優化引擎，這通過無線傳感網絡的優勢將學習和優化過程相結合，從而實現功能優化的執行程序。
4 結語
根據大數據的性能特點對無線傳感網絡的節點架構體系進行分析研究，提出能夠滿足大數據性能要求的節點架構體系，分析以協議棧層為基礎的構造模式，這類新型節點技術具備的新型特點進行系統概述，基于無線傳感網絡的節點之間數據信息傳輸特征的系統認識， 不斷改進無線傳感網絡通信技術的理論系統。
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篇6
關鍵詞:數字化變電站 光電/電子式互感器 IEC61850
隨著規定變電站信息采集、處理、傳輸及應用框架的IEC61850標準的頒布實施,光電技術為基礎的新型互感器正從試驗階段走向工程應用以及智能斷路器技術的成熟,一批數字化變電站示范性工程的建設,這些都極大推動了數字化變電站技術的進展。數字化變電站技術將成為變電站自動化技術發展的主流和方向。半導體芯片技術、通信技術、現場總線技術以及計算機技術的飛速發展,分層分布式的自動化系統結構被廣泛采用,由于傳統上相對獨立的遠動和繼電保護的逐步統一,催生了變電站綜合自動化系統。
一、數字化變電站的發展概況
在當今的信息化時代中,數字化也越來越為人們所重視。數字化技術主要體現以下幾個方面的特性:首先,數字化是數字計算機的基礎,并且數字化是軟件技術的基礎,是智能技術的基礎;其次,數字化是多媒體技術的基礎,它為信息社會提供了基礎。數字化變電站就是使變電站的所有信息采集,傳輸,處理,輸出過程由過去的模擬信息全部轉換為數字信息,并建立與之相適應的通信網絡和系統。它的基本特征體現在設備智能化,通信網絡化模型和通信協議統一化,運行管理自動化等方面。我國首座數字化變電站-翠峰變電站位于1998年3月3日建成投產,并于2006年3月27日改造為全數字化變電站正式投入運行。經過7個月的投產運行。各種數據采集、傳輸準確無誤.運行平穩、安全、可靠。在全國處于領先地位。并達到國際先進水平。
變電站自動化技術經過十多年的發展已經達到一定的水平,在我國城鄉電網改造與建設中不僅中低壓變電站采用了自動化技術實現無人值班,而且在220kV及以上的超高壓變電站建設中也大量采用自動化新技術,從而大大提高了電網建設的現代化水平,增強了輸配電和電網調度的可能性,降低了變電站建設的總造價,這已經成為不爭的事實。然而,技術的發展是沒有止境的,隨著智能化開關、光電式電流電壓互感器、一次運行設備在線狀態檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟,以及計算機高速網絡在實時系統中的開發應用,勢必對已有的變電站自動化技術產生深刻的影響,全數字化的變電站自動化系統即將出現,變電站的數字化為變電站的運行管理帶來了新的機遇和挑戰。
二、數字化變電站的網絡結構
根據IEC61850通信協議定義,數字化變電站自動化系統分為3層網絡結構。這3個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。各層次內部及層次之間采用高速網絡通信,通信媒介為網絡線或光纖。
(一)過程層
過程層是一次設備與二次設備的結合面,或者說過程層是指智能化電氣設備的智能化部分。過程層的主要功能分3類:電力運行實時的電氣量檢測;運行設備的狀態參數檢測;操作控制執行與驅動。電力運行的實時電氣量檢測,主要包括電流和電壓幅值、相位以及諧波分量的檢測,與常規方式相比所不同的是傳統的電磁式互感器被光電/電子式互感器取代,傳統模擬量被直接采集數字量所取代。運行設備的狀態參數在線監測與統計,變電站需要進行狀態參數檢測的設備主要有變壓器、斷路器、隔離開關、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統。在線檢測的內容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態等數據。操作控制的執行與驅動包括變壓器分接頭調節控制,電容、電抗器投切控制,斷路器、隔離開關合分控制,直流電源充放電控制。
(二)間隔層
間隔層設備的主要功能是:匯總本間隔過程層實時數據信息,實施對一次設備保護控制功能,和本間隔操作閉鎖、操作同期及其他控制功能;對數據采集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制;承上啟下的通信功能,即同時高速完成與過程層及站控層的網絡通信功能。必要時,上下網絡接口具備雙口全雙工作方式,以提高信息通道的冗余度,保證網絡通信的可靠性。
(三)站控層
站控層設備的主要功能是:通過兩級高速網絡匯總全站的實時數據信息,不斷刷新實時數據庫,按時登錄歷史數據庫;按既定規約將有關數據信息送向調度或控制中心;接收調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、過程層執行;具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能;具有站內當地監控,人機聯系功能,如顯示、操作、打印、報警、圖像、聲音等多媒體功能;具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態、在線修改參數的功能。
三、數字化變電站應用中存在的問題
