時(shí)間：2022-11-13 14:05:09
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇數(shù)據(jù)通信論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1新電能表通訊報(bào)文格式
要與新電能表進(jìn)行通訊，除了要保證硬件回路沒問題，通訊規(guī)約也要符合新電能表的要求，這主要體現(xiàn)在通信報(bào)文的正確識(shí)別上。要讀取電能表的讀數(shù)主要有以下通訊報(bào)文：（1）向電能表發(fā)出通訊請(qǐng)求西門子PLC發(fā)出的報(bào)文如下：（報(bào)文都以16進(jìn)制ASCII碼表示，下同）1B0203（1B代表ESC的ASCII碼，02為電能表識(shí)別的報(bào)文開始位，03代表報(bào)文停止位。下面的所有報(bào)文都是以02開頭，以03結(jié)尾）電能表接到請(qǐng)求信息后，返回一個(gè)確認(rèn)報(bào)文如下：020606A403（其中第二位06代表ACK的ASCII碼，跟著的06A4是這個(gè)報(bào)文的CRC校驗(yàn)碼。（2）向電能表發(fā)送用戶名和密碼中調(diào)規(guī)定廣蓄B廠所有的電能表一般用戶的名稱和密碼如下：USERID:settime（不區(qū)分大小寫）Password:cxb032（不區(qū)分大小寫）PLC要登陸電能表必須向它發(fā)送正確用戶名稱和密碼，報(bào)文如下：024C53455454494D452C43584230333200C02A03其中：02代表報(bào)文的開始位：4C代表登陸電能表的命令L（load）；53455454494D45代表settime；2C代表逗號(hào)；435842303332代表cxb032；00為密碼結(jié)束的中止位；C02A為計(jì)算出的CRC校驗(yàn)碼；03為停止位；這個(gè)報(bào)文轉(zhuǎn)換為字母就是：02LSETTIME,CXB03200C02A03。待電能表收到報(bào)文并確認(rèn)密碼正確后，回復(fù)報(bào)文跟前面一樣為：020606A403（3）讀取電能表中的寄存器由于新電能表采用CRC校驗(yàn)，CRC校驗(yàn)中規(guī)定，如發(fā)現(xiàn)在除了頭02，尾03的其他報(bào)文中，有02，03，10，11，13，就把此報(bào)文變?yōu)閮蓚€(gè)字節(jié)10，40+這個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，這樣做的目的是在數(shù)據(jù)體中區(qū)分一些特殊字符。因此要讀取這些值，要依次發(fā)出4個(gè)報(bào)文給電能表，報(bào)文如下：0252016910537803025200692049030252104369751A030252104269462B03其中報(bào)文開頭和結(jié)尾的02和03還是分別代表報(bào)文的開始和停止位。52代表電能表讀取命令“R”（read）。接下來的0169/0069/104369/104269則分別代表0169、0069、0369和0269四個(gè)電能表寄存器號(hào)。105378/2049/751A/462B分別為4個(gè)報(bào)文的CRC校驗(yàn)碼。電能表在依次收到讀取報(bào)文后，也依次發(fā)出4個(gè)包含有寄存器數(shù)據(jù)的報(bào)文給RTU。報(bào)文格式大致舉例如下：0252016900000000789A03等等其中00000000即為所需要0169寄存器中的電度值，它是一個(gè)4個(gè)字節(jié)的浮點(diǎn)數(shù)，采用IEEE浮點(diǎn)數(shù)表示形式，789A為假設(shè)的CRC校驗(yàn)碼。
2西門子CP544的通訊協(xié)議
CP544卡是西門子S5系列的專門的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串口通訊卡。它有3種通訊協(xié)議，分別是RK512、3964和OPENDRIVER協(xié)議。其中前兩種協(xié)議因?yàn)樾枰O(shè)置西門子PLC能識(shí)別的目的地址，所以只能在西門子系列的設(shè)備中使用。要與電能表進(jìn)行通訊，只能采用OPENDRIVER協(xié)議。該協(xié)議的特點(diǎn)是不管通訊設(shè)備的地址，只需確定西門子PLC側(cè)的發(fā)送地址和接收地址即可。圖3為西門子PLC通過CP544卡與電能表通訊的示意圖。在圖3中，PLC程序?qū)⒅付ǖ陌l(fā)送數(shù)據(jù)塊通過SEND發(fā)送程序塊，在物理上經(jīng)CP544通訊卡與新電能表進(jìn)行串口通訊，將請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送給電能表。而電能表中的數(shù)據(jù)報(bào)文也通過串口通訊方式經(jīng)CP544卡再經(jīng)過RECEIVE－ALL接收程序塊存放到指定的接收數(shù)據(jù)塊中。串口通訊一個(gè)最基本的要求就是通訊雙方的通訊參數(shù)設(shè)置必須一致。根據(jù)電能表的要求，CP544卡有以下設(shè)置。通訊基本參數(shù)：通訊模式選擇：MODE2Variableusefuldatalength（endcharacter）波特率：2400b/s數(shù)據(jù)位：8位停止位：1位奇偶校驗(yàn)：無流量控制：無字節(jié)傳送監(jiān)控時(shí)間：20ms第一個(gè)結(jié)束識(shí)別字節(jié)（endcharacter1）：03H（這個(gè)非常關(guān)鍵，設(shè)置03是為了與電能表的報(bào)文終止位相適應(yīng)，否則通訊不能成功）第二個(gè)結(jié)束識(shí)別字節(jié)（endcharacter2）：00H另外數(shù)據(jù)接收地址也在CP544卡設(shè)置軟件中進(jìn)行設(shè)置如表2：在表2中，分別設(shè)置了CP544卡兩個(gè)通訊接口的接收地址分別為DB11和DB12，接收字長(zhǎng)最大為64個(gè)字。通訊接口從CP544卡到RS485/232轉(zhuǎn)換器，再到電能表的通訊鏈路的通訊接口接線如圖4所示。
3通訊程序編寫
按照前面部分所述的報(bào)文收發(fā)格式及CP544的相關(guān)協(xié)議要求，對(duì)西門子PLC與電能表通訊的控制程序進(jìn)行了重新編寫和調(diào)試，在程序的編寫調(diào)試過程中，解決了電能表報(bào)文應(yīng)答式收發(fā)存儲(chǔ)、電能表數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)碼解碼、不同數(shù)制格式的轉(zhuǎn)換和臨界數(shù)據(jù)顯示不穩(wěn)定等幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了新的電能表與PLC的數(shù)據(jù)通訊，使得電度值在上位機(jī)上得以重新顯示并自動(dòng)打印。
4總結(jié)
這個(gè)項(xiàng)目從研究CP544和新電能表的通訊原理及原有的通訊顯示程序，到確定基本方案，新通訊程序的設(shè)計(jì)編寫與調(diào)試，通訊完全實(shí)現(xiàn)，經(jīng)歷了近1年時(shí)間。經(jīng)過不懈的努力，獨(dú)立編寫了新的電能表通訊程序，解決了前面所說的幾大技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電能表與RTU之間的重新通訊連接。使得有、無功電度值得以在上位機(jī)上重新顯示并定期打印。減去了巡檢員每日凌晨零時(shí)定時(shí)手動(dòng)抄表的工作，節(jié)省了人力物力，并為運(yùn)行人員準(zhǔn)確快捷計(jì)算廠用電率提供了幫助。這個(gè)項(xiàng)目的成功實(shí)施為以后類似的改造積累了大量的寶貴技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，可為類似工作提供借鑒。
作者：彭煜民 單位：清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司
由于冶金測(cè)控儀表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)屬性較多，維修成本較高，本文基于冶金數(shù)據(jù)的特征，提出了一種基于微粒群優(yōu)化的冶金測(cè)控儀表數(shù)據(jù)通信仿真系統(tǒng)。冶金測(cè)控儀表數(shù)據(jù)通信仿真系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收集模塊、子站通信模塊以及主站分析模塊。系統(tǒng)主要對(duì)冶金測(cè)控儀表總實(shí)時(shí)運(yùn)行的不同類型正常和非正常的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，統(tǒng)一成固定格式的數(shù)據(jù)集，保存到相應(yīng)的大型數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)收集的內(nèi)容有冶金測(cè)控儀表數(shù)據(jù)、自動(dòng)存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)、相關(guān)傳感器優(yōu)化的不同儀表接口數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要通過二次設(shè)備自動(dòng)化轉(zhuǎn)置的傳感器采集得到。冶金測(cè)控儀表的子站通信模塊，該模塊具有重要的價(jià)值，是底層通信設(shè)備同上層監(jiān)控設(shè)備的紐帶，具有服務(wù)器性能，該模塊基于UDP/TCP報(bào)文通信機(jī)制完成上下層數(shù)據(jù)通信。分析模塊是數(shù)據(jù)通信的核心運(yùn)算模塊，通過基于微粒群優(yōu)化的數(shù)據(jù)通信同NRF算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)中故障進(jìn)行準(zhǔn)確報(bào)警，通過優(yōu)化模型獲取冶金測(cè)控儀表現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。
二、硬件設(shè)計(jì)
1.測(cè)控儀表硬件結(jié)構(gòu)
由于每個(gè)檢測(cè)儀表特別是處于工控機(jī)的里層檢測(cè)儀表信息儲(chǔ)存量和信息傳輸量較高，并且需要無線通信功能模塊，因此本文系統(tǒng)中的測(cè)控儀表是以功能強(qiáng)大的新型單片機(jī)C8051F005作為控制核芯片。該芯片的模擬前端采用8通道模擬多路器、可編程的增益放大器、12位A－D變換器等構(gòu)成，控制芯片通過這些模擬前端實(shí)現(xiàn)桶NRF401無線收發(fā)器間的數(shù)據(jù)通信，并且通過P1啟動(dòng)報(bào)警驅(qū)動(dòng)，完成系統(tǒng)的報(bào)警功能，采用P2啟動(dòng)鍵盤矩陣，完成相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。
2.儀表顯示接口設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的顯示接口采用AT89C2051芯片，該芯片通過串口（RXD，TXD）、顯示接口以及RS232c接口實(shí)現(xiàn)同模擬量輸入通道、輸入設(shè)置、輸出控制、報(bào)警指示的數(shù)據(jù)交互，其中輸出控制以及報(bào)警指示電路應(yīng)采用5根I/O線，其余的8根I/O線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、輸入設(shè)置和模擬量采入等性能。通過模擬串口以及串口復(fù)用技術(shù)完成數(shù)字和光柱顯示的動(dòng)態(tài)掃描，雙64段光柱和8位8段LED數(shù)碼管顯示都使用164輸出接口。
3.通信模塊設(shè)計(jì)
通信控制模塊的底層控制器同上方操作員站通過40芯的ZIF連接器交換信息，故障數(shù)據(jù)的分析也是采用該種形式傳輸數(shù)據(jù)，并包含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器保存相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，采用天線插口獲取的外部環(huán)境信息可通過GSM射頻部分傳遞到GSM基帶處理器中的復(fù)合式EMI濾波器消除電磁干擾，再通過40芯的ZIF連接器同上層控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，電源ASIC為GSM基帶處理器提供電源。GSM基帶處理器中包含兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端以及一個(gè)接地端，濾波電容C1～C4同共模電感L能夠避免出現(xiàn)共模干擾，通過GSM網(wǎng)絡(luò)確保故障能夠及時(shí)傳輸?shù)较鄳?yīng)的控制終端中。
