数据通信范文

导语：如何才能写好一篇数据通信，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词:数据通信;原理;分类

数据通信是以“数据”为业务的通信系统,数据是预先约定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。数据通信是20世纪50年代随着计算机技术和通信技术的迅速发展,以及两者之间的相互渗透与结合而兴起的一种新的通信方式,它是计算机和通信相结合的产物。随着计算机技术的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展,数据通信应运而生,它实现了计算机与计算机之间,计算机与终端之间的传递。由于不同业务需求的变化及通信技术的发展使得数据通信经过了不同的发展历程。

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:光纤通信是利用激光在光纤中长距离传输的特性进行的,具有通信容量大、通信距离长及抗干扰性强的特点。目前用于本地、长途、干线传输,并逐渐发展用户光纤通信网。目前基于长波激光器和单模光纤,每路光纤通话路数超过万门,光纤本身的通信纤力非常巨大。几十年来,光纤通信技术发展迅速,并有各种设备应用,接入设备、光电转换设备、传输设备、交换设备、网络设备等。光纤通信设备有光电转换单元和数字信号处理单元两部分组成。

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。

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。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。

3数据通信的分类

3.1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。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。

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。它是采用存储——转发方式,将用户送来的报文分成具用一定长度的数据段,并在每个数据段上加上控制信息,构成一个带有地址的分组组合群体,在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通路,为多个用户同时使用,网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能,但网络性能较差。

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3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。

3.2无线数据通信

无线数据通信也称移动数据通信,它是在有线数据通信的基础上发展起来的。有线数据通信依赖于有线传输,因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的,因而有可能实现移动状态下的移动通信。狭义地说,移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与有线数据网互联,把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。

4网络及其协议

4.1计算机网络

计算机网络(ComputerNetwork),就是通过光缆、双绞电话线或有、无线信道将两台以上计算机互联的集合。通过网络各用户可实现网络资源共享,如文档、程序、打印机和调制解调器等。计算机网络按地理位置划分,可分为网际网、广域网、城域网、和局域网四种。Internet是世界上最大的网际网;广域网一般指连接一个国家内各个地区的网络。广域网一般分布距离在100-1000公里之间;城域网又称为都市网,它的覆盖范围一般为一个城市,方圆不超过10-100公里;局域网的地理分布则相对较小,如一栋建筑物,或一个单位、一所学校,甚至一个大房间等。

局域网是目前使用最多的计算机网络,一个单位可使用多个局域网,如财务部门使用局域网来管理财务帐目,劳动人事部门使用局域网来管理人事档案、各种人才信息等等。

4.2网络协议

网络协议是两台计算机之间进行网络对话所使用的语言,网络协议很多,有面向字符的协议、面向比特的协议,还有面向字节计数的协议,但最常用的是TCP/IP协议。它适用于由许多LAN组成的大型网络和不需要路由选择的小型网络。TCP/IP协议的特点是具有开放体系结构,并且非常容易管理。

TCP/IP

实际上是一种标准网络协议,是有关协议的集合,它包括传输控制协议(TransportControlProtocol)和因特网协议(InternetProtocol)。TCP协议用于在应用程序之间传送数据,IP协议用于在程序与主机之间传送数据。由于TCP/IP具有跨平台性,现已成为Internet的标准连接协议。网络协议分为如下四层:网络接口层:负责接收和发送物理帧;网络层:负责相邻节点之间的通信;传输层:负责起点到终端的通信;应用层:提供诸如文件传输、电子邮件等应用程序要把数据以TCP/IP协议方式从一台计算机传送到另一台计算机,数据需经过上述四层通信软件的处理才能在物理网络中传输。

目前的IP协议是由32位二进制数组成的,如202.0.96.133就表示连接到因特网上的计算机使用的IP地址,在整个因特网上IP地址是唯一的。

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关键词:数据通信;原理;分类

 

 

数据通信是以“数据”为业务的通信系统,数据是预先约定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。数据通信是20世纪50年代随着计算机技术和通信技术的迅速发展,以及两者之间的相互渗透与结合而兴起的一种新的通信方式,它是计算机和通信相结合的产物。随着计算机技术的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展,数据通信应运而生,它实现了计算机与计算机之间,计算机与终端之间的传递。由于不同业务需求的变化及通信技术的发展使得数据通信经过了不同的发展历程。 

 

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:光纤通信是利用激光在光纤中长距离传输的特性进行的,具有通信容量大、通信距离长及抗干扰性强的特点。目前用于本地、长途、干线传输,并逐渐发展用户光纤通信网。目前基于长波激光器和单模光纤,每路光纤通话路数超过万门,光纤本身的通信纤力非常巨大。几十年来,光纤通信技术发展迅速,并有各种设备应用,接入设备、光电转换设备、传输设备、交换设备、网络设备等。光纤通信设备有光电转换单元和数字信号处理单元两部分组成。 

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。 

 

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。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。 

 

3 数据通信的分类 

 

3.1 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。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。

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。它是采用存储——转发方式,将用户送来的报文分成具用一定长度的数据段,并在每个数据段上加上控制信息,构成一个带有地址的分组组合群体,在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通路,为多个用户同时使用,网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能,但网络性能较差。 

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3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。 

3.2 无线数据通信 

无线数据通信也称移动数据通信,它是在有线数据通信的基础上发展起来的。有线数据通信依赖于有线传输,因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的,因而有可能实现移动状态下的移动通信。狭义地说,移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与有线数据网互联,把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。

4网络及其协议 

 

4.1计算机网络 

计算机网络(ComputerNetwork),就是通过光缆、双绞电话线或有、无线信道将两台以上计算机互联的集合。通过网络各用户可实现网络资源共享,如文档、程序、打印机和调制解调器等。计算机网络按地理位置划分,可分为网际网、广域网、城域网、和局域网四种。Internet是世界上最大的网际网;广域网一般指连接一个国家内各个地区的网络。广域网一般分布距离在100-1000公里之间;城域网又称为都市网,它的覆盖范围一般为一个城市,方圆不超过10-100公里;局域网的地理分布则相对较小,如一栋建筑物,或一个单位、一所学校,甚至一个大房间等。 

局域网是目前使用最多的计算机网络,一个单位可使用多个局域网,如财务部门使用局域网来管理财务帐目,劳动人事部门使用局域网来管理人事档案、各种人才信息等等。 

4.2网络协议 

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关键词：ATM；IP；数据分析；交换技术

中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 02-0015-01

数据通信是以“数据”业务为主的一种通信系统，数据是预先约定好的具有含义的数字以及字母和符号等。计算机的发展，数据通信应运而生，实现了计算机与计算机之间的传递。电信技术的发展，使其数据交换的技术也随之出现。

交换即转接，是交换通信网中不可缺少的技术。交换是指按照某种方式对传输线路的资源进行分配，交换技术主要包含了报文的交换、分组的交换、线路的交换以及分组的交换等几个方面。

目前的宽带数据通信网出现了两种不同的技术，即IP与ATM，IP的网络核心节点为太位路电器；ATM的网络核心节点为ATM交换机，其目的为了实现信元的高速交换。

一、目前数据通信的几种交换方式

（一）电路交换：能为任意一个入网的用户提供一条临时使用的物理信道，这种方式被称为电路交换，是由通路的各节点内部早空间上完成的信道接续而形成。这条物理信道始终被用于信息的传输，因此不允许被用于其他的计算机。

（二）分组交换：分组交换，同时也被称作为包交换。它的主要作用是将用户发来的数据分割成相同长度的数据包，因此被称为打包或者分组。分组交换是指在每个数据包前面加一个分组头，作为将发往何处的地址标志，然后分组交换机会根据不同的地址标志对其转发到目的地。

（三）报文交换：报文交换，同时也被称为信息交换方式。报文交换是将用户之间不直接存在的信息进行接收以及发送的特殊物理信道。同时还将用户正在进行交换的报文进行存储，当输出电路出现空闲的情况时，再将报文发送到需要接收的交换机。

二、DDN

（一）DDN的工作方式：DDN作为高质量、高宽带的数字数据通信网，数字信道为信息传输的主要信道，因此不具有交换的功能。用户的数据信息应该根据之前约定好的协议，采用同步转移的模式对数字进行分复用的技术，所以必须在固定的时间内对通信宽带和速率传输进行事先设定。

（二）DDN提供的业务：DDN网作为全透明的网络，因此可以为分组交换网和互联网提供中继电路；不仅可以对一点对提供多量的业务；同时还可提供图像、G3传真以及语音和智能等多种业务来满足用户的要求。