由于光電/電子式互感器本身的結構特點和工作方式,導致互感器的角差、比差現場試驗難以進行,甚至極性試驗也無法開展,只能等到設備投運帶電后,才能檢驗接線的準確性。另外,光電/電子式互感器的局放試驗、伏安特性試驗的試驗方法和標準也與常規設備有很大的區別,這都需要設備廠家和運行主管單位專門制定。數字化變電站保護校驗相對復雜,在變電站運行的條件下對部分間隔保護校驗的難度很大,目前的常規繼電保護校驗裝置無法提供數字化保護所需的電流量和電壓量,因為電流量和電壓量必須經過合并器才能進入保護裝置,而要完成試驗必須自帶合并器提供模擬試驗中的電流量和電壓量,要完成母差保護這類需要大量電流電壓量的保護校驗便顯得尤為困難。
IEC 61850通信協議本身并未對變電站網絡系統的安全性做任何規定,同時協議本身的開放性和標準性給變電站的網絡安全帶來重大隱患。要做到二次系統信息的保密性、完整性、可用性和確定性,符合二次系統安全防護的要求,是自動化廠家仍需考慮和完善的技術環節。雖然目前已投運的變電站采取了防火墻、分層分區隔離等手段進行防護,但防護的效果仍有待時間的考驗。
四、結語
國內已有數個數字化變電站順利投運,運行時間最長的已近兩年,總的來看設備運行平穩,各類數據采集、傳輸無誤,保護和自動裝置動作正常,至少可以說明數字化變電站的技術運用到實際中已初步通過實踐的檢驗,滿足了安全、穩定的系統運行要求。但同時數字化變電站經過更長時間的運行,肯定會出現除本文提到的其他的更多的各種各樣的問題,還有待各專業研究機構和有能力的廠家進一步深入研究和解決。
參考文獻:
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【關鍵詞】智能建筑；系統架構；標準化
一、智能建筑的基本論述
在過去的20多年，智能建筑有的較快的發展，而隨著社會的不斷進步，科學技術也在日新月異的發展著，大家慢慢的更加了解和接受了這種新鮮的技術。智能建筑具有安全性、高效性、便利性的特點，能夠和周圍的環境和諧，也更有利于更好的發展科學發展觀，更好的與周圍的自然、社會、生態環境和諧的、可持續的發展。
以計算機技術為其發展基礎的智能建筑具有的智能性，其發展很大程度上取決于計算機和IT技術的發展，因此我們可以將其發展分為以下幾個階段，第一，單功能系統階段。此階段發展于上個世紀八十年代初，由于建筑設備中計算機技術的發展，出現了直接數字控制系統，并進一步出現了所謂的孤立系統，孤立系統是由閉路電視，火災報警器等監控設備組成。這種系統中的控制器可用于不同的系統，因此具有通用性和交換性。第二，多功能系統階段。此階段發展于上個世紀九十年代中，由于微電子技術的進一步發展，專用控制器（ASC）出現了，這種控制器是以微控制器為基礎的。控制器具有定制性的特點，可以根據具體的要求進行定制特性，因此也只能完成其設定的具體功能。第三，集成系統階段。此階段發展于上世紀九十年代末期，互聯網的高速發展使得過去單一的孤立系統不能滿足用戶需要，控制的智能系統以及其通信協議有了跨越的發展，從專有變為開放。第四，集成管理智能化系統。此階段的發展，是為了實現智能化的發展。 在集成方面，從基本的單機發展到網絡協同，在信息處理方面，從信息簡單組合到信息內容的組合和處理以及多媒體技術的運用。
二、智能建筑控制系統集成技術
在IT技術、網絡計算機技術、網絡通信技術的日新月異的發展下，智能建筑控制系統集成技術也在不斷的前進和發展，在這不斷發展的過程中，怎樣實現系統方面、信息方面、組織方面的高效融合與協調配合運作，是行業內和學界內關注的重點。
（一）系統集成技術的原則
系統集成技術的目的就是在邏輯和功能上，將各種具有不一樣功能的建筑設備的子系統，例如照明、空調等，聚集在一個系統中，達到統一運行的目的，從而可以達到信息的共享和資源的分享，進一步更好的實現各個子系統中不同建筑設備的功能。隨著過去20年的發展，不論是在信息技術方面還是在集成技術方面，人們對環境的要求越來越高，對建筑設備控制系統也有更高的要求，而為了到達這些要求，有以下設計原則必須遵守。
第一，實用原則。具體問題具體分析，具體情況具體制定安排，在制定方案時，要根據按需分配實用的原則來制定集成方案。第二，可實施的原則。設計系統集成時，要考慮到當前信息技術發展的水平，設計方案必須可實施。第三，開放的原則。設計的方案必須是開放的，具體表現在接口的標準性上，互操作性也必須優良。第四，經濟的原則。這個原則要求在設計方案時，充分考慮到在建筑生命周期中的經濟性，這也是每個工程都需要考慮的問題。例如在設計具體設備控制系統時，要充分計算在樓房建筑使用年限內，工程設計的費用，不能超過一定比例，否則不符合經濟的原則。第五，可靠的原則。在設計時，必須讓人產生信任感，不信任會有不良的影響和后期問題，所以設計時，可靠性和安全性非常重要。例如，在控制設備的設計中，要能和建筑內的設計風格一致，不能讓人產生突兀的感覺，讓人沒有安全感，而應該能夠和建筑的環境融為一體，和諧統一。
（二）面向協議的系統集成
在前文中提到的，建筑設備控制技術是在網絡通信技術發展的基礎上進一步發展的，而在建筑設備控制技術中，通信協議是重中之重。通信協議的發展過程中有許多不同的協議一起發展著，而其中的種種協議在市場機制的選擇與淘汰下，留下了兩種標準，分別是BACnet國際標準與LonWorks技術，但仔細分析后發現兩種不同的標準和技術并不能達到很好的兼容。所以在當前情況下，眾多標準同時存在的系統中，最原始的集成模式是網絡通信協議模式。這種模式在統一個協議中互操作不需要遵循統一標準而只有遵循自己的標準，在不同的網絡中的協議中實現互操作則需要進行轉換。隨著技術不斷的發展和競爭，標準協議慢慢的代替的專用的協議，例如BACnet，它的開放性決定其沒有授權問題，建筑設備在安裝后的運行、維護等不會受到影響。
