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2基于網絡編碼的數據通信技術研究

網絡編碼在網絡數據通信中具有十分明顯的優勢，其理論研究價值和應用前景都是不言而喻的。世界上一些高等學府和科研機構都展開了對網絡編碼的研究，并且在多個方面取得了不小的成果。

2.1網絡協議結構

當前網絡編碼研究中涉及到的主要部分還是在網絡層方面，特別是如何有效地將路由協議與網絡編碼有機結合，是基于網絡編碼的網絡結構研究的重要方面。有一部分研究已經深入到網絡編碼如何有效結合協議結構中其他協議層，例如網絡編碼與MAC層協議或者與傳送層TCP協議等等的結合問題。因為網絡編碼的特性與傳統網絡數據通信的方式有很大的區別，所以為了不更改已普遍應用的傳統網絡協議，將網絡編碼與其融合將會遇到各種各樣新的問題，例如，它們之間的兼容性、網絡編碼對網絡協議結構是否會產生不利的影響。這些問題都是后來研究者需要解決的問題，同時也為研究基于網絡編碼的網絡協議結構提供了框架性借鑒，使得網絡編碼能夠與傳統的網絡協議有機融合，提高網絡通信性能。

2.2數據傳送模型

網絡編碼具有的最重要的功能之一就是將數據智能化處理，這主要是通過對編碼策略的設計來實現，而碼構造算法是編碼策略設計的基礎。碼構造算法主要是針對網絡中間結點的編碼方式，它需要保證目的結點能夠有效識別出傳遞的編碼信息并進行正確解碼。所以碼構造算法包含了編碼和解碼兩個內容，并且要求其算法復雜程度低，易于實施應用。碼構造算法主要有三種：代數型、線性型、隨機型。線性網絡編碼能將中間結點接受的各路信息進行線性組合，這種編碼運算較簡單，所以得到了普遍應用。

2.3路由協議

基于網絡編碼的路由協議的優化設計能夠有效提高網絡數據的傳遞效率和性能，它是能夠將網絡編碼應用到實際中的重要基礎，而且將路由協議與網絡編碼進行更高層次的融合是十分重要的研究課題，可以為以后開發新的網絡提供借鑒和指導。基于網絡編碼的路由協議研究主要有兩個方面：獨立路由協議和編碼感知的路由協議，它們主要的不同點是路由協議產生的過程中能否主動編碼，也就是說路由協議是否能夠提高編碼的利用效率。

2.4數據傳輸性能保障機制

實際應用中，網絡環境復雜多變，數據傳輸的突然性和網絡拓撲結構不穩定都可能導致數據傳輸出現不穩定的狀況，例如造成數據丟失或者傳輸延遲等。所以基于網絡編碼的數據傳輸技術的開發應該結合實際的網絡環境，研究出能確保數據正確傳輸的保障機制和編碼策略，尤其需要盡可能減少數據傳輸的延遲時間和保證數據可靠傳輸。所以，基于網絡編碼的數據通信中，利用QoS保證機制是當前研究的重要課題之一。當前已研究出來幾個解決方案，比如建立數據延遲時間的模型，從模型中找出延遲的解決方案；利用多速率編碼器來分析各路中傳輸速率不同的數據，從而減小數據在編碼器中的傳輸時間。

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在光纖信號的傳輸過程中，不同成分的光源群在傳輸速度上存在一定的差異，這種差異會產生一定的時間延遲，從而形成色散。色散主要包括模式色散、色度色散以及偏振色散三種類型，其中色度色散又可以分為材料色散和波導色散兩種，色散問題在超長距離光纖通信中表現得尤為明顯。目前，傳統的方法是通過利用具有負色散系數性質的DCF進行色散補償，但是該方法存在十分顯著的非線性效應，會產生較大的損耗，而且這種損耗隨補償距離的增加而增大，在超長距離通信系統中采用該方案會產生極高的成本。針對傳統色散補償方法成本過高的問題，已經有廠家開發出了FBG色散補償模塊，該模塊能夠利用光柵對不同波長的發射特性實現對色散的補償，其損耗值與補償距離無關，有效彌補了傳統補償方法的缺點。

1.2　信噪比

在長距離通信系統中，光放大器在放大光信號的同時，會產生一定程度的自發輻射放大噪聲，由于線路的長度較長，因此會產生較大的損耗，信號衰減十分嚴重，在經過放大器放大之后，這種放大噪聲很可能與信號能量非常接近，導致接收端無法正常的分辨信號，影響系統的正常運行。針對這類問題，一般在前置放大器中加裝濾波器，這樣能夠過濾掉信號光周邊的部分噪聲信號，從而提高信噪比。

1.3　功率

在超長距離通信系統中，光纖信號在傳輸時，由于光波與傳播媒介之間的相互作用會導致光能發生一定程度的衰減，當能量衰減到一定程度之后，接收端無法從噪聲中正確的辨識出光信號，限制正常的光通信。針對這些問題，一般通過功率補償的方式來降低信號衰減所產生的損耗。目前在超長距離通信系統中采用的最主要手段是EDFA。EDFA分為功率放大器和前置放大器，其中功率放大器通常配置在傳輸系統的發射端后，以最大限度提升發射功率，前置放大器通常配置在接收端前，主要作用是提高接收靈敏度。當通信線路的長度達到一定距離后，僅僅采用功率放大器和前置放大器很難保證接收端正常的接收信號，此時需要在該方法的基礎上對光源進行附加調制或采用外接調制器進行附加調相，從而增大入射光的譜寬。目前，該方法在國家電網以及南方電網的超高壓輸電公司中得到了較好的應用。

