数据通信的基础范文

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【关键词】异构数据；存储；通信；Web3D；虚拟博物馆

【Abstract】According to the low association between three-dimensional models and two-dimensional attributes and the slow loading rate in virtual museums， this paper does a research on the storage of heterogeneous data storage and communication approach. Taking the geological museum of Hunan as an example， a scheme that combines database storage and file storage together is established， and the process of data communication based on the internet is studied using Unity3d as the development platform，. On the premise of keeping data consistence， the system sets a mode to load heterogeneous data asynchronously. This method can improve the loading speed of data and meet the psychological needs of the audience.

【Key words】Heterogeneous data； Storage； Communication； Web3D； Virtual museum

0 引言

Web3D，即网络三维技术，指在虚拟现实的基础上，将现实世界中的物体通过互联网进行虚拟的三维立体展示并提供交互操作的一种虚拟现实技术[1]。目前，Web3D技术得到互联网领域的广泛关注，并已在博物馆的虚拟展示方面得到应用，Google与世界多家博物馆合作的Google“艺术计划”、南京市博物馆、上海市博物馆、敦煌洞窟壁画博物馆等使用Web3D，均已实现博物馆的远程三维浏览及互动，但是目前虚拟博物馆基本上采用图片或全景图进行展示。采用图片进行展示，实现方式简单，但三维展示功能普遍较弱，全景图虽然在该方面有所提高，能很好的现实虚拟效果，但是仍存在三维模型与二维属性信息关联程度低的缺陷，参观者不能获得场景及展品的信息，不能对展、藏品进行全方位展示，更谈不上对展、藏品的信息化管理。

对展馆和展品进行虚拟展示，不仅要在网络中传输结构化的属性数据，还需要传输大量的沉重的图片、模型、音视频等非结构化数据，这些数据，特别是非结构化数据的传输速度受互联网网络带宽和传输速度的限制，加载速度慢。为了满足网络环境下参观者对于加载流畅度的要求，提高三维模型和二维属性的关联程度，实现异构数据的一致性存储，对虚拟博物馆进行数据存储和通信方式的研究变得尤为重要。

Unity3D是一个成熟的跨平台、层次级的虚拟现实开发引擎，支持JavaScript、C#、Python等多种脚本语言，兼容各种操作系统，可成网页的方式，用户不用下载客户端即可体验。本文以湖南省地质博物馆为例，采用Unity3D作为开发平台，根据地质博物馆展/藏品的特点及之间的相互关系，设计了虚拟博物馆的数据存储方式，并对网络环境中虚拟博物馆的数据通信过程进行研究。

图1 系统架构示意图

1 系统架构

在网络环境下，为了保证系统的响应速度和数据安全，系统采用B/S三层架构，图1展示了系统的主要构成，分为表示层、业务层及数据层[2]。

1.1 表示层

表示层采用Unity3D的NGUI插件进行开发，是虚拟博物馆与参观者进行交互的界面。表示层通过http协议将交互产生的数据发送到业务层，并对业务层反馈的数据进行可视化显示。

在表示层中，虚拟浏览导航模块可根据用户选择的浏览方式为用户提供不同的参观线路，实现用户在虚拟展馆中的参观移动。展品展示模块实现展品在虚拟博物馆中的加载及图片、音频、视频、三维模型等全方位展示。查询功能模块实现用户对展馆及展、藏品的分类查询查询和在虚拟博物馆中的定位。

1.2 业务层

业务层采用Unity3D编写脚本，根据表示层用户的交互请求，向数据层请求数据。

导航辅助模块提供虚拟展馆中参观的节点信息，并根据用户的位置提供参观线路。资源管理模块对客户端的请求对数据控制模块反馈的数据进行管理。数据控制模块按照导航辅助模块和资源管理模块的需求向数据层请求数据。

1.3 数据层

数据层存储虚拟博物馆的展馆及展、藏品的所有信息，包括属性信息、位置信息、模型、音频、视频、图片等。

2 数据存储

为了对系统中存储的异构数据进行统一管理，保持数据一致性，同时，保证数据的加载速度，系统采用数据库存储和文件存储相结合的方式存储异构数据，即在文件系统中存储文件，同时在数据库中存储文件的路径和文件相应的BLOB字段。系统在进行读取操作时，可直接读取文件系统中的文件，在更新数据时，则将数据库和文件系统的数据同时进行更新。

2.1 基于心理设计存储层次

2.1.1 数据库存储

由于参观者参观博物馆时首先进入博物馆主场馆，然后按照展馆逐个参观，并重点观看自己感兴趣的展品，考虑到参观者的参观心理及参观习惯，系统按照湖南省地质博物馆中展馆及展品等实体的陈列关系，将博物馆按层次分为展馆主体、展厅、展柜、展品四部分，采用分步加载的方式对各层次数据进行加载，不仅能够满足参观者的视觉需求，而且减少了单次加载的数据量，从而减少参观者等待数据加载的时间。

根据博物馆中实体的层次划分，系统共设计19张表，存储各层次主体的基本信息、音频、视频、三维模型的信息，各表之间以外键关联，既能保持各表的关联，同时保持了各自的独立性，便于日后按照需求进行扩充。

以展品为例，根据系统需求，共包含展品基本信息表（EXITEM_BASEINFO）、展品图片信息表（EXITEM_PICINFO）、展品模型信息表（EXITEM_MODELINFO）、展品视频信息表（EXITEM_VIDEOINFO）、展品音频信息表（EXITEM_AUDIOINFO）、展品类型信息表（EXITEM_TYPEINFO），在此，主要对展品基本信息表和展品模型信息表进行说明。

表1 展品基本信息表

展品基本信息表中ITEM_ID为主键，EXHALL_ID等为外键，将展品基本信息表和展厅基本信息表进行关联，系统能够根据展品ID查询到其所在展厅、展柜及收藏者信息等，可以从多角度、全方位地对展品进行展示，同时，将这些信息分表存储，减小了单表的数据量，可提高查询速度，避免数据库更新异常等问题。

表2 模型基本信息表

模型基本信息表中主键为MODEL_ID，外键为EXITEM_ID，将模型基本信息表和展品基本信息表关联，系统可根据EXITEM_ID获取到展品的三维模型。展品模型按照二进制流[7]（EXITEM_MODEL字段）和文件路径（FILEPATH字段）两种方式进行存储，既方便和文件系统的数据进行关联，实现数据的统一管理，而且二进制流在文件系统异常时可根据路径用于文件的恢复，在有数据冗余的情况下，可提高系统中数据的安全性能。

2.1.2 文件存储

由于直接加载文件比从数据库中读取数据加载速度快，系统除在数据库中存储模型的二进制流数据，还在文件系统中存储模型文件。文件在系统中的存储层次与数据库中各主体的层次划分一致，系统依照数据库中存储的文件的网络路径对文件进行读写。

2.2 一致性保持

由于系统中的异构数据在数据库系统和文件系统中分别进行存储，需要对其进行一致性维护。

数据一致性指关联数据之间的关系是否完整和正确，一方面指物理上的一致，即同一个事实的数据应该相同，如数据库中存储的几个表都涉及到同一个数据项，这些数据应该保持相同的值，另一方面，数据一致性指逻辑上的一致，即不同数据之间业务逻辑的一致。本系统主要对数据的物理一致性保持进行维护。

由于数据库中存储异构数据主要的作用是数据备份，主要数据源是文件系统中的数据，两者之间有较为明显的主从关系，系统采用基于主从的事务控制方法来维护数据的一致性。

系统中异构数据的更新操作以事务的方式提交给系统，事务先对文件系统的文件进行更新操作，若操作成功则对其在数据库中进行备份，若备份失败则进行事务的回滚。以数据更新为例，其流程如图2：

图2 数据更新流程图

有些异常情况，如突然断电、数据库发生迁移、误删文件等会造成数据的不一致，这种情况依靠事务控制机制无法处理的。因此，系统针对这些异常情况产生的数据不一致进行了分类并对其进行一致性维护。