（三）面向平臺的系統集成
上文討論的面向協議的系統集成有缺陷，進一步發展看更高級的面向平臺的系統集成。這種集成的優點在于采取無論何種模型和互操作模式，都可以在提供了集成接口的基礎上實現信息共享和互操作，但這種接口必須是標準的。目前這種技術以OPC技術為代表，正在快速發展中。
三、影響集成效果的因素分析
（一）系統架構
建筑設備早期的控制技術進行了標準化，有了標準化的幾何結構決定了控制設備可以互換，既有利于市場發展，也有利于技術發展。但技術的快速發展也導致了在設計過程中，軟件和硬件的專利所有者并沒有考慮到后續可替代問題，設計的設備出現問題需要維修時非常麻煩，不許找到原廠購買設備才能維護。
（二）協議
開放協議的出現使得不同廠家的產品可以進行互聯，但在其出現以前，互聯是相當困難的。例如，這方面的市場已經經過了二十多年的發展后，市場中的比較核心的標準是BACnet標準和LonWorks，但這兩種技術也不具有兼容性，就說明這確實是一個主流問題，而因此導致的再資源共享方面的問題是系統集成的最大難題。
（三）安全環境
智能建筑系統建立在信息技術發展的基礎上，信息技術是否安全決定了建筑系統的運行，并且在網絡間的信息傳輸問題也是一個較大的風險。在集成系統連接到Internet后，任何人都可以通過Internet來訪問系統上的資源，因此網絡通信面臨了許多威脅，可能受到黑客的攻擊。所以只有創造一個安全的環境，才能夠保證集成系統的高效運行。
結束語
二十一世紀來，集成技術擁有良好的發展前景和空間，在逐步的發展的過程中，集成技術會慢慢的發展到需要信息溝通、資源共享的各種領域中。智能建筑領域則正好非常適合，而在這個領域中，系統集成是基礎與重點。通過集成后的系統，能夠擁有更高效的管理維護能力，能夠節約資源和成本，尤其是建筑生命周期成本。為了進一步更好的研究，有以下兩個方向可以繼續深挖，第一是智能建筑領域集成系統中的架構研究。第二是智能建筑領域集成系統中的集成方法的研究。要以發展的眼光看待集成技術的成長，深入了解發展技術存在的問題，把握發展方向，進而推進智能建筑行業的發展。
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在高校數字化校園的發展過程中，越來越多的高校建設了校園網工程和一卡通工程，但是由于校園網的建設往往和校園一卡通的建設時間不同，互有先后，并且，兩種體系的技術也在不斷的發展和變化，造成校園網及其基于校園網建立的各種應用系統和校園一卡通系統的相對獨立性。
本文就如何解決上述的問題，把一卡通系統和校園網系統有機的融合起來，構建新型的、高度整合的數字化校園模型.提出了基于一卡通的“1+x”整合思路。
一、一卡通在數字化校園中的特點和定位
1.一卡通的系統特點
校園一卡通系統是利用計算機、網絡、終端等設備，充分發揮校園網絡的優勢，借助卡片載體，實現先進的信息化管理的系統。從IC卡數據角度出發，通過對Ic卡應用流程的系統分析，整個網絡系統可劃分為四個層次，即Ic卡數據的采集、傳輸、處理、應用。系統注重實時性。
校園一卡通系統的運行模式一般有實時通訊和非實時通訊兩種方式。目前主流的校園一卡通系統結合了兩種運行模式.既可以聯網使用，也可以脫網使用。聯網時，系統以聯機通訊方式進行，各種數據自動進行交換。一但網絡出現故障，支付識別介質的卡片及終端設備仍然可以脫網正常使用，終端設備具有聯網/脫網使用自適應功能。以深圳職業技術學院的案例為例，網絡硬件系統架構如下：
(1)組網技術選擇：校園一卡通主干網采用快速以太網交換。快速以太網作為現代網絡的主干，無疑是一種經濟的選擇。快速以太網的主要優點在于技術成熟和投入成本低，同時可通過與交換技術的結合.滿足中等規模的網絡應用的需要。子網采用RS485星型拓撲結構，與以太網通過協議轉換器進行無縫地聯接，保證數據的實時傳送。
(2)網絡通信協議的選擇：在為一卡通系統豐干選擇底層的通信協議時，為了保證網絡的開放性和兼容性，選擇TCP/IP作為網絡應用的通信協議。TCP/IP可支持不同類型操作系統和通信方式的計算機網絡之間的通信，包括以太網、FDDI、令牌環網、x-25分組交換機網和幀中繼網等。子網選擇RS485通信協議。采用RS485通信協議可以降低造價，使一個終端設備的通信距離擴展到1200M.遠超過以太網終端設備100M的局限。
2.一卡通在校園網中的定位
在大多數情況下，典型意義上的校園一卡通系統.是基于IC卡食堂飲食消費系統發展而來，由于其涉及經濟消費、強調身份
認證和授權的特性，繼而在門禁和通道、考勤等對身份識別、認證要求嚴格的應用中擴展開來，并向校園網的其他領域擴充，例如圖書館的借書卡、醫務室的醫療卡，當然這些子系統在發展過程中，是以接口對接的方式進行耦合。
對于高校校園網中不同的應用系統來說，各個系統都有自己獨立的用戶管理和權限管理系統，即擁有自己獨立的認證和授權方式。為了消除這些信息孤島和應用孤島，信息資源的整合和應用整合，是目前校園網發展的目標之一。不同的系統分別代表著分布式系統的不同安全域，它們之間相互不信任。而統一身份認證系統，就是要在本來相互不信任的安全域之間，建立信任關系。一卡通系統在身份認證和密碼識別以及用戶授權方面具有優良的特性，由此，建立以一卡通的身份認證為基礎的數字化校園的模型是可行的。