二、超長距離通信技術在電力系統中的應用方案

我國的超長距離通信從2007年開始試驗，最初是由光迅科技與南方電網超高壓輸電公司進行合作所進行的長度為345km的2.5Gbit/s的超長距離無中繼通信工程，該段線路中配置了FEC、EDFA、RFA及光柵型DCM，系統保持了3個月的試運行，其整個運行過程的測試結果均十分良好。南方電網在“十一五”黔電送粵施秉——賢令山500kV輸電工程中，對上述技術進行了廣泛的使用，在該輸電工程中，采用超長距離通信技術的線路跨度長達318km。系統從2008年7月開始運行以來，一直保持十分穩定的工作狀態，此系統也是我國到目前為止唯一沒有設置中繼站而傳輸距離超過300km的實際工程。根據設計中的預算，相對于實際已建成的系統而言，采用中繼站將會增加約200萬元的成本。由此也可以看出，通過超長距無中繼通信技術在電力系統中的運用，能夠使電力通信系統的經濟性及運行可靠性大大提升，同時也使得通信系統的維護難度大幅度降低。此后，該技術在多項電力通信工程中得到廣泛應用。

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2紅外通訊技術在數據傳輸中的優勢

現今的數據通訊方式非常多樣，但應用領域最廣的還是紅外通訊技術，紅外通訊技術之所以能夠得到如此廣泛的應用，主要是因為它主要下列幾點顯著優勢：首先，紅外通訊技術便于進行數據的收發，它的所有數據都只是將電脈沖和紅光脈沖進行各種轉化；其次，紅外通訊技術摒棄了傳統的線纜連接方式而使用先進的無線電連接，方便進行小型設備的數據傳送工作；再次，紅外通訊技術雖然進行了大量的創新但仍符合舊有的數據傳輸的有關規定；最后，紅外通訊設備進行的是兩個設備間的直線數據傳輸，它的錐角度數不超過30度，所以保密性能更強。此外，紅外通訊技術的最顯著優勢是傳輸速度快，這是傳統的傳輸方式所不可比擬的，現今常用的傳輸速度是4M，不過，最先進的VFIR技術早已達到16M。

3可以運用紅外技術的設備

紅外數據通訊在數據傳送方面取得的工作成效十分顯著，所以在多種小型設備中都有應用，本文只列舉了一些和我們的生活工作密切相關的使用了紅外通訊設備的技術，例如：①生活中使用的各種電腦；②打印機等各種電腦附屬設備等；③各種通訊聯系工具；④單反相機、家用筆記本、電視機頂盒和手表等；⑤各種工業用或醫用設施；⑥網絡的接入設施。

4紅外技術的缺陷

進行紅外數據傳輸時必須直線工作，這就需要徹底排除其間的障礙物，這樣才能高效的完成數據傳輸工作。分析當前的紅外數據傳輸系統可以發現，其通訊速率是有待提高的，否則將無法提高數據傳輸的效率。紅外通訊技術的突破點在于引進了先進的無線傳輸方式，這也使得其使用功能比較簡單，想要擴展其功能是具有非常大的難度的。

5紅外技術為計算機技術帶來的進步

紅外通訊技術的發展會使許多的主流計算機產品及其附屬產品都受到了影響，尤其對調制解調器的應用有著惡劣影響?？茖W的研究發現，認真執行紅外通信標準可以把所有的局域網的LAN的數據率增加至10Mb/s。在紅外通信標準中，要求其發射功率很低，所以它在工作時也是由電池來提供動力的。目前，惠普電腦公司早已著手研究內置式端口，若研究成功，所有擁有紅外通信標準的筆記本電腦和手持式計算機，使用者都可以把它放在手機的一定范圍內實現高速呼叫，還能連接至當地的互聯網。紅外通訊技術有很強的兼容性，這可以為電腦的設計者及終端使用者提供多元化的無電纜連接方法，如掌上電腦、筆記本電腦、家用臺式計算機和個人數字助理設備間的文件交換等。還可以在計算機的各種設備間互相傳輸數據并控制電視、盒式錄像機等的工作。

6紅外通訊技術的發展前景

觀察目前的市場現狀不難發現，紅外通信設備已經不單單在個人數據設備、各種筆記本或打印機中使用，而在個人通訊系統即PCS和全球移動通信系統中也有了極廣泛的應用。紅外線連接是數字式的，所以筆記本電腦間的數字連接不用再應用調制解調器，便攜式PC在接通PCS數據卡后連接電話后就能和無線PCS系統開展數據傳輸；而加大電纜的紅外端口能夠使PCS電話系統及筆記本電腦之間的無線通信更加便捷。不過在連接PCS、數字電話系統及筆記本電腦時一定要應用標準的紅外端口，也因此每種電腦都可使用PCS數字電話系統，例如最先進的筆記本計算機和手持式計算機，這樣可以更簡單的進行紅外數據的通信。此外，在使用該系統時電腦中不需配備調制解調器，所以以前的不能供給高性能PC卡調制解調器工作的手持式計算機現在也可以利用無線形式來完成通信。科學的觀察現今紅外通信技術在各種設備中的應用，我們可以客觀的估計，

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這種技術是一種面向連接寬帶的交換技術,是傳統分組交換技術和電路交換技術的延伸和發展。該技術是使用定長分組把語音和圖像等信息分解成固定長度53b的信息,定長分組就是信元。作用機制是將信元作為單位進行復接、傳輸、交換,獲得了空信元就可以插入信息,且插入的位置可以是隨意的,然后進行信息傳輸。這種技術的優點是能進行無連接傳輸,有助于寬帶高速交換,簡化了網絡協議和功能等。主要業務有互聯局域網、虛擬局域網組建、支持無連接數據通信業務、支持幀中繼業務等。

1.2光交換技術

這是建立在光纖介質上的交換技術,可以分為波分光交換技術、時分光交換技術和空分光交換技術。波分光交換技術的基礎是波分復用技術,能開展超大容量的數據傳輸,采用的方法是波長變換和波長選擇。該技術分別有N條輸入和輸出管線,且每條光纖都是借助波分復用技術有n個波長的載波信號,并在每個復用器之間實現N路光纖的n個波長信號交換的。時分光交換技術的基礎上時分復用技術,原理是時隙互換。時分復用技術是將時間化成好多幀,將每個幀劃分成N個長度一樣的時隙,并將時隙分別分給N個信號,最后將N個信號復接到一條光纖上的傳輸技術?？辗止饨粨Q技術的基礎是光開關技術,通過光開關技術把光信號的傳送通路進行變化,達到傳輸的目的。此外,光交換技術還有一種是對上述三個技術的組合,形成組合光交換技術。組合光交換技術主要是由光開關陣列和波分復用器組成的。