三、軟件設(shè)計(jì)
1.檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)
基于微粒群優(yōu)化的冶金測(cè)控儀表數(shù)據(jù)通信仿真系統(tǒng)基于VisualStudio2005和Matlab進(jìn)行開發(fā)。Matlab具有強(qiáng)大的Simulink動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。用戶可以在Matlab和Simulink兩種環(huán)境下對(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。軟件通過分層次的規(guī)劃方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，上層模塊通過調(diào)用下層模塊中接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。從上到下包括3個(gè)層次：
1）底層數(shù)據(jù)控制模塊，該模塊可同不同硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，主要有儀表數(shù)據(jù)收集、FPGA數(shù)據(jù)通信以及模擬電壓數(shù)據(jù)收集等。
2）檢測(cè)功能模塊，對(duì)冶金測(cè)控儀表的響應(yīng)時(shí)間參數(shù)、電流參數(shù)、電壓參數(shù)等一些附加電參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。
3）結(jié)果顯示界面，用于向用戶呈現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)通信結(jié)果以及完成相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，提供人機(jī)交互途徑。顯示界面可提供數(shù)據(jù)報(bào)表顯示和打印功能，并且將檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)到Excel表格，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同待測(cè)儀表、不同檢測(cè)條件得到的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。
2.冶金測(cè)控儀表故障的檢測(cè)
本文通過微粒群優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)全面分析了儀表的損耗、故障次數(shù)以及維修次數(shù)等因素，確保冶金測(cè)控儀表的嚴(yán)重故障能夠被及時(shí)檢測(cè)出，冶金測(cè)控儀表中存在故障時(shí)通過報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警，否則通過評(píng)估模型和故障數(shù)據(jù)智能分析模型中的粒子群優(yōu)化函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障的準(zhǔn)確判斷，系統(tǒng)中的自動(dòng)化數(shù)據(jù)裝置采集傳感器環(huán)境優(yōu)化的數(shù)據(jù)，如果存在危險(xiǎn)信息則通過報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警，否則通過故障數(shù)據(jù)智能分析模塊進(jìn)行分析，再通過報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警。
四、實(shí)驗(yàn)分析
通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文系統(tǒng)的有效性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來自于某冶金測(cè)控儀表數(shù)據(jù)庫(kù)，采集其中的1000個(gè)樣本數(shù)據(jù)，分別采用傳統(tǒng)系統(tǒng)和本文系統(tǒng)對(duì)該實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本文系統(tǒng)下的儀表數(shù)據(jù)通信效率高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，并且本文系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)通信效率具有平穩(wěn)性，傳統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信效率隨著樣本數(shù)量的增加出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，說明本文系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。在不同干擾環(huán)境下本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信效率優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，并且在干擾或惡劣的冶金測(cè)控儀表數(shù)據(jù)通信中，本文系統(tǒng)下的數(shù)及通信效率呈現(xiàn)顯著的優(yōu)越性，說明相比傳統(tǒng)系統(tǒng)本文系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾性能，能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確通信，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著檢測(cè)樣本數(shù)量的增加，傳統(tǒng)系統(tǒng)和本文系統(tǒng)下的冶金測(cè)控儀表數(shù)據(jù)通信時(shí)間和通信誤差都不斷增加，而通信效率逐漸降低，并且本文系統(tǒng)下的冶金測(cè)控儀表數(shù)據(jù)通信指標(biāo)始終優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，說明本文系統(tǒng)確保冶金測(cè)控儀表的數(shù)據(jù)通信的高效運(yùn)行，具有較強(qiáng)的優(yōu)越性。
五、結(jié)束語(yǔ)
1．1運(yùn)營(yíng)商IP數(shù)據(jù)網(wǎng)
中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商IP數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)，基本覆蓋了所有省會(huì)節(jié)點(diǎn)和大部分地市節(jié)點(diǎn)，采用核心、匯聚和接入3層結(jié)構(gòu)。它們基本都采用BGPMPLSVPN承載業(yè)務(wù)，建立了服務(wù)質(zhì)量保證（QoS）體系，在全網(wǎng)部署了IGP／LDP快速收斂功能，并部署了MPLSTEFRR鏈路保護(hù)功能，域內(nèi)路由協(xié)議采用IS－IS，并通過MP－iBGP傳播MPLSVPN路由信息。
1．2鐵路既有IP數(shù)據(jù)網(wǎng)
鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)由建設(shè)于不同時(shí)期的客運(yùn)專線數(shù)據(jù)網(wǎng)、鐵通公司劃轉(zhuǎn)的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)及鐵路綜合計(jì)算機(jī)網(wǎng)（TMIS數(shù)據(jù)網(wǎng)）3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。客運(yùn)專線數(shù)據(jù)網(wǎng)目前已經(jīng)覆蓋了鐵路總公司，各鐵路局的調(diào)度中心，京滬、京石武、武廣、甬臺(tái)溫、溫福、鄭西、滬寧、滬杭等已建成的客運(yùn)專線沿線站段、動(dòng)車所等業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。鐵路局區(qū)域網(wǎng)絡(luò)由核心節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、接入節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。骨干網(wǎng)絡(luò)暫采用北京、武漢、西安、上海局區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)路由器作為臨時(shí)域間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，滿足各鐵路局對(duì)總公司區(qū)域網(wǎng)絡(luò)間，以及各鐵路局區(qū)域網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā)需求。客運(yùn)專線數(shù)據(jù)網(wǎng)采用MPLSVPN實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的承載。既有普速線數(shù)據(jù)網(wǎng)大部分為鐵通公司劃轉(zhuǎn)鐵路之前的鐵通建設(shè)，目前各鐵路局網(wǎng)進(jìn)行基礎(chǔ)通信網(wǎng)改造工程，在改造完成后基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)既有普速線所有車站的覆蓋，并實(shí)現(xiàn)了與客運(yùn)專線數(shù)據(jù)網(wǎng)的整合。鐵路綜合計(jì)算機(jī)網(wǎng)為2層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，覆蓋鐵路總公司、鐵路局及部分車站。隨著網(wǎng)絡(luò)安全工程的實(shí)施，鐵路總公司、鐵路局機(jī)關(guān)局域網(wǎng)實(shí)行三網(wǎng)分離，即局域網(wǎng)被分割成內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)、安全生產(chǎn)網(wǎng)、外部服務(wù)網(wǎng)3個(gè)邏輯子網(wǎng)，分屬于不同的安全域。TMIS網(wǎng)絡(luò)以路局為分界點(diǎn)，路局以上是骨干網(wǎng)，路局以下是基層網(wǎng)，總公司至各路局為星形組網(wǎng)。目前TMIS數(shù)據(jù)網(wǎng)與客運(yùn)專線數(shù)據(jù)網(wǎng)（即鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)）未實(shí)現(xiàn)整合。
2鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)為以既有數(shù)據(jù)網(wǎng)為基礎(chǔ)，整合成一張綜合的IP數(shù)據(jù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不涉及行車安全及資金往來的鐵路信息系統(tǒng)和通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載，采用適合鐵路需求的技術(shù)策略，提高數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。
2．1骨干網(wǎng)建設(shè)方案