三、FR

（一）FR的工作方式：FR的主要任务是将在原来的交换基础上进行分组交换做出相对简化数据传输新技术。它在OSI第二层主要采用简化的方式进行数据的传送和交换。因为FR仅完成OSI的物理层与核心层的功能，将控制流量以及纠错等任务留给终端来完成，因此不仅使节点机之间的协议简化，同时还提高了传送的效率。

（二）FR的特点：1.传输效率高。2.产生的费用低。3.兼容性好以及组网的功能性强。4.网络资源的使用率高。

（三）FR提供的业务：FR主要使用的面向连接交换技术，虽然能够提供需要交换的PVC和SVC，但目前只能采用交换虚电路的方式。

四、IP

（一）IP的工作方式：IP交换是一种高效的IPoverATM技术，同时也被称为三层交换技术。简单来讲，三层交换技术即“二层交换技术加上路由转发技术。”IP只对数据流中的第一个数据包进行路由地址的处理，由路由转发，继而按照已经计算好的路由在ATM网建立虚电路VC。这样的处理方式使数据包在今后不用经过路由器，可以直接沿着VC的方式进行传输，提高传输的效率。

（二）IP的交换的特点：1.因为彼此之间不存在连接建立时延，因此IP在进行交换的时候不需要事先建立通信线路，可以随时将信息发送出去。2.通信的双方可以不使用固定的通信线路，因此，提高了对通信线路的使用率。

（三）IP提供的业务：适合多种业务的环境，目前主要使用于宽带以及IP骨干的传输。

五、X.25

（一）X.25的工作方式：X.25的交换方式主要体现在传统储存转发方式的基础上，进而发展的一种新型交换方式。X.25的主要工作是将用户发送的数据进行分割，每个分割后的分组都有一个分组头，而分组头的主要目的是为了指明将要发往的地址，最后按照地址的排列顺序挨个进行交换网的发送。

（二）X.25的特点：因为X.25的交换动态主要为分配线路资源和传输的效率高，因此能为不同种类的终端提供互通的便捷。其具体内容如下：1.交织传输。2.统计时分可复用：采用动态的方式对线路资源进行分配。3.逻辑信道：在分组的交换方式中，每条逻辑信道在一次呼叫过程中都有相应的逻辑信道号。因此被用于用户的区分。4.虚电路：虚电路是根据报文的需要，以及占用多个时隙相应的缓冲空间而来的，因此，进行呼叫时不需要建立固定的物理通道。5.分组多路的通信：因为每个分组都有控制信息，所以分组型的终端可以做到与多个用户终端同时通信。

（三）X.25提供的业务：分组交换可以提供永久虚电路，同时还能开发以及提供增值的数据业务。

六、ATM

（一）ATM的工作方式：ATM的转移模式是立于电路交换和分组交换的基础上，主要目的是将数据分解成固定长度53B的信息，目前将这样的分组叫做信元。而ATM主要以信元为单位进行复接、交换等工作。复用的时候只要具备信元就可以进行信息的发送工作。

（二）ATM的特点：1.不仅可以建立虚电路来进行数据的传输，同时支持无连接的业务。2.因为采用的数据包属于固定长度的模式，因此有利于宽带的交换。3.采用异步术同时能够采用服用技术。4.ATM技术使其协议以及网络功能得到简化。

（三）ATM提供的业务：ATM常用于局域网互联、互联网以及虚拟局域网，还可用于电视领域。其主要优点在使用的过程中可以提高速度。

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关键词：数据通信技术 原理 应用

Abstract: With the rapid development of new technologies are emerging and our country economy, communication technology and communication industry in recent years have made great achievements, application and development of computer network technology, has injected new vitality to the communication industry in our country to make our country better able to meet people's communication and the exchange of needed.

Keywords: data communication technology; principle; application;

中图分类号：TS801.8文献标识码：A文章编号：

引言

数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有无线数据通信与有线数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。

1.通信系统传输

1.1电缆通信

主要有双绞线通信，基于同轴的PCM时分多路数字基带传输的技术。它具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、价格低廉之优势。

1.2微波通信

分为模拟微波通信和数字微波通信。微波通信由于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务的传送，如电话、电报、数据、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。还具有良好的抗灾性能，对水灾、风灾以及地震等自然灾害。

1.3光纤通信

光纤通信的应用领域是很广泛的，主要用于市话中继线，光纤通信的优点在这里可以充分发挥，逐步取代电缆，得到广泛应用。还用于长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现以逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法；用于全球通信网、各国的公共电信网(如中国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线)；它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线(CATV)系统，用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。

1.4卫星通信

利用人造卫星作为中转站实现多点之间信息的传递，应用在一些高端领域。其特点是通信距离远，通信容量大，覆盖面积大，不受地域限制、不受大气层的影响，具有很高的可靠性。

1.5移动通信

涵盖多个通信频段，能够应用在陆、海、空移动通信中。它采用了频分多址(FDMA)，时分多址(TDMA，码分多址(CDMA)技术。数字移动通信关键技术有多址接入技术、信源编码技术、信道编码技术、数字调制技术、扩频技术、时域均衡技术、分集技术。

2.数据通信的原理

通信网是由一定数量的节点和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的通信体系。

常见的终端节点有电话机、传真机、计算机、视频终端、智能终端和PBX等。它主要实现用户信息的处理(包括信息的发送和接收)、信令信息的处理(处理连接建立、业务管理等控制信息)。

交换节点是数据通信的核心设备，如电话交换机、分组交换机、路由器、转发器等。它负责集中、转发终端节点产生的用户信息。除了实现业务的集中/接入、交换、信令控制外，它还负责路由信息的更新和维护管理等功能。

业务节点包括业务控制节点(SCP)、智能外设、语音信箱系统、Internet上的各种信息服务器等。它主要实现业务的执行和控制、呼叫建立的控制和提供智能化、个性化、有差异的服务。

传输系统为信息的传输提供信道，并将网络节点连接在一起。目前，传输系统都采用频分复用、时分复用、波分复用等技术提高物理线路的利用率。

3.数据交换技术

数据交换技术主要包括线路交换、报文交换和分组交换。

线路交换是通过网络中的节点在两个站点之间建立一条专用的通讯线路。适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。

报文又称为包交换，报文是信息的一个逻辑单位。报文交换不事先建立物理电路，当发送方有数据要发送时，它将把要发送的数据当作一个整体交给中间交换设备。中间交换设备先将报文存起来，然后选择一条适合的空闲输出线将数据转发给下一个交换设备，如此循环往复直至将数据发送到目的节点。采用这种技术的网络就是存储转发网络。

分组交换方式兼有报文交换和线路交换的优点。其形式上像报文交换。在分组交换网中用户的数据被切分成一个个分组(Packet)，而且分组的大小有严格的上限。这样使得分组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中，同时由于分组交换网能够保证任何用户都不能长时间独占某条传输线路，因而它非常适合于交互式通信。

4.数据通信的应用

4.l 有线数据通信的应用

（l）数字数据网(DDN)的应用范围有：

① 为分组交换网、共用计算机互联网等提供中继电路；

② 提供点对点、一点对多点的业务适用于金融证券公司、科研教育系统、政府部门租用DDN专线组建自己的专用网。

③ 提供帧中继业务，扩大了DDN的业务范围。用户通过一条物理电路可同时配置多条虚连接。

④ 提供语音、G3传真、图像、智能用户电报等通信。

⑤ 提供虚拟专用网业务。大的集团用户可以租用多个方向、较多数量的电路，通过自己的网络管理工作站，进行自己管理，自己分配电路带宽资源，组成虚拟专用网。

（2）分组交换网的应用

分组交换是为适应计算机通信而发展起来的一种通信手段，它以X.25建议为基础，可以满足不同速率、不同型号终端与终端、终端与计算机、计算机与计算机间以及局域网间的通信，实现数据库资源共享。

① 电子数据交换业务。电子数据交换(EDI)是计算机、通信和现代管理技术相结合的产物。EDI用电子单证代替了纸面单证，由传统的多点对多点的联系变为网络信息传递。EDI技术是未来商业发展主要的工具。现在国内外都得到广泛的应用。