2強化交換技術在現代數據通信中作用的建議

在現代數據通信中,選擇并使用合適的交換技術是至關重要的,尤其是對提高數據通信質量有直接影響。要想充分發揮交換技術在現代數據通信中的作用,很重要的一個衡量指標是要確保數據通信的可靠性和有效性,即保障數據通信質量。為了強化換技術在現代數據通信中的作用,提高數據通信質量,必須做到以下幾點。

(1)制定科學合理的通信協議。即要盡量減少數據包的長度,可以使用長度字節來對數據包長度進行標志;已經制定好的通信協議要經過多次驗證,提高有效性;可以采用合理的幀進行同步標志。

(2)最大程度的降低波特率相對誤差。

(3)合理使用軟件抗干擾技術。軟件抗干擾技術是一種單片機系統的自身防御,系統中控制程序代碼必須要不被損壞是該技術的使用前提。

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1．1數據處理

三取二安全計算機邏輯運算模塊的運行周期為600ms，該模塊按照周期進行數據接收、數據處理、數據輸出。在第n個周期，MPU上的控制邏輯運算模塊從雙口RAM接收到數據后，放到邏輯接收緩沖區；從邏輯接收緩沖區取出n－1個周期的數據并進行邏輯處理；將n－2個周期的邏輯處理結果，從邏輯發送緩沖區中取出，放到雙口RAM中。MPU上的控制邏輯運算模塊對安全數據進行邏輯處理的時間不超過300ms，如果超過，就會影響MPU接收或者發送數據。同樣，MPU上的控制邏輯運算模塊接收、發送數據超過300ms，也會影響邏輯處理功能。在接收發送處理階段，300ms中的280ms被分為20個發送接收子周期，每一個子周期的時間為14ms。在HCU中，也是按照同樣的運行節拍從雙口RAM中寫入或讀出數據。MPU與HCU之間交互的數據，按照預先定義的雙口RAM交換數據幀進行。數據幀定義略———編者注。

1．2數據接收

HCU通過網絡接口接收到數據后，對數據進行預處理，按照交換數據幀進行數據組包。根據當前周期號設置“cycle”，同時確定該數據包需要被放到D、E、F三個區塊中寫入區塊角色標志“role”，將“flag”設置為1（即為輸入），并交換數據幀的其他字段，按照源網絡數據包中的信息進行設置。HCU根據當前周期號確定在接收環形緩沖區中的寫入區塊后，將組包之后的交換數據幀放到寫入區塊中。MPU根據當前周期號確定在接收環形緩沖區中的讀出區塊后，從讀出區塊中獲取交換數據幀，然后對數據幀進行解包，并通過“cycle”、“role”、“flag”、“safety”、“crc”等信息來驗證數據幀的唯一性和正確性，正常的數據幀被放到邏輯接收緩沖區，異常的數據幀被丟棄。同時MPU根據當前周期號，確定在接收環形緩沖區中的測試區塊，利用內存檢測算法對測試區塊進行雙口RAM內存區塊檢測。

1．3數據發送

在當前周期的600ms內，MPU進行邏輯運算處理在300ms內完成后，MPU從邏輯發送緩沖區中讀取上個周期的邏輯處理結果數據，并對結果數據進行預處理，按照交換數據幀進行數據組包。根據當前周期號設置“cycle”，同時確定該數據包需要被放到A、B、C三個區塊中寫入區塊角色標志“role”，將“flag”設置為1（即為輸入），并交換數據幀的其他字段，按照源網絡數據包中的信息進行設置。MPU根據當前周期號，確定在發送環形緩沖區中的寫入區塊后，將組包之后的交換數據幀放到寫入區塊中。HCU根據當前周期號，確定在接收環形緩沖區中的讀出區塊后，從讀出區塊中獲取交換數據幀，然后對數據幀進行解包，并通過“cycle”、“role”、“flag”、“safety”、“crc”等信息來驗證數據幀的唯一性和正確性，驗證數據幀的正確性。異常的數據幀被丟棄，正常的數據幀按照網絡數據幀進行組包，并通過網絡發送給軌旁設備或者車載控制器。同時HCU根據當前周期號，確定在發送環形緩沖區中的測試區塊，利用內存檢測算法對測試區塊進行雙口RAM內存區塊檢測。

1．4區塊角色輪換

雙口RAM的發送與接收環形緩沖區的3個區塊，在任意一個周期都只能處于讀出、寫入、測試3種中的某一種角色，而且這3個角色進行周期輪換，區塊角色輪換表略———編者注。MPU與HCU通過雙口RAM區塊角色進行數據交互的步驟略———編者注。MPU與HCU通過相同的外部時鐘中斷來驅動數據處理軟件模塊的運行，MPU與HCU在對雙口RAM進行訪問時可以做到同步、流水線作業。在同一個處理周期內，發送環形緩沖區或者接收環形緩沖區中任何一個區塊都有明確固定的角色，MPU板和HCU板不會同時訪問操作相同區塊，只有一個板卡對特定區塊進行訪問，從而解決了雙口RAM的訪問沖突問題，不需要另外采取硬件仲裁、軟件仲裁或者信號量交互等手段。