骨干網(wǎng)絡(luò)由匯接節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)組成。骨干網(wǎng)匯接節(jié)點(diǎn)設(shè)置在鐵路總公司；轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)設(shè)置在北京、西安、武漢、上海、成都；接入節(jié)點(diǎn)設(shè)置在各鐵路局。每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置2臺(tái)路由器。骨干網(wǎng)為一個(gè)獨(dú)立自治域。北京、武漢、西安轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)間構(gòu)成半網(wǎng)狀連接方式，相鄰骨干網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)間互聯(lián)，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)與總公司節(jié)點(diǎn)間直聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)流量在骨干網(wǎng)層面轉(zhuǎn)發(fā)；骨干網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)同時(shí)與2個(gè)大區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)。骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間采用10GEWAN接口互聯(lián)。
2．2區(qū)域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案
每個(gè)鐵路局區(qū)域網(wǎng)絡(luò)均作為一個(gè)獨(dú)立的自治域，區(qū)域網(wǎng)絡(luò)間的互訪通過骨干網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。鐵路局區(qū)域網(wǎng)絡(luò)由鐵路局所在地的核心節(jié)點(diǎn)、業(yè)務(wù)相對(duì)集中的匯聚節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)組成。接入節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)間、匯聚節(jié)點(diǎn)到核心節(jié)點(diǎn)間的連接，在城市范圍內(nèi)或有需求的節(jié)點(diǎn)，采用星形或環(huán)形方式接入上層節(jié)點(diǎn)，在鐵路沿線范圍，接入節(jié)點(diǎn)采用鏈型雙歸方式接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)。對(duì)于接入節(jié)點(diǎn)，采用分層PE技術(shù)，在大型車站部署SPE節(jié)點(diǎn)，小型站段或工區(qū)部署UPE節(jié)點(diǎn)。
2．3既有數(shù)據(jù)網(wǎng)整合方案
由于TMIS數(shù)據(jù)網(wǎng)承載著貨票、確報(bào)、調(diào)度、車號(hào)自動(dòng)識(shí)別、行車安全監(jiān)控（5T）、鐵路辦公自動(dòng)化、統(tǒng)計(jì)、工務(wù)、財(cái)務(wù)核算等多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，因此，鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)與TMIS網(wǎng)絡(luò)的整合要分步驟實(shí)施。第一步：TMIS數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)之間存在大量互通需求，因此沒有對(duì)承載業(yè)務(wù)做嚴(yán)格的訪問隔離，而鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)采用VPN方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)接入，為避免對(duì)TDMS廣域網(wǎng)承載業(yè)務(wù)造成影響，第一步將承載的全部業(yè)務(wù)以一個(gè)統(tǒng)一VPN接入鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)。第二步：新的信息業(yè)務(wù)直接接入鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)，TMIS既有業(yè)務(wù)逐步向鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)割接，業(yè)務(wù)割接后TMIS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)性能及配置情況，融入鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)各類節(jié)點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)一張統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息資源共享。
2．4技術(shù)策略
鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)采用骨干網(wǎng)絡(luò)及區(qū)域網(wǎng)絡(luò)二級(jí)構(gòu)建，在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)，采用分層PE構(gòu)建。鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)鏈路由OTN承載，采用10GE接口；鐵路局區(qū)域網(wǎng)絡(luò)核心、匯聚節(jié)點(diǎn)間的鏈路及接入節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)間的鏈路，主要由OTN承載，采用GE接口；接入節(jié)點(diǎn)間的鏈路主要由光纖承載，采用GE接口。為保證數(shù)據(jù)網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)承載的可靠性，數(shù)據(jù)網(wǎng)要求OTN承載網(wǎng)啟用保護(hù)機(jī)制，并利用傳輸網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制、數(shù)據(jù)網(wǎng)故障檢測(cè)恢復(fù)機(jī)制及兩者的協(xié)調(diào)配合，來共同保證數(shù)據(jù)網(wǎng)的可靠性。數(shù)據(jù)網(wǎng)通過lay－er3MPLSVPN實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的承載，保證不同業(yè)務(wù)組的安全隔離，采用OptionB方式實(shí)現(xiàn)VPN跨域互通；將layer2MPLSVPN作為補(bǔ)充，提供基于MartiniVLL業(yè)務(wù)。采用區(qū)分業(yè)務(wù)（DiffServ）同時(shí)結(jié)合CBQ以及CAR等多種技術(shù)方式，來保證各類業(yè)務(wù)的QoS。骨干網(wǎng)絡(luò)依靠高帶寬的設(shè)計(jì)提供網(wǎng)絡(luò)的輕載來保證SLA，采用IPDSCP、IPTOS和MPLSEXP字段標(biāo)識(shí)QoS等級(jí)；在PE路由器實(shí)現(xiàn)QoS的等級(jí)化標(biāo)記，根據(jù)初始業(yè)務(wù)類型提供6類服務(wù)等級(jí)對(duì)應(yīng)6種隊(duì)列；部分關(guān)鍵業(yè)務(wù)，如GSM－R／GPGS、會(huì)議電視、軟交換等，考慮直接在區(qū)域網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)下設(shè)置獨(dú)立的PE接入設(shè)備，基于物理端口進(jìn)行分類和標(biāo)識(shí)。在全網(wǎng)部署路由快速收斂功能，啟用BFD完成快速鏈路故障探測(cè)，先期在骨干網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)間對(duì)重要業(yè)務(wù)（如GSM－R／GPRS業(yè)務(wù)）進(jìn)行MPLS－TEFRR的部署。域內(nèi)路由協(xié)議采用IS－IS，并通過MP－iBGP傳播MPLSVPN路由信息，域間協(xié)議采用E－BGP。骨干網(wǎng)絡(luò)及各區(qū)域網(wǎng)絡(luò)均為獨(dú)立AS。在骨干網(wǎng)接入路由器部署流量采集設(shè)備，在鐵路總公司節(jié)點(diǎn)設(shè)置流量分析與統(tǒng)計(jì)服務(wù)器，對(duì)各鐵路局引入骨干網(wǎng)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)異常流量進(jìn)行告警。數(shù)據(jù)網(wǎng)為鐵路專網(wǎng)綜合IP網(wǎng)，與公眾互聯(lián)網(wǎng)采用物理隔離；全網(wǎng)通過實(shí)施MPLSVPN，完成各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的隔離；網(wǎng)絡(luò)支持分域、分權(quán)管理；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的服務(wù)配置，遵循最小化服務(wù)原則，關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不需要的物理端口及服務(wù)；對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)行交互式訪問安全措施；支持對(duì)接入業(yè)務(wù)限速處理；在IS－IS、BGP等協(xié)議中啟用校驗(yàn)和認(rèn)證功能；網(wǎng)管區(qū)域的防火墻具有入侵檢測(cè)功能；在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)端口開啟I－SISHello的MD5認(rèn)證；在區(qū)域網(wǎng)出口限制BGP對(duì)等體（peer）以外IP地址對(duì)179端口的訪問。在MPLS環(huán)境下向IPv6演進(jìn)，在所有IPv6業(yè)務(wù)不需隔離時(shí)，可采用6PE技術(shù)實(shí)現(xiàn)；在IPv6業(yè)務(wù)需隔離的情況下，可采用6VPE技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
3結(jié)束語(yǔ)
網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)際上是將路由和編碼的信息進(jìn)行相互交換的方式。傳統(tǒng)路由主要是實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)編碼則能夠接收到幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)組，然后將其融合編碼信息，增大傳輸信息的數(shù)量，從而能大大提高網(wǎng)絡(luò)的利用效率，結(jié)束了傳統(tǒng)中認(rèn)為獨(dú)立比特不可壓縮的理論。它的工作原理是利用有限域中的運(yùn)算，將接收到的幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)組，在網(wǎng)絡(luò)不同的結(jié)點(diǎn)中進(jìn)行重新編碼組合，然后將編碼過的數(shù)據(jù)以多播的形式轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)目的結(jié)點(diǎn)，并由目的結(jié)點(diǎn)對(duì)其解碼還原，得到原始數(shù)據(jù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了通信。網(wǎng)絡(luò)編碼的主要優(yōu)勢(shì)是提高了網(wǎng)絡(luò)通信的系統(tǒng)性能，提高通信效率，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)編碼增大了每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，減少了傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)，從而能夠很好地提高網(wǎng)絡(luò)通信的性能，不僅增加了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的吞吐量，也提高了寬帶的利用效率，還能平衡各網(wǎng)絡(luò)目的結(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載能力。在當(dāng)前人們?cè)絹碓揭蕾嚐o線通信技術(shù)的的背景下，網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)安全、提高資源利用率等方面也有十分重要的作用。