二、基于一卡通“1+X”模型的資源整合系統結構
1.“1+X”模型的提出
(1)一個“數字化”基礎平臺：通過以上的分析，不難發現，利用校園智能卡的基礎信息，作為統一身份認證的基礎平臺，有得天獨厚的優勢.以校園一卡通系統為基礎，構建統一的身份認證平臺，繼而構建統一的數據交換平臺、統一的門戶接人平臺、統一的開發管理平臺是切實可行的.并可以縮短開發過程，減少費用。
(2)X個應用系統：x個應用系統包括校園網全部的應用子系統、校園卡的若干子系統，在一個基礎平臺、統一身份認證以及統一門戶的支撐下.實現真正的集成整合、數據共享和傳遞。
2.“1+X”模型中的關鍵問題
數據資源的整合，是模型的關鍵，在以往的數據交換和整合平臺的解決辦法中，有兩種主要的方法：
(1)建立全新的中央數據中心模式：該模式是針對原有各個信息系統的數據格式不統一、重復定義的弊病，按照《教育管理信息化標準》重新建立一個統一的數據中心。它具有規范的數據定義，是校園各個應用子系統的超集。
該模式的缺點是：因為幾乎是構建一個全新的超級系統，不僅放棄了原有的系統，而且需要對原有的系統進行仔細的分析.涉及全校教學生活的各個主要面，投入巨大，造價昂貴，開發周期長，失敗的風險也大。它比較合適校園原有應用子系統比較少.校園網應用系統建立尚不克善的情況。
(2)統一授權，單點登陸模式：這種模式不對各個應用子系統進行數據庫底層的重新構建，甚至不進行任何整合，該模式認為，各個子系統的生命周期不同.沒有必要進行整合。故此模式采用統一身份認證，統一授僅，單點登陸，跨系統漫游的方式。
這種模式的局限性在于：各個子系統不相關，不能進行深層次的數據挖掘，無法提供精確的統計數據，存在信息冗余、信息重疊甚全是信息不一致的現象。它比較適合于所有的啞用于系統都是自己開發的學校采用。
3.“1+X”模型中的特點
在“1+x”的模型中.虛擬數據中心的提出是指采用元數據管理形成的“邏輯數據庫”.為用戶屏蔽了下層分散異構的各種數據。邏輯數據庫是物理數據經由元數據定義，映射而成的統一數據管理中心，而不需要改變原來的數據結構。這種關鍵技術的采用，無疑避免了以上兩種模式的局限性。基于“1+x”模型的資源整合系統采用基于WebServices的多層體系結構。
三、基于門戶規范的資源整合的技術實現
1.采用門戶技術規范的資源整合
2.基于LDAP目錄服務實現統一身份認證
統一身份認證是圖書館提供實現資源整合，提供個性化服務的基本前提和基礎。以前系統由于來自于不同的廠一商，每個系統都有自己獨立的用戶訪問認證體系。作為信息門戶是對所有系統的整合，以統一的門戶展現出來，因而，圖書館資源整合門戶統一身份認證應當包括認證整合、統一用戶授權及單點登錄。
資源整合系統采用LDAP目錄存儲用戶信息，并進行授權管理.為所有整合的應用系統提供統一的身份認證。LDAP(LightweightDirectoryAccessProtoco1)是輕量級目錄訪問協議，是跨平臺的國際標準，提供分布式環境下的數據存取，它的特性有以下兩點：(1)目錄服務器是跨平臺的，容易擴展。(2)LDAP的讀取速度迅速，不適合經常需要寫入的環境。用于身份認證的用戶信息大多數情況下只讀不寫，故此LDAP非常合適用于身份認證系統。
資源整合系統采用基于角色的權限管理。用角色對用戶群進行分類，也就是基于角色決定用戶的訪問權限。如果一個用戶屬于多個角色，就具有多種權限。LDAP中目錄是按照樹型結構組織的，目錄由條目(Entry)組成。條目是具有區別名DN(DistinguishedName)的屬性集合。LDAP中條目的組織一般按照地理位置和組織關系進行組織，非常直觀。
3.采用WebService技術跨應用認證集成
對資源進行整合時，需要對不同的應用進行認證集成，這涉及到跨應用集成的問題，基于WebServices技術的統一身份認證機制見。
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關鍵詞：計算機網絡通信；安全隱患；發展
中圖分類號：TP39
自上個世紀八十年代起，科研工作者就開始著手研究計算機網絡通信的相關技術，伴隨著計算機網絡應用領域的逐漸擴大，計算機網絡通信技術也在不斷完善發展。今天，計算機網絡通信技術已廣泛應用于我們的生活，慢慢成為了人類生活必不可少的一部分。
1 計算機網絡通信概況
所謂計算機網絡通信，就是以計算機為信息接收終端，以網絡技術作為載體的一種通信方式。要想實現通暢的計算機網絡通信，前提是要進行網絡建設，網絡建設是推動計算機的普及應用并實現社會經濟發展的根本舉措。現在的計算機通信主要涉及兩大領域，分別是衛星通信和光纖通信。目前情況下的我國，所采用的主要是以光纖通信為主的計算機網絡通信，光纖技術的使用能使多臺計算機進行資源共享以及信息的交流。目前，隨著科技的發展，光纖網絡技術越來越成熟，它的傳輸速率很高，可以達到100Mbps，而且他在可靠性等方面也是較為出色。不同于光纖通信，衛星通信更為先進，不過他主要使用于遙感、軍事、偏遠地區等方面。總的說來，隨著通信成本及通信方式的變化，計算機網絡通信的物質載體也會相應變化。
2 計算機網絡通信存在的安全隱患