1．5雙口RAM檢測

應用在三取二安全計算機中雙口RAM可能存在一些功能性缺陷。無論門級電子元件的制造缺陷，還是板卡電路級的設計錯誤，都可能導致雙口RAM的存儲功能性故障，從而降低其功能完整性和可靠性。雙口RAM存儲單元具有多種類型的故障略———編者注。實際項目應用中，開發人員需要關注雙口RAM存儲功能的完整性和可靠性，可以通過存儲器檢測算法來對其進行檢測和診斷，能夠及時地發現和定位雙口RAM的存儲功能故障，并及時采取相應的措施，避免因雙口RAM存儲單元的數據錯誤導致的嚴重后果。本文采用硬件BIST架構（HBIST），在硬件電路中設計專門的硬件邏輯部件來對內存進行測試，其圖形測試向量有專門的硬件電路模塊生成，自動對內存的各種功能故障進行測試，硬件架構內建測試的內存故障測試覆蓋率高，而且測試速度快，設計選取的圖形測試向量主要用于覆蓋高層次的內存故障，如NPSF、CF、DRF。HBIST利用March－TB內存測試算法對系統的內存進行測試，使用硬件HBIST電路來生成圖形測試向量，并由硬件HBIST電路來進行測試，HBIST測試電路模型略———編者注。在硬件BIST處于非工作狀態時，會拉低BIST的時鐘信號，BIST電路進入休眠狀態。當系統在夜間進入非繁忙狀態，會產生BIST＿MODE信號，來激活BIST電路的BIST模式控制器，并拉高時鐘信號，BIST模式控制器發出控制信號，會接管對整個RAM的訪問控制，并對RAM開始進行測試。BIST模式控制器控制測試向量產生器、地址與數據生成邏輯工作，產生相應的測試向量對RAM進行測試。同時，并將測試結果在BIST結果比較器中進行比較，如果發現異常，退出BIST＿MODE模式，通知MPU測試異常，MPU產生相應的告警和錯誤處理。HBIST在進行內存檢測時一共具有4種狀態：idle、test、error、wait。idle表示處于等待測試數據進行測試的空閑狀態；test表示獲得測試向量對相應內存單元進行測試；error表示檢測到內存單元出錯；wait表示處于休眠狀態，等待CPU模塊激活HBIST。HBIST狀態機的狀態轉移圖略———編者注。HBIST狀態機的VHDL程序略———編者注。在測試的過程中，通過植入內存故障，并用邏輯分析儀獲取出錯信號，硬件BIST模塊檢測內存出錯圖如圖3所示。圓圈里面的測試結果與期望結果不一致，內存檢測出錯。

1．6數據交互軟硬件設計

雙口RAM是雙端口SRAM芯片，本設計采用CY7C028V－15AXI，讀寫速度最高為15ns，數據容量為64K×16位。雙口RAM連接HCU板的一端為MPC8247的LO－CALBUS總線，連接MPU板的一端為CPCI總線橋接芯片的LOCALBUS總線，HCU可以直接通過LOCALBUS總線訪問雙口RAM，而MPU板通過PCI總線訪問，其中還有控制信號，如片選、讀寫、中斷、BUSY信號等。雙口RAM交互電路圖略———編者注。在MPU和HCU中，通過設計的軟件模塊，來完成雙口RAM的訪問操作。雙口RAM的MPU上軟件交互關鍵代碼略———編者注。

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2.形式單一。一門課程的考核應該全面考核該課程涉及的各種知識以及應用這些知識的能力，不同的知識或能力應采取不同的考核形式。目前一般都是通過期末一張試卷考核，無論是采取開卷還是閉卷形式，都無法全面考核學生的真實知識和能力。閉卷考試比較死板，注重知識，弱化運用；開卷考試雖靈活，但輕基礎。由于受限于試卷篇幅和答題時間，單次考試無法兼顧知識和能力，只能側重于知識點的考核，導致學生緊抓書本，視野狹窄，缺乏綜合運用知識的能力和創新能力?？荚嚻谀耙诲N定音”，只重結果、不重過程。通過一次考試決定學生一門課程的最終成績，存在極大的偶然性。必然導致學生平時不學，考前突擊復習，造成很多學生只注重考試期的臨陣磨槍，而忽視了平時的過程學習。必然出現學生纏著教師劃范圍、指重點，學生也只是簡單地復習重點內容，無法把握知識體系，更談不上知識的應用了。另外，僅考期末考試，大大削弱考試的反饋作用，不利于教師及時調整教學內容和方法，也不利于發揮考試對學生平時的激勵和引導作用。

二、考試改革的主要方法

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1.1網絡協議結構當前網絡編碼研究中涉及到的主要部分還是在網絡層方面，特別是如何有效地將路由協議與網絡編碼有機結合，是基于網絡編碼的網絡結構研究的重要方面。有一部分研究已經深入到網絡編碼如何有效結合協議結構中其他協議層，例如網絡編碼與MAC層協議或者與傳送層TCP協議等等的結合問題。因為網絡編碼的特性與傳統網絡數據通信的方式有很大的區別，所以為了不更改已普遍應用的傳統網絡協議，將網絡編碼與其融合將會遇到各種各樣新的問題，例如，它們之間的兼容性、網絡編碼對網絡協議結構是否會產生不利的影響。這些問題都是后來研究者需要解決的問題，同時也為研究基于網絡編碼的網絡協議結構提供了框架性借鑒，使得網絡編碼能夠與傳統的網絡協議有機融合，提高網絡通信性能。

1.2數據傳送模型網絡編碼具有的最重要的功能之一就是將數據智能化處理，這主要是通過對編碼策略的設計來實現，而碼構造算法是編碼策略設計的基礎。碼構造算法主要是針對網絡中間結點的編碼方式，它需要保證目的結點能夠有效識別出傳遞的編碼信息并進行正確解碼。所以碼構造算法包含了編碼和解碼兩個內容，并且要求其算法復雜程度低，易于實施應用。碼構造算法主要有三種：代數型、線性型、隨機型。線性網絡編碼能將中間結點接受的各路信息進行線性組合，這種編碼運算較簡單，所以得到了普遍應用。

1.3路由協議基于網絡編碼的路由協議的優化設計能夠有效提高網絡數據的傳遞效率和性能，它是能夠將網絡編碼應用到實際中的重要基礎，而且將路由協議與網絡編碼進行更高層次的融合是十分重要的研究課題，可以為以后開發新的網絡提供借鑒和指導?；诰W絡編碼的路由協議研究主要有兩個方面：獨立路由協議和編碼感知的路由協議，它們主要的不同點是路由協議產生的過程中能否主動編碼，也就是說路由協議是否能夠提高編碼的利用效率。