2基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)研究
網(wǎng)絡(luò)編碼在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信中具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，其理論研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景都是不言而喻的。世界上一些高等學(xué)府和科研機(jī)構(gòu)都展開了對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼的研究，并且在多個(gè)方面取得了不小的成果。
2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)
當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)編碼研究中涉及到的主要部分還是在網(wǎng)絡(luò)層方面，特別是如何有效地將路由協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)編碼有機(jī)結(jié)合，是基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究的重要方面。有一部分研究已經(jīng)深入到網(wǎng)絡(luò)編碼如何有效結(jié)合協(xié)議結(jié)構(gòu)中其他協(xié)議層，例如網(wǎng)絡(luò)編碼與MAC層協(xié)議或者與傳送層TCP協(xié)議等等的結(jié)合問題。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)編碼的特性與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的方式有很大的區(qū)別，所以為了不更改已普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將網(wǎng)絡(luò)編碼與其融合將會(huì)遇到各種各樣新的問題，例如，它們之間的兼容性、網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)是否會(huì)產(chǎn)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(shí)也為研究基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)提供了框架性借鑒，使得網(wǎng)絡(luò)編碼能夠與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有機(jī)融合，提高網(wǎng)絡(luò)通信性能。
2.2數(shù)據(jù)傳送模型
網(wǎng)絡(luò)編碼具有的最重要的功能之一就是將數(shù)據(jù)智能化處理，這主要是通過對(duì)編碼策略的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，而碼構(gòu)造算法是編碼策略設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。碼構(gòu)造算法主要是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中間結(jié)點(diǎn)的編碼方式，它需要保證目的結(jié)點(diǎn)能夠有效識(shí)別出傳遞的編碼信息并進(jìn)行正確解碼。所以碼構(gòu)造算法包含了編碼和解碼兩個(gè)內(nèi)容，并且要求其算法復(fù)雜程度低，易于實(shí)施應(yīng)用。碼構(gòu)造算法主要有三種：代數(shù)型、線性型、隨機(jī)型。線性網(wǎng)絡(luò)編碼能將中間結(jié)點(diǎn)接受的各路信息進(jìn)行線性組合，這種編碼運(yùn)算較簡(jiǎn)單，所以得到了普遍應(yīng)用。
2.3路由協(xié)議
基于網(wǎng)絡(luò)編碼的路由協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳遞效率和性能，它是能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用到實(shí)際中的重要基礎(chǔ)，而且將路由協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)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(fā)新的網(wǎng)絡(luò)提供借鑒和指導(dǎo)。基于網(wǎng)絡(luò)編碼的路由協(xié)議研究主要有兩個(gè)方面：獨(dú)立路由協(xié)議和編碼感知的路由協(xié)議，它們主要的不同點(diǎn)是路由協(xié)議產(chǎn)生的過程中能否主動(dòng)編碼，也就是說路由協(xié)議是否能夠提高編碼的利用效率。
2.4數(shù)據(jù)傳輸性能保障機(jī)制
實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜多變，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐蝗恍院途W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，例如造成數(shù)據(jù)丟失或者傳輸延遲等。所以基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的開發(fā)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，研究出能確保數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)谋Ｕ蠙C(jī)制和編碼策略，尤其需要盡可能減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t時(shí)間和保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。所以，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信中，利用QoS保證機(jī)制是當(dāng)前研究的重要課題之一。當(dāng)前已研究出來幾個(gè)解決方案，比如建立數(shù)據(jù)延遲時(shí)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(shù)據(jù)，從而減小數(shù)據(jù)在編碼器中的傳輸時(shí)間。
3結(jié)語(yǔ)
1）微波中繼通信方式
通信載體為微波，亦稱微波接力通信，是采用中繼（接力）方式在地球表面進(jìn)行無線通信的方式。具有傳輸頻帶寬容量大、跨越空間能力強(qiáng)、傳輸信號(hào)穩(wěn)定質(zhì)量高等特點(diǎn)。模擬微波通信采用的調(diào)制技術(shù)一般為SSB/FM/FDM，數(shù)字微波通信采用的調(diào)制技術(shù)有，BPSK、QPSK及QAM。
2）移動(dòng)通信
主要分為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)（GSM）和碼分多址傳輸技術(shù)（CDMA）。數(shù)字移動(dòng)通信主要包括以下關(guān)鍵技術(shù)：調(diào)制技術(shù)、糾錯(cuò)編碼技術(shù)和數(shù)字話音編碼技術(shù)。
3）衛(wèi)星通信方式
其實(shí)質(zhì)也是一種微波通信，該系統(tǒng)的中繼站是衛(wèi)星，由其發(fā)射微波信號(hào)，并在各地面基站之間傳輸。主要特點(diǎn)是通信覆蓋面積大、傳輸容量大、受地域限制少、可靠性高等。數(shù)字衛(wèi)星通信多采用數(shù)字調(diào)制、頻分多址技術(shù)。
2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)終端（DTE）
分為非分組型終端（NPT）及分組型終端（PT）兩類。非分組型終端分為可視圖文終端、用戶電報(bào)終端、PC機(jī)終端等；而分組型終端包括數(shù)字傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)、智能用戶電報(bào)終端（TeLetex）、專用電話交換機(jī)（PABX）、用戶分組裝拆設(shè)備（PAD）、用戶分組交換機(jī)、局域網(wǎng)（LAN）、可視圖文接入設(shè)備（VAP）等。數(shù)據(jù)電路可分為終端設(shè)備（DCE）和傳輸信道，傳輸信道分為模擬信道和數(shù)字信道。
3數(shù)據(jù)通信的分類
1）有線數(shù)據(jù)通信
①數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN），主要由四部分組成，分別是用戶環(huán)路、DDN節(jié)點(diǎn)、數(shù)字信道及網(wǎng)絡(luò)控制管理中心。DDN是一種數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，它把數(shù)字通信技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、光遷通信技術(shù)以及數(shù)字交叉連接技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起。②分組交換網(wǎng)（PSPDN），又稱為X.25網(wǎng)，采用CCITTX.25協(xié)議。PSPDN采用存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)的方式，將用戶傳來的報(bào)文分割成一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段，并在各數(shù)據(jù)段上添加控制信息，構(gòu)成一個(gè)能在網(wǎng)上傳輸?shù)膸в械刂返姆纸M組合群體。PSPDN的主要優(yōu)點(diǎn)是為了達(dá)到多用戶同時(shí)使用，可同時(shí)開放多條虛通路于一條電路上，并具有先進(jìn)的誤碼檢錯(cuò)功能和動(dòng)態(tài)路由選擇功能，但通信性能較差。③幀中繼網(wǎng)，起源于X.25分組交換技術(shù)，主要包括存取設(shè)備、交換設(shè)備、公共幀中繼服務(wù)網(wǎng)三部分。幀中繼網(wǎng)它可在幀中繼幀中將不同長(zhǎng)度的用戶數(shù)據(jù)組包封，并在網(wǎng)絡(luò)傳輸前添加控制及尋址信息。
2）無線數(shù)據(jù)通信
無線數(shù)據(jù)通信是以有線數(shù)據(jù)通信為基礎(chǔ)，而采用無線電波傳送數(shù)據(jù)的通信方式，也可稱為移動(dòng)數(shù)據(jù)通信，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信相結(jié)合的產(chǎn)物，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)之間或人與計(jì)算機(jī)終端之間的通信。無線數(shù)據(jù)通信也是依靠有線數(shù)據(jù)網(wǎng)將網(wǎng)路應(yīng)用擴(kuò)展至便攜式用戶。
4網(wǎng)絡(luò)及其協(xié)議
1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（ComputerNetwork），是指通過通信線路將多臺(tái)具有獨(dú)立功能、地理位置不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來，并通過網(wǎng)絡(luò)軟件及通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息傳遞和資源共享。按地理位置劃分，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、網(wǎng)際網(wǎng)四種。局域網(wǎng)是在一個(gè)較小的局部的地理范圍內(nèi)，如一棟樓、一所學(xué)校等，它是目前使用最多的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。城域網(wǎng)覆蓋范圍較局域網(wǎng)大，一般在10-100公里范圍內(nèi)，通常是在一個(gè)城市轄區(qū)內(nèi)；廣域網(wǎng)一般覆蓋范圍是整個(gè)國(guó)家（100-1000公里之間），連接該國(guó)家內(nèi)各個(gè)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)際網(wǎng)一般指覆蓋全球的Internet。