（1）误删文件或数据库迁移造成文件系统中文件缺失。若系统依照路径查找文件失败，则按照数据库中存储的文件路径和BLOB数据对文件系统的数据进行恢复。

（2）突然断电导致数据库中文件路径或BLOB数据未更新。若文件路径更新完毕，则依照存储的文件路径查找该文件，并以BLOB的格式存储在数据库中。若文件路径也未更新，则根据文件所对应实体（如展品或展馆）以及文件类型（音频或视频），根据文件系统存储的层级结构查找该文件并进行备份。

3 数据通信

由于该系统基于Unity进行开发，参观者要想使用浏览器对虚拟博物馆进行参观，首先需要安装Unity WebPlayer插件。但是由于安全沙盒的限制，Unity WebPalyer不能直接与数据库连接并且从数据库中读取数据。因此，本系统采用图3的方式实现客户端与数据库的通信。首先，客户端获取参观者在页面的请求，并将请求和数据通过http协议发送给服务端，服务端的php通过url获取用户的请求和数据，执行脚本进行数据库操作，最后，将结果数据组织为Json格式反馈给客户端，Unity WebPlayer读取并解析网页中的JSON数据，将其进行可视化并在客户端进行展示。

图3 客户端与数据库通信方式

本文以展品信息查询为例，展示Web环境下Unity的通信过程。从系统的整体结构（图1）可知，要执行展品信息的查询，首先触发客户端的查询功能模块，然后查询功能模块对查询请求进行分类处理，并提交给资源管理模块，资源管理模块对现有资源进行查询，如果没有则进一步向数据控制模块请求数据，下文将主要讲述数据控制模块从数据库中获取数据后将数据反馈给表示层进行显示的过程。

3.1 数据控制模块

数据控制模块主要根据不同的查询需求请求数据。要实现对展品信息的查询，数据控制模块根据表示层的请求，不仅需要从数据层获取展品的名称、编号、位置、鉴定特性等基本的属性信息，为了对展品进行多方面的展示，还需获取图片、音频、视频、模型等文件。

对于数据库中存储的文本信息，系统采用php脚本连接数据库并读取数据。由于JSON具有数据量小、易解析的特点，系统选用其作为数据控制模块和数据层的交换格式。系统将php脚本读取的属性数据按照JSON的格式要求进行组织并反馈给资源管理模块（如图4）。

图4 展品属性数据（JSON格式）

对于图片、模型等文件的获取，系统将其路径作为属性数据的一部分反馈给资源管理模块，客户端可直接从服务器端对的文件进行读取，而不受Unity WebPlayer对数据库的通信限制。

3.2 资源管理模块

资源管理模块接收表示层的查询请求，并对数据控制模块的数据进行管理。根据表示层的查询请求，资源管理模块首先判定请求的数据是否包含在场景的预置文件或者缓存中，有则直接反馈到表示层进行显示，如果没有，则向数据控制模块发送数据请求，并接收数据控制模块反馈的数据，当数据接收完毕，则反馈给表示层，对其进行进一步解析和显示。主要代码如下：

if（！Resourses.Load（model））{

WWW www = WWW.LoadFromCacheOrDownload（address，version）；

}

3.3 展品展示模块

由于展品的属性数据量小，而图片的数据量大，因此，资源管理模块接收到数据控制模块反馈的JSON数据之后，则通知展品展示模块首先对属性数据进行显示。由于JSON格式的数据在客户端容易解析，系统使用LitJSON先将JSON数据转换成对象，通过访问对象的属性值直接获取属性数据并在NGUI界面上显示（如图5）。

对于图片、模型等信息，系统则根据经过JSON处理后得到的路径直接向服务端请求文件。采用属性信息和图片信息分开分布加载，不仅能够满足Web环境下的通信要求，而且属性数据的优先加载使用户体验得到提升。尽管采用了属性信息和图片信息分布加载的方式，但是由于图片、三维模型等文件和属性数据存在数量级的差异，系统采用异步加载的方式对模型进行加载。系统进行异步加载的主要代码如下：

yield return bundle；

yield return Instantiate（bundle.assetBundle.mainAsset）；

bundle.assetBundle.Unload（false）；

图5 展品查询结果

4 结语

依照参观者的参观习惯对博物馆的实体进行层次存储，不仅保证了数据的一致性，而且可有效减少单次加载数据量和加载时间。在Web环境下采用JSON格式进行数据交互，减少了传输的数据量，同时，采用分层次、异步加载的方式进行加载，使模型的加载能够在后台进行，减少了用户等待时间，极大地提升了用户的参观体验。由于地质博物馆的模型更为复杂和精细，数据量大，需要消耗更大的网络带宽和加载时间，因此，下一步的主要工作是对三维模型的数据量进行精简。

【参考文献】

[1]黄健.面向通用性的Web3D虚拟展览馆的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2012：34-47.

[2]任国栋，陈林华，陶学锋，方先行.基于Unity3D的虚拟博物馆信息可视化系统[J].计算机系统应用，2013，22（9）：86-90.

[3]韩桂明.基于Unity3d房间仿真的关键技术研究[J].理论与算法，2014（8）：41-43.

[4]张延，余红英，戚艺雪，万吉.基于Unity3D_3DMAX的导弹视景仿真系统[J].科技视界，2014（9）：151-152.

[5]张典华，陈一民，李磊.基于Unity3D的多平台三维空战游戏的开发[J].计算机技术与发展，2014，24（1）：192-195.

[6]张利利，李仁义，李晓京，马进，惠铎铎.Unity3D与数据库通信方法的研究[J].计算机技术与发展，2014，24（3）：229-232.

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中图分类号：G623.45文献标识码： A 文章编号：

第一章 概述

一、背景

20世纪九十年代以来,计算机技术、网络技术和空间技术带动了全球定位系统（GPS）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）等高新技术的迅猛发展，以此为核心的测绘科学技术发生了革命性的变革。以数字化测绘技术体系为依托，各国测绘部门所提供的基础地理信息的作用正在日益受到重视。实施“数字湛江”战略，构建湛江各县市的基础地理信息系统迫在眉睫。而数据采集作为其中的基础前提，更是重中之重。

二、意义

随着地理信息系统（Geographic Information System）技术的飞速发展和“数字地球”的提出，空间数据在诸如航空、遥感、地质、测绘、通讯、交通、水电、军事、旅游、商业等不同领域展现出日益强大的生命力。空间数据的采集已成为建立我国基础地理信息产业的一项重要的基础工作。扫描矢量化因充分利用了现有的纸质图，将绘图人员从传统的数字化仪描图板前解放出来，同时利用了计算机高速智能化处理能力，成为目前国际上流行的一种全新的数据采集手段。同时，国内具有矢量化功能的软件如MapGIS、方正智绘、Read、Geoscan、Epscan以及Geoway等具有各自不同的特点、优势和不同的数据格式。本文结合作者所参与的湛江市基础地理信息数据库建立项目，对应用Geoway软件完成数据采集工作进行了探讨和研究。

第二章 数据采集建设方案分析

第一节 数据采集方法

在基础地理信息系统的建设中，数据采集作为其的数据来源起着至关重要的作用。目前常用的GIS数据采集的方法主要有原始数据采集和地图数据采集。原始数据的采集主要是基于数字全站仪、电子经纬仪和电磁波测距仪等地面仪器的野外数据采集。地图数据采集则主要是地图数字化，包括扫描数字化和手扶跟踪数字化。

第二节 地图数据采集

在我国现今的状况下，地图数据采集应用的范围很广。它可以充分利用现有数据，提高效率，因此本节就该方法进行介绍。

一、地图矢量化

矢量化则是利用数字图像处理算法，将源图上的各种栅格阵列识别为矢量对象，最后以一定格式保存的过程。矢量图形在工业、制图业、土地利用部门等行业都有广泛的应用。在这些领域的许多成功软件都基于矢量图形，或离不开矢量图形的参与，如AutoCAD、ARC/INFO、Corel Draw、GeoStar等等。