2.1 硬件組件
設計不當是信息系統最常出現的安全隱患，這些隱患問題大都屬于物理安全隱患問題。這種問題出現頻率很高，通常，一方面可以通過強化管理，以人工手段來彌補，另一方面可以在選購硬件或自制硬件時盡可能地避免這一類的隱患問題出現。往往，軟件程序手段彌補效果不大，不會加以采用。
2.2 軟件組件
操作平臺、應用平臺和應用業務三類軟件是軟件組件的三大類別，其中，操作平臺軟件處于最基礎的位置，應用平臺軟件主要是提供一個平臺以保證組件運行，屬于中間層次，而應用業務軟件則是直接與用戶發生關系，處于一個頂層位置。設計和軟件工程等方面常常是軟件組件安全隱患的源頭，可能設計過程中某個小小的失誤就會造成重大安全隱患，下面列出幾種情況，第一，軟件設計中的多余功能設計會導致軟件的安全可靠程度大大降低。第二，軟件設計中的模塊化設計若不根據信息系統安全等級要求而定則會導致軟件的安全級別不過關等問題。第三，一旦軟件工程中，內部系統邏輯發生混亂，就會使軟件成為垃圾軟件，垃圾軟件安全性等方面過低，不能投入使用。第四，軟件設計時，甚至一個小小的疏忽就會造成軟件安全漏洞。
2.3 計算機網絡和通信協議
在當今的計算機網絡通信協議中，局域網和專用計算機網絡的通信協議不能直接與異構計算機網絡連接和通信，具有相對封閉性。這樣的“封閉”計算機網絡本身基于兩個原因比開放式的因特網的安全特性好，第一，計算機網絡體系的相對封閉性，能夠使外部計算機網絡攻入系統的可能性大大降低，不過仍然在協議基礎上的搭線方面及信息的電磁泄露等方面存在問題。第二，是專用計算機網絡自身具有較為完善的安全機制它在身份鑒別、權限訪問與分割等方面較為成熟。
3 關于計算機網絡通信的發展研究
3.1 風險應對措施
現如今，隨著計算機網絡技術的越來越發達，各種非法入侵行為也越來越多樣化，為實現對這些非法行為的監控與追蹤，就必須在在計算機網絡通信系統中設置相關安全防護舉措，建立起一個強大的安全防護系統，只有這樣，才能促進計算機網絡通信技術的發展。安全防護系統的建立，不可能只依靠單一的防衛措施，而是要把多種不同的安全措施聯合并用，組織起一個完善的應對系統才能最大程度解決非法入侵行為。
（1）身份鑒別
所謂身份鑒別，就是在進入網絡系統不同權限級別時，采用密碼或口令的形式登錄或者是鑒別，一旦口令或密碼輸入不正確，就表明對方是無權進入該級別的用戶，在限制其進入訪問地址時，可以采取終止進程或屏蔽相關內容的措施，叢而實現網絡分級機制的效果。
（2）網絡授權
所謂網絡授權，就是通過網絡管理發放訪問許可證書至終端或終端用戶，以訪問控制的方式對網絡及其資源進行保護，以保證授權用戶順利進入網絡獲得資源并防止非授權用戶進入竊取資源。
（3）數據保護
所謂數據保護，就是通過TCPIP后六層協議及UDP的四層協議對數據進行加密，當數據完成加密工作后，數據包的訪問與發送會具有指向性，這樣，在整個網絡操作過程中，數據包的保密性會大大增加，就算發生數據被截獲的情況，也會因所在協議層不同形成對應不同的加密機制，這樣一來，密碼系統將變得牢不可破。
3.2 計算機網絡通信的發展方向
目前，通信網的演變朝著智能化、寬帶化、個人化和綜合化的方向發展，并且對于寬帶、窄帶、恒定速率和可變速率等業務能起到促進作用。現如今，有線電視網、計算機網、電信網是我國三大規模較大的網絡，他們都有自身鮮明的特點。
未來，要使計算機網絡通信技術實現質一般的飛躍，就必須進行“三網融合”，“三網融合”指三種網絡技術上的相互融合，網絡層上的互通以及應用層使用協議上的一致相同，并非單純的物理上的兼并。“三網融合”能使資源最大化共享，國際電信聯盟為促進“三網融合”，提出了GII（全球信息基礎結構）的概念，它提出的目標是充分利用三網資源，構建一個可以滿足用戶多種需求、多種享受的高效網絡。不過，盡管三網融合后聯系眾多，但它們各自的運行管理并不一致進行，以后，它們將在全球信息基礎結構的概念下，融合發展。
4 結語
計算機網絡通信是時展的衍生物，隨著時代的變遷和信息技術的不斷完善，必定會產生全新的內涵。縱觀計算機網絡通信的發展歷史，它的每一次革新都促進了人類社會文明的進步，相信未來，它能為我們生活提供方方面面的便捷。
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關鍵詞:TCP/IP;CAN總線;嵌入式系統;多路工業控制
中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2010)17-4805-04
Multiplex Industry Controller Based on TCP/IP and CAN Bus
WANG Li-xia, FAN Yan, TANG Wan-wei
(Tangshan College Information Technology Department, Tangshan 063000, China)