2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
1背景知識(shí)介紹
船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)是一種集合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的一體化助航設(shè)備。該系統(tǒng)能夠獲取近海海域中船舶的名稱、位置、航向、速度等信息，一方面能夠給船舶以唯一的標(biāo)識(shí)，另一方面能夠維護(hù)一個(gè)全局的船舶視圖，以供船舶交通管理系統(tǒng)(VTS)或其他系統(tǒng)使用。本文針對(duì)VANET中存在的問題，以及AIS所具備的優(yōu)勢(shì)，提出一種新型的基于AIS的海上無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)一方面能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的組網(wǎng)和拓?fù)錈o關(guān)性，另一方面能夠利用AIS所提供的船舶信息，實(shí)現(xiàn)更加有效、精確的位置服務(wù)和尋路功能，克服了VANET中路由協(xié)議的不足。網(wǎng)絡(luò)的整體框架如圖1所示。在船舶加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先通過AIS向最近的AIS基站發(fā)送自身的信息，全體船舶的AIS信息存儲(chǔ)于AIS服務(wù)器中。在本文提出的基于AIS的無線網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)船舶可以向AIS基站發(fā)送請(qǐng)求，獲得自身的位置信息，以及向周邊船舶發(fā)送信息，獲得鄰居船舶的信息，通過AIS和鄰居船舶等多個(gè)方面確定自身所處的位置以及呼叫對(duì)象所處的位置。當(dāng)船舶A希望和船舶C通信時(shí)，首先通過多維位置發(fā)現(xiàn)服務(wù)，獲得船舶C所處的位置，然后根據(jù)路由算法獲得到達(dá)目的船舶的通信路徑。
2多維位置發(fā)現(xiàn)服務(wù)
在AIS中，船舶通報(bào)自身位置，AIS服務(wù)器了解全體船舶的各個(gè)位置，而船舶本身并不了解自身在整個(gè)船舶通信網(wǎng)絡(luò)之中的位置，以及呼叫對(duì)象在通信網(wǎng)絡(luò)之中的位置。本文提出一種多維位置發(fā)現(xiàn)服務(wù)，通過該服務(wù)船舶不僅能夠了解自身的絕對(duì)位置，同時(shí)能夠通過維護(hù)鄰居表和路由表，獲取自身在通信網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)位置，進(jìn)而各個(gè)船舶可以通過自身的鄰居表和路由表構(gòu)建整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的整體視圖，相較于傳統(tǒng)的AIS位置服務(wù)，具備更多的位置衡量維度，因而稱為多維度位置發(fā)現(xiàn)服務(wù)。在建立鄰居關(guān)系的過程中，首先自身船舶向周邊船舶發(fā)送廣播NB_req消息，周邊船舶若接收到，并允許建立鄰居關(guān)系，則發(fā)送應(yīng)答NB_rep;自身船舶根據(jù)NB_rep消息中提供的MMSI，向AISBS發(fā)送NI_req，AISBS通過查詢服務(wù)器并計(jì)算后，向自身船舶發(fā)送NI_rep消息，其中包含了周邊船舶的位置、速度等信息，自身船舶將這些信息添加入鄰居關(guān)系表，通過鄰居關(guān)系表，則船舶能夠了解自身所處的位置，以及在全體船舶之中的位置。若自身船舶需要獲得某個(gè)鄰居船舶信息則發(fā)送NC_req，同時(shí)接受NC_rep來獲取相應(yīng)的信息。通過以上關(guān)系，不同船舶之間可以通過自身的鄰居關(guān)系建立連接關(guān)系。鄰居表及路由表的更新算法如圖4所示。
3基于AIS的路由協(xié)議
第2節(jié)中介紹的多維位置發(fā)現(xiàn)服務(wù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均維護(hù)了1張鄰居關(guān)系表和路由表，這些鄰居船舶可以直接進(jìn)行通信。當(dāng)需要與較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)進(jìn)行通信時(shí)，則需要相應(yīng)的路由協(xié)議確定在VANET中的通信路徑。路由協(xié)議工作的步驟如下:1)首先船舶A根據(jù)自己的路由表，通過BS向自己的鄰居發(fā)送DL_req消息，鄰居收到消息之后，向BS發(fā)送應(yīng)答DL_rep，返回自身的鄰居表;2)船舶A根據(jù)DL_rep更新自己的路由表和路由表，并向新添加的鄰居發(fā)送DL_req消息，并檢查DL_rep中是否有目的船舶的信息;3)若船舶A的路由表和鄰居表中新添加了目的船舶，那么尋路結(jié)束，根據(jù)路由表建立通往船舶通信路徑;若沒有則重復(fù)2)，直到路由表和鄰居表中沒有新的元素被添加。在路由協(xié)議中，接收消息DL_rep與第2節(jié)中介紹的消息格式類似，其格式如圖6所示。其中OMMSI為呼叫對(duì)象的MMSI，NeMMSI為對(duì)象船舶路由表中的下一跳船舶的MMSI。通過第2節(jié)中的鄰居表和路由表更新，可以建立較為充分的“目的———下一跳”表項(xiàng)，為本節(jié)的路由協(xié)議提供基礎(chǔ)。
4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真
系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)如圖7所示。其中外部計(jì)算模塊使用的是利用C++編寫的程序代碼，模擬船舶中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的路由計(jì)算及消息處理。外部I/O模塊，負(fù)責(zé)顯示當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和工作過程。在模擬節(jié)點(diǎn)中，每個(gè)AIS發(fā)送/接收終端與外部計(jì)算模塊相連，計(jì)算模塊模擬了路由協(xié)議在節(jié)點(diǎn)中的工作過程，演示了上文提到的幾種重要消息類型。最后使用NS2對(duì)本文提出的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了仿真，仿真環(huán)境為X86架構(gòu)計(jì)算機(jī)，Corei3四核處理器，4G內(nèi)存，Win7(64位)操作系統(tǒng)。在NS2中的仿真圖如圖8所示，其中①～⑦為模擬船舶節(jié)點(diǎn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，⑧～⑨為模擬AISBS。仿真過程中實(shí)現(xiàn)的是，⑥之間的通信過程⑦，在初始狀態(tài)下，⑥和⑦不是鄰居關(guān)系，圖8顯示的是不同節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息的狀態(tài)。通過路由協(xié)議的工作，最終⑥和⑦實(shí)現(xiàn)了有效的通信，最終顯示的消息在NS2中如圖9所示所示。
5結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)VANET在實(shí)際應(yīng)用過程中所暴露出的不足，提出了一種基于AIS的海上無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，給出了網(wǎng)絡(luò)的整體框架，并對(duì)多維位置發(fā)現(xiàn)服務(wù)以及基于AIS的路由協(xié)議進(jìn)行了深入研究，定義了需要的消息格式，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法，使得網(wǎng)絡(luò)能夠在AIS的幫助下，實(shí)現(xiàn)在無線自組網(wǎng)內(nèi)的路由和有效通信。最后，本文給出了系統(tǒng)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，并在NS2中給出了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)工作過程的仿真過程，證明了本文提出方法的可行性。
作者：劉旭單位：重慶電子工程職業(yè)學(xué)院
【論文摘要】：在許多基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)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(jiǎn)單、實(shí)施方便、傳輸可靠性高的特點(diǎn)，是一種較為常用的通信方式。
在許多基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)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(jiǎn)單、實(shí)施方便、傳輸可靠性高的特點(diǎn)，是一種較為常用的通信方式。紅外線通信是一種廉價(jià)、近距離、無線、低功耗、保密性強(qiáng)的通訊方案，主要應(yīng)用于近距離的無線數(shù)據(jù)傳輸，也有用于近距離無線網(wǎng)絡(luò)接入。從早期的IRDA規(guī)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(shè)備也越來越多。紅外線接口是使用有方向性的紅外線進(jìn)行通訊，由于它的波長(zhǎng)較短，對(duì)障礙物的衍射能力差，所以只適合于短距離無線通訊的場(chǎng)合，進(jìn)行"點(diǎn)對(duì)點(diǎn)"的直線數(shù)據(jù)傳輸，因此在小型的移動(dòng)設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。
一、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(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（PPM）兩種方法。
簡(jiǎn)而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對(duì)紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。
二、紅外通訊技術(shù)的特點(diǎn)
紅外通訊技術(shù)是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺(tái)所支持：
⑴通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)；
⑵主要是用來取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線纜連接；
⑶新的通訊標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通訊標(biāo)準(zhǔn)；
⑷小角度（30度錐角以內(nèi)），短距離，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)；
⑸傳輸速率較高，目前4M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)。
三、紅外數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的用途
紅外通訊技術(shù)常被應(yīng)用在下列設(shè)備中：
⑴筆記本電腦、臺(tái)式電腦和手持電腦；
⑵打印機(jī)、鍵盤鼠標(biāo)等計(jì)算機(jī)設(shè)備；
⑶電話機(jī)、移動(dòng)電話、尋呼機(jī)；
⑷數(shù)碼相機(jī)、計(jì)算器、游戲機(jī)、機(jī)頂盒、手表；
⑸工業(yè)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備；
⑹網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器。
四、紅外數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的缺點(diǎn)
⑴通訊距離短，通訊過程中不能移動(dòng)，遇障礙物通訊中斷；
⑵目前廣泛使用的SIR標(biāo)準(zhǔn)通訊速率較低（115.2kbit/s）；
⑶紅外通訊技術(shù)的主要目的是取代線纜連接進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，功能單一，擴(kuò)展性差。