二、地图数据采集方法

在地图数据采集中，又分为以下两种方法：

1、手扶跟踪数字化

手工数字化时，是将地图固定在数字化桌上，用固定设备跟踪地图特征，数字化桌可以做到1m×1.5m或更大。

2、扫描矢量化

扫描矢量化是先把地形底图用自动扫描仪扫描输入计算机，然后进行矢量化。

三、地图扫描矢量化法

基于二者采集过程中的优缺点，再结合实际，因此，在内业的数据采集过程中一般采用扫描矢量化的方法进行。

第三节利用GEOWAY 进行数据采集

一、Geoway产生的背景及功能

数字化技术的飞速发展极大地丰富了空间数据的产品内容和形式，信息化社会对地理空间信息的应用深度和广度提出了越来越高的要求。“一套数据，多种用途”的成果特点使得Geoway数据具有产品制作、系统建库和数据共享的多个输出方向。在对数字化生产进行深入研究的基础上，Geoway率先将数据生成的各个环节合理分解、有机组合，为数字化生产的新模式提供了一套完整的软件实现。

二、Geoway工作流程

Geoway的操作过程如下：

（一） 系统环境设置

设置数据路径，输入/编辑参数等。第一次作业时要设置工程路径，系统会把路径及更改得参数记录到注册表中。

（二） 建立工程

1、纸图图像预处理

2、方案设计

3、以矢量化任务新建工程

4、采集作业

5、成果输出

6、GIS数据深加工

（三） 质量控制

在GIS数据的生产过程中，总是会产生一些不可避免错误。错误的原因和形式是多种多样的，Geoway根据现象大致分为：图形检测、 属性检测 、拓扑检测、其他检测。因此，数据采集完毕以后，作业员要进行作业初期自查。

（四） 图幅接边

由于不可避免的原因，两个独立采集的相邻图幅地图在结合处可能出现属性裂隙（同一个物体在两个工程中具有不同的属性信息）和几何裂隙（由两个工程边界分开的一个地物的两部分不能精确的衔接），因此在GIS和机助制图中，需要把相邻的图幅之间的空间数据在属性和几何上融成一个连续一致的数据体，这个过程就是接边。接边工作包括：

1、接边图预处理

2、新建接边工程

3、接边设置

4、接边线定义

5、自动接边

6、接边检查--再次建立接边关联

7、手工接边遗漏部分

图幅接边的目的是保证矢量数据在图幅边界处能保持图形衔接性。直观地说，也就是使得相邻图幅图形在边界处的端点位置一致，但不作合并。 而图幅拼接不仅要使边界处图形连续，而且经过接边处理后，图幅两旁的对象也应合并成一个对象。

（五） 制图

1、图幅整饰

图幅整饰包括图名、方里格网、图幅外注记、比例尺、坡度尺等内容，对地形图来说，图幅整饰的内容和注记的大小等均有严格的规定，必须符合规范和图式的要求。

3、符号表现属性设置

4、打印出图或者执行符号化输出命令后导出交换格式文件

Geoway数据格式是以层格式存储的，对图层的卸载与加载非常方便。符号化输出，就是把一个作为整体的符号打散为基本的几何单元，如点和线，以便于在其它图形环境中，没有相应符号库的情况下，符号的样式不至于改变。将矢量数据符号化，形成各行业特有的地物符号。

第三章 应用前景及存在问题

一、应用前景

随着高新测绘技术的发展，电子平板测图的迅捷，使得地图扫描矢量化在今后所占的地位和起的作用越来越大。它所做出的产品更加多样化,技术含量和应用水平更高,产品的使用与维护更加方便、快捷、直观,从而也有力地推动了生产的科学化、自动化发展。

（1）它可以在屏幕上直观生动地(分层)反映出地形、地貌特征以及地籍要素。

（2）矢量化的产品能够随时保持产品信息的现势性。

（3）根据不同用户的需要,可以对产品的各种要素进行数据再加工,得到不同用途的图件。

（4）利用矢量化(地形、地籍)测绘成果,作为底图,可在计算机上进行各种规划设计与比较。

除此以外,在其他方面还显示出很多优越性,但从以上几点足以可见数据采集中的地图矢量化很符合现代社会信息的要求,是现代测绘的发展方向。

二、扫描矢量化存在的问题

1、地图扫描矢量化的误差来源：

（1）材料变形误差

（2）栅格图像扫描误差

（3）矢量化过程中产生的误差

（4）其他误差

除位置误差外，还存在属性识别、高程注记识别、属性注记等误差。

2、矢量化产品及其质量管理

矢量化产品对依比例的地物是可以任意比例输出，但对不依比例的符号、地物及注记就行不通了，如稻田、围墙、管线、陡坎等。

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关键词：高性能计算 大容量存储 数据存储

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

该文以现有的计量信息管理平台为基础，借助光纤通道技术的存储局域网（SAN），改变现有的DAS方式，并利用集中存储和分布式计算的技术将业务数据和系统数据从传统的计算机系统中分离出来，进而实现存储与计算的分离。按照这种模式构建的计算机系统，不仅能够极大地发挥计算机系统的灵活性和可用性，而且能够通过动态资源调度和组合充分发挥现有计算资源与存储资源的价值。并且还能够快速、灵活地适应新的业务发展的模式，真正实现“随需计算”，使其能够更好地满足用户及业务应用的需求。

1相关技术国内外发展现状

从20世纪的70年代以来，大多数计算机系统，尤其是大型机，采用传统的DAS（Direct―At―tached Storage）方式直接连接存储设备。近几年，随着计算机技术及网络技术的飞速发展，使得高性能计算资源和大容量存储资源在物理上的分离成为可能。将高性能计算系统与大容量存储系统进行科学分离是计量管理的必然趋势。

2本研究的设计原理

本研究的设计主要包括以下两个方面：首先，改变连接模式的方面，为了改变现有的DAS连接模式，考虑到计量信息数据的海量性、重要性等因素，我们将采用移动存储和虚拟技术相结合的方式保证数据的安全；其次，借助光纤通道技术搭建存储局域网，计算资源与存储资源通过网络相连，系统数据、用户数据和公共数据均存储在存储资源中，通过管理台来管理系统数据和计算资源之间的映射关系。使得每一个计算资源都可以通过绑定某一个系统数据，并分配相应的用户业务数据，以构成特定的业务系统；其次，大容量存储方面，数据的安全靠数据存储的技术来保证。如今国内的政府行业或企事业单位正在进行数据中心的集中，而不是集中服务器，只有做到数据信息的共享，全面收集数据并对其进行分析，才能提高政府行业或企事业单位的工作效率，才能真正做到利用基础数据对未来的发展进行决策分析。为了使存储系统拥有更安全的数据保护特性、更高的可靠性、更高的可用性、更灵活的扩展性及平滑增容的特性等，我们改变了拓扑连接技术，利用目前公认最具有发展潜力的开放式SAN存储技术，解决“信息孤岛”的问题。

3 与业务管理系统的衔接

为了将本项研究技术应用到实际工作中，同时也验证其实用性，特与吉林省能源计量数据采集分析系统相衔接，该系统是一套面向全省的能源计量数据采集分析业务系统。它的工作目标是充分利用通讯网络、自动化控制等高新技术，实现对重点用能单位能源计量工作的动态管理及对重点用能单位各耗能环节用能状况的实时监测和动态分析，为用能单位内部和相关管理部门提供高效、及时、全面、准确的用能数据，达到加强科学用能管理、挖掘节能潜力、分析耗能问题的综合节能降耗目标。政府节能主管部门可以通过对各项能耗数据实施全面监测，准确及时地评估重点用能单位用能状况，客观、公正、科学地评价节能降耗工作。该系统的架构图如图1所示。

图1 系统应用架构图

存储系统如图2所示。

图2 系统存储层面图

通过以上两个图可以看出该套业务系统不仅需要对基础信息的录入还需要对耗能现场的数据进行实时采集并加以计算最终形成分析统计的结果，因此，其访问量、存储量、计算量都相当庞大，并且对系统的相应时间要求也比较高。而利用本项目的研究方法，经过与公共计算平台的对接，使得整个系统的业务处理能力得到很大的提升，即系统连续服务时间：不间断；画面数据刷新时间：≤3秒；联机检索数据平均响应时间：≤5秒；网络平均负荷率：≤30%，充分证明了本项目所提出的方案是合理的，实际得到的结果是明显的。

该系统的研发来源于吉林省公共计算平台开放课题“基于计量管理信息平台的高性能计算系统与数据存储系统分离技术的研究”，力图利用一种计算与存储的分离技术，解决计量领域大数据的处理问题。并且通过将其应用于实际业务系统得到良好的实际效果。证明其具有很大的延伸性和发展空间，具有很大的推广价值。

参考文献

[1]张伟伟.面向I/O密集型应用的高性能计算机存储系统性能优化方法研究[D].长沙：国防科技技术大学，2012.

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【关键词】高铁；数据通信网；完善措施

前言：我国基础工程建设力度不断增大，对我国铁路中的数据通信也提出了较为严格的要求，很多铁路也不断的发展出了数据通信网，其具有的分担业务的功能为铁路运营提供了巨大的便利。但是由于不同的铁路运营部门具有不同的管理运行情况，所以在对高铁数据通信网完善的过程当中也出现了一定的矛盾与冲突。本文针对完善高铁数据通信网中的措施进行详细的探讨与分析。

一、铁路数据网的建设方案

1.1数据通信网在铁路中承担的业务

数据通信网在分类上属于铁路通信网中的铁路局区域性网络，其主要构成包含核心层、网络结构、汇聚层以及接入层组网等四部分。其可以承担旅客服务信息系统的功能[1]；同时也在综合监控系统中充当了重要的角色，全权负责铁路局综合区域的监控视频以及对车展的接入点进行监控；同时铁路数据通信网也是铁路局录音仪系统以及车站录音系统的重要承担着；铁路局会议电视终端的数据以及电视会议中心的MCU也有铁路数据通信网提供重要的承担部分；同时数据通信网还承担了电力的运动系统，调度所与车站控制中心包含有的主远动通道以及备远动通道、区间控制站都有数据通信网承担主要责任；在站内接入点与区间通过传输系统的传输作用将汇总的监控数据传输到车展中，其中需要借助铁路数据通信网返岗保证监控系统可以与铁路总局的监控系统进行连接；铁路车站中的主远动通道、备远动通道与被控区间站均通过传输系统的传输作用与车站的主业务系统进行设备连接。

1.2数据通信网的接入方式

对旅客服务信息系统以及综合视频监控系统的舌质红都需要安装三层交换机用来作为CE设备，通过FE断口与铁路数据通信网中的PE设备进行连接。CE设备与PE设备之间进行路由交换的方式注重要是通过静态路由协议进行信息的置换。各站中包含的录音仪、会议电视终端以及环境与动力的监控设备均需要通过FE端口连接高铁数据通信网中的PE设备，铁路数据网中的通讯设备是作为哥哥业务系统之中的网关设备。电化远动系统以及电力远动系统均安置二层交换机，通过这样的设置方式与铁路中的数据通信网中的PE设备进行连接，PE设备可以作为电化远动系统以及电力远动系统的重要网关设备。

二、铁路数通信数据网的完善措施

2.1铁路数据网的路由协议

铁路数据网的路由协议分为三个类别：一是网络自治域区间的路由协议，是通过自治域间和来自其他方面自治域间采用的MP-EBGP路由协议；二是网路自治域自身结构内的路由协议，是通过自治域内设备本身采用的IS-IS路由协议，通常情况下MP-IBGP路由协议是用于路由网络全局性的部署和规划虚拟的网络业务以及虚拟网络内的用户路由；三是进行业务系统接入数据路由协议，根据本地业务接入路由协议运用单归的连接方式。通过本地链接业务系统形成单独的整体和一个完整设备之间的相互链接的模式。

2.2铁路数据网的了路由策略

2.2.1用户之间的路由策略通常情况下，自治域一般是不需要过滤以及路由相互控制的，而是通过自治域本身满足用户的使用流量的需求加以控制和制约。路由器核心设置是由一级VPN路由反射器和一级路由反射器组制而成，每个区域内路由器都是一种反射簇，也就是说每个区域的使用用户的用户路由策略都是同一个类别。因此，MPLSVPN的使用方式大多情况下都是使用于铁路数据网端的各方面的业务接入，但MP-IBGP路由协议通常都是铁路数据端口的通信网络路由协议的使用而进行采用的。2.2.2用户之间的设备路由策略因结合设备和设备之间相链接的端口带宽和整体的网络结构基础，链路的开销与路由平常都通用流量平均的原则，使用区域网络的流量传输的过程平常都通用骨干网络链接的形式，产生迂回链路通常用至于区域网络之间的次选节点和骨干网络间的端口优选节点。

三、结语

综上所述，数据通信网可以在铁路运行中承担综合视频监控系统、电视会议系统、电化远动系统等众多的业务功能。但是由于不同的铁路系统中可能在数据通信网的设置与规划中存在一定的冲突与矛盾，为了有效改善这种情况，可以根据铁路系统中数据通信网中的有关路由协议规定进行数据通信路由的完善与规划，其中可依照用户路由策略以及设备路由策略的方式完善铁路数据通信路由,保证数据通信网能够有序稳定的运行下去。

参考文献

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（一）有线数据通信

数字数据网可以说是数字数据传输网，主要是利用卫星、数字微波等的数字通道和数字交叉复用。分组交换网又称为X.25网，它主要是采用转发方式进行，通过将用户输送的报文分成一定的数据段，在数据段上形成控制信息，构成具有网络链接地址的群组，并在网上传播输送。帧中继网络的主要组成设备是公共帧中继服务网、帧中继交换设备和存储设备。

（二）无线数据通信

无线数据通信是在有线数据的基础上不断发展起来的，通常称之为移动数据通信。有线数据主要是连接固定终端和计算机之间进行通信，依靠有线传输进行。然而，无线数据通信主要是依靠无线电波来传送数据信息，在很大程度上可以实现移动状态下的通信。可以说，无线数据通信就是计算机与计算机之间相互通信、计算机与个人之间也实现无线通信。这主要是通过与有线数据互联系，把有线的数据扩展到移动和便携的互联网用户上。

二、数据通信的应用前景

（一）有线数据通信的应用

有线数据通信的数字数据电路的应用范围主要是通过高速数据传输、无线寻呼系统、不同种专用网形成数据信道；建立不同类型的网络连接；组件公用的数据通信网等。数据通信的分组交换网应用主要输入信息通信平台的交换，开发一些增值数据的业务。

（二）无线数据通信的应用

无线数据通信具有很广的业务范围，在应用前景上也比较广泛，通常称之为移动数据通信。无线数据通信在业务上主要为专用数据和基本数据，其中专用数据业务的应用主要是各种机动车辆的卫星定位、个人无线数据通信、远程数据接入等。当然，无线数据通信在各个领域都具有较强的利用性，在不同领域的应用，移动数据通信又分为三种类型，即：个人应用、固定和移动式的应用。其中固定式的应用主要是通过无线信道接入公用网络实现固定式的应用网络；移动式的应用网络主要是用在移动状态下进行，这种连接主要依靠移动数据终端进行，实现在野外施工、交通部门的运输、快递信息的传递，通过无线数据实现数据传入、快速联络、收集数据等等。

三、小结

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在数据通讯规模不断扩大的今天，设备化测试技术飞速发展，传统的人工测试已经不能满足现实的需求，设备的自动化检测应运而生，并逐渐成为整体数据通信设备测试发展的大趋势。工作人员应在工作中不断总结经验，促进数据通信设备自动化的发展与实施，本篇文章主要介绍了对数据通信设备的自动化测试及实施方案，以期能够进一步提高测试效率。