1.4數據傳輸性能保障機制實際應用中，網絡環境復雜多變，數據傳輸的突然性和網絡拓撲結構不穩定都可能導致數據傳輸出現不穩定的狀況，例如造成數據丟失或者傳輸延遲等。所以基于網絡編碼的數據傳輸技術的開發應該結合實際的網絡環境，研究出能確保數據正確傳輸的保障機制和編碼策略，尤其需要盡可能減少數據傳輸的延遲時間和保證數據可靠傳輸。所以，基于網絡編碼的數據通信中，利用QoS保證機制是當前研究的重要課題之一。當前已研究出來幾個解決方案，比如建立數據延遲時間的模型，從模型中找出延遲的解決方案；利用多速率編碼器來分析各路中傳輸速率不同的數據，從而減小數據在編碼器中的傳輸時間。

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1.2編碼調制油田數據傳輸系統編碼調制分為二進制編碼調制、十進制編碼調制以及十六進制編碼調制。十進制編碼調制的輸入端有10個數據連接點，每個數據點代表不同的數據值。輸出部分的連接點共有4個，形成為8421十進制編碼。該數據連接點的排布從左向右為I0~I9，當編碼的數字首位為0，其他數字為1時，輸出端編出的碼型序列為0；當編碼的數字第二位為0，其他數字為1時，輸出端編出的碼型序列為1；當編碼的數字第三位為0，其他數字為1時，輸出端編出的碼型序列為2，以此類推，即為十進制編碼轉換原則。十進制編碼比二進制編碼過程復雜，但保密性能比二進制好。十六進制編碼與十進制編碼過程相類似，但是對9以后的數字編碼要用ABCDEFG進行編制，當編制的數據信息為103131156時，那么接收到的編碼序列即為A3D1F6。數據傳輸系統中二進制編碼技術通常應用于傳輸話音信號，其優勢為編碼技術簡化，占用的信道寬；十進制編碼和十六進制編碼技術應用于傳輸視頻信息與數據信息，這兩種編碼技術保密性能佳，并且在傳輸數據信息中添加了冗余碼與糾錯碼，可保證傳輸信息的有效性。

1.3移動天線射頻移動天線射頻技術中的設備根據俯仰角度不同，分為全向天線與定向天線兩種類型。全向天線由于覆蓋范圍大，發射功率低，所以容易受到大氣層中電磁波的干擾，使傳輸的數據信號失真，這種設備多用于油田空曠地區。定向天線覆蓋范圍小，傳輸距離遠，但是發射的功率信號只能朝一個傳播方向，如果在大型油田建筑群體設立單獨的定向天線，發射的信號就會被障礙物吸收，因此每個建筑通常設立3個天線，每個定向天線覆蓋的范圍為120°，組成一個全向覆蓋范圍區域。每個定向天線的俯仰角度控制在15°范圍內，定向發射的頻率為8000Hz。在發射射頻功率過程中，發揮主要功能的設備為耦合器，其結構組成為直流耦合端、輸入端、隔離端及耦合輸出端。

2TD—LTE技術的應用

2.1數據傳輸信道TD—LTE無線通信系統的傳輸信道分成等間隔的32個信道，其中上行信道16個，下行信道16個。上行信道負責數據的編碼，下行信道負責數據的傳輸。上行信道具有數據信息編碼和譯碼功能，可以在數據編碼過程中添加冗余碼和糾錯碼。在數據字符串間添加冗余碼的過程中，上行信道會根據冗余碼的排列順序進行翻譯，若對等的字符串沒有得到有效的翻譯，編碼器便會重新接收冗余碼，再一次進行翻譯表達，直到油田數據終端設備接收到的數據信息與信源設備輸出的信息一致，才會完成對數據信息的譯碼。

2.2油田數據傳輸系統無線局域網無線局域網的組建要根據不同的IP地址進行劃分，以達到共享石油專網內的數據資源的目的。IP地址段分為4個區域段，A類IP地址段為0~127，B類IP地址段為128~191，C類IP地址段為192~223，D類IP地址段為224~239，每個區域段之間的主機設備都能夠實現遠端控制功能。

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2民航數據通信網中組播VPN的實現

在民航數據通信網中實現組播VPN主要需完成骨干網絡的準備工作以及組播VPN設計與實施等工作。

2.1組播VPN的規劃設計民航ATM數據網華東地區ATM交換機上的RPM-PR板卡提供了MPLSVPN業務，目前部署的MPLSVPN業務網絡拓撲為星形結構，即由區域一級節點9槽RPM板卡作為P設備和路由反射器，而其他節點均為PE設備。華東地區ATM網絡中同時承載著兩個相互獨立的組播業務：ATM數據網公網組播實例和名為YJCJ2的用戶私網組播實例。VPN組播實例是通過在P和PE設備上部署實現的，網絡中，作為P和PE的RPM板卡上運行著公網組播實例，而作為PE的RPM板卡同時又運行著用戶私網組播實例。公網的組播實例是在所有RPM板卡上開啟組播應用。上海虹橋和浦東機場兩個節點的10槽RPM板卡負責接入用戶的VPN組播業務，所以需在這兩臺設備上部署MPLSVPN應用，并在這兩個用戶站點相應的VRF實例中開啟組播應用。在本案例中，VPN用戶接入側要求使用的是PIM密集模式，而民航數據網MPLSVPN公網則使用的是PIM稀松模式。在MPLSVPN網絡中不同用戶的VPN站點都是彼此邏輯獨立的，并且VPN用戶數據封裝MPLS標簽后通過公網的PE和P設備進行傳輸。對于VPN組播來說，數據的傳輸模式也是類似的。PE設備通過將該VPN實例中的用戶VPN組播數據報文封裝成公網所能“識別”的公網組播數據報文進行組播轉發。這種將私網組播報文封裝成公網組播報文的過程就叫做構造組播隧道（MT）。在PE上，每個VPN用戶的組播數據是通過不同的MTI(MulticastTunnelInterfac)組播隧接口在公網構造組播隧道，參見圖2。由于公網、VPN網以及用戶接入側各組播部署中都采用PIM協議啟用了組播應用，MPLSVPN中組播應用包含如下的PIM鄰居關系：（1）PE-P鄰居關系：指PE上公網實例接口與鏈路對端P上的接口之間所建立的PIM鄰居關系。（2）PE-PE鄰居關系：指PE上的VPN實力通過MTI收到遠端PE上的VPN實例發來的PIMHello報文后建立的鄰居關系。（3）PE-CE鄰居關系：指PE上綁定VPN實例的接口與鏈路對端CE上的接口之間建立的PIM鄰居關系。部署公網組播實例需在華東地區所有相關RPM板卡開啟組播服務，考慮到密集模式對RPM設備和骨干網資源的開銷，在民航ATM數據網中使用了PIM稀松模式。根據網絡的物理網絡拓撲模型，選取上海虹橋9槽RPM板卡作為RP。

2.2組播VPN的實施運行在MPLSVPN網絡中的P和PE設備上部署PIM協議，這些設備之間會形成PE-P鄰居關系，從而使得公網支持組播功能，并形成公網的組播分發樹。本案例中使用PIM稀松模式，即在虹橋和浦東機場節點的9、10槽RPM板卡的配置底層IGP路由協議的接口上部署PIM稀松模式，這樣就構造了公網的PIM共享樹。在傳輸用戶私網組播報文的PE上部署基于VRF實例的組播，一個VPN實例唯一制定一個Share-Group地址。同一個VPN組播域內的PE之間形成PE-PE鄰居，并形成該組播域的共享組播分發樹（Share-MDT）。在本例中就是在虹橋和浦東機場的10槽YJCJ2VRF實例中部署相應的defaultMDT地址239.255.0.5。用戶CE設備和PE連接CE的相應接口啟用組播，本例中使用PIM密集模式。這樣就形成了PE-CE鄰居關系。本例中是在虹橋和浦東機場節點的相應VPN業務端口配置PIM密集模式。當用戶有組播報文需要傳輸的時候，就將組播報文發送給PE的VRF實例，PE設備收到報文后識別組播數據所屬的VRF實例。用戶私網的數據報文對于公網是透明的，不論數據歸屬或類別，PE都統一將其封裝為公網組播數據報文，并以Share-Group作為其所屬的公網組播組。一個Share-Group唯一對應一個MD，并利用公網資源唯一創建一棵Share-MDT進行數據轉發。在該VPN中所有私網組播報文，都通過此Share-MDT進行轉發。如圖3所示，可以看到華東地區公網上的Share-MDT創建的過程。虹橋節點10槽RPM向9槽RPM(RP節點)發起加入消息，以Share-Group地址作為組播組地址，在公網沿途的設備上分別創建（*，239.255.0.5）表項。同時虹橋浦東機場節點也發起類似的加入過程，最終在MD中形成一棵以虹橋節點9槽RPM為根，以虹橋、浦東機場節點10槽RPM為葉的共享樹（RPT）。隨后，虹橋和浦東機場節點10槽RPM的公網實例向公網RP發起注冊，并以自身BGP的router-id地址作為組播源地址、Share-Group地址作為組播組地址，在公網的沿途設備上分別創建（20.51.5.6，239.255.0.5）和（20.51.5.3，239.255.0.5）表項，形成連接PE和RP的最短路徑樹（SPT）。在PIM-SM網絡中，由（*，239.255.0.5）和這兩棵相互獨立的SPT共同組成了Share-MDT。虹橋節點PE的私網組播報文在進入公網后，均沿該Share-MDT向浦東機場節點PE轉發。圖4是私網組播報文在公網中轉發的過程。當浦東機場節點的YJCJ2VPN用戶CE設備加入到虹橋節點數據源所在的組播組，此時由于這兩個站點部署為PIM-DM模式，虹橋節點組播設備會立刻將數據推送到虹橋節點10槽RPM的YJCJ2VRF實例中，并通過該VPN構建的Share-MDT在公網上以（20.51.5.6，239.255.0.5）構建的SPT進行公網組播報文傳輸。當公網組播報文被浦東機場10槽PE設備收到后會將其解封裝成原始的私網組播報文，并轉發給相應的接收CE，最終完成用戶私網組播數據在MPLSVPN網絡中的傳輸。

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在許多基于單片機的應用系統中，系統需要實現遙控功能，而紅外通信則是被采用較多的一種方法。紅外通信具有控制簡單、實施方便、傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。紅外線通信是一種廉價、近距離、無線、低功耗、保密性強的通訊方案，主要應用于近距離的無線數據傳輸，也有用于近距離無線網絡接入。從早期的IRDA規范（115200bps）到ASKIR（1.152Mbps)，再到最新的FASTIR（4Mbps），紅外線接口的速度不斷提高，使用紅外線接口和電腦通信的信息設備也越來越多。紅外線接口是使用有方向性的紅外線進行通訊，由于它的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以只適合于短距離無線通訊的場合，進行"點對點"的直線數據傳輸，因此在小型的移動設備中獲得了廣泛的應用。

1.紅外通信的基本原理

紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發送端將基帶二進制信號調制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發射管發射紅外信號。接收端將接收到的光脈轉換成電信號，再經過放大、濾波等處理后送給解調電路進行解調，還原為二進制數字信號后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實現信號調制的脈寬調制（PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現信號調制的脈時調制（PPM）兩種方法。

簡而言之，紅外通信的實質就是對二進制數字信號進行調制與解調，以便利用紅外信道進行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調制解調器。

2.紅外通訊技術的特點

紅外通訊技術是目前在世界范圍內被廣泛使用的一種無線連接技術，被眾多的硬件和軟件平臺所支持：

⑴通過數據電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉換實現無線的數據收發;

⑵主要是用來取代點對點的線纜連接；

⑶新的通訊標準兼容早期的通訊標準；

⑷小角度（30度錐角以內），短距離，點對點直線數據傳輸，保密性強；

⑸傳輸速率較高，目前4M速率的FIR技術已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術已經。

3.紅外數據通訊技術的用途

紅外通訊技術常被應用在下列設備中：

⑴筆記本電腦、臺式電腦和手持電腦；

⑵打印機、鍵盤鼠標等計算機設備；

⑶電話機、移動電話、尋呼機；

⑷數碼相機、計算器、游戲機、機頂盒、手表；

⑸工業設備和醫療設備；

⑹網絡接入設備，如調制解調器。

4.紅外數據通訊技術的缺點

⑴通訊距離短，通訊過程中不能移動，遇障礙物通訊中斷;

⑵目前廣泛使用的SIR標準通訊速率較低（115.2kbit/s）;

⑶紅外通訊技術的主要目的是取代線纜連接進行無線數據傳輸，功能單一，擴展性差。

5.紅外通信技術對計算機技術的沖擊

紅外通信標準有可能使大量的主流計算機技術和產品遭淘汰，包括歷史悠久的調制解調器。預計，執行紅外通信標準即可將所有的局域網(LAN)的數據率提高到10Mb/s。

紅外通信標準規定的發射功率很低，因此它自然是以電池為工作電源的標準。目前，惠普移動計算分公司正在開發內置式端口，所有擁有支持紅外通信標準的筆記本計算機和手持式計算機的用戶，可以把計算機放在電話機的旁邊，遂行高速呼叫，可連通本地的因特網。由于電話機、手持式計算機和紅外通信連接全都是數字式的，故不需要調制解調器。

紅外通信標準的廣泛兼容性可為PC設計師和終端用戶提供多種供選擇的無電纜連接方式，如掌上計算機、筆記本計算機、個人數字助理設備和桌面計算機之間的文件交換；在計算機裝置之間傳送數據以及控制電視、盒式錄像機和其它設備。

6.紅外通信技術開辟數據通信的未來

目前，符合紅外通信標準要求的個人數字數據助理設備、筆記本計算機和打印機已推向市場，然而紅外通信技術的潛力將通過個人通信系統(PCS)和全球移動通信系統(GSM)網絡的建立而充分顯示出來。由于紅外連接本身是數字式的，所以在筆記本計算機中不需要調制解調器。便攜式PC機有一個任選的擴展插槽，可插入新式PCS數據卡。PCS數據卡配電話使用，建立和保持對無線PCS系統的連接；擴展電纜的紅外端口使得在PCS電話系統和筆記本計算機之間容易實現無線通信。由于PCS、數字電話系統和筆記本計算機之間的連接是通過標準的紅外端口實現的，所以PCS數字電話系統可在任何一種PC機上使用，包括各種新潮筆記本計算機以及手持式計算機，以提供紅外數據通信。而且，由于該系統不要求在計算機中使用調制解調器，所以過去不可能維持高性能PC卡調制解調器運行所需電壓的手持式計算機，現在也能以無線方式進行通信。紅外通信標準的開發者還在設想在機場和飯店等地點使用步行傳真機和打印機，在這些地方，掌上計算機用戶可以利用這些外設而勿需電纜。銀行的ATM(柜員機)也可以采用紅外接口裝置。

預計在不久的將來，紅外技術將在通信領域得到普遍應用，數字蜂窩電話、尋呼機、付費電話等都將采用紅外技術。紅外技術的推廣意味著膝上計算機用戶不用電纜連接的新潮即將到來。由于紅外通信具有隱蔽性，保密性強，故國外軍事通信機構歷來重視這一技術的開發和應用。這一技術在軍事隱蔽通信，特別是軍事機密機構、邊海防的端對端通信中將發揮出重要的作用。正如前面所述，它還將對計算機技術產生沖擊，對未來數據通信產生重大影響。

參考文獻

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[3]鄧澤平.一種多用途電度表的紅外通訊問題[J].湖南電力,2003,4.

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1.1 數據通信一般概念

數據通信技術是近年來通信技術發展最快的的一個分支。一般地說，只要是以編碼的方式表示信息，用某種信號形式在信道上傳送這些編碼的通信都叫做數據通信。數據通信所傳送的信息可以是數據、文字、圖象、聲音等各種內容，可以通過電話網、分組交換網、專用數據網等各種通信信道進行通信。

計算機通信主要指計算機之間和計算機與終端之間的數據通信。廣義而言，數據通信也就是計算機通信，為通信而構成的網絡也就是計算機網絡，只是計算機網絡側重于解決計算機資源的共享和負荷的分擔，而數據通信網則側重于傳輸和交換。

1.2 電力數據網

隨著各級電網調度自動化系統的建立和運行，各級系統之間信息交互的需求已經越來越迫切。傳統的解決方法是用所謂“轉發”方式，即采用與RTU 通信相似的規約，通過點到點信道在兩個主站系統之間傳遞信息。這種方法不夠靈活，更不便于多個主站之間相互共享信息。因此，建立電力數據網，通過計算機網絡在各級調度中心的主站系統之間共享信息，是必然的趨勢。

1996年，原國家電力部已經在國家電力調度中心和全國各大網調和獨立省調之間建立了電力數據一級網。96年以后，各大網調到省調之間的電力數據二級網也基本建立起來。目前，各省到地區/市之間的三級網也正在建設中。

電力數據網可以支持實時和非實時的各種網絡應用。為了在各級電網調度自動化系統之間共享實時信息，原國家能源部于1992年了“電力系統實時數據通信應用層協議”，作為國家電力行業標準，即DL 476-92。遵照這個標準，國家電力調度中心和各大網調/獨立省調已經實現了調度自動化系統之間的實時數據通信。

截止到1997年，IEC TC57委員會已經制定了有關標準，即遠動應用服務元素（TASE.2）協議，也稱控制中心間通信協議ICCP，可使電網控制中心與其它電網控制中心、區域控制中心、獨立發電廠等通過廣域網（WAN）進行數據交換。今后電力數據網上的實時信息交換將逐步向這些國際標準過渡。

1.3 分站的各種通信方式

目前，電力數據網絡分站和主站之間的通信方式主要有兩種：一種是循環式，適用于點對點的遠動通道結構，其主要特點是以廠站端為主動方，循環不斷地向調度端發送遙測、遙信等數據。另一種是問答式，它的主要特點是主站掌握通信的主動權，主站可以按需要指定分站傳送某一個或某種類型的遠動數據，傳送中有差錯時主站可要求重傳。問答式遠動的分站為了準備遙測、遙信等數據，和循環式一樣需要相應的硬件和軟件，以一定的掃描速度來采集遙信和遙測等數據，并判別是否有遙信變位，遙測越閾值等情況發生。和循環式不同的是這些數據采集之后并不立即發送，而是先行存儲，等主站需要時才將它們按規定的格式組裝發送?？梢妴柎鹗竭h動中分站的工作，對遙信、遙測而言可分為兩步，一是數據準備，以一定的掃描頻率采集實時數據，適當處理后存儲待用，二是按主站的要求組裝發送。問答式遠動主站的工作主要是輪流詢問各個分站，并接收分站送來的信息加工處理。和循環式相比主要是增加了主動輪詢各分站的任務。至于遙控、遙調，在循環式中主動權也在主站，因此問答式和循環式沒有什么差別。

當用計算機通信技術實現遠動功能時，分站和主站的硬件部分，無論是按循環式或按問答式工作，都必須提供數據采集、處理、存儲、發送、接收以及輸出執行等的物質條件，因而硬件部分對于循環式或問答式并沒有實質性的差別。問答式和循環式的主要差別在于軟件，即在于主站和分站之間的對話方式。

廠站端遠動裝置遙測、遙信部分的主要功能是組織好遙測、遙信等遠動信息發往調度端。遠動數據的傳送應按約定的格式進行，收發兩端應事先對傳送速率、同步方式、數據結構等相互約定，共同遵守。這些約定稱為通信規約。發送端按通信規約的規定及時組織好要發送的遠動字，然后按字節逐一遞交給串行通信接口，再經調制器發往信道。調度端經解調器解調按規定格式逐一接收。

1.3.1 電力數據網循環式遠動通信

循環傳送方式的幀結構和字結構

循環式遠動系統中，廠站端按約定的規則循環不斷地向調度端發送遠動數據?；镜膸袷揭娤聢D，每幀由若干遠動字組成，以同步字SYN開頭。一幀結束后再按規約規定傳送下一幀，如此不斷循環。以微機構成的遠動裝置通常以8位的字節作為基本單位，例如一個遠動字占用6個字節，共48位，同步字可采用三組EB90H，也是48位。

上圖循環式遠動的幀結構

遠動字基本結構見下圖，其中第1個字節為地址字，用以識別各個遠動字。地址字也稱點號或功能碼。最后一個字節為校驗碼，用作抗干擾保護。中間的4個字節為遠動數據。如為遙測遠動字則可傳送2個遙測量，每個遙測量占2個字節共16位，其中12位為遙測量的數值，另4位用作標志位，表明遙測量的數值是否有效等。如為遙信遠動字，則可傳送2組遙信數據，每組2個字節16位，總共4個字節32位，可以傳送32個開關量的狀態。

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上圖循環式遠動的字結構

1.3.2 電力數據網問答式遠動通信

目前問答式遠動裝置的分站端大多采用模塊式結構，一般按功能劃分，以模塊為單位。遙測量、遙信量等分別存放在指定的模塊中。每個模塊都有自己的地址。一個模塊包含若干個字，例如8個字，每個字有16位，需要訪問有關數據時可直接指定模塊地址、字地址。傳送的報文以8位字節為單位，附加起始位和停止位，但不帶奇偶校驗位。其報文格式、各種信息類型以及主站與分站之間的應答過程，此處就不再加以詳述。

1.3.3 遠動中的一般幀格式

遠動中的信息，不論循環式或問答式，通常都以幀為單位進行傳輸。為了保證可靠、快速和高效率地傳送信息，對于遠動中幀格式的安排，一般要考慮如下一些基本問題。

（1）明確區分一幀的首尾，例如設置幀分界符，幀開始標志、幀長信息。幀的結束標志等。

（2）標明源站或目的站的地址。

（3）明確各種命令／響應幀的功用，規定相應的功能代碼。

（4）采用抗干擾保護，確定發生差錯后的重發以及防止幀丟失或重復的措施。

（5）保證用戶數據的透明性，對用戶數據應不加限制。

（6）根據接收站的緩沖器容量，為避免接收的數據過量而造成溢出，設置數據流控制。

（7）規定信息的數據格式。

（8）減少無效信息，提高傳輸效率。

各個遠動設備的制造廠，對于上列問題的技術觀點不盡相同，因而所采取的措施亦各有差異。需要傳送的用戶數據有各種具體情況，長短不一。幀的長度可按實際情況而定的，稱為可變幀長。某些幀的長度可事先確定不再改變的，稱為固定幀長。一般的幀結構格式如下圖所示，圖中幀分界符F表明一幀的開始；幀長字段L表明本幀的長度；控制字段C表明本幀信息的特征；地址字段A表明源站或目的站的地址；信息字段I安排用戶信息；幀校驗碼字段FCC按抗干擾要求可以配置不同的校驗碼。

上圖一般幀結構格式

上圖中的這些字段并非每一幀都必須備齊，對于固定幀長的幀就毋需幀長字段。有的響應幀，如肯定確認和否定確認幀，有時會沒有信息字段和校驗碼字段。

參考文獻

[1]陽憲惠.工業數據通信與控制網絡.清華大學出版社,2003,(6).

[2]劉斌.電力線通信技術與實踐.機械工業出版社,2011,(6).