五、紅外通信技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的沖擊
紅外通信標(biāo)準(zhǔn)有可能使大量的主流計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品遭淘汰，包括歷史悠久的調(diào)制解調(diào)器。預(yù)計(jì)，執(zhí)行紅外通信標(biāo)準(zhǔn)即可將所有的局域網(wǎng)(LAN)的數(shù)據(jù)率提高到10Mb/s。
紅外通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的發(fā)射功率很低，因此它自然是以電池為工作電源的標(biāo)準(zhǔn)。目前，惠普移動(dòng)計(jì)算分公司正在開發(fā)內(nèi)置式端口，所有擁有支持紅外通信標(biāo)準(zhǔn)的筆記本計(jì)算機(jī)和手持式計(jì)算機(jī)的用戶，可以把計(jì)算機(jī)放在電話機(jī)的旁邊，遂行高速呼叫，可連通本地的因特網(wǎng)。由于電話機(jī)、手持式計(jì)算機(jī)和紅外通信連接全都是數(shù)字式的，故不需要調(diào)制解調(diào)器。
紅外通信標(biāo)準(zhǔn)的廣泛兼容性可為PC設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理設(shè)備和桌面計(jì)算機(jī)之間的文件交換；在計(jì)算機(jī)裝置之間傳送數(shù)據(jù)以及控制電視、盒式錄像機(jī)和其它設(shè)備。
六、紅外通信技術(shù)開辟數(shù)據(jù)通信的未來
目前，符合紅外通信標(biāo)準(zhǔn)要求的個(gè)人數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)助理設(shè)備、筆記本計(jì)算機(jī)和打印機(jī)已推向市場(chǎng)，然而紅外通信技術(shù)的潛力將通過個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)和全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)的建立而充分顯示出來。由于紅外連接本身是數(shù)字式的，所以在筆記本計(jì)算機(jī)中不需要調(diào)制解調(diào)器。便攜式PC機(jī)有一個(gè)任選的擴(kuò)展插槽，可插入新式PCS數(shù)據(jù)卡。PCS數(shù)據(jù)卡配電話使用，建立和保持對(duì)無線PCS系統(tǒng)的連接；擴(kuò)展電纜的紅外端口使得在PCS電話系統(tǒng)和筆記本計(jì)算機(jī)之間容易實(shí)現(xiàn)無線通信。由于PCS、數(shù)字電話系統(tǒng)和筆記本計(jì)算機(jī)之間的連接是通過標(biāo)準(zhǔn)的紅外端口實(shí)現(xiàn)的，所以PCS數(shù)字電話系統(tǒng)可在任何一種PC機(jī)上使用，包括各種新潮筆記本計(jì)算機(jī)以及手持式計(jì)算機(jī)，以提供紅外數(shù)據(jù)通信。而且，由于該系統(tǒng)不要求在計(jì)算機(jī)中使用調(diào)制解調(diào)器，所以過去不可能維持高性能PC卡調(diào)制解調(diào)器運(yùn)行所需電壓的手持式計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在也能以無線方式進(jìn)行通信。紅外通信標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者還在設(shè)想在機(jī)場(chǎng)和飯店等地點(diǎn)使用步行傳真機(jī)和打印機(jī)，在這些地方，掌上計(jì)算機(jī)用戶可以利用這些外設(shè)而勿需電纜。銀行的ATM(柜員機(jī))也可以采用紅外接口裝置。
預(yù)計(jì)在不久的將來，紅外技術(shù)將在通信領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，數(shù)字蜂窩電話、尋呼機(jī)、付費(fèi)電話等都將采用紅外技術(shù)。紅外技術(shù)的推廣意味著膝上計(jì)算機(jī)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(qiáng)，故國(guó)外軍事通信機(jī)構(gòu)歷來重視這一技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這一技術(shù)在軍事隱蔽通信，特別是軍事機(jī)密機(jī)構(gòu)、邊海防的端對(duì)端通信中將發(fā)揮出重要的作用。正如前面所述，它還將對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生沖擊，對(duì)未來數(shù)據(jù)通信產(chǎn)生重大影響。
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關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)，繼電保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)化，一體化，智能化
電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。免費(fèi)論文，智能化。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動(dòng)力裝置（主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等）轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各負(fù)荷中心，通過各種設(shè)備再轉(zhuǎn)換成動(dòng)力、熱、光等不同形式的能量，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)和人民生活服務(wù)。
1 繼電保護(hù)的作用
電力系統(tǒng)運(yùn)行中常會(huì)出現(xiàn)故障和一些異常運(yùn)行狀態(tài)，而這些現(xiàn)象會(huì)發(fā)展成事故，使整個(gè)系統(tǒng)或其中一部分不能正常工作，從而造成對(duì)用戶少送電、停止送電或電能質(zhì)量降低到不能容許的地步，甚至造成設(shè)備損壞和人身傷亡。免費(fèi)論文，智能化。而電力系統(tǒng)各元件之間是通過電或磁建立的聯(lián)系，任何一元件發(fā)生故障時(shí)，都可能立即在不同成度上影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。免費(fèi)論文，智能化。因此，切除故障元件的時(shí)間常常要求短到1/10s甚至更短。而這個(gè)任務(wù)靠人完成是不可能的，所以要有一套自動(dòng)裝置來執(zhí)行這一任務(wù)。
繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍（這是首要任務(wù)），還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這樣，繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)愈準(zhǔn)確，大大提高保護(hù)性能和可靠性。
2 繼電保護(hù)現(xiàn)狀
2.1 國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)現(xiàn)狀
1984年原東北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開了我國(guó)繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁(yè)，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面，關(guān)于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)——變壓器組保護(hù)、微機(jī)線路保護(hù)裝置、微機(jī)相電壓補(bǔ)償方式高頻保護(hù)、正序故障分量方向高頻保護(hù)等也相繼通過鑒定，至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路保護(hù)裝置為電力系統(tǒng)提供了新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。
到9O年代，隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，此時(shí)，我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。
2.2 國(guó)外繼電保護(hù)現(xiàn)狀
國(guó)外的繼電保護(hù)已經(jīng)走過了一個(gè)多世紀(jì)的歷程。上世紀(jì)9 0 年代，隨著微機(jī)保護(hù)的發(fā)展，不斷有新的改善繼電保護(hù)性能的原理和方案出現(xiàn)，這些原理和方案同時(shí)也對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置硬件提出了更高的要求。由于集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)裝置硬件的發(fā)展也十分迅速，結(jié)構(gòu)更加合理，性能更加完善。
近年來與微機(jī)保護(hù)領(lǐng)域密切相關(guān)的其它領(lǐng)域的飛速發(fā)展給微機(jī)保護(hù)帶來了全新的革命。國(guó)外微機(jī)保護(hù)發(fā)展了近十五年，經(jīng)歷了三代保護(hù)設(shè)計(jì)上的更新?lián)Q代，并以微處理器技術(shù)與多種己被提出并被可靠證明和廣泛應(yīng)用的算法相結(jié)合為基礎(chǔ)，不斷為新型微機(jī)保護(hù)的開發(fā)和完善創(chuàng)造著良好的實(shí)現(xiàn)條件。
3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)展望
在未來，微機(jī)保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)集中體現(xiàn)在硬件上高度的集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、性能上高度的開放化，軟件上的多功能化。其目的是使微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)功能日益完善的軟硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行及性能價(jià)格比的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
3. 1 計(jì)算機(jī)化
隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件得到了有力的技術(shù)支持，取得了迅速發(fā)展。免費(fèi)論文，智能化。
電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高， 除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語(yǔ)言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺(tái)PC機(jī)的功能。
現(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲(chǔ)容量大大超過了當(dāng)年的小型機(jī)。免費(fèi)論文，智能化。因此，用成套工控機(jī)做成繼電保護(hù)的時(shí)機(jī)己經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。繼電保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。但對(duì)如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求， 如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尚須進(jìn)行具體深入的研究。
3.2 網(wǎng)絡(luò)化