【关键词】数据通讯设备 自动化检测 实施方案

1 数据通信设备测试基本概念

路由器、卫星导航等中间数据承载设备随着数据通信的整体发展，而变得格外重要。在市场经济影响下，各大数据通讯设备制造商为了在国内外市场中谋取更大的市场比重，就运行市场以及网络市场展开行业竞争。企业希望通过研制高质量、高性能的数据通信设备来占得市场先机，这时数据通信设备的测试作用在产品研发过程中显得格外重要。

2 数据通信设备自动化

随着设备产品种类的不断增多，客户对于设备质量的要求也随之增长，数据通信设备测试技术作为保证设备质量安全的专业技术，应提高测试质量与效率。为了更好地进行设备测试，提升自身质量，企业必然会应用测试工具，引用自动化测试，以带动企业整体发展。

2.1 自动化的基本概念

自动化测试，通过一些测试工具、脚本等方式，对设备、产品本身进行自动测试。自动化测试不仅可以为企业带来便利，还可以独立完成人工测试无法完成或难以完成的工作，实施自动化测试有助于对产品进行全方位测试，提升产品质量，节省人力、科技经费，相对缩短时间周期。

由于自动化测试涉及较为宽泛，除了测试技术与测试工具的整合，还包括企业整体文化问题的层面。企业要提高自身产品质量与相应工作效率，就要做好准备工作，例如拥有自己专业的测试团队，而组建自动化测试团队的前提，是企业予以资金与管理上的强大支持，让测试团队研发的科研成果得以大施拳脚。

2.2 自动化的优势

自动化测试的最大优势在于它可以代替人力进行测试工作，避免出现重复现象，同时还可以完成人工测试无法完成的工作，提升数据的可靠程度。自动化测试还具有以下优势：

（1）程序回归方便。在测试程序修改频率比较频繁时，测试效果尤为显著。因为回归测试程序都是设计好的，所以测试结果也是可以预料的。企业可以利用回归测试的自动运行，来提升数据通信设备的测试效率。

（2）更好运行繁琐测试。在企业进行数据通信设备测试时，繁琐的工作程序会让人产生排斥心，从而导致数据出现错误。而自动化测试的出现，恰好解决了此事的困扰，自动化测试可以在较短的时间内运行大量的繁杂测试，成功解放了人工测试。

（3）进行人工测试无法完成的工作。当数据数量过大，种类过多的时候，人工测试会出现一定弊端，没有足够多的工作人员同时进行设备测试。但自动化测试可以满足这一点，从而提高工作效率，达成测试目的。

（4）增加测试结果可信度。通过推行自动化测试，所以执行过程中不存在人工走神或者数据录入错误的现象，使得测试结果保质保量，从而提高了工作效率、工作质量和测试可信度。

2.3 自动化的局限

在自动化测试提高工作效率的同时，在实践应用中也存在一定局限性，这也决定了自动化测试不能完全替代人工测试的地位。

（1）项目周期短。在项目周期本就不长的前提下，没必要去投资在自动化测试中。建立测试脚本需要资金的支持，在不能得到有效利用的基础上使用，是浪费企业资源的行为。

（2）测试软件不稳定。测试软件不稳定容易出现中断或界面性错误，从而造成自动化测试失败。

（3）测试运行少。一些测试项目很少进行，所以如果使用自动化测试就意味着浪费资源。而自动化测试的存在意义就在于反复运用。

3 数据通信设备的具体实施方案

自动测试平台是决定自动化测试成功与否的重要保障，也影响着工作回报程度，所以构建良好的自动化测试平台不仅有利于测试脚本的开发，还能够进行测试工作记录并统计测试结果，在一定程度上可以缩短工作周期。合理完善的自动化测试系统与流程，是自动化测试整体工作的基础，同时也为企业带来数据通信技术的革新，从而促进企业自动化的发展。

3.1 自动化测试设计方案

（1）自动化测试套件。测试脚本、测试协议、测试模块与测试组的综合称为自动化测试套件。测试脚本本身是自动化测试的执行者，是通过自动化的相关测试来达到预期效果，是具有相同属性测试脚本的集合体；测试协议是项目协议下测试脚本的结合体，测试组则紧跟测试协议存在，每个测试协议至少要拥有一个测试组；测试模块是对测试协议的重新整合，形成指导测试进行的有效领导者。

（2）测试工程。在数据通信设备的测试方案设计过程中，测试工程是一个管理与动态层面的新概念，是通过将相同属性以及相同测试环境的测试脚本进行整合衔接，再进行管理与运行的过程，使相关从业人员可以在测试工程基础上通过管理自己喜欢的测试脚本，从而满足测试要求，有助于调动测试人员工作积极性与主动性。

3.2 自动化测试实施流程

数据通讯设备的自动化测试流程大体上分为三个部分：

（1）初始化环境。数据通信设备的初始化环境需要放在Allhiit.tcl中才能够实现其真正作用，与此同时也要将初始化名字空间配置到相应名字的空间设备下，才能更好地控制并处理好全局配置文件与支持库。

（2）记录日志。数据通信自动化测试通过初始化环境后的创建日志，在测试运行过程中记录相关日志，并在测试脚本运行完成后统计测试结果，录入报告文件，关闭日志和报告文件，释放数据通信系统资源。

（3）运行测试脚本及其相关配置。数据通信设备要根据运行参数的运行次数在相关区域内进行反复提取，并加载测试协议、测试组和测试脚本的配置文件，以达到自动化测试完美完成的效果。

4 结束语

随着我国数据通信技术的不断发展，自动化测试已经逐渐得到了相关企业的关注与重视，自动化测试的广泛应用不仅使人工测试工作人员从长时间、繁杂且重复的测试工作中得到了解放，还提升了工作效率，减少了数据错误的出现。从自动化本身特点出发，进一步说明自动化测试及实施方案的重要性。

参考文献

[1]江胜文.通信设备自动化检测系统的研制[J].电子测试，2012，2：56-59，64.

[2]李自明.数据通信设备的自动化测试及实施方案[D].北京邮电大学，2010.

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关键词：构成原理；模型的建立；通信分类；适用范围

Abstract: Wireless data communication in mobile data communication, which is based on the wired data communication. The wired data communication depends on the wired transmission, therefore only suitable for communication between fixed terminal to a computer or computer. While the mobile data communication is to transmit data through the propagation of radio waves, so it is possible to realize the mobile state of mobile communication. Wireless communication between the mobile data communication is a computer or computer and human. It is through the cable data network and Internet, the application of wired data networks is extended to mobile and portable users

Key words: construction principle; model; communication; application

中图分类号：E965 文献标识码：A 文章编号：

一、数据通信的构成原理

1.1数据通信的构成原理DTE是数据终端。数据终端有分组型终端(PT)和非分组型终端(NPT)两大类。分组型终端有计算机、数字、真机、智能用户电报终端、户分组装拆设备、用户分组交换机、专用电话交换机、视图文接入设备、局域网等各种专用终端设备;非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终端设备组成，如果传输信道为模拟信道，DCE常就是调制解调器，它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换;如果传输信道为数字信, DCE的作用是实现信号码型与电平的转换，以及线路接续控制等。传输信道除有模拟和数字的区分外，还有有线信道与无线信道,专用线路与交换网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接，通信结束后再拆除;专线连接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。 计算机系统中的通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端设备输入的数据。

二、系统模型的建立

监控系统的功能要求和XML的特点，将系统的数据通信问题转化为如何实现网络文件传输和如何使用XML文件表示数据这两个子问题。同时，为了便于实现，提高系统的可靠性、稳定性及可维护性，采用层次结构，将系统的功能划分为七层模型。

2.1 物理链路层

是指网络通讯的线路，本系统采用电信的ADSL有线方式，其它也可以是局域网（双绞线、同轴电缆、光纤等）或者无线通讯方式（GPRS、GSM、CDMA等）；物理链路层是系统数据通信的基础，但与上层的实现方式基本无关。

2.2.1标准网络协议层

是指TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议族，网络中TCP/IP协议叫做传输控制网际协议，又叫网络通讯协议，是Internet国际互联网络的基础，其中的TCP协议和UDP(User Datagram Protocol)协议是两种最常用的数据通信协议。

2.2.2文件传输层

使用Socket（套接字）技术实现文件的传输。Socket是Windows与网络的接口。Windows通过Socket把数据格式转换成网络传输格式，也把网络数据格式转换成Windows格式。Socket可以使用面向连接的协议(如TCP)，也可以使用无连接的协议(如UDP)。Socket一般用来描述IP地址和端口，是一个通信链接的句柄。应用程序通常通过Socket向网络发出请求或者应答网络请求，可以通过Socket传送数据，进一歨封装成传送任何文件（字节流）的功能。

2.2.3 XML文件控制层

在XML中的数据可能是接收到的数据，也可能是要发送的数据，监控中心和站点必须准确控制XML文件的接收和发送。特别是对于监控中心，可能同时接收到多个站点发送来的XML文件，发送XML文件时也要准确控制发送的目标站点。

2.2.4XML文件封装/解析层

这是两个相逆的过程，也是两种相对应的操作。XML文件封装是指将要发送的数据按照一定的协议打包组装成一个特定格式的XML文件，解析是指对一个XML文件按照特定的协议进行分析解读，还原出其中所描述的数据。

2.2.5数据表示层

将采集到的数据、处理中的数据或者在数据库中存储的数据等各种数据格式转换为能够用XML文件描述的格式。这一层在本地操作的数据和远程传输的数据之间建立了一个通道，使两者之间互不影响，从而不会降低系统的执行效率。

2.2.6业务逻辑层

实际上就是整个系统的用户接口，或者说是系统功能的实现层，包括打印单据、防作弊、报警处理、用户管理、查询统计、费用计算、实时监控、基础数据录入、系统管理等。

三、数据通信的分类

3. 1有线数据通信①数字数据网(DDN) 数字数据网由用户环路、DDN 节点、数字信道和网络控制管理中心组成，DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说DDN是把数据通信技术、数字通信技术、光迁通信技术以 及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。数字信道应包括用户到网络的连接线路，即用户环路的传输也应该是数字的，但实际上也有普通电缆和双绞线，但传输质量不如前。

3.2 DDN的主要特点:

①传输质量高、误码率低:传输信道的误码率要求小。②信道利用率高。③要求全网的时钟系统保持同步，才能保证DDN电路的传输质量。④DDN的租用专线业务的速率可分为2.4-19.2kbit/s，N×64kbit/s(N=1-32);用户入网速 率最高不超过 2Mbit/s。⑤DDN 时延较小。

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关键词：数据通信技术；原理；分类；应用

前言

数据通信传输是利用信道将信息实现了传输功能，其可以利用有线进行通信的传输，也可以利用无线进行传输，这时所说的数据并不是我们平进所讲的数据，其是指具有某种含义的数字、字母或符合的组合。数据通信是一项新的通信方式，其是计算机技术和通信技术相互结合及渗透的结果。其随着计算机的广泛应用发展起来，实现了不同地点之间数据的传输，使信息资料共享成为可能。

1 技术介绍

1.1 通信系统传输手段

电缆通信：双绞线、同轴电缆等。市话和长途通信。调制方式：SSB/FDM。基于同轴的PCM时分多路数字基带传输技术。光纤将逐渐取代同轴。

微波中继通信：比较同轴，易架设、投资小、周期短。模拟电话微波通信主要采用SSB/FM/FDM调制，通信容量6000路/频道。数字微波采用BPSK、QPSK及QAM调制技术。采用64QAM、256QAM等多电平调制技术提高微波通信容量，可在40M频道内传送1920～7680路PCM数字电话。

光纤通信：由于激光在光纤中可以进行长距离传输，而且其通信容量较大，通信距离长，而且具有较强的抗干扰性，因此在目前通信传输中得以广泛的应用，而且发展成为光纤通信网。而且光纤通信可以容纳超万门的通话路数，具有较强的通信能力。在近些年来，光纤通信技术得以快速的发展，同时其各种设备也应用到光纤通信中来。

卫星通信：通信距离远、传输容量大、覆盖面积大、不受地域限制及高可靠性。目前，成熟技术使用模拟调制、频分多路及频分多址。数字卫星通信采用数字调制、时分多路及时分多址。

移动通信：GSM、CDMA。数字移动通信关键技术：调制技术、纠错编码和数字话音编码。

1.2 数据通信的构成原理

数据终端（DTE）有分组型终端（PT）和非分组型终端（NPT）两大类。分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端（TeLetex）、用户分组装拆设备（PAD）、用户分组交换机、专用电话交换机（PABX）、可视图文接入设备（VAP）、局域网（LAN）等各种专用终端设备；非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终端设备（DCE）组成，如果传输信道为模拟信道，DCE通常就是调制解调器（MODEM），它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换；如果传输信道为数字信道，DCE的作用是实现信号码型与电平的转换，以及线路接续控制等。传输信道除有模拟和数字的区分外，还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路之分。

2 数据通信的分类

2.1 有线数据通信

数字数据网（DDN）。数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成。DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。DDN作为数字通信网络，其是将数字通信、光纤通信及数字交叉连接等技术有效的结合起来，数字信道中的网络连接线路及用户的环路传输都是数字的，但在实际应用中还有采用电缆及双绞线的，使其传输质量受到较大的影响。

分组交换网。分组交换网（PSPDN）是以CCITTX.25建议为基础的，所以又称为X.25网。其功能是实现对报文进行存储及转发，同时在实现这一功能时，需要将报文按照一定长度的数据段进行划分，在每个数据段上加上控制信息，从而形成一个带有地址的分组组合群体利用网络进行传输。其可以在一条电路上分出若干条虚线路，从而供多个用户同时进行使用，可以提供动态路由选择功能和误码检错功能，但却存在着一个较大的弊端，即网络性能处于较差的水平。

帧中继网。帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网三部分组成。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内，加上寻址和控制信息后在网上传输。

2.2 无线数据通信

无线数据通信是在有线数据通信的基础上发展起来的，也可称之为移动数据通信，而与有线数据不同之处即是不是通过有线进行传输的，是利用无线电流来进行数据的传递的，所以其适用范围更广，不仅可以使终端与计算机或计算机之间进行通信，同时可以实现计算机与人之间的通信，即实现移动通信。

3 数据通信的应用

3.1 有线数据通信的应用

3.1.1 数字数据电路（DDN）的应用范围有：①可提供一定强度的中高速数据通信业务。例如局域网互联、大中型主机互联、ISP等。②为分组交换网提供中继电路。③提供点对点、一点对多的业务。④提供中继帧的业务。同时也扩大了DNN的业务范围。⑤提供语音、图像等通信。⑥提供虚拟专用业务。

DDN可以应用到多个领域内，具有非常强的适应性，有效的促进了数据交换的发展，而且在无线移动通信网上利用后，增强了联网功能，不仅有效的提高了网络的可靠性，同时也使网络的自愈能力得以有效的提高。

3.1.2 分组交换网的应用

在进行内部广域网的架设时，利用分组交换网使其业务资费更加便宜，是最为经济的一种选择。同时可以进行单点及多点连接，而且通过分组交换网进行分组连接，比DDN专线的成本有很大程度上的降低，所以有效的降低了成本，对于64k的低速场合具有非常好的适用性。

3.1.3 帧中继技术的应用

帧中继有许多好处，其中比较实用的有如下几点：①降低网络互连费用，由帧中继技术可以在一条物理链接中进行多条逻辑连接，所以一条物理链接可以接入多个用户，这样可以有效的降低用户接入的费用。②简化了网络功能，提高了网络性能。由于在帧中继技术中其传统系统利用光纤来进行传输，所以使其网络处理功能得以进一步简化，有效的强化了网络的功能及缩短了网络响应的时间。同时由于高层协议的性能，使物理网络的复杂化得以进一步简化，有效的保证了高层网络的独立性。③同时帧中继技术中采用了国际的标准，有效的提高了各种产品的兼容性，从而使其利用率得到较大的提升。而且其协调较为简单，所以为各大厂商之间产品实现兼容性和互通互联性奠定了良好的基础，使其很容易实现。

3.2 无线数据通信

当前移动用户所应用的都是无线数据通信，所以也称之为移动数据通信，这种技术在我们的日常生活中使用的较为普遍，其业务可以分为两大类，即基本数据业务和专用数据业务，基本业务较为常见，如广播、传真等，而专用业务是某个行业的特殊用途，如汽车导航卫星定位、3G手机网络等。无线数据通信的应用范围较为广泛，而且随之技术的不断完善和发展，其将得到更广泛的应用。

4 结束语

目前在我们的工作和生活当中，数据通信技术已得到广泛的应用及普及，而且其新技术处于频繁的更新过程中，所以需要我们加强对新知识和新技术的学习和应用，及时了解和掌握数据通信技术的发展态势，从而使数据通信业务得到在各个领域及各个层次中都得以广泛的应用，对社会的发展及进步起到积极的推动作用。

参考文献

[1]张文基.浅谈数据通信及其应用前景[J].机械管理开发，2005（3）.

[2]周斌.数据通信与计算机网络的发展[J].信息系统工程，2011（1）.

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关键词IP数据通信网；应用现状；网络优化

1引言

上海铁路局地处东南沿海长江中下游地区，管辖地区、线路主要分布在安徽、江苏、浙江和上海市，目前管内客运专线运营里程居全路之首。2007年底，为满足上海铁路局新建工务段至车间可视会议系统对数据网的需求，组建了第一张覆盖全局范围的IP数据网，从此上海铁路局的数据通信网迎来了组网灵活、协议开放的IP数据网时代。

2既有网络现状分析

2.1普速线IP数据网网络结构

全网采用中兴公司产品，2007年底建成运行，网络覆盖二等以上车站，网络结构分为核心层、汇聚层、接入层。核心层路由器设在上海中山北路通信楼，采用2台T128互为备份（以下简称CR1、CR2），VRR(路由反射器)由2台GER04路由器构成；DR（汇聚层路由器）设在合肥、南京、杭州、徐州通信楼，均为2台GER08路由器互为备份；二等以上车站通信楼设有1台AR（接入层路由器）。

2.2客专线IP数据网网络结构

自2008年4月上海局第一条客专专线合宁客专线开通以来，合武客专、沪宁城际、京沪高铁等客专相继开通运营，这部分客专高铁线所使用的数据网设备主要为华为或华三公司产品，网络结构为核心层、汇聚层、接入层。沪宁城际数据网在路局电调楼设有2台NE80E互为备份的核心层路由器（以下简称CR01、CR02），VRR为2台NE40E构成，2台VRR为全局客专线数据网提供VPN路由反射，全局所有客专线数据网均以CR01、CR02作为核心层设备。各地DR汇聚层路由器分别采用2台路由器互为备份，各车站通信机房均设有1台AR。

2.3普速、客专线IP数据网融合

2011年全局普速、客专线数据网进行了整合，普速线CR1、CR2与CR01、CR02实现GE光互联，互联后普速线CR1、CR2降级为DR，至此全局数据通信网整合为一张网，可实现普速线网元与客专线网元间的业务互通。上海局区域网目前承载有GPRS、SCADA、会议电视、红外线、综合视频监控等14种业务。

2.4全路骨干数据通信网建成

2015年全路骨干数据通信网建成。新建铁路通信骨干数据网能极大提高铁路总公司与铁路局间以及各铁路局之间各种通信信息基础平台的传送能力，保证铁路行车调度指挥监控、经营管理和客货营销信息传送畅通，其覆盖范围包括总公司和各铁路局，是通信骨干网中重要的网络。我局在客调楼、虹桥北附楼分别新设一套骨干接入、一套骨干转发路由器，CR01、CR02分别采用10G光通道与骨干接入路由器采用BGP协议互联，并向骨干网发送局内部分VPN业务的汇总路由。根据全路IP数据通信网规划，上海铁路局区域网络划分为一个独立自治域，铁路局区域网络以自治域为单位进行管理，区域网络间的互访流量穿越骨干网络。上海局区域数据通信网与骨干数据通信网互联如图1所示。

2.5既有数据网络采用技术介绍

2.5.1路由协议规划上海局全网IGP协议为IS-IS，全网汇聚路由器与接入路由器均作为IS-ISlevel2路由器。VPN承载路由协议为MP-IBGP路由协议。上海铁路局IP数据网AS号为65133。2.5.2IP地址规划IP地址的合理分配是保证网络顺利运行和网络资源有效利用的关键，应该尽可能地利用申请到的地址空间，充分考虑到地址空间的合理使用，保证实现网络内地址分配和业务流量的合理分布。上海局管内铁路IP数据网的IP地址规划原则如下：唯一性：一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址。即使使用了支持地址重叠的MPLS/VPN技术，也尽量不要规划为相同的地址。连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路径叠合，大大缩减路由表，提高路由算法的效率。扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性。实意性：“望址生义”，好的IP地址规划使每个地址具有实际含义，看到一个地址就可以大致判断出该地址所属的类型。2.5.3各网元互联通道解决方案上海局IP数据网利用既有的沿线传输系统资源，以IPOVERSDH方式提供POS155M、FE100M通道实现异地网元互联。各地区两台互为备份的DR采用GE端口互联，并分别通过1个POS155M接口上联至上海铁路局核心路由器CR01或CR02。DR至AR间采用星型或环形连接，本站AR与相邻站AR通过POS155M或FE100M通道互联成环，环头环尾AR与不同地区DR实现POS155M或FE100M通道互联。

3既有普速线数据通信网存在的缺陷

上海局普速线中兴IP数据网承载已运行近10年之久，近年来部分路由器已出现严重老化迹象，多次发生大规模网络中断、单台路由器无故宕机、告警失效等严重故障，对所承载业务的正常运用带来了严重的安全隐患。既有普速线数据通信网仅覆盖部分二等及以上车站，目前承载了视频监控、视频会议、5T等数据业务。随着各单位信息化建设的开展，大量普速车站急需提供各类数据业务的接入能力，既有网络设备处理能力不足、互联带宽不足、未覆盖到所有客货车站的缺陷日益显露，新建一套覆盖所有普速车站以及运输站段机关的数据通信网显得十分紧迫。

4新建普速线基础数据网络规划

上海局新建普速线基础数据网由核心节点、汇聚节点和接入节点组成。核心节点：既有上海铁路局核心路由器CR01或CR02。汇聚节点：汇聚节点主要负责对接入层业务的汇聚以及向核心层节点的业务转发，设置在承载业务量相对集中且配套机房、电源以及通信传输电路资源丰富的汇聚站点。新建基础数据网汇聚节点设置在南京、合肥、杭州等地通信楼，每个汇聚点到核心路由器为2×10GE带宽，同时既有客专线汇聚点扩容到核心层路由器为1×10GE带宽，每个汇聚节点设置2套汇聚路由器，采用光纤互联。接入节点：各普速沿线各车站以及各运输站段机关设置接入节点，配置2台接入层路由器设备，构建双平面。每4～6个接入节点采用裸光纤GE光通道（或汇聚层传输系统提供的GE通道）环形双归连接至邻近的汇聚节点路由器。

5既有网络的优化工作

5.1ISIS协议重新规划

随着普速线基础数据通信网建成，上海局管内CR、DR、AR数量已超过一千台，之前全网路由器仅二百余台，均配置为IS-ISlevel2路由器，但随着路由器数量剧增，每台路由器所学习到的IPV4路由信息将过于庞大，将无畏消耗部分底层路由器CPU与内存资源，对路由器性能造成影响。基于以上考虑，在基础数据通信网建成后，已对上海局既有数据网内各DR设置为Level-1-2，AR设置为Level-1，CR设置为Level-2，这样可以有效减少AR所学到的IPV4路由信息。

5.2MPLSIPVPN路由协议的分层

PE上海局既有数据网接入的各类业务均使用VPN承载，路由协议为BGP/MPLSIPVPN路由协议。两台VPN反射器与各个PE设备建立对等体关系，所有PE设备均不分等级为一种平面模型，对网络中所有PE设备的性能要求相同。随着基础数据网建成后的网络规模不断扩大，业务种类不断增加，部署PE设备经常会遇到接入能力或路由能力的扩展性问题，从而导致整个网络的性能和可扩展性将受到影响，不利于大规模部署VPN。为解决可扩展性问题，BGP/MPLSIPVPN必然要从平面模型转变为分层模型，即配置分层VPN（HierarchyofVPN，简称HVPN）功能。分层VPN功能将PE的功能分布到多个PE设备上，多个PE承担不同的角色，并形成层次结构，共同完成一个PE的功能，因此，这种解决方案有时也被称为分层PE，采用这种分层PE的MPLSIPVPN网络成为HVPN网络。在HVPN网络中对处于较高层次的设备的路由能力和转发性能要求较高而对其接入的能力要求较低；对处于较低层次的设备需要有较强的接入能力，但对路由能力和转发性能要求较低。这样可以使用不同类型的设备部署在不同层次的网络中。而且当网络中某一层级的PE设备出现接入、路由或转发等某方面能力不足的情况时，可以通过接入新的设备提高相应的功能，使整个网络具有较强的灵活性和可扩展性。HVPN的基本结构，主要包括UPE、SPE和NPE三类设备：UPE：直接连接用户的设备称为下层PE（UnderlayerPE）或用户侧PE（User-endPE），简称UPE。UPE主要完成用户接入功能，上海局数据通信网中指定各AR为UPE。SPE：接入UPE并位于网络内部的设备称为上层PE（Su－perstratumPE）或运营商侧PE（ServiceProvider-endPE），简称SPE。SPE主要完成VPN路由的管理和，上海局数据通信网中指定各普速线基础网DR为UPE。NPE：连接SPE并面向网络侧的PE称为网络侧PE（Net－workProvider-endPE），简称NPE。上海局数据通信网中指定各客专线DR、区域CR为NPE。HVPN包括如下两种组网场景：（1）HoVPN：SPE向UPE缺省路由。UPE没有到达NPE的路由，将VPN业务的数据发送给SPE，从而达到路由隔离的目的，而且HoVPN组网中的UPE设备可以采用路由管理能力较低的设备，节约了网络部署的成本。（2）H-VPN：SPE可以向UPE明细路由。UPE作为反射器的SPE的客户端，接收SPE反射的明细路由，这样更加便于对路由管理和流量转发进行控制。

5.3对既有客专数据通信网的优化

为提高各客专沿线数据通信网的传输带宽，上海局对杭长、宁杭、杭甬、甬台温、金丽温以及沪杭数据网各网元间新增GE互联光通道工作，IBGP协议根据不同传输通道metric值优先级，优先利用新增GE通道转发数据，当GE光通道发生故障后在利用既有POS155M通道转发数据，通过此次优化工作，既提高了部分地区客专网元间的传输带宽又确保了网络的可靠性。

5.4新建基础数据网并网存在问题及临时解决方案

自基础数据网建成后大量路由器相继并网运行，既有普速线中兴路由器学习到大量ISIS路由和IBGP路由，这对大量中兴低端GER08系列路由器的CPU利用率及内存使用造成较大影响，合肥、杭州地区的DR曾发生宕机故障，为尝试解决此类问题，顺利度过新旧网络并存的过渡期，解决方案定为对中兴数据网CR与客专数据网CR采用了OPTIONA方式互联取代既有OPTIONB互联方式。通过要点割接将上海铁路局中兴IP数据网的CR1、CR2以及客专网CR01、CR02设备由P级别调整为PE级别，边界ASBR充当本区域内的PE，对端的ASBR作为CE，两个区域的边界ASBR互相配置跨域OptionA方式实现互通。将原有CR1至CR01、CR2至CR02之间的互联地址删除，通过配置多个子接口静态路由方式接收和传递VPN路由信息和业务。成功分离了中兴数据网至客专数据网间的ISIS和BGP互联协议，根据需要在中兴与客专网间互指少量静态路由，以确保既有视频监控、红外监控各车站前端设备与路局平台间的数据互通。经过分离后较长一段时间的观察监控，中兴数据网未再发生CPU利用率居高不下的问题，各地区视频会议、监控、红外业务运行正常，进一步确认了中兴GER系列路由器使用年限较长，设备处理及数据转发性能低下，当大量基础网路由器入网后，各中兴路由器要学到大量的IPV4和VPNV4路由信息，导致设备CPU负荷增加而发生宕机的故障现象。

6结论

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配电网在运行的时候，需要工作人员做好日常的维护工作，如果通信系统维护的方案比较复杂，将会提高通信系统维护的成本，增加工作人员维护的负担，所以在设计通信系统的时候，需尽量采用维护方式更便捷的方案。

2配电自动化中数据通信系统应用的方案

组建配电自动化数据通信系统的方案有很多，这些方案有其优势也有劣势，为了说明配电自动化数据通信应用方案效果多样化的特点，以无线通信的方法为例。无线通信的方式有AM、PM、GPRS通信方式等，当地只要建设了无线通信讯息接收站，就能够用无线通信的方式与配电网的中央集成系统联系，这种数据通信系统建设的方式需要花费的成本少、应用方式灵活。但是无线通信的方式保密性不足、数据传输率不稳定，这些劣势是它应用的瓶颈。表1为数据通信系统建立方案的评估结果。供电企业为了加强通信系统的稳定性，一般会采用多元通信系统建设的方案建立配电自动化网络。

3配电自动化中数据通信系统应用的设计

3.1设计的目标

在做配电自动化数据通信系统应用设计时，要以因地制宜、预备拓展的方式做好通信建设。比如，我国的部分城区可利用光缆线路作为通信系统建设的基础，供电企业只需要为电网光缆配制配电开关和其他设备就可完成通信建设。部分较偏远的地区可应用电话线开展通信建设。

3.2设计的要点

配电网要以多元化的方式建设数据通信系统。在做通信系统建设以前，相关部门要做好宏观性的规划工作，以便通信系统既能有效地应用现有的资源，又能根据未来城市发展的需要即时拓展。要使供电系统的中央集成系统能全方位地控制主干线的通信系统网络，这是配电网自动化建设实现的基础。

3.3设计的方法

通信系统线路设计———配电网通信系统的主站与子站之间应用以太网连接，以太网的转换器与交换器设备，能转换数字信息与非数字信息，能够完成中央集成系统与子电网的双向信息沟通。子电网与终端设备之间可根据实际情况，用光纤以太网连接或用其他的网线连接。供电企业除了需要设计有线线路以外，还应用当地已建立的无线接收与发射设备，建立无线网络，以便实现多元化通信信息方式并行的效果。通信系统协议设计———配电网的有线通信网络可使用标准的TCP/IP协议，这种协议能分配的地址多、拓展性强，能满足未来电网发展的需求。配电网的无线通信网络可使用GRPS无线数据通信方式、GSM通信方式。前者是一种较为先进的无线通信方式，GRPS是一种先进的、标准的无线通信方式，只要当地能接受无线通信信息，就能采用GRPS通信方式；GSM通信方式可作为GRPS通信方式的补充。通信系统设备设计———供电系统要在子电网安装监测设备、用电流量对抄设备、通信信息交流等设备。子电网与终端设备之间可用有线网络通信或无线设备通信，通信系统设备的设计没有一套统一的方案，只是安装的设备需具有智能、环保、易维护的特点。

4结语