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关键词 数据通信；应用背景

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）24-0003-02

1 数据通信的概念和构成原理

1.1 数据通信的概念

数据通信实际上是通信技术同机技术相互融合产生的一种新型通信方式。要实现在不同地区之间的信息传输必须设置传输通道，根据数据传输媒介的不同，可以分为有限数据通信方式和无线数据通信方式两种。但是，两种数据通信方式的基本原理是相同的都要采用数据通道将数据信息终端同计算机相连接，最终在不同区域之间的数据终端实现数据信息的软件和硬件以及信息资源的共享和应用。

1.2 数据通信的应用原理

数据通信在数据终端的类型方面可以分为分组型终端和非分组型终端两大类型。分组型的数据终端通常包含计算机、数字传真机、用户智能电报终端和交换机以及图文接入设备等。而非分组终端包含的设备相对较少，只有部分的计算机终端和图文终端和用户电报终端等专用终端类配置。数据信道和数据终端设备组成数据电路，传输通道通常为模拟信道，利用调制解调器将收到的模拟信号进行数字化转换，如果收到的是数字信号则可以直接对线路进行控制管理。数据传输形式方面既包括模拟信道和数字信道之外，还包括有线信道和无线信道以及专用型线路和交换网络型线路。专业型线路在建立连接后不需要经过交换网络型线路的拆线过程，计算机设备可以通过信息控制器控制和管理数据终端连接的所有通信线路，而重要处理器则是数据信息处理的核心场所。

2 数据通信的交换形式和适用范围

2.1 电路交换形式和适用性

电路交换通常指的是当两台计算机或者数据终端在互相通信的状态下，可以使用同一条物理链路，并且该物理链路将作为这两个计算机或者数据终端的专用信道，不会被其他的计算机或者数据终端占用以及共享。这种交换形式具有接通率高、工作效率明显、降低用户用线距离和实现线路均衡性的优点，广泛应用于公用电话网的数据通信系统中。

2.2 报文交换形式和适用性

报文交换方式是通过将用户的报文存储在交换机的内存或者外存上，当系统电路有空闲时，再将报文信息发送到数据终端。这种数据通信方式可以充分利用线路，提高电路的利用率。主要应用在需要不要传输速率、不同执行协议以及代码数据终端，作为一点对多点的数据通信技术应用。但是，因为这种方式对于线路中交换机的内存和外存空间占用较大，安全性要求高的数据通信系统，不宜采用该种交换方式。

2.3 分组交换方式及适用范围

数据通信中的分组交换通常是将用户的整个报文文件进行有序的分割成若干等份数据块进行分组存储，不同的用户都可以对线路中的分组数据进行地址标识进行传输和应用，可以提高通信线路的利用率。分组交换方式的数据通信具备电路交换和报文交换两种数据通信方式的优点，主要适用于数据库检索、图文信息的存储和计算机之间的邮件传递和通信等领域，其数据传输质量高，成本较低。

3 数据通信的应用背景及发展趋势

3.1 数据通信在移动通讯业务方面的应用

进入21世纪以来，数据通信技术得到了跨越式发展，移动数据通信技术以及无线通信技术的产生和应用将数据通信技术的应用推向了巅峰。数据通信在移动通讯业务方面的应用可以实现移动式的图文传输、计算机网络接入和远程控制和网络化数据信息互联。传统式的数据通信对于网络终端端口的要求较高，一旦端口使用用户过量，就会出现拥堵问题，造成数据连接的终端无法顺利传输或者接收数据的现象。使用移动数据通信技术就可以很好的避免这种问题的产生，通常情况下，移动终端都是具有个性化定制的应用特点的，一个终端只负责一个用户，很大程度上提升了数据传输的速度和质量。同时，移动数据通信还可以实现计算机和计算机之间的远程控制和数据互联，在用户端工作繁忙的时候，可以方面用户在任何地点和区域实现数据信息的传输和应用，节约了用户时间，提高了工作效率。

3.2 帧中继数据通信技术的应用

通常讲的帧中继数据通信技术实际上就是采用光纤作为主要的传输介质的一项新型数据通信技术。帧中继数据通信技术的误码率低，差错率较少，受到了用户的广泛应用。同时，帧中继技术也是当前宽带网络技术中的数据入口，主要作为数据信息传输应用，对于语音和视频信息等对于延时要求严格的数据信息传输不适用。帧中继数据通信技术可以检测到传输信息中的错误，但是无法进行更正，在实际的应用中主要作为特定的终端接点和服务技术应用。

3.3 无线数据通信技术的应用

无线数据通信技术的产生和发展对于数据通信技术实现接入方式的模块化、网络结构一体化和应用类型综合化以及宽带网络技术的集约化的发展有着十分重要的意义。随着硬件设备的不断创新和发展，无线数据通信技术同移动通信技术和结合完全打破了数据通信的物质性和空间性，使数据信息的传输实现了数字化和信息化以及智能化。数据传输的速度也因此进行了不断的优化和创新，传输速度的提升解决了数据通信中音频和视频信息传输的延时性问题，充分发挥出了数据通信技术的优势和特点。

3.4 数据通信的发展趋势

就当前数据通信的发展来看，数据通信已经成为了人们生活中不可分割的一部分，无论是在工作、学习还是在日常生活中都无法离开数据通信。随着当代人们对于数据业务需求的不断增加，数据通信技术也得到了快速的创新和发展。最为明显的就是手机移动通信技术的应用，从最开始的信息传输需求，逐渐走向了语音数据通信传输以及视频聊天技术。可以说需求是刺激技术发展的原动力，而科学技术的发展水平则是通过实际的应用情况进行反馈和评价的。

在未来的数据通信发展方向上，移动数据通信技术和无线通信技术是发展的核心，随着各种移动设备的不断创新和应用，移动和无线数据通信技术必然进入高速的发展阶段。未来的数据通信，势必会将有线网络通信技术、无线局域网技术、移动通信技术和无线技术相融合，形成一种多元化的数据通信网络，提高数据通信传输速度的同时，也提高了数据传输的质量和满足了用户对于数据传输和应用的需求。当前的数据通信已经日臻完善，在世界经济一体化、科学技术全球化的影响下，相信数据通信会有更大的发展和突破。

4 结束语

综上所述，数据通信的内容涉及较为广泛，技术应用类型也比较丰富，不同的技术应用有着不同的适应性。在实际的应用过程中还需要结合数据通信系统的目标设计要求，进行针对性的技术评估和测试，选择适宜的数据通信技术类型和通信传输方式。移动数据通信技术和无线数据通信技术的产生和发展对于数据通信技术的推广和应用有着十分重要的现实意义。

参考文献

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[3]王春艳，贾莉.刍议数据通信在通信系统中的应用[J].黑龙江科技信息，2013（20）.

篇6

地震观测台网常用的通信方式

地震观测利用通讯技术实现观测数据的远程传输，在我国，远程地震观测数据传输开始于1966年，最初采用电话线路，虽然传输能力有限，但却将地震观测带入了实时的时代。随着现代通信的发展，不同的通信模式，如无线短波、微波、卫星通信、DDN专线等，在地震观测中都发挥过重要作用(中国地震局监测预报司，2003)。这些通信模式总体可分为两大类，即有线通信和无线通信(纪越峰等，2002)。

1有线通信

有线通信是目前地震观测通信的主要手段，在实时地震观测中，SDH光纤通信已大量得到应用。SDH光纤有线通信的优点在于其强抗干扰性、高稳定性、时延小、大带宽、高传输速率以及保密性较好等。在“十五”期间建设的中国数字强震动台网中，部分台站利用的是PSTN公用电话网拨号，其虽然可以满足仅以获取强震动记录为目的的强震动观测的需求，但实时性差，从使用的情况看，可靠性和效率也不高。有线通信的弊端为需要布设专门的通信线路，抗击自然灾害能力差，易受雷击和人为破坏。

2移动通信

移动通信技术近年来飞速发展，在我国正由2G向3G通信过渡。由于不需要铺设通信线路，移动通信的主要优点就在于架设非常方便，还能避免雷击导线引入以及线路损毁导致的故障，降低了故障发生的几率。在几种通信方式中，移动通信技术使费最低。但在2G时代，该种通信技术存在着信号稳定性差、时延较长、带宽窄、容易堵塞等问题。“十五”期间，2G移动通信技术也有所应用，在一些测震固定台和流动台，CDMA1x被用于实时传输数据(肖武军等，2009)，但效果明显差于光纤通信。在强震动台网中，CDMA1x也有较大范围的应用(崔建文等，2007)，但不进行数据的实时传输。3G通信速率、带宽、时延等指标有非常大提升，测试表明，3G通信(CDMA2000、WCDMA)能有效地实现地震数据的实时传输。但目前3G网络的覆盖面还不大，限制了其在地震观测中的应用。3G通信虽然在性能上较2G有了很大的改善，但仍然存在着抗干扰能力弱、传输质量不太稳定等问题。

3卫星通信

在所有通信手段中，卫星通信的抗灾能力是最强的，因此，作为应对灾难性地震的通信手段，VSAT卫星通信在一些国家级基准地震台中得以应用(任镇，李大辉，2010)，并被用于地震应急通信(李永强等，2007)。卫星通信的优势为不受地理条件的限制，且通信质量稳定可靠。卫星通信优点明显，但也存在着时延长、运行成本高等明显的缺点，对于VSAT卫星通信，采用较大尺寸的天线，需要精确对星，在遭遇强烈振动时，由于天线剧烈晃动，很难保证通信的正常。

地震预警和烈度速报对通信的需求

由于要实现的目标不同，地震预警和烈度速报对通信的要求也有较大的差异，在时间尺度上，地震预警以秒计，烈度速报则可以按分钟来计时。从可靠性来讲，两种系统都要求在破坏性地震发生时，台站通信正常，以保证系统基本功能。对通信的需求应从单个台站和台网系统两个方面考虑。单个台站的性能是台网整体性能的基础，台网作为一个整体具备应对局部失效的能力。作为一个需要长期运行的系统，地震预警和烈度速报采用的通信方式除在通信质量上满足要求外，还应易于实现、维护、且经济适用的。如果选择的通信方式在通信指标上能满足要求，但建设难度高、成本大，或者后期难于维护和运行费用难以承受，则是不可取的。从易于实现、维护、经济可承受等因素考虑，应该基于现有的有专业部门维护和保障的公共通信网络来实现地震预警和烈度速报的数据通信。

1地震预警对通信的需求

地震预警对通信的基本要求是以尽可能少的时间将数据传送到数据中心。采用小时延高速网络是一个行之有效的办法，此外，在传输机制上，也应尽可能减少影响通信效率的因素，如信息安全检查、数据误码效验等。其通信的性能指标考虑如下。在《中国数字测震台网技术规程》(中国地震局，2005)中，误码率的测试时间为连续24h，误码率优于10－7的指标反映的是在一段时间内允许误码发生的平均值，反映的是总体符合要求，但可能出现的情况是，误码集中出现在很短的时段内，局部状况严重恶化，如24h的误码集中在1s内出现，这样将影响分析结果。因此，在24h的误码率测试中，除规定24h内误码率优于10－7外，每个小时的误码率也要优于10－7。这时在无效验机制下，可保障传输的数据仍然是可靠的。(3)时延时延是指一个数据包从一个网络的一端传送到另一个端所需要的时间。产生时延的环节有很多，主要是由传输媒质时延和网元时延组成的，可以表示为T=Ts+Tp.(1)式中，T为数据包由发出到接收的时延(耗时);Tp是信号在介质中传播耗时产生的传输媒质时延，与传输距离成正比，在地面上，Tp时延仅占总时延很小一部分，但在卫星通信中，Tp则是不可忽略的一个部分;Ts是网元时延，由发送端、接收端和中间路由转换等设备处理数据时产生。产生网元时延的原因很多，包括使用的网络设备、网络协议、转发节点数量、数据包的大小等。由于时延与数据包的大小有关，为统一时延标准，以Ping命令在数据发送端得到数据接收端回应的时间的一半为通信的时延。Ping命令发送的是32bit的测试数据包。在中国地震信息网的测试显示，一般情况下，省级区域内，SDH光纤通信的时延小于10ms，跨省区范围内，不大于100ms。卫星通信域而公共移动通信≤1000ms。(4)抗毁需求本文仅讨论台网通信抗击地震冲击的能力。破坏性地震也可能导致地面通信的中断，要保证地震中地震波数据的正常传输，有效的解决办法是配置卫星通信。但就实现地震预警系统的功能而言，是否需要配置卫星通信系统，值得探讨。地震对通信系统的破坏机制主要有两类:一是强烈的振动直接导致通信设备损坏，二是建筑物倒塌、地形、地貌发生变化导致线路、通信设施损坏。从震害经验看，强烈振动直接损坏通信系统的可能性较小，如在日本“3•11”地震中，虽然最大的加速度峰值近3g，但网络通信基本没有受到影响，而汶川地震中通信的大面积中断，与建筑物的大量倒塌、大面积的山体滑坡、断层错动、地表破裂密切相关(温瑞智等，2011)。由于建筑物、山体和岩石都有一定的抗破坏能力，因此，建筑物的倒塌、山体的滑坡和地表破裂等现象的产生，需要有一定的强烈地震动作用时间，即在强破坏性S波作用一定的时间后才产生破坏。这一时间目前没有相关的研究，这里假定为10s，则从地震开始，地震导致通信中断的时间应不小于12s(假设台站位于震中，震源深度6km)，因此，在最不利的情况下，预警系统也有12s的获取观测数据的时间。如果利用12s的记录进行预警，考虑到近8s的数据传输和处理时间，则预警盲区将大于70km，从汶川地震中震害分布来看，在非破裂方向上，震中距(断层距)大于70km后，人员死亡的数量已很少(王艳茹等，2009)。因此，就预警的功能而言，在大地震冲击下，在最不利条件下，地面通信系统可维持12s的通信时间已基本可满足预警的需要，布设具有卫星通信功能的预警台站，并不能实质性地改善预警系统的性能，仅就实现预警的功能而言，预警台网系统并非必须配备卫星通信。综上所述，如果不考虑其它因素，如非地震引起的滑坡、泥石流等对地震预警系统台网通信的影响，则地震的冲击不足以使预警系统丧失预警的功能。基于地面通信具备抗击地震冲击的能力，系统应是可靠的。

2地震烈度速报对通信的需求

从烈度速报的机制、社会对烈度速报的响应和需求来看，震后10min内给出速报结果是合理和可行的。由于对数据的及时性要求不高，对网络通信的要求也就低于地震预警系统对网络通信的要求，故而可以采取一些会额外增加传输时间的措施来提高传输结果的可靠性。其通信的性能指标考虑如下:(1)速率烈度速报系统数据通信可采用两种方式，一种是实时传输，另一种为事件记录传输。实时传输时，以常规3通道、24bit、100sps的台站观测设备性能考虑，则其通信速率的基本要求是有≥7.2kbps的稳定信道。对于事件传输，按10min给出速报结果考虑，要求地震发生后10min内将观测记录传输到数据处理中心。同样以3通道、24bit、100sps的台站观测设备性能考虑，对于像汶川地震规模的地震，在强有感范围内，记录的持续时间不超过3min，其记录的数据量1296kbit，在记录结束后，将有近7min的时间可用于数据传输，则只要有3.1kbps稳定的通信速率，即可满足要求。(2)误码率由于地震烈度速报可采用效验机制，对于误码率的要求，可低于预警系统，这里设定为10－6，实际应用中还可更低。对于3通道采样率100sps的24bit数采，其含义为在每个小时传送的数据中，产生错误的数据量少于25.2个，这种传输错误将通过效验机制纠正。误码率的测试与预警系统相同。(3)时延。时延的大小并不会影响烈度速报系统功能的实现。因此，对于烈度速报台网的通信，时延不作要求。(4)抗毁需求。与预警系统仅仅只利用前10s地震记录不同，烈度速报需要利用整个观测记录来计算观测点的烈度值。如果地震造成通信中断，则采用实时传输的烈度速报台仅能将通信中断前的数据回传，而采用事件传输方式的烈度速报台，数据全部丢失，数据不完整或缺失将影响烈度速报系统功能的实现。因此，要保证获取极震区烈度速报观测数据，卫星通信是必须的。由于卫星通信设备的使用费昂贵，只能有部分台站实现卫星通信，这就需要考虑合理的卫星通信台站布设，以尽可能少的卫星通信台站满足烈度速报系统基本功能的需求。造成地面通信中断的主要原因为建筑物的倒塌、山体滑坡以及地面开裂。地震烈度在Ⅷ度以上，可产生上述震害现象。因此，卫星通信台站应布设在Ⅷ度以上震区。虽然我们不知道未来地震Ⅷ度以上震区的分布，但对于不同的震级强度，可以估计Ⅷ度以上震区的大小，卫星通信台站的布设应使在发生可产生地震烈度大于Ⅷ度以上区域的地震时，有一个卫星通信台站落在Ⅷ度以上区域内。一般而言，当震级达到6级时，就出现Ⅷ度破坏区域，其Ⅷ度区的面积不大于100km2(孙继浩，2011)，如果要使卫星通信台站落到Ⅷ度区内，则卫星通信台站的间距应小于10km。在我国，这实际上已超过烈度速报台网可布设的密度。如果我国以20km的间距布设烈度速报台网，这相当于在云南全省布设1000个台站，如果其中有1/4的台站，即250个台站采用卫星通信，台站的间距已达到60km，相当于3600km2内有一个卫星通信台站，但250个卫星通信台仍是个比较庞大的数量，且这种密度已很难满足烈度速报基本功能的需求。因此，平均布设卫星通信台站是不可取的，应该从地震发生的特点来寻求问题的解决方案。从以往的震害经验来看，对通信系统产生冲击的一般是7级以上的地震，而7级以上地震都有明确的构造背景，如果仅在可发生大地震的断层带布设卫星通信台站，则卫星台密度就可加大，能得到更好的烈度速报效果。以汶川地震为例，其断层为龙门山断裂带，断层破裂长度约300km、宽度最大30km。按40km的台间距围绕断层布设卫星通信台站，则只需16个台站即可将汶川地震极震区的状况作很好的描述。因此，通过在具有发生大地震危险性的断层带上布设卫星通信烈度速报台，就可以满足在烈度速报台网实现烈度速报基本功能、抗击大地震冲击的要求。