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱。由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段，目前的繼電保護(hù)裝置只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量，切除故障元件，縮小事故影響范圍。于是，人們提出了系統(tǒng)保護(hù)的概念，將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)能保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，即每個(gè)保護(hù)單元都能分享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。免費(fèi)論文，智能化。要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。
3.3 保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化
在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端，它可以從網(wǎng)上獲得電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心的任一終端，因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可以完成繼電保護(hù)功能，而且在無故障正常運(yùn)行情況下還可以完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。
3.4 智能化
近年以來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究也已開始神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢(shì)角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護(hù)很難正確作出故障位置的判別，其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也有其獨(dú)特的求解復(fù)雜問題的能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可是求解速度更快。可以預(yù)見，人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。
4 結(jié)束語(yǔ)
鑒于電力系統(tǒng)的被保護(hù)元件發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能自動(dòng)、迅速，有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，以保證無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，并使故障件免于繼續(xù)遭受損害的特點(diǎn)，如何在今后確保繼電保護(hù)的更可靠運(yùn)行，牽涉繼電保護(hù)可持續(xù)發(fā)展的重要課題，因此全面研究繼電保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)
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【3】王維儉。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理[M]。北京：清華大學(xué)出版社， 1991。
【4】段玉清，賀家李。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法德微機(jī)變壓器保護(hù)。中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1998。
【5】許建安。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中國(guó)水力水電出版社，2005。
【關(guān)鍵詞】ZigBee；單兵激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)
1.引言
隨著激光技術(shù)的發(fā)展，其在軍事訓(xùn)練器材中的應(yīng)用，發(fā)揮著越來越重要的作用。單兵激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)采用以光代彈的原理，結(jié)合聲光效果，可逼真的模擬實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)兵對(duì)抗，是和平時(shí)期部隊(duì)訓(xùn)練和青少年展開野外拓展對(duì)抗游戲的有效器材之一。
單兵激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要由頭盔、背帶和激光發(fā)射機(jī)等3個(gè)部件組成。頭盔具有激光接收和發(fā)煙控制功能；背帶具有激光接收、毀傷模型計(jì)算以及與導(dǎo)控主臺(tái)無線數(shù)據(jù)通信功能；發(fā)射機(jī)用于激光發(fā)射控制。3個(gè)部件之間實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)通信是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。本文主要研究利用ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)單兵激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)各部件之間的數(shù)據(jù)交互。
2.硬件結(jié)構(gòu)
背帶與頭盔、發(fā)射機(jī)之間采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式。背帶、頭盔和發(fā)射機(jī)均內(nèi)嵌ZigBee通信單元（圖1），通信單元由ARM主控芯片、ZigBee射頻無線收發(fā)芯片和2.4GHz天線組成。
通信芯片選用TEXAS INSTRUMENTS公司的CC2420 ZigBee射頻無線收發(fā)器。芯片的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：
射頻單片無線收發(fā)芯片，帶有基帶調(diào)制解調(diào)器，并對(duì)MAC（介質(zhì)訪問層）層提供支持；
直接序列擴(kuò)頻的基帶調(diào)制解調(diào)器，其碼片速率可到2MChips/s，有效數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)250kb/s；
電流耗損非常低（RX：18.8mA，TX：17.4mA）；
輸出功率可以通過編程來改變；
不需要額外的RF開關(guān)和濾波器；
兩個(gè)（發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)）128Byte的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；
硬件實(shí)現(xiàn)MAC加密（AES-128）；
48腳的QLP封裝，7*7mm。
CC2420芯片與ARM主控芯片之間采用SPI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。FIFOP腳接ARM芯片的外部中斷腳，當(dāng)CC2420芯片接收到有效數(shù)據(jù)后，該引腳置高，ARM芯片產(chǎn)生中斷，進(jìn)行接收數(shù)據(jù)處理。RESTEn腳接ARM芯片的輸出腳，用于對(duì)CC2420芯片的復(fù)位。
CC2420芯片的射頻輸入/輸出是差分和高阻抗的，射頻端口最適宜的差分負(fù)載值阻抗為115+j180Ω。單兵激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中使用的天線為2.4GHz的單極天線，因此必須使用非平衡變壓器來增強(qiáng)其性能。圖2所示的射頻輸入/輸出電路由一個(gè)半波傳送天線、C3、L1、L2和L3構(gòu)成，半波傳送天線直接設(shè)計(jì)在印制板上，與電路匹配的天線阻抗為50Ω。
3.軟件設(shè)計(jì)
單兵激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中最多同時(shí)工作的單兵激光模擬器數(shù)量可達(dá)數(shù)千套；每套單兵激光模擬器的背帶與頭盔、發(fā)射機(jī)之間采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式，背帶為中心節(jié)點(diǎn)，頭盔和發(fā)射機(jī)為子節(jié)點(diǎn)；各單兵激光模擬器相互之間不能出現(xiàn)數(shù)據(jù)串?dāng)_。因此整個(gè)系統(tǒng)可以看作由幾千個(gè)獨(dú)立的微型通信系統(tǒng)構(gòu)成。
由于ZigBee的IEEE地址有8個(gè)字節(jié)，因此有足夠的容量可以滿足單兵激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)地址唯一性的要求。
3.1 數(shù)據(jù)幀格式
通信數(shù)據(jù)幀采用IEEE 802.15.4通用MAC幀格式，格式見圖3。
1）幀控制域：幀控制域長(zhǎng)度為16位，包括定義幀類型、加密、應(yīng)答、目的地址模式和源地址模式等。
本應(yīng)用中幀控制域的定義如下：幀類型為數(shù)據(jù)幀（001）；加密禁止（0）；應(yīng)答允許（1）；目的地址模式為64位IEEE地址（11）；源地址為64位IEEE地址（11）。
2）序列號(hào)域：在每個(gè)幀中都包含序列號(hào)域，其長(zhǎng)度為1個(gè)字節(jié)。每發(fā)送一個(gè)新的幀序列號(hào)，值加1。
3）目的PAN標(biāo)識(shí)域：目的PAN標(biāo)識(shí)域長(zhǎng)度為2個(gè)字節(jié)。由于本應(yīng)用中未使用個(gè)人局域網(wǎng)，該值固定為0x0001。
4）IEEE目的地址域：IEEE目的地址域長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)。該地址為數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址。
在單兵激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中每個(gè)頭盔、背帶、發(fā)射機(jī)的IEEE地址均被設(shè)置唯一的。通過配置CC2420芯片的MDMCTRL0（0x11）寄存器的ADR_DECODE位，可以打開CC2420芯片的硬件地址解碼功能，CC2420芯片可以只接收目的地址與本機(jī)地址相同的數(shù)據(jù)幀。
5）源PAN標(biāo)識(shí)域：源PAN標(biāo)識(shí)域長(zhǎng)度為2個(gè)字節(jié)。由于本應(yīng)用中未使用個(gè)人局域網(wǎng)，該值固定為0x0001。
6）IEEE源地址域：IEEE源地址域長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)。該地址為數(shù)據(jù)幀的源地址。
3.2 通信數(shù)據(jù)流程
單兵激光模擬器的背帶、頭盔和發(fā)射機(jī)的IEEE地址均分別預(yù)先寫入各自的ARM主控芯片，在初始化時(shí)寫入CC2420芯片的內(nèi)部寄存器。CC2420芯片的初始化程序流程圖見圖4。
背帶作為主節(jié)點(diǎn)，與其配套的頭盔和發(fā)射機(jī)的地址預(yù)先保存至背帶的ARM主控芯片中。單兵激光模擬器運(yùn)行后，背帶首先向頭盔和發(fā)射機(jī)發(fā)射設(shè)置指令，頭盔和發(fā)射機(jī)的ARM主控芯片接收到數(shù)據(jù)包后，首先將數(shù)據(jù)包中背帶的64位IEEE地址保存至內(nèi)存中，然后用該地址向背帶回復(fù)應(yīng)答數(shù)據(jù)包。
背帶與頭盔、發(fā)射機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信采用應(yīng)答方式，流程見圖5。
4.結(jié)論
該通信技術(shù)已在單兵激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，取得了很好的通信效果。經(jīng)實(shí)測(cè)單兵激光模擬器3個(gè)部件之間的通信時(shí)延小于100ms；30m范圍內(nèi)200套單兵模擬器同時(shí)工作，相互之間不會(huì)出現(xiàn)通信串?dāng)_。
參考文獻(xiàn)
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[2]王曉海.國(guó)外空間激光通信系統(tǒng)技術(shù)最新進(jìn)展[J].電信快報(bào)，2006（7）：16-21.