Abstract: In the field of industry control, we usually have to monitor or control several devices, however the most of the centers of monitor and control are personal computers, and the layout of circuit is too complex. If there are too many devices to be controlled or monitored, the number of computers is greater, so the cost price is raised. Now we propose a method of bus-controller based on embedded system to solve the problem. This paper introduces the method of design and realization of multiplex control system based on TCP/IP and CAN bus. According to the features of TCP/IP and CAN, the hardware design scheme and software modules are discussed. The system based on embedded gateway connects to personal computer above and connect to local devices below to monitor the devices.
Key words: TCP/IP; CAN bus; embeded system; multplex industry control
TCP/IP、CAN是兩種應用非常廣泛的協議。CAN總線屬于現場總線的一種,已經在眾多的工業領域得到廣泛的應用。而以TCP/IP協議為基礎的Internet現在已經不僅僅限于連接普通的計算機,也開始向工業領域發展。基于上述現狀,本文實現了一種CAN總線與以太網的連接方案。
1 系統結構
系統總體結構分為:PC機、嵌入式控制器、Can控制器和受控設備四部分[1]。如圖1所示。
1.1 CAN總線
CAN總線[2]是一種串行數據通信協議,其通信接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能,可完成對數據的成幀處理,用戶可在其基礎上開發適應系統實際需要的應用層通信協議。CAN協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼,而代之以對通信數據塊編碼,采用這種方法可使網絡內節點個數在理論上不受限制,還可使不同的節點同時收到相同的數據。CAN總線提供高速數據傳送, 在短距離(40m)條件下具有高速(1Mbit/s)數據傳輸能力,而在最大距離10000m時具有低速(5kbits/s)傳輸能力,極適合在高速的工業自控應用上,CAN總線可在同一網絡上連接多種不同功能的傳感器(如位置,溫度或壓力等)。
在總線中傳送的報文,每幀由7部分組成。CAN協議支持兩種報文格式,其唯一的不同是標識符(ID)長度不同,標準格式為11位,擴展格式為29位。在標準格式中,報文的起始位稱為幀起始(SOF),然后是由11位標識符和遠程發送請求位 (RTR)組成的仲裁場。RTR位標明是數據幀還是請求幀,在請求幀中沒有數據字節。控制場包括標識符擴展位(IDE),指出是標準格式還是擴展格式。它還包括一個保留位 (ro),為將來擴展使用。它的最后四個字節用來指明數據場中數據的長度(DLC)。數據場范圍為0～8個字節,其后有一個檢測數據錯誤的循環冗余檢查(CRC)。應答場(ACK)包括應答位和應答分隔符。發送站發送的這兩位均為隱性電平(邏輯1),這時正確接收報文的接收站發送主控電平(邏輯0)覆蓋它。用這種方法,發送站可以保證網絡中至少有一個站能正確接收到報文。 報文的尾部由幀結束標出。在相鄰的兩條報文間有一很短的間隔位,如果這時沒有站進行總線存取,總線將處于空閑狀態。
1.2 嵌入式系統
一個嵌入式系統裝置一般都由嵌入式計算機系統和執行裝置組成,嵌入式計算機系統是整個嵌入式系統的核心,由硬件層、中間層、系統軟件層和應用軟件層組成。執行裝置也稱為被控對象,它可以接受嵌入式計算機系統發出的控制命令,執行所規定的操作或任務。
嵌入式系統從大的層面分為軟、硬兩部分,下面分別對它們進行介紹:
1)嵌入式微處理器
嵌入式系統硬件層的核心是嵌入式微處理器,嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設計的系統中,它將通用CPU許多由板卡完成的任務集成在芯片內部,從而有利于嵌入式系統在設計時趨于小型化,同時還具有很高的效率和可靠性。
嵌入式微處理器有各種不同的體系,即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數據總線寬度,或集成了不同的外設和接口。目前全世界嵌入式微處理器已經超過1000多種,體系結構有30多個系列,其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。
2)嵌入式操作系統
嵌入式操作系統(Embedded Operation System,EOS)是一種用途廣泛的系統軟件,過去它主要應用與工業控制和國防系統領域。EOS負責嵌入系統的全部軟、硬件資源的分配、任務調度,控制、協調并發活動。它必須體現其所在系統的特征,能夠通過裝卸某些模塊來達到系統所要求的功能。現在應用較多的為嵌入式linux、windows CE等。
2 硬件組成及主要元件介紹
PC機與嵌入式設備通信利用TCP/IP協議構成service/client模式,嵌入式設備作為服務器接受PC機提交的數據,將數據計算處理之后通過CAN總線控制器發送到CAN總線上去控制設備,設備掛接在CAN總線上與嵌入式設備進行雙向通信。
嵌入式微處理器采用ARM系列的AT91rm9200芯片,can總線控制器采用SJA1000芯片。
在軟件層面上,嵌入式操作系統采用嵌入式linux-2.4.27內核,bootloader采用U-boot 1.0版本,編譯器為arm-linux-gcc-2.95.3。
2.1 嵌入式微處理器
嵌入式微處理器采用ARM系列的AT91rm9200芯片。AT92rm9200是一款基于ARM920T?內核支持的ARM? Thumb? 指令集的處理器,180 MHz時每秒可執行兩百萬條指令 , 內嵌MMU(內存管理單元);16-KByte 數據Cache, 16-KByte 指令Cache, 寫緩沖,In-circuit Emulator including Debug Communication Channel,Mid-level Implementation Embedded Trace Macrocell (256-ball BGA Package Only), 低能耗: VDDCORE輸入電流為30.4 mA,待機模式下為3.1 mA,是一款性價比較高的ARM芯片。
2.2 can總線控制器
can總線控制器采用SJA1000芯片。SJA1000是一款獨立的CAN控制器,用于汽車和一般工業環境中的控制器局域網絡(CAN)。它是NXP半導體PCA82C200 CAN控制器(BasicCAN)的替代產品。而且,它增加了一種新的工作模式(PeliCAN),這種模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B協議。
和PCA82C200獨立CAN控制器電氣兼容;
PCA82C200模式(即默認的BasicCAN模式);
擴展的接收緩沖器(64字節、先進先出FIFO);
和CAN2.0B協議兼容(PCA82C200兼容模式中的無源擴展幀);
同時支持11位和29位識別碼;
位速率可達1Mbits/s;
PeliCAN模式擴展功能:1) 可讀/寫訪問的錯誤計數器;2) 可編程的錯誤報警限制;3) 最近一次錯誤代碼寄存器;4) 對每一個CAN總線錯誤的中斷;5) 具體控制位控制的仲裁丟失中斷;6) 單次發送(無重發);7) 只聽模式(無應答、無主動的出錯標志);8) 支持熱插拔(軟件實現的位速率檢測);9) 驗收濾波器擴展(4字節代碼,4字節屏蔽);10) 自身信息接收(自接收請求)。
3 軟件開發簡介
首先在嵌入式設備上移植U-boot、linux內核,內核配置支持TCP/IP協議,支持NFS網絡文件系統。應用程序利用套接口與PC機進行通信,現做如下介紹。
3.1 基本套接字
為了實現進程間在網絡上的通信,Linux為進程的應用程序提供了應用層的統一接口,稱為套接字(socket)接口,簡稱套按字。套接字提供了訪問下層通信協議的大量系統調用和相應的數據結構。在Linux中,套接字接口是應用程序訪問下層的網絡協議的惟一方法。它定義了許多函數和例程,程序員可以用它開發網絡應用程序。套接字接口本意在于提供一種進程問通信的方法,使得在相同或不同主機上的進程能以相同的規范進行了雙向信息傳送。進程通過調用套接字接口API來實現相互之間的通信。套接字接口又利用下層的網絡通信協議功能和系統調用實現實際的通信工作。現將本系統中使用的基本套接字介紹如下。
1)創建套接字――socket()
功能:使用前創建一個新的套接字
格式:SOCKET PASCAL FAR socket(int af,int typ,int procotol);
參數:af,通信發生的區域;type, 要建立的套接字類型;procotol, 使用的特定協議
2)指定本地地址――bind()
功能:將套接字地址與所創建的套接字號聯系起來。
格式:int PASCAL FAR bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
參數:s,是由socket()調用返回的并且未作連接的套接字描述符(套接字號)。
其它:沒有錯誤,bind()返回0,否則SOCKET_ERROR
地址結構說明:
struct sockaddr_in
{short sin_family;//AF_INET
u_short sin_port;//16位端口號,網絡字節順序
struct in_addr sin_addr;//32位IP地址,網絡字節順序
char sin_zero[8];//保留}
3)建立套接字連接――connect()和accept()
功能:共同完成連接工作
格式:int PASCAL FAR connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR * name,int FAR * addrlen);
參數:同上
4)監聽連接――listen()
功能:用于面向連接服務器,表明它愿意接收連接。
格式:int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);
5)數據傳輸――send()與recv()
功能:數據的發送與接收
格式:int PASCAL FAR send(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
int PASCAL FAR recv(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
參數:buf,指向存有傳輸數據的緩沖區的指針。
6)多路復用――select()
功能:用來檢測一個或多個套接字狀態。
格式:int PASCAL FAR select(int nfds,fd_set FAR * readfds,fd_set FAR * writefds,
fd_set FAR * exceptfds,const struct timeval FAR * timeout);
參數:readfds,指向要做讀檢測的指針;writefds,指向要做寫檢測的指針;exceptfds,指向要檢測是否出錯的指針;timeout,最大等待時間
7)關閉套接字――closesocket()
功能:關閉套接字
格式:BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);
3.2 客戶機/服務器模式
利用套接字的TCP/IP網絡通信兩個進程間的相互作用大多采用的都是客戶機/服務器(client/server)模式[3],即服務器提供服務,客戶是這些服務的使用者。在這種模式下,服務器通過網絡與多個客戶端連接。
該模式的建立基于以下兩點:1、非對等作用;2、通信完全是異步的。客戶機/服務器模式在操作過程中采取的是主動請示方式,具體過程如下:
首先服務器方要先啟動,并根據請示提供相應服務。
1)打開一通信通道并告知本地主機,它愿意在某一個公認地址上接收客戶請求。
2)等待客戶請求到達該端口。
3)接收到重復服務請求,處理該請求并發送應答信號。
4)返回第二步,等待另一客戶請求
5)關閉服務器。
客戶方需完成的如下工作:
1)打開一通信通道,并連接到服務器所在主機的特定端口。
2)向服務器發送服務請求報文,等待并接收應答;繼續提出請求……
3)請求結束后關閉通信通道并終止。
在上述原理的基礎上,系統中客戶機與服務器間兩個進程的通信過程流程圖如圖2所示。通過此過程,PC機與嵌入式設備就可以建立socket連接交換數據。
本系統的另一部分通信為嵌入式設備與被控設備之間的can通信[4-5],通信中所傳送的報文有四種幀類型,即數據幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀。數據幀由7個不同的位場組成,即幀起始、仲裁場、控制場、數據場、CRC場、應答場、幀結束,負責從發送器至接收器攜帶數據;遠程幀由6個不同的位場組成,即幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應答場、幀結束,總線單元發出遠程幀,請求發送具有同一識別符的數據幀;錯誤幀由兩個不同的場組成,第一個場是錯誤標志,用做為不同站提供錯誤標志的疊加,第二個場是錯誤界定符,任何單元檢測到一總線錯誤時就發送錯誤幀;超載幀包括超載標志和超載界定符兩個位場,用來在先行的和后續的數據幀(或遠程幀)之間提供一附加的延時。
下面對幀格式中重點部分簡要介紹。幀起始標志數據幀和遠程幀的起始,由一個單獨的“顯性”位組成,此部分由控制芯片完。仲裁場包括標識符和遠程發送請求位(RTR)。對于CAN2.0A標準,標識符的長度為11位。RTR位在數據幀中必須是顯性位,而在遠程幀必須為隱性位。對于CAN2.0,標準格式和擴展格式的仲裁場不同。在標準格式中,仲裁場由11位標識符和遠程發送請求位組成。在擴展格式中,仲裁場由29位標識符和替代遠程請求位(SRR) 、標志位(IDE)和遠程發送請求位組成。仲裁場的作用之一是說明數據幀或遠程幀發送目的地;之二是指出數據幀或遠程幀。仲裁場的數據由軟件編程配置SJA1000完成。控制場由6個位組成,說明數據幀中有效數據的長度。控制場的數據由軟件編程配置SJA1000完成。數據場由數據幀中的發送數據組成。它可以為0~8個字節。數據場的數據由軟件編程配置SJA1000完成。CRC場包括CRC序列,這部分由SJA1000控制芯片完成。應答場長度為兩個位,包括應答間隙和應答界定符。由SJA1000控制芯片自動完成。每一個數據幀和遠程幀均由一標志序列界定,這個標志序列由7個“隱性”位組成。這部分由SJA1000控制芯片自動完成。
總之,仲裁場、控制場、數據場由軟件編程配置SJA1000完成;幀起始、CRC場、應答場、幀結束由CAN總線控制芯片SJA1000自動完成。
需要值得一提的是,數據傳輸還應注意字節序的問題,不同的CPU有不同的數據存儲順序,字節序分為存儲字節序和網絡字節序,因為本設計涉及到網絡傳輸和不同的CPU平臺,所以應留意字節序。
4 總結
開發過程中應注意交叉編譯器的版本搭配問題,應用程序編譯最好使用與編譯內核同樣版本的編譯器;關于字節序的問題應仔細調整。
參考文獻:
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