适用于地震预警系统和烈度速报系统的通信模式

1地震预警系统数据通信模式

有线通信具有抗干扰能力强、通信质量稳定可靠的特点。在有线通信中，光纤通信已替代传统的金属线缆，应用于通信主干网、各种支线通信甚至局域网中。经过多年的发展，在通信技术方面，SDH技术已成为主流，以往在测震台网中有较广泛应用的DDN专线技术已被通信公司逐步淘汰。同步数字体系(SynchronousDigitalHierarchy，简称为SDH)，是一种基于时分复用的同步数字透明传输技术。SDH对网络单元接口有严格的规范要求，具有全球统一的网络节点接口。SDH网络具有较强的生存率，由于严格同步，保证了整个网络稳定可靠，误码率低。从“十五”开始，中国地震局建立了基于SDH的全国地震信息网络，许多地震观测台站实现了数据的SDH网络传输。由运营商提供的无线通信目前有两类，其一是还在快速发展的移动通信，其二是卫星通信。(1)移动通信投入商用的移动通信已发展到第三代3G通信，在我国，目前3G通信还处于普及之中，2G通信仍然在大量使用。在第二代移动通信发展的GPRS、CDMA1x数据传输技术中，CDMA1x具有比GPRS更大的带宽，最高峰值速率可达307.2kbps。从理论上讲2G通信完全可以满足地震观测实时数据的传输(7.2kbps)，但由于语音和数据共享信道，随着网络用户数量增加，每个用户可以使用的带宽也将降低，导致数据传输的不稳定。但由于无线移动通信组网方便，在正常情况下，如没有通信量的突然增加，利用CDMA1x基本可以满足地震观测实时数据的传输(7.2kbps)，因此，在我国地震观测中CDMA1x也有应用，尤其是现场应急地震流动观测。

3G通信是工作在2GHz频段的宽带移动通信系统(纪越峰等，2002)。相比于2G移动通信，其数据传输速率有了大幅提升，最高传输速率达14Mbps。原则上，在3G信号正常的情况下，3G通信已能很好地支持地震观测实时传输。但3G通信也是多用户共享带宽，也存在2G通信随用户数量增加传输速率降低的问题，一旦通信量突然大量增加，会出现堵塞现象，则通信的质量将严重下降。我国运行的3G标准有3个，即中国移动运营的TD-SCDMA、中国联通运营的WCDMA和中国电信运营的CDMA2000。相比之下，中国电信运营的CDMA2000覆盖面最广，信号质量最好，实际测试显示其具有良好的实时地震数据传输能力。(2)卫星通信卫星通信利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电波，在2个或多个地面站之间进行通信。目前可用于公共网络通信的卫星主要有VSAT和BGAN卫星系统。卫星通信具有通信距离远、使用成本与通信距离无关的特点。由于卫星通信的电磁波主要在大气层以外的宇宙空间传播，而宇宙空间被认为是无影响的均匀介质，因此，通信信号稳定、通信质量可靠。但卫星通信也存在时延长、投资大、使用费用高等不足。①VSAT卫星系统VSAT卫星通信技术是20世纪80年代兴起的，我国主要是采用亚洲2号通信卫星。“九五”期间，根据国家数字地震台网建设需求，中国地震局建立了通信范围覆盖全国的专用VSAT卫星通信网(中国地震局监测预报司，2003)。地震卫星通信网主站设在北京，设计能力为800～1000个远端VSAT小站，它主要承担了国家和首都圈地震台网数字地震数据的传输、地壳运动基准台站(GPS台站)数据的传输、地震应急通信等。目前已有多个VSAT卫星小站遍布全国各地，其地理位置北至黑龙江黑河，南至西沙群岛，东至乌苏里江，西至新疆塔什库尔干。VSAT卫星需要精确对星，天线体积较为庞大，直径一般在1.2m。在强烈地震冲击下，很难正常工作。②BGAN卫星通信BGAN是国际海事卫星组织所主导的宽频全球区域网络系统(BroadbandGlobalAreaNetworkSys-tem)的第四代卫星通信系统。它是基于IP技术的移动卫星宽带数据通信业务，提供可靠的、高速的数据解决方案(最高速率可达144kbps)。BGAN卫星通信具有天线尺寸小、容易对星，采用全向天线，可实现动中通，因此，具有良好的抗震性能。虽然通信设备投入不高，但使用费用高昂，仅能短时间应急使用。

在通信的质量、性能上，全光纤SDH技术应该说是所有通信技术中最优异的，完全可以满足预警台站的数据通信要求，是最可取的通信模式。从性能上讲，DDN技术也能很好地满足地震预警数据传输的需求，但随着SDH技术的不断推广应用，通信运营商对DDN的支持将逐渐减弱，其投入的设备面临使用期内淘汰的风险。但SDH最小带宽2Mbps，相对于7.2kbps的预警数据传输需求而言，浪费较大。相比于有线通信，无线通信除不用铺设通信线缆，建设简便且使用费低廉外，在速率、稳定性、质量等方面都较有线通信差。由于卫星通信费用高昂，在必须采用无线通信时，宜选择3G通信中的CDMA2000或者WCDMA系统，台站移动信号应不小于－50dBm。在有线通信和移动通信都不可达到的地方，使用VSAT卫星通信系统。一般通信时采用的都是带宽共享机制，有线通信的大带宽保证了不易出现通信堵塞现象，对于移动通信而言，其带宽容量按正常状况下设计，但遇突发事件时，用户短时间集中上网，大幅突破正常容量，造成每个用户可使用带宽严重下降，通信不畅。而地震就属这种突发事件，为保障地震时预警台站数据通信的带宽需求，在信道上应开辟预警台站数据通信专门带宽通道，为预警台站留有足以保证地震实时数据正常传输的带宽。这种机制的安排对于移动通信尤为重要。就实现预警系统功能而言，采用卫星通信并不能增强预警系统抗击地震冲击的能力，但可以增加获取的地震信息量。为了获取更多的地震信息，需要适当配置一些卫星通信台站，但在极震区，在激烈震动下，常规的VSAT通信设备不能准确对星，因此，应采用对星更简便的BGAN卫星通信技术。但BGAN卫星使用费非常高昂，45元/分钟，应考虑将BGAN通信作为地面通信的一种备份使用，在地面通信正常时，通信由地面系统完成，当地面通信中断时，立刻转为卫星通信。

2烈度速报系统数据通信模式

烈度速报台站对数据传输的实时性要求比预警系统要低，因此，适用于预警系统的通信方式都适用于烈度速报系统。从降低运行成本考虑，在有3G网络(CDMA2000、WCDMA)覆盖的地方，应考虑采用3G网络。可以进行事件传输的通信方式有很多，只要满足能在地震发生后10min内将数据传输到处理中心即可，但采用在线通信方式更有利于后期台网运行维护。利用SDH网络实现台站事件的数据传输在技术上不存在问题，但在SDH网络可以应用时，台站数据采用实时传输将更直观有效。在我国，CDMA1x已大量应用于强震动台站事件数据传输，且运行状况良好。但随着3G网络的普及，对CDMA1x的支持将会被逐渐放弃。因此，在有3G网络的地区，采用3G网络不仅会得到越来越强的技术支持，而且其通信速率也高许多，利于尽快回传事件记录。

与地震预警仅能利用地震初始几秒的记录不同，要可靠地确定地震烈度，需要尽可能完整的地震动记录。在大震导致地面通信系统破坏时，利用卫星通信将地震观测数据传送到数据中心非常必要。在地面通信中断的情况下，采用VSAT卫星或者BGAN卫星通信技术来实时传送地震动数据，或者传送事件数据，在技术上不存在问题，但无论前期投入还是后期维护，成本都会很高，应该寻求其它的卫星通信方式。烈度速报系统通过对地震动记录的处理，获取了一系列用于进行烈度速报的参数。采用实时数据传输或者事件数据传输时，一般是将这种处理的功能设置在数据中心。如果将数据处理的功能设置在台站，将处理得到的参数传送到数据中心，则台站数据传送的量将得以极大的缩减，这时，就可以利用我国的北斗卫星导航系统的通信功能实现烈度速报数据的卫星通信。北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS)，该系统不仅具有定位、授时功能，还具有独特的通信功能，用户可以一次传送200个汉字的短报文信息，能够满足传输地震烈度参数的要求(姚作新，2012)。对于需要配置卫星通信的烈度台站，同时配备地面通信和北斗卫星双系统，正常情况下，台站的数据通信通过地面通信系统完成，北斗卫星通信仅在地面通信系统遭受破坏时启动。

讨论

1烈度速报台数据在预警中的应用

虽然地震预警台站要求尽可能密集布设，但由于台站建设环境要求严、成本高，在台网的密度上会比烈度速报台网要小。将烈度速报台应用于地震预警中，可增加预警系统获取地震信息的能力。烈度速报台与预警台最大的区别在于，烈度速报台对数据传输实时性的要求比预警系统低。当然，可以参照预警系统的要求提高烈度速报台网数据通信的性能，但由此而带来的是烈度速报台网维护成本的增加。应探讨在不改变烈度速报台运行模式的情况下，应用烈度台的观测数据。如前所述，实现烈度速报功能的数据传输可采取实时或者事件传输的模式。对于实时传输方式，可直接应用于预警数据的处理中。因此，需要探讨的是非实时传输数据时烈度台站数据在预警中的应用。预警的数据处理是要从地震波中提取可用于反映地震源特征的一系列参数，实时传输数据时，是将这种处理设置在数据中心。如果在台站配置数据处理终端，对地震波进行预警参数的提取，然后发回数据中心，则只要台站与数据中心的通信联络不中断，在数据中心端获取的预警参数与由中心处理得到的参数将不存在差异。在采用移动通信CMDA1x或者3G作为事件数据传输方式时，台站与数据中心的通信始终是在线的。因此，烈度速报台站采用移动通信传输事件数据模式时，可利用通信信道一直在线的特点，在台站配置数据处理终端，通过传送预警参数的方式，实现烈度速报台站数据在预警中的应用。

2先进通信技术的应用

通信技术发展非常迅速，在进行相关规划时，虽然要采用成熟的技术，但也要有一定的预见性，避免采用即将过时的技术，造成投入的设备在使用期限内就被淘汰。目前，有两个新的通信技术值得关注，其一是IPv6，另外一个就是第四代移动通信系统。4.2.1IPv6技术目前网络通信使用的是IPv4技术，它的最大问题是网络地址资源有限，且分配严重不均，在总共40亿个地址中，北美占了30亿个，而亚洲只有4亿个，到2012年，中国的IP地址资源将会枯竭。IPv6技术的提出主要就是为解决IPv4地址资源不足的问题。IPv6地址量理论上达到2128个，几近无限。因此，从长远来看，IPv6是个完整的解决方案。但IPv6从提出到现在已近20年，一直未能进入实用，原因主要在于，IPv6不能兼容IPv4，要将IPv4过渡到IPv6，前期巨大的投入将被放弃，这是运营商和广大网络使用者所不能承受的;此外，一些其它技术的应用也较大程度地减缓了IP资源消耗的速度，如NAT。另外，也有一些新技术，如suIP(超级IP)(孙文胜等，2008)、IPv9(胡顺等，2008)，能基于前期投入的基础上发展，因此，IPv6最终是否能得到普及，并不明朗。但IPv6已被确立为我国下一代互联网技术，在预警系统和烈度速报系统相应的设备中通过软件的方法实现对IPv6的支持，将有利于今后网络的过渡，保护投资。4.2.2第四代移动通信技术移动3G技术在我国还处于推广阶段，但移动4G技术已基本成熟，中国移动正开展大规模商用试验，4G的应用也应有所考虑，因此，在选用3G技术时，应考虑今后的升级。

篇7

【关键字】FPGA；串口通信；VerilogHDL语言；帧数据解析

一、前言

在常用的RS232通信中，可实现单片系统间的数据交互，然而我们利用串口通信仅仅为了得到一个字节的数据就显得太过浪费。实际通信应用中，在串口发送时，我们需要将一组串口数据封装组合为一帧数据，设置一个帧数据指令约束，规定帧头、数据长度、有效数据、校验信息、帧尾等可用信息。因此实现串口帧数据通信，在有限的串口连线上赋予更多通信信息，丰富了器件间数据交互内容。

二、串口通信协议组成

简单的RS232串口通信利用TXD，RXD实现全双工通信。协议中规定通用字格式为：1位起始位、8位数据位、奇偶校验位、1位停止位组成。按位发送和接收字节。在串口发送时，主设备按照串口格式组成顺序，以某一波特率产生TXD，主设备的TXD作为从设备的RXD,检测RXD下降沿，以相同的波特率接收数据，操作可逆。只要保证接收与发送端各自的波特率时钟一致，便可保证通信的顺利进行，即完成一个字节的数据交互。

三、帧数据通信

在单字节串口通信的基础上，将多个数据组合成有规律的一帧数据进行通信。利用FPGA可对通信数据灵活组合，只要保证收、发端遵从实现约束的帧通信协议，便能完成数据交互。我们以串口帧数据通信实现PC对某一产品的各子模块功能检测为例，通过VerilogHDL语言，完成逻辑编写，模块分为接收模块、发送模块、FIFO缓存级模块、波特率设置模块。发送模块主要实现单字节串口数据的组合成一帧数据对外发送，实质是对单字节串口发送模块的反复调用。一帧数据通信格式以帧头单字节0xAA,帧数据长度（一字节）、检测对应子模块编号（N+1个字节）、设定帧尾0x55结尾，无检验位，数据格式如图3-1所示。接收模块主要实现对一帧串口指令的接收识别解析，通信解析流程如图3-2所示。首先检测RXD的下降沿，解析帧头数据，同时计数器字节计数开始，判断帧头数据为0xaa,解析数据长度，由寄存器变量缓存（一字节），解析检测对应子模块编号（N+1个字节），解析帧头数据为0x55后通信完成，判断计数器记录字节个数与寄存器变量缓存的数据长度是否一致，判断通信中是否漏掉数据，逻辑实现过程由状态机完成。FIFO缓存级模块用于帧数据缓存处理，避免数据覆盖。波特率设置模块用于接收、发送端通信速度的灵活把控。在正确接收完成后，接收端提取检测对应子模块编号进行对应校验工作，校验完成后，将检验结果与接收的帧数据重组，以帧头0xAA,帧数据长度（一字节）、检测对应子模块编号（N+1个字节）、检测结果（一字节）、帧尾0x55的形式发送回PC上位机。从而完成对该产品指定功能模块的校验工作。实际应用中，帧数据可多加一级和校验字节，避免接收端将有效数据中0x55误判断为帧尾数据，增强串口通信的可靠性。

四、总结

基于FPGA的串口帧数据通信实现，利用简单的RS232通信协议可满足器件之间完成复杂的数据交互，通信灵活性更强，可用于PC对器件的复杂功能调控，操作更加直观，人机交互良好。

参考文献

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篇8

关键词网络RTK；水下地形测量；数据转发手簿；数据播发电台

引言

传统湖泊水下地形测量主要有2种：①通过利用水位站观测水位数据内插以时间为序列的水面高程得到水位高程模型推算测点测时的水面高程。该方法受到测区有无水位站、水面波动、水位高程模型是否准确等因素影响，使得测区的水位变化规律与水位站的水域变化规律不完全一致，容易产生较大误差。②利用自主架站的RTK无验潮模式获取测点的瞬时大地高并利用参数转换或似大地水准面模型求得该点的正常高。该方法受到测区周边是否有控制点，基准站与流动站间距离等因素的限制。现行的利用网络RTK的无验潮模式进行水下地形测量方法无需建立水位站、观测水位、布设控制点，且不受与基站距离的限制。但是，网络RTK的方法也有它的弊端，最致命的弱点就是它受到网络通信信号的限制。本文综合分析网络RTK在湖泊水下地形测量中的应用特点，以江苏省“十二五”省级基础测绘五大湖泊1∶10000水下地形测量项目为例，提出增强网络RTK数据通信的可行性方法，从而达到扩大其使用范围的目的。

1网络RTK通信原理

网络RTK也称多参考站RTK，是一项基于传统RTK技术、计算机科学技术、通讯网络技术的高精度、高可用性的实时动态定位技术。其中流动站的基本原理为：流动站实时采集坐标通过通讯网络将坐标传输到CORS中心，CORS中心根据用户坐标，结合其自身通过参考站网获取的卫星观测数据和参考站坐标计算出差分改正数再经过通讯网络，将差分改正数发送给流动站；流动站利用自身的卫星观测值加上差分改正数，得到实时高精度的载波相位观测值，因而计算出高精度坐标。因此，网络RTK的正常运转需要流动站接收机、参考站接收机、CORS中心系统软件等协同作业，且需要多次使用通信网络进行数据传输。以JSCORS为例，网络RTK的通信是使用中国移动GPRS完成，用户需在流动站端配备中国移动SIM卡进行。由于解算的实时性，要求双向数据传输持续稳定，对移动通讯信号质量要求较高。因此，如何解决在移动通讯数据难以到达的区域的数据通信问题（如大型湖区因湖面宽广，湖区中心很难有稳定的中国移动网络进行数据通信）成为一个技术难题。

2网络信号增强方案

2．1相关硬件

数据转发手簿内置一种GNSS数据链组合模块，该模块可在定位后完成CORS服务参数、IP地址、端口号、用户名、密码等参数的设置。同时它具备GPRS模块、内插SIM卡，可通过GPRS或者WIFI与CORS中心完成通信，接收差分改正数（图1）。数据播发电台是一款大功率可调频的电台设备，传送距离可达20km以上。它既可通过串口接收数据转发由手簿转发的数据，也可通过广播电台的形式接收。无论使用哪种模式接收，均可将差分数据通过广播形式播出。

2．2工作原理

既然在大型湖区中心GPRS通信信号十分微弱，我们仍可以采取一种方法避开在测区使用GPRS通信。我们将数据转发手簿放置在手机信号稳定的岸边，接收差分改正数。通过数据播发电台将这些数据以广播形式播出，传送给湖区作业的各条测船。如果岸边与测点所在区域相距过远，可以在二者之间再加设一台数据播发电台起到数据中继的作用（图2）。这样的工作模式在保证与CORS中心进行连续稳定的数据传输的同时降低了流动站的通讯要求：它将信号传输从持续稳定双向通讯降低为单向通讯，使网络RTK可以顺畅无阻地在通信信号薄弱的地方使用。

3测试实例

为验证该方案可行性与正确性，本文以江苏省“十二五”省级基础测绘五大湖泊1∶10000水下地形测量项目的实测数据为例，做了以下2组测试。

3．1可行性验证

测试随机抽取江苏五大湖之一高邮湖水域部分测线4条，每条测线约4km，50个测点。分别用常规网络RTK方法与本文叙述的改进网络TRK方法进行观测。测试从数据连续性、固定解点数等方面验证本方法的可行性（表1）。表1中，D为测线各点距岸边的平均距离，单位为km；“／”前数据为常规网络RTK测试结果，“／”后为改进网络RTK方法的测试结果。这可以看出改进方法在长距离范围数据通信稳定性有了明显提升。

3．2正确性验证

选取湖区控制点，使用改进网络RTK方法算检测各控制点（表2）。从检测结果看出，此方法的RTK成果满足相关规范的精度要求。

4结语

（1）本文所述的网络RTK改进方法降低了数据通信要求，各模块的协同作业可以保证差分数据的完成性，使流动站能够正常作业，同时并不损失精度，数据通信稳定性也大幅度的增强，添补了盲区数据通信的空白，为大型湖泊水下地形测量提供了一种可操作的方法。（2）同时，这种网络RTK的通信方法不仅局限于湖区的水下地形测量，在山区的工程测量、海洋观测、海岛测量等也有极大应用前景。

参考文献

［1］欧阳永忠，陆秀平，孙纪章．GPS测高技术在无验潮水深测量中的应用［J］．海洋测绘．2005，1（25）：6－13．

［2］黄俊华，陈文深．连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用［M］．北京：科学出版社，2000．

［3］杨汀．网络RTK定位精度影响因子与GNSS数据网络传输研究［D］．徐州：中国矿业大学，2010．

篇9

1统一信息网空间数据通信传输协议研究的意义

现阶段，数据通信存在诸多的不足，主要表现在较高的误码率、非对称信道、易中断的通信链路等，为了有效解决上述问题，采用了传统的TCP/IP，此时的空间通信协议，虽然控制了航天任务开发、维护的成本，保证了空间信息网与地面互联网二者间的有效互通，但也产生了一系列的新问题，如：对航天器的处理能力有着较高的要求，协议未能满足空间链路的需求，在此情况下，空间通信问题仍较为严峻，制约着我国航天航空事业的发展。因此，根据空间通信的特点及需求，国际组织提出了空间通信协议规范，即：SCPS。当前，我国航天航空主要采用CCSDS协议对天地间的数据进行传输与处理，对SCPS协议的使用缺少广泛性，因此，关于SCPS协议的研究需不断完善，以此满足我国天空地一体化信息网发展的需求。

2空间信息网构架

在天空地一体化信息网络构建过程中，最为关键的便是飞行器组网技术，目前，我国的卫星网络主要分为三类，分别为同步轨道、中低轨道及多层轨道卫星网络，第一类的优点为组网结构简单、卫星节点间位置及星间链路较为稳定，第二类与第三类的网络中存在两种星间链路，分别存在于轨内与轨间。根据我国卫星网络的实际情况可知，卫星组网难度较大，对技术有着较高的要求。为了有效解决统一信息网中飞行器的组网问题，本文提出了有线等效网络的空间信息网构架，首先，对太空中的飞行器进行分类处理，其处理依据为区域、轨道与功能等；其次，将一颗同步卫星和飞行器借助无线链路进行连接组网，进而构成了短期有限局部区域网；再次，将固定飞行器，即：同步卫星与地面站，借助链路连接成网，进而构成了长期稳定的有线网络；最后，将短期有限网络通过切换技术转变为稳定的长期有线网，并将长期稳定的有线网络与短期稳定的空间局域网进行连接，进而构成空间广域网[1]。本文提出了基于有线等效网络的空间信息网架构，它是由基于有线等效网络的空间局域网、空间广域网及越区切换协议组成的，该信息网对空间飞行器进行了分级组网，在此基础上，飞行器间借助无线链路实现了连接，进而形成了有线网络，即：有线等效网络。上述研究不仅满足了统一信息网络关键技术需求，同时也适应了知识产权发展的需要。通过天空地一体化通信网络的研究，实现了全球覆盖通信，保证了航天星-地资源的高效利用，提高了对中低轨航天器的精密测控，延伸了通信网络实现了一体化的5W通信服务。

3空间通信传输协议规范

在20世纪末，空间数据系统咨询委员会提出了空间通信协议规范，即，SCPS，它根据空间传输环境的特性，对传统的TCP/IP协议栈进行了修改与扩展，在此基础上，制定了网络协议、安全协议、传输协议与文件协议，SCPS实现的基础为Internet，通过修改与扩充后，有效解决了空间通信中存在的问题，提高了空间数据传输的完整性、有效性与可靠性。在国外，关于SCPS的研究与应用均较为广泛，但在国内，受诸多因素的影响，我国测控和通信领域均应用着CCSDS标准，而对于SCPS的研究十分匮乏，在此情况下，制约着我国航天航空事业的发展，造成了大量资源的浪费，增加了空间系统的成本[2]。通过SCPS传输协议的设计，满足了当前或未来空间通信环境的需求，此协议修改了标准协议，进而有效解决了空间环境与资源限制的相关问题，具体的问题有窗口缩放比例、往返时间测量、记录边界指示及高度对称通信信道性能下的应答机制等。针对不同的通信环境，TCP提供了扩展的有效技术，满足了互联网社区的需要，当前，互联网主要用于地面通信环境，因此，TCP侧重于优化此环境的服务。但地面和空间环境对通信协议性能的影响存在差异，空间环境下的属性倾向于移动和无线通信，因此，SCPS应优化移动和无线通信社区的服务。在通信环境不同的问题得到解决后，SCPS传输协议要对TCP进行进一步规范，主要体现在误比特率、RTT、连接连通性、链路性能及内存性能等方面[3]。

4结论

篇10

目前,国际上大量的电子商务交易均是通过分布式证书系统和SSL[1,2]协议来保证敏感数据的安全传输。许多Web客户端软件,如Microsoft的IE,都能支持SSL协议,因此它们能满足大多数Web数据通信的安全需求。但是,这些软件往往不能满足关键领域和部门提出的更高级别的安全需要。这些部门要求采用受控的专用算法代替IE等浏览器软件中采用的国际通用算法,或者采用与SSL协议不同的安全协议来保证Web数据通信的安全。为此,针对不同的Web应用,如果将定制的安全功能集成到每个Web客户程序中,这不但会增加Web开发的难度和复杂度,还会增加分发这些定制客户软件的成本与困难。究其根本原因,是不能做到安全功能的实现独立于应用功能的实现。本文针对上述问题,探讨如何采用技术解决Web数据的通信安全。

1安全技术

安全技术是应安全发展的需要产生的一种实践技术。随着Internet的发展,这种技术已逐步走向成熟。简单地说,安全就是代替客户/服务器一方或者双方的身份,将原本不安全的访问(服务)和数据通信,转变为安全的。最早运用的安全技术出现在应用级的安全网关上。

这种安全网关往往被放置在防火墙的非军事区(demilitarizedzone,DMZ),为外部用户访问内部网络中的服务提供安全的访问,也为内部用户访问外部网络中的服务提供安全。与SSL相同的是,安全能客户与服务器双方完成身份认证,并能建立双方通信的安全隧道。除此之外,服务器端的安全还能提供访问控制、审计、日志记录与分析、流量控制等安全服务。典型的安全结构如图1所示。从图1可看出,采用安全解决Web数据通信的安全问题,比采用浏览器自带的SSL更灵活。它能支持自定义的身份认证协议、自定义的访问控制策略和自定义的加密算法,而且能将服务器具有的部分安全机制,如日志记录和细粒度的访问控制集中到服务上,便于安全策略的集中管理和实施,降低了由于服务器配置不当可能导致的安全风险。

2安全实现方式比较

根据安全在Internet协议层中实现位置的不同,可将安全划分为表1所示的4种类型。表中列出了它们各自具有的特性。从表1中可以看出,应用层的安全无法做到对应用程序的透明支持。例如:假设内网客户的WWW访问需要通过WinGate服务器,那么客户必须修改浏览器的连接选项,将客户服务器的地址指定为提供WinGate服务的主机,而且服务器所支持的服务数量和种类有限,新型服务的无法得到支持。应用层的管理配置也很复杂。

传输层的安全能保障传输层通信协议的安全,而且能做到对上层应用的透明。也就是说,客户不需要修改应用程序的网络配置,以IE浏览器为例,客户不用设置其连接选项,只需要安装并启动客户程序,就能实现对所有采用TCP、UDP通信协议的客户程序的安全。

IPSEC[3](IPsecurity)是典型的网络层安全。它针对IP协议进行安全扩展,只要客户和服务器双方均支持IPSEC标准,就能对上层所有应用提供通信安全。目前,IPSEC只支持全局地址的主机,网络地址翻译(networkaddresstranslation,NAT)必须在路由器进行IPSEC封装前完成,因此,应用受特定网络拓扑结构限制。

链路层的安全,如采用加密卡,链路级加密设备实现某个通信链路的数据加密,是最低层的安全技术。它所支持的安全功能很简单,而且主要采用硬件实现。

从应用层到链路层:¹安全所提供的安全服务越来越少,是因访问控制、审计、日志记录分析、流量控制等安全服务与具体的应用环境密切相关,因此大多数安全服务更适于在网络协议的高层实现;º安全所支持的通信协议(也可以说是应用程序的种类)越来越多,对应用的透明性也越来越好;»安全与网络拓扑结构的相关性越来越大,越是低层的,访问控制的粒度就越粗,对安全服务的管理就越困难。基于以上分析,可得出结论:采用传输层安全,不但能解决Web数据通信的安全,还能提供更细粒度的访问控制、审计、日志记录和流量控制等安全服务,并且适用于各种不同的网络拓扑结构。

3传输层安全的实现方法

针对Windows操作系统平台,有2种在传输层实现客户安全的方法。其中一种是采用Winsock的LSP[4](layerserviceprovider)机制,在传输层与应用层的接口处增加一个层,把Web客户端对Web服务器的访问重定向到应用层的客户,通过客户与服务实现Web客户与服务器之间的安全通信。其原理如图2所示。

由于这种安全的网络连接重定向机制是在传输层实现,因此,与应用层透明,应用程序不需修改任何网络配置。它同时还采用Winsock的NSP(nameserviceprovider)机制实现了内部虚拟域名服务。如图2所示,以Web服务为例,假设提供内部Web服务的主机的虚拟域名为host1,则客户只要在浏览器地址栏键入host1,就能通过本地的虚拟NSP,将虚拟域名转换为内部主机的IP地址192.168.1.1,然后通过LSP,将网络连接正确重定向到客户。

采用LSP技术实现的传输层安全,只支持TCP、UDP协议,不能解决Windows上基于NetBIOS协议[5,6]和CIFS[7](commoninternetfilesystem)协议的/文件共享0的通信安全。这是因为包含文件共享信息的SMB(servicemessageblock)是通过NetBIOS仿真驱动程序实现的,不经过Winsock的LSP,如图3所示。因此,为了对其进行安全,要将重定向机制实现在TDI[4](transportdriverinterface)中。在NT中,SMB运行于NBT(NetBIOSoverTCP/IP)上,使用UDP137、138端口和TCP139端口;在Windows2000中,SMB可直接运行在TCP/IP上,而没有额外的NBT层,并且使用TCP445端口。

为保证文件共享信息的安全传输,客户端的TDI过滤层要实现对TCP139和TCP445连接的安全,将其转发给本机的客户,实现与服务的安全通信,如图4所示。

4Web数据安全通信的实现方法

利用传输层的安全实现一个基于Web的网络数据安全通信解决方案,如图5所示。SSCenter:鉴别服务器。实现对客户与服务的身份鉴别,并存储用户的帐户和访问授权信息。SSAdmin:鉴别服务器管理端。远程管理鉴别服务器,包括初始化、启动、停止服务等,实现对用户帐户的管理和访问控制授权。SSServer:服务。与客户、鉴别服务器一起,共同完成身份鉴别、访问控制和安全通信隧道的建立,并提供访问日志记录、连接负载平衡和流量控制机制。

SSClient:客户。客户提交Web存储访问请求,并转发应答,与服务一起完成身份鉴别和安全隧道的建立。在这个实现方案中,采用了基于对称加密体制的专用身份鉴别协议,如图6所示。其中:KA为客户的密钥;KB为服务的密钥;KTemp为由客户临时产生的加密密钥;KA(,)为采用A的密钥加密;NA为A产生的动态标识(大随机数);IDA为A的身份标识;KAB为由AS为A、B通信产生的会话密钥;AS为鉴别服务器。

设计该协议的目的有2点:一是在保证协议安全可靠的前提下,尽量简化身份鉴别的步骤,提高鉴别的效率;二是使鉴别服务器对客户透明,客户端不需要了解鉴别服务器的位置,只需与相应的服务器打交道,简化客户端的配置。从图6中可看出,该协议仅需4步就能完成客户端与服务器双方对等的身份鉴别,效率很高。通过BAN(burrowsabadineedham)[8]逻辑,证明了该协议是安全可靠的(限于篇幅,本文省略了证明过程)。

为了尽可能提高整个系统的通信效率,降低数据加密对服务器方带宽带来的影响,采用多台服务器组成服务器组,以实现加解密负载均衡的扩展结构;利用分级加密机制、访问控制信息缓存等提高系统效率的方法[9],使最终的系统更能满足实际应用的性能需要。