論文摘要：通過Bluetooth和UWB的技術(shù)對(duì)比及多角度的分析，證實(shí)了藍(lán)牙+UWB作為下一代高速無線通訊技術(shù)的可能。
隨著因特網(wǎng)、多媒體和無線通信技術(shù)的發(fā)展，人們與信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)密不可分。當(dāng)今無線通信在人們的生活中扮演著越來越重要的角色，低功耗、微型化是用戶對(duì)當(dāng)前無線通信產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的強(qiáng)烈追求，作為無線通信技術(shù)一個(gè)重要分支的短距離無線通信技術(shù)正逐漸引起越來越廣泛的觀注。
1短距離無線通信技術(shù)簡(jiǎn)介
近年來，由于數(shù)據(jù)通信需求的推動(dòng)，加上半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)等相關(guān)電子技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，短距離無線與移動(dòng)通信技術(shù)也經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的階段，WLAN技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、UWB技術(shù)，以及紫蜂(ZigBee)技術(shù)等取得了令人矚目的成就。短距離無線通信通常指的是100m以內(nèi)的通信，分為高速短距離無線通信和低速短距離無線通信兩類。高速短距離無線通信最高數(shù)據(jù)速率>100Mbit/s，通信距離
2 藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)
“藍(lán)牙(Bluetooth)”是一個(gè)開放性的、短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是目前國(guó)際上最新的一種公開的無線通信技術(shù)規(guī)范。它可以在較小的范圍內(nèi)，通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，使得近距離內(nèi)各種通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享，也可以實(shí)現(xiàn)在各種數(shù)字設(shè)備之間的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信。由于藍(lán)牙技術(shù)可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中，因此特別適用于小型的移動(dòng)通信設(shè)備，使設(shè)備去掉了連接電纜的不便，通過無線建立通信。
藍(lán)牙技術(shù)以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時(shí)分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先進(jìn)技術(shù)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。藍(lán)牙技術(shù)使得一些便于攜帶的移動(dòng)通信設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線連接因特網(wǎng)，其實(shí)際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個(gè)巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。打印機(jī)、PDA、桌上型計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍(lán)牙系統(tǒng)的一部分。目前藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，工作在2.4GHz頻帶，通道帶寬為lMb/s，異步非對(duì)稱連接最高數(shù)據(jù)速率為723.2kb/s。藍(lán)牙速率亦擬進(jìn)一步增強(qiáng)，新的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)2.0版支持高達(dá)10Mb/s以上速率(4、8及12～20Mb/s)，這是適應(yīng)未來愈來愈多寬帶多媒體業(yè)務(wù)需求的必然演進(jìn)趨勢(shì)。
作為一個(gè)新興技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用還存在許多問題和不足之處，如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問，藍(lán)牙技術(shù)已成為近年應(yīng)用最快的無線通信技術(shù)，它必將在不久的將來滲透到我們生活的各個(gè)方面。
3 超寬帶(UWB)技術(shù)
超寬帶(Ultra-wideband—UWB)技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代末，此前主要作為軍事技術(shù)在雷達(dá)等通信設(shè)備中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展，人們對(duì)高速無線通信提出了更高的要求，超寬帶技術(shù)又被重新提出，并倍受關(guān)注。UWB是指信號(hào)帶寬大于500MHz或者是信號(hào)帶寬與中心頻率之比大于25%的無線通信方案。與常見的使用連續(xù)載波通信方式不同，UWB采用極短的脈沖信號(hào)來傳送信息，通常每個(gè)脈沖持續(xù)的時(shí)間只有幾十皮秒到幾納秒的時(shí)間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達(dá)幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百分之一。在高速通信的同時(shí)，UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一，對(duì)于普通的非UWB接收機(jī)來說近似于噪聲，因此從理論上講，UWB可以與現(xiàn)有無線電設(shè)備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式，它有望在無線通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。UWB的特點(diǎn)如下：
(1)抗干擾性能強(qiáng)：UWB采用跳時(shí)擴(kuò)頻信號(hào)，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時(shí)將微弱的無線電脈沖信號(hào)分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。
(2)傳輸速率高：UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit/s到幾百M(fèi)bit/s，有望高于藍(lán)牙100倍。
(3)帶寬極寬：UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達(dá)幾個(gè)GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時(shí)工作而互不干擾。
(4)消耗電能少：通常情況下，無線通信系統(tǒng)在通信時(shí)需要連續(xù)發(fā)射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發(fā)出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發(fā)送出去，并且在需要時(shí)才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能少。
(5)保密性好：UWB保密性表現(xiàn)在兩方面：一方面是采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時(shí)才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機(jī)無法接收。
(6)發(fā)送功率非常小：UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小，通信設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長(zhǎng)了系統(tǒng)電源工作時(shí)間。
(7)成本低，適合于便攜型使用：由于UWB技術(shù)使用基帶傳輸，無需進(jìn)行射頻調(diào)制和解調(diào)，所以不需要混頻器、過濾器、RF/TF轉(zhuǎn)換器及本地振蕩器等復(fù)雜元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，成本大大降低，同時(shí)更容易集成到CMOS電路中。
參考文獻(xiàn)
【論文摘要】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是一門不斷高速發(fā)展的交叉性應(yīng)用型課程，該課程的教學(xué)難度較大，現(xiàn)實(shí)的教學(xué)效果并不令人滿意。它是高職計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)必修的重點(diǎn)課程，是一門理論性，實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程，為了使計(jì)算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求，將從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的主要特點(diǎn)、教學(xué)現(xiàn)狀入手，討論如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與自主獲取知識(shí)的能力。
一、課程的主要特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)發(fā)展和通信技術(shù)緊密結(jié)合并不斷發(fā)展的一門學(xué)科。它的理論發(fā)展和應(yīng)用水平直接反映了一個(gè)國(guó)家高新技術(shù)的發(fā)展水平，是其現(xiàn)代化程度和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。在以信息化帶動(dòng)工業(yè)化和工業(yè)化促進(jìn)信息化的進(jìn)程中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)扮演了越來越重要的角色。本課程系統(tǒng)地介紹了數(shù)據(jù)通信、局域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)互連與廣域網(wǎng)、Internet、Intranet/Extranet、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與案例分析等內(nèi)容。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本理論，特別是數(shù)據(jù)通信和局域網(wