基础的通信协议范文

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一旦中继发生解码错误，该方法将无法提供分集增益［9］。所以，与AF相比，DF更适用于源节点和中继节点间信道状况良好的情况。协作分集在散射通信中的实现方案在以上介绍的协作协议中，利用到无线通信系统的广播特性，对各个节点的发射或者接收天线无方向性限制。

且协作分集中，中继节点转发源节点信号时，要考虑中继节点的功率限制，不能无限制放大转发源信号［10，11］。与普通无线通信不同的是，散射通信都是点对点通信，其天线为定向天线，其他方向不能接收到发送端的信号，以3个节点的散射协作通信为例，（图略）。

其中S为源节点，R为中继节点，D为目的节点。每一个节点的2个天线都为定向天线，直接对准要发射(接收)的方向。各信道为瑞利衰落信道，中继节点可以工作在最大功率点，中继节点转发信号功率与源节点发送信号功率相同。在到达目的节点D之前的每个信道都加延迟校正器保证信号同时到达目的节点。

中采用数字基带传输，信道为瑞利衰落信道，中继信道与直接信道衰落相互独立。源节点S、中继节点R和目的节点D之间等距，中继节点发送信号功率与源节点发送信号功率相同，均为P。目的节点采用最大比值合并。

源节点到中继节点信噪比SNR_sr变化，源节点到目的节点、中继节点到目的节点信噪比SNR_sd、SNR_rd不变。采用放大转发与译码转发误码性能界于直接传输与二重分集之间。低信噪比时，放大转发性能优于译码转发，这是译码转发在低信噪比时，S到R传输有误码，R对其进行重新编码后发送出去，造成误码不可恢复，性能下降;而在大信噪比时，译码转发中继节点能够正确译码，性能优于放大转发。

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【关键词】TCP/IP协议；通信报文；路由寻址；通信流程

1 概述

随着信息科学技术和通信技术的不断快速发展，基于互联网的网络通信应用在社会各个领域中的应用越来越广泛，使得互联网通信应用成为现代人日常生产生生活不可或缺的一部分，通过互联网络通信，网络用户之间可以实现数据传输、信息共享，从而极大地提高了人们的生活质量。然而，互联网络中的数据传输过程，并不是杂乱无章的随机传送，而是在计算机网络通信协议的基础上，双方都按照协议的内容和机制，来发送数据信息和读取分析数据信息，进而实现互联网络的数据传输和信息共享的功能，TCP/IP协议就是互联网络中重要的通信协议，它的存在奠定了整个互联网络通信的基础，所以对于TCP/IP通信协议的学习对于理解互联网通信机制来辅助互联网学习和工作具有很大的帮助。

2 计算机网络的TCP/IP通信协议

TCP/IP协议是“Transmission Control Protocol / Internet Protocol”的简写，是Internet网络基本的协议，它为计算机通讯的数据打包传输以及网络寻址提供了标准的方法。由于TCP/IP协议的优越性，使得越来越多的通信设备支持TCP/IP协议，使互联网络逐步走向规范化，最终TCP/IP协议成为了当前网络通信协议标准中最基本的网络通信协议、Internet国际互联网络的基础。

2.1 计算机网络TCP/IP协议

针对计算机互联网络的通信协议，国际标准组织ISO创立了七层OSI网络模型，自上而下，分别为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。而TCP/IP协议则是应用在传输层和网络层的数据传输控制协议，来规定网络设备接入互联网络以及设备间数据通信的标准。在通信设备经过互联网络进行数据传输时，通信设备数据发送端，发送TCP/IP通信报文，此时TCP/IP协议携带着通信设备发送端的传输数据内容以及目标通信设备的地址标示在互联网络中进行寻址，从而正确地传送到目标通信设备。当目标通信设备接收到TCP/IP通信报文后，按照协议内容，去除通信标示，来获取传输数据内容，并加以校验，如果经校验后发生差错，目标通信设备会发出TCP/IP信息重发报文，让发送通信设备再次将TCP/IP通信报文发展目标通信设备，去掉通信标示来获取传输数据信息。

2.2 TCP/IP通信协议报文格式

在互联网络中，基于TCP/IP通信协议传输的数据内容都是以通信报文的形式在互联网络内部进行传输，通信报文实质上就是一串二进制字符串，而字符串内不同位置的二进制字符标示不同的含义。从TCP/IP通信协议的主要报文格式可以看出，IP协议是基于TCP协议至上的，TCP协议报文时作为IP通信报文的数据部分来进行传输的。实际上，互联网内传输的通信字符串还有其他的通信协议，TCP/IP通信报文也是作为其外层协议的通信数据部分嵌入到通信报文中在互联网内进行传输。

在IP协议首部，包含了一些关于IP协议的标示、通信地址等信息，主要包括数据字符串总长度的信息、通信标示号、源IP地址和目标IP地址等信息，当IP通信报文经过路由寻址时，会根据首部内记录的目标IP地址来选择传输方向，最终根据目标IP地址传输至目标通信设备。此外，IP通信报文首部还包含其他信息，比如IP协议版本号、首部长度、校验信息、该IP通信报文生存时间（即该报文经过多少个路由后自动取消传输）等与IP通信报文相关的信息，以确保IP报文传输的正确性和安全性。TCP协议通信报文是作为IP通信报文数据内容存在的，TCP协议也分为TCP报文首部和TCP通信数据。TCP通信报文首部主要包括了源端口号和目标端口号等信息，当TCP/IP通信报文经过互联网络到达目标通过新设备后，通信设备会根据TCP报文首部的目的端口号选择设备端口号来接受该数据信息，进而实现互联网络的数据传输。

2.3 TCP/IP协议通信过程

互联网络的通信设备基于TCP/IP协议建立通信过程，也是根据TCP/IP协议来实现的。当源通信设备想向目标设备发送数据时，首先会发送一个TCP/IP通信报文来确认连接，该通信报文在互联网络中经过寻找传输后找到目标设备，目标设备也会向源通信设备发送一个TCP/IP报文以确认建立通信连接，此时，源通信设备就会将通信数据以TCP/IP通信报文的形式进行数据打包，然后向目标数据进行传输，在收到数据后，目标设备同样会发送TCP/IP报文以确认收到信息。当然，TCP/IP通信数据长度是一定的，当通信数据超过报文长度时，源通信设备会将其分段发送，而目标设备则会根据IP报文首部的标识号进行数据重组来重现传输数据信息，进而完成互联网络通信设备数据传输。

3 总结

TCP/IP网络协议是当前互联网络最基本的通信协议。根据TCP/IP网络协议，连接在互联网内的通信设备可以根据TCP/IP通信报文格式的内容将传输数据打包在TCP/IP通信报文内，并以其规定的通信流程进行数据传输，从而实现互联网络内的数据高效安全的传输。

参考文献：

[1]杨绍文.谈计算机网络的TCP/IP协议[J].科技信息.2011（02）

[2]查东辉.试论计算机网络通信协议[J].电脑知识与技术.2013（14）

[3]杨娇娟.浅谈TCP/IP协议[J].数字技术与应用.2012（03）

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信息管理系统除了具有以上功能之外，还能够按照计划的内容，考察计划的执行情况，能够根据预先设定的目标值，合理控制计划执行进度，达到控制的目的。信息管理系统具有辅助决策功能由于信息管理系统掌握了大量基础数据，并且可以根据现实需要对数据进行综合利用，包括进行数据建模，得出最优数学模型，从而为正确决策提供相应依据。

2计算机通信技术的结构及通信协议分析

计算机通信技术是目前在计算机之间进行数据传输的主要技术之一，为了便于不同计算机之间实现有效的数据传输，通常计算机通信技术会将整个通信网络划分成不同的层面，并且依托统一的通信协议，保证进行数据传输的两个计算机终端能够互相识别，进行正常的数据通信。在计算通信技术的发展中，通信结构和通信协议是两个紧密相关的技术指标，在对二者进行研究的时候，我们可以将它们看作一个有机的整体。目前计算机通信技术在结构划分方面与通信协议设置进行了结合，二者相互影响。按照国际标准化组织（ISO）的建议，目前实际广泛使用的网络结构模型是开放系统互连模型（OSI）。这是一个七层协议，包括物理层协议、数据链路层协议、网络层协议、传输层协议、会话层协议、表示层协议、应用层协议。物理层协议实现物理上互连系统间位流信息的透明传输，即实现了一位（组）数据在两个通信实体之间的可靠传送通信它描述了经通信介质在数据链路实体之间建立、维护和拆除物理连接。数据链路层协议主要是对高层屏蔽传输介质的特性，为网络通信实体之间提供建立、维护和释放数据链路连接的功能和手段，实现无差错的数据以帧为单位的可靠传送。网络层协议主要是为通信子网与高层结构之间提供界面连接，其主要任务是对通信子网实现路径选择实现通信实体之间端--端的透明的数据传送对高层屏蔽了数据传送经过的路径，传输层协议也称主机——主机层协议，它为会话层的通信实体之间提供透明的数据传送，其主要任务是接收会话实体送来的数据，根据需要把他们分成若干比较小的单元，保证所有数据单元经下面三层正确地到达另一个会话实体。会话层协议也称进程——进程层协议，它通过协议提供的一组命令为网上两个进程之间的通信建立会话连接和释放会话连接，并管理它们在该连接上的对话。表示层协议以对应用实体有意义的形式提供有关信息表示的服务。这些服务有文本压缩、代码转换、数据加密与解密文件格式变换、信息格式变换终端属性的转换等。应用层协议是用户访问网络的接口层，直接为正在通信的端点用户的应用进程服务。

3信息管理系统应用计算机通信技术的必要性

考虑到信息管理系统需要处理的信息量较大，并且信息管理系统需要进行正常的数据通信，所以在建设信息管理系统的时候，我们积极采用了计算机通信技术作为信息管理系统的主要技术。从目前信息管理系统的运行情况来看，信息管理系统应用计算机通信技术是非常必要的，其必要性主要表现在以下几个方面：

3.1信息管理系统要实现有效的数据传输，必须应用计算机通信技术在信息管理系统中，数据的传输是系统运行中的重要功能，为了保证数据传输能够满足准确性和高效性的特点，计算机通信技术的应用成为了必然。考虑到计算机通信技术的优点，可以在标准协议的指导下完成不同计算机终端之间信息的传输，所以，出于信息管理系统信息传输的目的，在信息管理系统中计算机通信技术得到了重要应用。

3.2信息管理系统要想保证其有效性，必须应用计算机通信技术信息管理系统的功能相对丰富，主要为管理过程提供数据处理服务和决策参考，为此信息管理系统的有效性是衡量系统成功与否的重要的指标。为了保证信息管理系统能够满足有效性的要求，计算机通信技术的应用成为了构建信息管理系统的必要手段。从现有的信息管理系统来看，计算机通信技术的应用保证了信息管理系统的正常有效运行。

3.3信息管理系统要想保证其基本功能的实现，必须应用计算机通信技术从目前来看，信息管理系统的基本功能主要包括：数据处理功能、预测功能、计划功能、控制功能以及辅助决策功能。为了保证这些功能的实现，只有利用计算机通信技术才能达到目的。基于计算机通信技术本身的优点，在数据处理、预测、计划和控制方面都有突出的表现。所以对于信息管理系统来讲，应用计算机通信技术成为了必然选择。

3.4信息管理系统要想提高管理效率，必须应用计算机通信技术信息管理系统在实际运行过程中，要想保证管理效率达到要求，并不断提高管理效率，就要积极应用计算机通信技术。之所以采用计算机通信技术，主要是因为计算机通信技术解决了不同计算机之间的数据通信问题，缩短了数据通信时间，提高了信息管理系统数据传输效率，进而有效缩短了信息管理系统运行时间。所以，从提高管理效率的角度来看，应用计算机通信技术是必要手段。

4计算机通信技术在信息管理系统中的应用

正是基于计算机通信技术的优点，计算机通信技术在信息管理系统中得到了重要应用，其应用主要表现在以下几个方面：

4.1计算机通信技术在信息管理系统数据处理中的应用

信息管理系统的功能之一是能够对数据进行快速处理，在这一过程中，对数据传输产生了现实的需要，而计算机通信技术的优点是能够提高数据传输效率、保证数据传输质量，基于这一优点，计算机通信技术在信息管理系统的数据处理中得到了重要应用，并成为支撑数据处理的关键技术。

4.2计算机通信技术在信息管理系统预测功能中的应用

信息管理系统预测功能的实现是以大量数据为基础的，而基础数据的获得离不开信息管理系统的数据传输。基于这一现实需要，以数据传输为特点的计算机通信技术在信息管理系统中得到了广泛的应用，成为了实现信息管理系统预测功能的重要技术支撑。所以，我们要认识到计算机通信技术的优点。

4.3计算机通信技术在信息管理系统计划功能中的应用

信息管理系统的计划功能，主要是基于各个管理层的基础数据而构成的，因此对数据的需求，决定了信息管理系统必须应用一种可靠的技术实现数据的传输。在这一背景下，计算机通信技术以其独有的数据通信优势满足了信息管理系统的需要，成为了实现信息管理系统计划功能的主要技术。

4.4计算机通信技术在信息管理系统控制功能中的应用

信息管理系统中的控制功能与其他功能一样，都是基于庞大的数据作为基础的。因此在信息管理系统中控制功能的实现主要依赖于计算机通信技术的应用。所以，从控制功能的实现角度以及信息管理系统的有效性来看，计算机通信技术在信息管理系统控制功能得到了广泛的应用。

4.5计算机通信技术在信息管理系统辅助决策功能中的应用

信息管理系统辅助决策功能是整个系统功能中的重点，为了保证该功能的实现，信息管理系统积极应用了计算机通信技术，使信息管理系统能够对数据进行综合处理和传输，提高处理和传输效率，提高辅助决策功能的实效性。基于这一选择，计算机通信技术在信息管理系统中得到了重要应用。

5信息管理系统中计算机通信技术要点分析

基于计算机通信技术的诸多优势，计算机通信技术在信息管理系统中得到了广泛的应用，为了保证其应用效果并扩大应用范围，我们应对信息管理系统中的计算机通信技术要点进行分析。从目前信息管理系统中计算机通信技术的应用来看，计算机通信技术的要点主要表现在以下几个方面：

5.1计算机通信物理层技术

在信息管理系统中，计算机通信中的物理层是进行数据传输的重要通道，为了把纵横物理层能够可靠工作，我们应注意物理层的频谱效率、误码率和蜂窝环境的适应性。为了提高物理层的通信质量，我们可以采取以下方式：1）采用窄带数字调制方式，2）采用扩展频谱调制方式，3）采用直接序列扩展频谱的方式，4）采用跳频扩频调制系统。通过以上几种方式，保证了物理层的通信质量和通信效率。

5.2计算机通信MAC子层技术MAC子层主要是媒体访问控制层，这一层的任务主要对信道的使用进行有效的控制和管理，使信道能够充分利用，满足数据传输需要。MAC子层的优点是能够实现多地址的访问，能够实现一对多的通信。这一子层技术的要点主要集中在MAC子层协议的设定上，目前来看典型的随机访问协议是ALOHA和载波监听多路访问（CSMA）。

5.3计算机通信数据链路层技术

数据链路层的功能是在相邻两个结点之间可靠地传输数据帧，相邻两个结点之间用一条电路连接，中间没有分组交换机!经过物理层的作用，这条电路已经数字化，故称作链路，加上数据链路层协议后，链路上能较可靠地传输数据帧，形成所谓的数据链路，协议在数据链路层中起着关键作用，在移动计算机通信网络中大多使用选择重传ARQ协议，因为连续ARQ浪费了有效带宽

5.4计算机通信网络层技术

计算机移动后，其地址也变化，由传统域名服务器给出的只是计算机的归属地址，不能反映计算机的当前地址，这样，移动计算机如何动态寻址就是一个很重要的问题!当通信中的计算机在不同子网间漫游时，如何保证数据通信对移动的透明性，使应用进程感觉不到移动的影响，是移动计算机通信网络必须解决的关键问题，这两个问题在网络层中得到解决!网络层中的移动管理部分实现移动用户的动态跟踪，移动切换部分可保证用户在不同子网切换时通信的可靠性。

6结论

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智能变电站中使用的网络通信技术使用的是以IEC61850标准为核心的基本结构，这种结构可以分为过程层、间隔层和站控曾。这种基本结构的结构图如图1所示。站控层中使用的设备的功能是使用全站的信息对整个变电站的设备进行控制和检测，并和远方的控制中心进行通信。间隔层中使用的设备的功能是采集间隔设备的信号并对这些设备进行控制和跳闸等控制动作，然后将相关的信息发送到站控层的设备并接收来自站控层设备的命令。过程层中使用的设备的功能是实现所有的和一次设备有接口的功能，并把直流的状态信号和交流的采样信号直接转换成数字信号，可以将其看作是一次设备的智能化和数字化的接口。这三层设备是通过网络通信来实现信息共享和数据的交换的，在间隔层和过程层设备中的网络叫做过程层网络，之间的通信内容包括交流的采样信号SV、直流的状态信号GOOSE以及硬对时信号1588。在站控层和间隔层设备之间的网络叫做站控层网络，之间的通信内容包括全站的保护信息和所有需要监控的信息。智能变电站中网络结构和传统的变电站的结构的不同就在智能变电站的继电保护装置是通过点对点的通信模式来实现采样和直接跳闸的，这就保证了继电保护装置的独立，极大的提升了继电保护装置的安全和可靠。在智能变电站中网络结构的各个层次的网络通信协议如表1所示。

1.1SV

由IEC61850标准的规定可知，SV是映射到以太网的数据链路层和物理层的，通过组播的方式进行传送，其传输网络可以分成点对点直接网络和通过交换设备的网络。采样值若通过交换设备进行传输，则装置和合并单元都是链接到网络的交换设备上的，所有的信息是共网传输的，数据的流向是通过组播的地址、VLAN的信息和APPID的信息来确定的。

1.2GOOSE

GOOSE的原理和SV是类似的，都是映射到以太网的数据链路层和物理层的，都是通过组播的方式进行传送的，传送的网络都是分成点对点的直接网络和通过交换设备的网络，但是，GOOSE使用的是一种重发的机制来确保跳闸等相关的重要信息能够可靠的进行传输。在正常的情况下，GOOSE按照一定的时间发送报文来保证通信链路的完好，若是有事件发生，换一种时间间隔连续两帧发送事件报文，然后再换时间间隔发送事件报文，最后或辅导初始状态下的时间间隔。

2智能变电站的数据通信

因为变电站系统之间的通信在新型的智能变电站中占有十分重要的位置，所以，变电站自动化系统的核心就是要建一个安全可靠的数据通信链路，又因为变电站具有一定的特殊性，其数据通信要求具有以下能力：①变电站自动化系统中的数据信息在传输网中要快速准确的传输，要保证其传送的实时性；②变电站是一个电磁干扰很严重的特殊环境，通信中信道本身的通道就较为复杂，在恶劣的通信环境中要拥有一个优秀的兼容性能；③在变电站的系统设计中若是出现失误或者错误，将会对设备甚至是人身造成极大的损害。

2.1智能变电站中常用到的通信接口

智能变电站中常用的通信接口就是RS-485接口，它的优点是多数的智能单元的接口方便，同时它的接口十分的标准规范，RS-485的接口是通过RS-232串口通信发展起来的，它采用差分的方式进行总线式的通信，具有良好的抗干扰能力，其传输的速率和距离都有了明显的提高，又因为总显示的通信方式可以在接口上进行，构建起通信网络来很方便。RS-485总线有两种连接方式可以选择，即半双工和全双工，常用的为半双工的方式，其网络拓扑图如图2所示。

2.2在智能电站中常用的设备通信协议

在智能变电站中使用比较广泛的和智能设备通信接口相匹配的协议有以下几种：①Modbus协议，这种协议时采用的客户端/服务器通信模式的一种基于串行链路的应用层协议，它的结构较为简单，在实际中应用也比较广泛，通常情况下，变电站和断路器设备中都是广泛的使用基于RS-485接口的此种协议；②TCP/IP协议，是由传输层的TCP/UDP协议和网络层的IP协议组成，是目前应用最为广泛的网络基础协议；③TCP/UDP协议，这种协议是完全以网络层为基础的通信协议，其中TCP的特点是向用户提供一种可靠的面向连接的字节流服务，UDP和TCP不同，它是基于传输层的协议，面向的是数据报文。

3实用分析

某智能电网系统的变电站的自动化系统中使用开放式的分层分布式的系统，由过程层、间隔层和站控层组成，站中的二次设备按照标准建模进行统一组网，实现信息共享。同时，变电站配备了通信记录监视系统，能够对整个电站的通信状态和信息进行时间和记录，该通信记录监视系统配备了两台监听装置和一台监视终端，其中一个监视装置负责采样值和GOOSE信息的监听和记录分析，另外一个监听装置负责对网络通信信息和另一个网的采样值以及GOOSE信息的记录，而监视终端通过交换机和两台监听装置相连，显示监听和分析的结果。在上述过程中，操作人员随时可以对系统中信号的变化、异常和传输中的异常状态灯进行监听，能够及时高效的对各种异常进行处理。在通信报文的记录文件到录波文件的转换过程中，同时采用了采样值按采样序号对其和按记录时间对其两种方式，这样，操作人员就可以通过两种方式的结果对比等到更为贴近实际的结果了。

4结束语

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【关键词】无线 网络 节点

互联网技术能够为大数据环境提供庞大的数据信息量，而无线传感网络体系属于一种收集缺乏数据信息交互能力的底层技术实现模式。针对一系列复杂并且实现集合化的数据信息收集，比如地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度以及方向等物理量，无线传感网络架构体系的认知节点，即实现无线传感器的有效功能。通过对无线传感网络架构体系对数据的收集与传递功能，毋庸置疑会直接扩展大数据功能实现的数据信息源。无线传感网络认知节点是功能的数据监测者，收集被感知对象的数据信息后能够及时反馈到监测人员。无线传感网络通信技术是人们收集环境信息非常有效的方式，在军事、航空、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等各种行业领域都能够充分发挥出重大功能。

1 无线传感网络的特点

无线传感器网络的特点有以下若干方面：

（1）无线传感网络架构的认知节点密度、数量大，各个认知节点能够用作传感器，同时能够用于路由节点；

（2）无线传感网络架构体系认知节点的计算与存储功能比较有限；

（3）无线传感网络架构体系节点的体积能量非常有限；

（4）数据通信能力比较有限，无线传感网络体系的带宽范围相对较窄，通信节点之间的通信单跳距离一般只有几到几百米；

（5）拥有独特的底层通信传输媒介；

（6）各个无线传感网络节点位置进行随机分布选择，节点相互之间无中心、自组织、多跳通信的特点；

（7）功能同时通过多条信源--信宿路由传输数据；

（8）无线传感网络架构体系具有较好的鲁棒性与优越的伸缩性。

2 ZigBee通信协议介绍

IEEE802.15.4/ZigBee属于一类新型的近距离无线网络通信协议，这项协议能够满足无线传感网络架构体系的功能需求，体现了可靠性高、功耗低的技术优势，在无线传感网络架构体系中存在普遍有效的应用性。ZigBee通信协议的架构体系结构一般是通过层的概念量化各种具体的认知标准，各层对应着既定的通信任务，同时逐步向上层提供通信服务。各层级相互之间的架构体系通过所规定的逻辑线路提供具体服务。ZigBee协议通常是由物理层（PHY）、介质访问控制层（MAC）、网络层（NWK）、应用层（APL）以及安全服务层（SSP）等直接构成。其中PHY与MAC层级的标准是由IEEE802.15.4标准定义MAC层之上的NWK层、APL层、SSP层是由ZigBee联盟的ZigBee标准定义。APL层是由应用支持层（APS）、 应用框架（AF）、ZigBee设备对象（ZDO）以及ZDO管理平台所直接构成。图1是ZigBee协议栈的结构图。

3 无线传感网络的认知节点架构

在无线传感网络架构体系中从端点到端点的数据信息传输过程中，其直接涉及到无线传感网络协议栈中的各个通信元素，即为应用层、网络层、MAC层、应用层以及无线传感网络架构中的数据信息流。所以在实现无线传感网络从端点到端点的数据信息传输过程中，目标数据流需要符合各种不同层级的数据传输功能，同时各层级之间不能够存在冲突情况。通过使用具有学习和推理能力的认知技术与智能优化技术，无线传感网络架构体系的认知节点能够实现相应的目标：⑴在异构模式的WSN环境中实现各种的应用功能；⑵符合物理层的功能标准，比如固定的 BER（误码率）或者维持特定的发送功率；⑶当节点不工作或改变角色时，能维持一定的网络覆盖和连通性要求；⑷承担 MAC的部分职责，执行结构调度和信道接入功能。为不失一般性，可以修改现有的IEEE802.15.4/ZigBee协议栈和其他协议栈的结构，以实现具有认知能力的无线传感器网络，认知节点架构如图2所示。

在无线传感网络架构的节点层级间引入认知通信技术，通过网络架构中节点的相互作用，能够在整个无线传感网络中引入相应的认知行为。这种无线传感网络架构有如下重要特点：认知决策引擎、知识库、变化、监测引擎以及优化引擎等。具有映射到CDME的PHY是指物理层的输入信息能及时反馈到CME，这部分数据信息主要包括路径损耗、信道衰减特性、信道可用性和容量消耗等，在决策过程中具有关键作用。无线传感网络状态主要是定位MAC与NWK层的通信变化，主要包含认知节点的状态数据信息，从而将定位获取的数据信息反馈到CME中。CME的主要功能是收集ZigBee协议栈各层级的数据信息，同时提供到CDME中，有利于认知相邻网络节点的信息状况，并周期性地发送给CDME，以便于能够及时地优化执行策略，使得整个无线传感网络架构体系的生命周期达到最大化目标。KB是无线网络认知节点的数据信息仓库，主要包括终端用户需求的预编程输入。这部分输入将有助于CDME在各种无线网络通信条件下进行有效响应，从而可以提升无线传感网络的节点信息认知能力。CDME是整个认知过程的关键环节，其主要借助无线传感网络的状态更新感应器、物理层以及应用层所能够提供的有效数据信息，结合在信息知识库中的具体有效信息，将其转变成为可行的知识优化引擎，这通过无线传感网络的优势将学习和优化过程相结合，从而实现功能优化的执行程序。

4 结语

根据大数据的性能特点对无线传感网络的节点架构体系进行分析研究，提出能够满足大数据性能要求的节点架构体系，分析以协议栈层为基础的构造模式，这类新型节点技术具备的新型特点进行系统概述，基于无线传感网络的节点之间数据信息传输特征的系统认识， 不断改进无线传感网络通信技术的理论系统。

参考文献

[1]陈宏.浅议大数据时代背景下的无线电管理信息化创新之路[J].管理信息化，2015，1（1）.

[2]王华，赵东杰，杨海涛，等.大数据时代下网络群体智能研究方法[J].计算机与现代化，2015（2）.

[3]郎为民，杨德鹏，李虎生.无线认知传感器网络研究[J].数据通信，2012，1（01）.

[4]丁雪莲.ZigBee协议栈浅析[J].电脑与信息技术，2013，5（05）.

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关键词:数字化变电站 光电/电子式互感器 IEC61850

随着规定变电站信息采集、处理、传输及应用框架的IEC61850标准的颁布实施,光电技术为基础的新型互感器正从试验阶段走向工程应用以及智能断路器技术的成熟,一批数字化变电站示范性工程的建设,这些都极大推动了数字化变电站技术的进展。数字化变电站技术将成为变电站自动化技术发展的主流和方向。半导体芯片技术、通信技术、现场总线技术以及计算机技术的飞速发展,分层分布式的自动化系统结构被广泛采用,由于传统上相对独立的远动和继电保护的逐步统一,催生了变电站综合自动化系统。

一、数字化变电站的发展概况

在当今的信息化时代中,数字化也越来越为人们所重视。数字化技术主要体现以下几个方面的特性:首先,数字化是数字计算机的基础,并且数字化是软件技术的基础,是智能技术的基础;其次,数字化是多媒体技术的基础,它为信息社会提供了基础。数字化变电站就是使变电站的所有信息采集,传输,处理,输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息,并建立与之相适应的通信网络和系统。它的基本特征体现在设备智能化,通信网络化模型和通信协议统一化,运行管理自动化等方面。我国首座数字化变电站-翠峰变电站位于1998年3月3日建成投产,并于2006年3月27日改造为全数字化变电站正式投入运行。经过7个月的投产运行。各种数据采集、传输准确无误.运行平稳、安全、可靠。在全国处于领先地位。并达到国际先进水平。

变电站自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平,在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班,而且在220kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术,从而大大提高了电网建设的现代化水平,增强了输配电和电网调度的可能性,降低了变电站建设的总造价,这已经成为不争的事实。然而,技术的发展是没有止境的,随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响,全数字化的变电站自动化系统即将出现,变电站的数字化为变电站的运行管理带来了新的机遇和挑战。

二、数字化变电站的网络结构

根据IEC61850通信协议定义,数字化变电站自动化系统分为3层网络结构。这3个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。各层次内部及层次之间采用高速网络通信,通信媒介为网络线或光纤。

(一)过程层

过程层是一次设备与二次设备的结合面,或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分3类:电力运行实时的电气量检测;运行设备的状态参数检测;操作控制执行与驱动。电力运行的实时电气量检测,主要包括电流和电压幅值、相位以及谐波分量的检测,与常规方式相比所不同的是传统的电磁式互感器被光电/电子式互感器取代,传统模拟量被直接采集数字量所取代。运行设备的状态参数在线监测与统计,变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制,电容、电抗器投切控制,断路器、隔离开关合分控制,直流电源充放电控制。

(二)间隔层

间隔层设备的主要功能是:汇总本间隔过程层实时数据信息,实施对一次设备保护控制功能,和本间隔操作闭锁、操作同期及其他控制功能;对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制;承上启下的通信功能,即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时,上下网络接口具备双口全双工作方式,以提高信息通道的冗余度,保证网络通信的可靠性。

(三)站控层

站控层设备的主要功能是:通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登录历史数据库;按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心;接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行;具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能;具有站内当地监控,人机联系功能,如显示、操作、打印、报警、图像、声音等多媒体功能;具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能。

三、数字化变电站应用中存在的问题

由于光电/电子式互感器本身的结构特点和工作方式,导致互感器的角差、比差现场试验难以进行,甚至极性试验也无法开展,只能等到设备投运带电后,才能检验接线的准确性。另外,光电/电子式互感器的局放试验、伏安特性试验的试验方法和标准也与常规设备有很大的区别,这都需要设备厂家和运行主管单位专门制定。数字化变电站保护校验相对复杂,在变电站运行的条件下对部分间隔保护校验的难度很大,目前的常规继电保护校验装置无法提供数字化保护所需的电流量和电压量,因为电流量和电压量必须经过合并器才能进入保护装置,而要完成试验必须自带合并器提供模拟试验中的电流量和电压量,要完成母差保护这类需要大量电流电压量的保护校验便显得尤为困难。

IEC 61850通信协议本身并未对变电站网络系统的安全性做任何规定,同时协议本身的开放性和标准性给变电站的网络安全带来重大隐患。要做到二次系统信息的保密性、完整性、可用性和确定性,符合二次系统安全防护的要求,是自动化厂家仍需考虑和完善的技术环节。虽然目前已投运的变电站采取了防火墙、分层分区隔离等手段进行防护,但防护的效果仍有待时间的考验。

四、结语

国内已有数个数字化变电站顺利投运,运行时间最长的已近两年,总的来看设备运行平稳,各类数据采集、传输无误,保护和自动装置动作正常,至少可以说明数字化变电站的技术运用到实际中已初步通过实践的检验,满足了安全、稳定的系统运行要求。但同时数字化变电站经过更长时间的运行,肯定会出现除本文提到的其他的更多的各种各样的问题,还有待各专业研究机构和有能力的厂家进一步深入研究和解决。

参考文献:

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【关键词】智能建筑；系统架构；标准化

一、智能建筑的基本论述

在过去的20多年，智能建筑有的较快的发展，而随着社会的不断进步，科学技术也在日新月异的发展着，大家慢慢的更加了解和接受了这种新鲜的技术。智能建筑具有安全性、高效性、便利性的特点，能够和周围的环境和谐，也更有利于更好的发展科学发展观，更好的与周围的自然、社会、生态环境和谐的、可持续的发展。

以计算机技术为其发展基础的智能建筑具有的智能性，其发展很大程度上取决于计算机和IT技术的发展，因此我们可以将其发展分为以下几个阶段，第一，单功能系统阶段。此阶段发展于上个世纪八十年代初，由于建筑设备中计算机技术的发展，出现了直接数字控制系统，并进一步出现了所谓的孤立系统，孤立系统是由闭路电视，火灾报警器等监控设备组成。这种系统中的控制器可用于不同的系统，因此具有通用性和交换性。第二，多功能系统阶段。此阶段发展于上个世纪九十年代中，由于微电子技术的进一步发展，专用控制器（ASC）出现了，这种控制器是以微控制器为基础的。控制器具有定制性的特点，可以根据具体的要求进行定制特性，因此也只能完成其设定的具体功能。第三，集成系统阶段。此阶段发展于上世纪九十年代末期，互联网的高速发展使得过去单一的孤立系统不能满足用户需要，控制的智能系统以及其通信协议有了跨越的发展，从专有变为开放。第四，集成管理智能化系统。此阶段的发展，是为了实现智能化的发展。 在集成方面，从基本的单机发展到网络协同，在信息处理方面，从信息简单组合到信息内容的组合和处理以及多媒体技术的运用。

二、智能建筑控制系统集成技术

在IT技术、网络计算机技术、网络通信技术的日新月异的发展下，智能建筑控制系统集成技术也在不断的前进和发展，在这不断发展的过程中，怎样实现系统方面、信息方面、组织方面的高效融合与协调配合运作，是行业内和学界内关注的重点。

（一）系统集成技术的原则

系统集成技术的目的就是在逻辑和功能上，将各种具有不一样功能的建筑设备的子系统，例如照明、空调等，聚集在一个系统中，达到统一运行的目的，从而可以达到信息的共享和资源的分享，进一步更好的实现各个子系统中不同建筑设备的功能。随着过去20年的发展，不论是在信息技术方面还是在集成技术方面，人们对环境的要求越来越高，对建筑设备控制系统也有更高的要求，而为了到达这些要求，有以下设计原则必须遵守。

第一，实用原则。具体问题具体分析，具体情况具体制定安排，在制定方案时，要根据按需分配实用的原则来制定集成方案。第二，可实施的原则。设计系统集成时，要考虑到当前信息技术发展的水平，设计方案必须可实施。第三，开放的原则。设计的方案必须是开放的，具体表现在接口的标准性上，互操作性也必须优良。第四，经济的原则。这个原则要求在设计方案时，充分考虑到在建筑生命周期中的经济性，这也是每个工程都需要考虑的问题。例如在设计具体设备控制系统时，要充分计算在楼房建筑使用年限内，工程设计的费用，不能超过一定比例，否则不符合经济的原则。第五，可靠的原则。在设计时，必须让人产生信任感，不信任会有不良的影响和后期问题，所以设计时，可靠性和安全性非常重要。例如，在控制设备的设计中，要能和建筑内的设计风格一致，不能让人产生突兀的感觉，让人没有安全感，而应该能够和建筑的环境融为一体，和谐统一。

（二）面向协议的系统集成

在前文中提到的，建筑设备控制技术是在网络通信技术发展的基础上进一步发展的，而在建筑设备控制技术中，通信协议是重中之重。通信协议的发展过程中有许多不同的协议一起发展着，而其中的种种协议在市场机制的选择与淘汰下，留下了两种标准，分别是BACnet国际标准与LonWorks技术，但仔细分析后发现两种不同的标准和技术并不能达到很好的兼容。所以在当前情况下，众多标准同时存在的系统中，最原始的集成模式是网络通信协议模式。这种模式在统一个协议中互操作不需要遵循统一标准而只有遵循自己的标准，在不同的网络中的协议中实现互操作则需要进行转换。随着技术不断的发展和竞争，标准协议慢慢的代替的专用的协议，例如BACnet，它的开放性决定其没有授权问题，建筑设备在安装后的运行、维护等不会受到影响。

（三）面向平台的系统集成

上文讨论的面向协议的系统集成有缺陷，进一步发展看更高级的面向平台的系统集成。这种集成的优点在于采取无论何种模型和互操作模式，都可以在提供了集成接口的基础上实现信息共享和互操作，但这种接口必须是标准的。目前这种技术以OPC技术为代表，正在快速发展中。

三、影响集成效果的因素分析

（一）系统架构

建筑设备早期的控制技术进行了标准化，有了标准化的几何结构决定了控制设备可以互换，既有利于市场发展，也有利于技术发展。但技术的快速发展也导致了在设计过程中，软件和硬件的专利所有者并没有考虑到后续可替代问题，设计的设备出现问题需要维修时非常麻烦，不许找到原厂购买设备才能维护。

（二）协议

开放协议的出现使得不同厂家的产品可以进行互联，但在其出现以前，互联是相当困难的。例如，这方面的市场已经经过了二十多年的发展后，市场中的比较核心的标准是BACnet标准和LonWorks，但这两种技术也不具有兼容性，就说明这确实是一个主流问题，而因此导致的再资源共享方面的问题是系统集成的最大难题。

（三）安全环境

智能建筑系统建立在信息技术发展的基础上，信息技术是否安全决定了建筑系统的运行，并且在网络间的信息传输问题也是一个较大的风险。在集成系统连接到Internet后，任何人都可以通过Internet来访问系统上的资源，因此网络通信面临了许多威胁，可能受到黑客的攻击。所以只有创造一个安全的环境，才能够保证集成系统的高效运行。

结束语

二十一世纪来，集成技术拥有良好的发展前景和空间，在逐步的发展的过程中，集成技术会慢慢的发展到需要信息沟通、资源共享的各种领域中。智能建筑领域则正好非常适合，而在这个领域中，系统集成是基础与重点。通过集成后的系统，能够拥有更高效的管理维护能力，能够节约资源和成本，尤其是建筑生命周期成本。为了进一步更好的研究，有以下两个方向可以继续深挖，第一是智能建筑领域集成系统中的架构研究。第二是智能建筑领域集成系统中的集成方法的研究。要以发展的眼光看待集成技术的成长，深入了解发展技术存在的问题，把握发展方向，进而推进智能建筑行业的发展。

参考文献：

[1]李颖. 浅谈智能建筑楼宇自动控制系统[J]. 中国科技信息，2009（4）

[2]张翰禹. Lonworks在楼宇控制系统中的应用[J]. 电子制作，2014（4）

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在高校数字化校园的发展过程中，越来越多的高校建设了校园网工程和一卡通工程，但是由于校园网的建设往往和校园一卡通的建设时间不同，互有先后，并且，两种体系的技术也在不断的发展和变化，造成校园网及其基于校园网建立的各种应用系统和校园一卡通系统的相对独立性。

本文就如何解决上述的问题，把一卡通系统和校园网系统有机的融合起来，构建新型的、高度整合的数字化校园模型.提出了基于一卡通的“1+x”整合思路。

一、一卡通在数字化校园中的特点和定位

1.一卡通的系统特点

校园一卡通系统是利用计算机、网络、终端等设备，充分发挥校园网络的优势，借助卡片载体，实现先进的信息化管理的系统。从IC卡数据角度出发，通过对Ic卡应用流程的系统分析，整个网络系统可划分为四个层次，即Ic卡数据的采集、传输、处理、应用。系统注重实时性。

校园一卡通系统的运行模式一般有实时通讯和非实时通讯两种方式。目前主流的校园一卡通系统结合了两种运行模式.既可以联网使用，也可以脱网使用。联网时，系统以联机通讯方式进行，各种数据自动进行交换。一但网络出现故障，支付识别介质的卡片及终端设备仍然可以脱网正常使用，终端设备具有联网/脱网使用自适应功能。以深圳职业技术学院的案例为例，网络硬件系统架构如下：

(1)组网技术选择：校园一卡通主干网采用快速以太网交换。快速以太网作为现代网络的主干，无疑是一种经济的选择。快速以太网的主要优点在于技术成熟和投入成本低，同时可通过与交换技术的结合.满足中等规模的网络应用的需要。子网采用RS485星型拓扑结构，与以太网通过协议转换器进行无缝地联接，保证数据的实时传送。

(2)网络通信协议的选择：在为一卡通系统丰干选择底层的通信协议时，为了保证网络的开放性和兼容性，选择TCP/IP作为网络应用的通信协议。TCP/IP可支持不同类型操作系统和通信方式的计算机网络之间的通信，包括以太网、FDDI、令牌环网、x-25分组交换机网和帧中继网等。子网选择RS485通信协议。采用RS485通信协议可以降低造价，使一个终端设备的通信距离扩展到1200M.远超过以太网终端设备100M的局限。

2.一卡通在校园网中的定位

在大多数情况下，典型意义上的校园一卡通系统.是基于IC卡食堂饮食消费系统发展而来，由于其涉及经济消费、强调身份

认证和授权的特性，继而在门禁和通道、考勤等对身份识别、认证要求严格的应用中扩展开来，并向校园网的其他领域扩充，例如图书馆的借书卡、医务室的医疗卡，当然这些子系统在发展过程中，是以接口对接的方式进行耦合。

对于高校校园网中不同的应用系统来说，各个系统都有自己独立的用户管理和权限管理系统，即拥有自己独立的认证和授权方式。为了消除这些信息孤岛和应用孤岛，信息资源的整合和应用整合，是目前校园网发展的目标之一。不同的系统分别代表着分布式系统的不同安全域，它们之间相互不信任。而统一身份认证系统，就是要在本来相互不信任的安全域之间，建立信任关系。一卡通系统在身份认证和密码识别以及用户授权方面具有优良的特性，由此，建立以一卡通的身份认证为基础的数字化校园的模型是可行的。

二、基于一卡通“1+X”模型的资源整合系统结构

1.“1+X”模型的提出

(1)一个“数字化”基础平台：通过以上的分析，不难发现，利用校园智能卡的基础信息，作为统一身份认证的基础平台，有得天独厚的优势.以校园一卡通系统为基础，构建统一的身份认证平台，继而构建统一的数据交换平台、统一的门户接人平台、统一的开发管理平台是切实可行的.并可以缩短开发过程，减少费用。

(2)X个应用系统：x个应用系统包括校园网全部的应用子系统、校园卡的若干子系统，在一个基础平台、统一身份认证以及统一门户的支撑下.实现真正的集成整合、数据共享和传递。

2.“1+X”模型中的关键问题

数据资源的整合，是模型的关键，在以往的数据交换和整合平台的解决办法中，有两种主要的方法：

(1)建立全新的中央数据中心模式：该模式是针对原有各个信息系统的数据格式不统一、重复定义的弊病，按照《教育管理信息化标准》重新建立一个统一的数据中心。它具有规范的数据定义，是校园各个应用子系统的超集。

该模式的缺点是：因为几乎是构建一个全新的超级系统，不仅放弃了原有的系统，而且需要对原有的系统进行仔细的分析.涉及全校教学生活的各个主要面，投入巨大，造价昂贵，开发周期长，失败的风险也大。它比较合适校园原有应用子系统比较少.校园网应用系统建立尚不克善的情况。

(2)统一授权，单点登陆模式：这种模式不对各个应用子系统进行数据库底层的重新构建，甚至不进行任何整合，该模式认为，各个子系统的生命周期不同.没有必要进行整合。故此模式采用统一身份认证，统一授仅，单点登陆，跨系统漫游的方式。

这种模式的局限性在于：各个子系统不相关，不能进行深层次的数据挖掘，无法提供精确的统计数据，存在信息冗余、信息重叠甚全是信息不一致的现象。它比较适合于所有的哑用于系统都是自己开发的学校采用。

3.“1+X”模型中的特点

在“1+x”的模型中.虚拟数据中心的提出是指采用元数据管理形成的“逻辑数据库”.为用户屏蔽了下层分散异构的各种数据。逻辑数据库是物理数据经由元数据定义，映射而成的统一数据管理中心，而不需要改变原来的数据结构。这种关键技术的采用，无疑避免了以上两种模式的局限性。基于“1+x”模型的资源整合系统采用基于WebServices的多层体系结构。

三、基于门户规范的资源整合的技术实现

1.采用门户技术规范的资源整合

2.基于LDAP目录服务实现统一身份认证

统一身份认证是图书馆提供实现资源整合，提供个性化服务的基本前提和基础。以前系统由于来自于不同的厂一商，每个系统都有自己独立的用户访问认证体系。作为信息门户是对所有系统的整合，以统一的门户展现出来，因而，图书馆资源整合门户统一身份认证应当包括认证整合、统一用户授权及单点登录。

资源整合系统采用LDAP目录存储用户信息，并进行授权管理.为所有整合的应用系统提供统一的身份认证。LDAP(LightweightDirectoryAccessProtoco1)是轻量级目录访问协议，是跨平台的国际标准，提供分布式环境下的数据存取，它的特性有以下两点：(1)目录服务器是跨平台的，容易扩展。(2)LDAP的读取速度迅速，不适合经常需要写入的环境。用于身份认证的用户信息大多数情况下只读不写，故此LDAP非常合适用于身份认证系统。

资源整合系统采用基于角色的权限管理。用角色对用户群进行分类，也就是基于角色决定用户的访问权限。如果一个用户属于多个角色，就具有多种权限。LDAP中目录是按照树型结构组织的，目录由条目(Entry)组成。条目是具有区别名DN(DistinguishedName)的属性集合。LDAP中条目的组织一般按照地理位置和组织关系进行组织，非常直观。

3.采用WebService技术跨应用认证集成

对资源进行整合时，需要对不同的应用进行认证集成，这涉及到跨应用集成的问题，基于WebServices技术的统一身份认证机制见。

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关键词：计算机网络通信；安全隐患；发展

中图分类号：TP39

自上个世纪八十年代起，科研工作者就开始着手研究计算机网络通信的相关技术，伴随着计算机网络应用领域的逐渐扩大，计算机网络通信技术也在不断完善发展。今天，计算机网络通信技术已广泛应用于我们的生活，慢慢成为了人类生活必不可少的一部分。

1 计算机网络通信概况

所谓计算机网络通信，就是以计算机为信息接收终端，以网络技术作为载体的一种通信方式。要想实现通畅的计算机网络通信，前提是要进行网络建设，网络建设是推动计算机的普及应用并实现社会经济发展的根本举措。现在的计算机通信主要涉及两大领域，分别是卫星通信和光纤通信。目前情况下的我国，所采用的主要是以光纤通信为主的计算机网络通信，光纤技术的使用能使多台计算机进行资源共享以及信息的交流。目前，随着科技的发展，光纤网络技术越来越成熟，它的传输速率很高，可以达到100Mbps，而且他在可靠性等方面也是较为出色。不同于光纤通信，卫星通信更为先进，不过他主要使用于遥感、军事、偏远地区等方面。总的说来，随着通信成本及通信方式的变化，计算机网络通信的物质载体也会相应变化。

2 计算机网络通信存在的安全隐患

2.1 硬件组件

设计不当是信息系统最常出现的安全隐患，这些隐患问题大都属于物理安全隐患问题。这种问题出现频率很高，通常，一方面可以通过强化管理，以人工手段来弥补，另一方面可以在选购硬件或自制硬件时尽可能地避免这一类的隐患问题出现。往往，软件程序手段弥补效果不大，不会加以采用。

2.2 软件组件

操作平台、应用平台和应用业务三类软件是软件组件的三大类别，其中，操作平台软件处于最基础的位置，应用平台软件主要是提供一个平台以保证组件运行，属于中间层次，而应用业务软件则是直接与用户发生关系，处于一个顶层位置。设计和软件工程等方面常常是软件组件安全隐患的源头，可能设计过程中某个小小的失误就会造成重大安全隐患，下面列出几种情况，第一，软件设计中的多余功能设计会导致软件的安全可靠程度大大降低。第二，软件设计中的模块化设计若不根据信息系统安全等级要求而定则会导致软件的安全级别不过关等问题。第三，一旦软件工程中，内部系统逻辑发生混乱，就会使软件成为垃圾软件，垃圾软件安全性等方面过低，不能投入使用。第四，软件设计时，甚至一个小小的疏忽就会造成软件安全漏洞。

2.3 计算机网络和通信协议

在当今的计算机网络通信协议中，局域网和专用计算机网络的通信协议不能直接与异构计算机网络连接和通信，具有相对封闭性。这样的“封闭”计算机网络本身基于两个原因比开放式的因特网的安全特性好，第一，计算机网络体系的相对封闭性，能够使外部计算机网络攻入系统的可能性大大降低，不过仍然在协议基础上的搭线方面及信息的电磁泄露等方面存在问题。第二，是专用计算机网络自身具有较为完善的安全机制它在身份鉴别、权限访问与分割等方面较为成熟。

3 关于计算机网络通信的发展研究

3.1 风险应对措施

现如今，随着计算机网络技术的越来越发达，各种非法入侵行为也越来越多样化，为实现对这些非法行为的监控与追踪，就必须在在计算机网络通信系统中设置相关安全防护举措，建立起一个强大的安全防护系统，只有这样，才能促进计算机网络通信技术的发展。安全防护系统的建立，不可能只依靠单一的防卫措施，而是要把多种不同的安全措施联合并用，组织起一个完善的应对系统才能最大程度解决非法入侵行为。

（1）身份鉴别

所谓身份鉴别，就是在进入网络系统不同权限级别时，采用密码或口令的形式登录或者是鉴别，一旦口令或密码输入不正确，就表明对方是无权进入该级别的用户，在限制其进入访问地址时，可以采取终止进程或屏蔽相关内容的措施，丛而实现网络分级机制的效果。

（2）网络授权

所谓网络授权，就是通过网络管理发放访问许可证书至终端或终端用户，以访问控制的方式对网络及其资源进行保护，以保证授权用户顺利进入网络获得资源并防止非授权用户进入窃取资源。

（3）数据保护

所谓数据保护，就是通过TCPIP后六层协议及UDP的四层协议对数据进行加密，当数据完成加密工作后，数据包的访问与发送会具有指向性，这样，在整个网络操作过程中，数据包的保密性会大大增加，就算发生数据被截获的情况，也会因所在协议层不同形成对应不同的加密机制，这样一来，密码系统将变得牢不可破。

3.2 计算机网络通信的发展方向

目前，通信网的演变朝着智能化、宽带化、个人化和综合化的方向发展，并且对于宽带、窄带、恒定速率和可变速率等业务能起到促进作用。现如今，有线电视网、计算机网、电信网是我国三大规模较大的网络，他们都有自身鲜明的特点。

未来，要使计算机网络通信技术实现质一般的飞跃，就必须进行“三网融合”，“三网融合”指三种网络技术上的相互融合，网络层上的互通以及应用层使用协议上的一致相同，并非单纯的物理上的兼并。“三网融合”能使资源最大化共享，国际电信联盟为促进“三网融合”，提出了GII（全球信息基础结构）的概念，它提出的目标是充分利用三网资源，构建一个可以满足用户多种需求、多种享受的高效网络。不过，尽管三网融合后联系众多，但它们各自的运行管理并不一致进行，以后，它们将在全球信息基础结构的概念下，融合发展。

4 结语

计算机网络通信是时展的衍生物，随着时代的变迁和信息技术的不断完善，必定会产生全新的内涵。纵观计算机网络通信的发展历史，它的每一次革新都促进了人类社会文明的进步，相信未来，它能为我们生活提供方方面面的便捷。

参考文献：

[1]杨家兴.新时期计算机网络通信现状及发展趋势研究[J].信息安全与技术，2013，3：6-7.

[2]伍巍.计算机网络通信系统的发展与风险应对措施[J].信息系统工程，2010，7：51+83.

[3]马纯清.论计算机网络通信的发展[J].科技风，2010，9：266.

[4]王亚楠.计算机网络通信的发展[J].信息与电脑（理论版），2011，9：127-128.

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关键词:TCP/IP;CAN总线;嵌入式系统;多路工业控制

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号: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是两种应用非常广泛的协议。CAN总线属于现场总线的一种,已经在众多的工业领域得到广泛的应用。而以TCP/IP协议为基础的Internet现在已经不仅仅限于连接普通的计算机,也开始向工业领域发展。基于上述现状,本文实现了一种CAN总线与以太网的连接方案。

1 系统结构

系统总体结构分为:PC机、嵌入式控制器、Can控制器和受控设备四部分[1]。如图1所示。

1.1 CAN总线

CAN总线[2]是一种串行数据通信协议,其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对数据的成帧处理,用户可在其基础上开发适应系统实际需要的应用层通信协议。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块编码,采用这种方法可使网络内节点个数在理论上不受限制,还可使不同的节点同时收到相同的数据。CAN总线提供高速数据传送, 在短距离(40m)条件下具有高速(1Mbit/s)数据传输能力,而在最大距离10000m时具有低速(5kbits/s)传输能力,极适合在高速的工业自控应用上,CAN总线可在同一网络上连接多种不同功能的传感器(如位置,温度或压力等)。

在总线中传送的报文,每帧由7部分组成。CAN协议支持两种报文格式,其唯一的不同是标识符(ID)长度不同,标准格式为11位,扩展格式为29位。在标准格式中,报文的起始位称为帧起始(SOF),然后是由11位标识符和远程发送请求位 (RTR)组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧,在请求帧中没有数据字节。控制场包括标识符扩展位(IDE),指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位 (ro),为将来扩展使用。它的最后四个字节用来指明数据场中数据的长度(DLC)。数据场范围为0～8个字节,其后有一个检测数据错误的循环冗余检查(CRC)。应答场(ACK)包括应答位和应答分隔符。发送站发送的这两位均为隐性电平(逻辑1),这时正确接收报文的接收站发送主控电平(逻辑0)覆盖它。用这种方法,发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收到报文。 报文的尾部由帧结束标出。在相邻的两条报文间有一很短的间隔位,如果这时没有站进行总线存取,总线将处于空闲状态。

1.2 嵌入式系统

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成,嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象,它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令,执行所规定的操作或任务。

嵌入式系统从大的层面分为软、硬两部分,下面分别对它们进行介绍:

1)嵌入式微处理器

嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器,嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中,它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化,同时还具有很高的效率和可靠性。

嵌入式微处理器有各种不同的体系,即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度,或集成了不同的外设和接口。目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种,体系结构有30多个系列,其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。

2)嵌入式操作系统

嵌入式操作系统(Embedded Operation System,EOS)是一种用途广泛的系统软件,过去它主要应用与工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度,控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。现在应用较多的为嵌入式linux、windows CE等。

2 硬件组成及主要元件介绍

PC机与嵌入式设备通信利用TCP/IP协议构成service/client模式,嵌入式设备作为服务器接受PC机提交的数据,将数据计算处理之后通过CAN总线控制器发送到CAN总线上去控制设备,设备挂接在CAN总线上与嵌入式设备进行双向通信。

嵌入式微处理器采用ARM系列的AT91rm9200芯片,can总线控制器采用SJA1000芯片。

在软件层面上,嵌入式操作系统采用嵌入式linux-2.4.27内核,bootloader采用U-boot 1.0版本,编译器为arm-linux-gcc-2.95.3。

2.1 嵌入式微处理器

嵌入式微处理器采用ARM系列的AT91rm9200芯片。AT92rm9200是一款基于ARM920T?内核支持的ARM? Thumb? 指令集的处理器,180 MHz时每秒可执行两百万条指令 , 内嵌MMU(内存管理单元);16-KByte 数据Cache, 16-KByte 指令Cache, 写缓冲,In-circuit Emulator including Debug Communication Channel,Mid-level Implementation Embedded Trace Macrocell (256-ball BGA Package Only), 低能耗: VDDCORE输入电流为30.4 mA,待机模式下为3.1 mA,是一款性价比较高的ARM芯片。

2.2 can总线控制器

can总线控制器采用SJA1000芯片。SJA1000是一款独立的CAN控制器,用于汽车和一般工业环境中的控制器局域网络(CAN)。它是NXP半导体PCA82C200 CAN控制器(BasicCAN)的替代产品。而且,它增加了一种新的工作模式(PeliCAN),这种模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B协议。

和PCA82C200独立CAN控制器电气兼容;

PCA82C200模式(即默认的BasicCAN模式);

扩展的接收缓冲器(64字节、先进先出FIFO);

和CAN2.0B协议兼容(PCA82C200兼容模式中的无源扩展帧);

同时支持11位和29位识别码;

位速率可达1Mbits/s;

PeliCAN模式扩展功能:1) 可读/写访问的错误计数器;2) 可编程的错误报警限制;3) 最近一次错误代码寄存器;4) 对每一个CAN总线错误的中断;5) 具体控制位控制的仲裁丢失中断;6) 单次发送(无重发);7) 只听模式(无应答、无主动的出错标志);8) 支持热插拔(软件实现的位速率检测);9) 验收滤波器扩展(4字节代码,4字节屏蔽);10) 自身信息接收(自接收请求)。

3 软件开发简介

首先在嵌入式设备上移植U-boot、linux内核,内核配置支持TCP/IP协议,支持NFS网络文件系统。应用程序利用套接口与PC机进行通信,现做如下介绍。

3.1 基本套接字

为了实现进程间在网络上的通信,Linux为进程的应用程序提供了应用层的统一接口,称为套接字(socket)接口,简称套按字。套接字提供了访问下层通信协议的大量系统调用和相应的数据结构。在Linux中,套接字接口是应用程序访问下层的网络协议的惟一方法。它定义了许多函数和例程,程序员可以用它开发网络应用程序。套接字接口本意在于提供一种进程问通信的方法,使得在相同或不同主机上的进程能以相同的规范进行了双向信息传送。进程通过调用套接字接口API来实现相互之间的通信。套接字接口又利用下层的网络通信协议功能和系统调用实现实际的通信工作。现将本系统中使用的基本套接字介绍如下。

1)创建套接字――socket()

功能:使用前创建一个新的套接字

格式:SOCKET PASCAL FAR socket(int af,int typ,int procotol);

参数:af,通信发生的区域;type, 要建立的套接字类型;procotol, 使用的特定协议

2)指定本地地址――bind()

功能:将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。

格式:int PASCAL FAR bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);

参数:s,是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。

其它:没有错误,bind()返回0,否则SOCKET_ERROR

地址结构说明:

struct sockaddr_in

{short sin_family;//AF_INET

u_short sin_port;//16位端口号,网络字节顺序

struct in_addr sin_addr;//32位IP地址,网络字节顺序

char sin_zero[8];//保留}

3)建立套接字连接――connect()和accept()

功能:共同完成连接工作

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);

参数:同上

4)监听连接――listen()

功能:用于面向连接服务器,表明它愿意接收连接。

格式:int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);

5)数据传输――send()与recv()

功能:数据的发送与接收

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);

参数:buf,指向存有传输数据的缓冲区的指针。

6)多路复用――select()

功能:用来检测一个或多个套接字状态。

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);

参数:readfds,指向要做读检测的指针;writefds,指向要做写检测的指针;exceptfds,指向要检测是否出错的指针;timeout,最大等待时间

7)关闭套接字――closesocket()

功能:关闭套接字

格式:BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);

3.2 客户机/服务器模式

利用套接字的TCP/IP网络通信两个进程间的相互作用大多采用的都是客户机/服务器(client/server)模式[3],即服务器提供服务,客户是这些服务的使用者。在这种模式下,服务器通过网络与多个客户端连接。

该模式的建立基于以下两点:1、非对等作用;2、通信完全是异步的。客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请示方式,具体过程如下:

首先服务器方要先启动,并根据请示提供相应服务。

1)打开一通信通道并告知本地主机,它愿意在某一个公认地址上接收客户请求。

2)等待客户请求到达该端口。

3)接收到重复服务请求,处理该请求并发送应答信号。

4)返回第二步,等待另一客户请求

5)关闭服务器。

客户方需完成的如下工作:

1)打开一通信通道,并连接到服务器所在主机的特定端口。

2)向服务器发送服务请求报文,等待并接收应答;继续提出请求……

3)请求结束后关闭通信通道并终止。

在上述原理的基础上,系统中客户机与服务器间两个进程的通信过程流程图如图2所示。通过此过程,PC机与嵌入式设备就可以建立socket连接交换数据。

本系统的另一部分通信为嵌入式设备与被控设备之间的can通信[4-5],通信中所传送的报文有四种帧类型,即数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。数据帧由7个不同的位场组成,即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束,负责从发送器至接收器携带数据;远程帧由6个不同的位场组成,即帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧结束,总线单元发出远程帧,请求发送具有同一识别符的数据帧;错误帧由两个不同的场组成,第一个场是错误标志,用做为不同站提供错误标志的叠加,第二个场是错误界定符,任何单元检测到一总线错误时就发送错误帧;超载帧包括超载标志和超载界定符两个位场,用来在先行的和后续的数据帧(或远程帧)之间提供一附加的延时。

下面对帧格式中重点部分简要介绍。帧起始标志数据帧和远程帧的起始,由一个单独的“显性”位组成,此部分由控制芯片完。仲裁场包括标识符和远程发送请求位(RTR)。对于CAN2.0A标准,标识符的长度为11位。RTR位在数据帧中必须是显性位,而在远程帧必须为隐性位。对于CAN2.0,标准格式和扩展格式的仲裁场不同。在标准格式中,仲裁场由11位标识符和远程发送请求位组成。在扩展格式中,仲裁场由29位标识符和替代远程请求位(SRR) 、标志位(IDE)和远程发送请求位组成。仲裁场的作用之一是说明数据帧或远程帧发送目的地;之二是指出数据帧或远程帧。仲裁场的数据由软件编程配置SJA1000完成。控制场由6个位组成,说明数据帧中有效数据的长度。控制场的数据由软件编程配置SJA1000完成。数据场由数据帧中的发送数据组成。它可以为0~8个字节。数据场的数据由软件编程配置SJA1000完成。CRC场包括CRC序列,这部分由SJA1000控制芯片完成。应答场长度为两个位,包括应答间隙和应答界定符。由SJA1000控制芯片自动完成。每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定,这个标志序列由7个“隐性”位组成。这部分由SJA1000控制芯片自动完成。

总之,仲裁场、控制场、数据场由软件编程配置SJA1000完成;帧起始、CRC场、应答场、帧结束由CAN总线控制芯片SJA1000自动完成。

需要值得一提的是,数据传输还应注意字节序的问题,不同的CPU有不同的数据存储顺序,字节序分为存储字节序和网络字节序,因为本设计涉及到网络传输和不同的CPU平台,所以应留意字节序。

4 总结

开发过程中应注意交叉编译器的版本搭配问题,应用程序编译最好使用与编译内核同样版本的编译器;关于字节序的问题应仔细调整。

参考文献:

[1] 林士兵,袁焱,扬煜普.TCP/lP网络与CAN 网络网关的设计与实现[J].计算机工程,2007,33(3).

[2] 黄天戍,罗瑶.CAN总线到Ethemet网的网关研究与实现[J].工业仪表与自动化装置,2004(5):47-49.

[3] 欧阳峥峥,林茂.基于TCP/IP协议通信软件的分析与实现[J].武汉工业学院学报,2005,24(2).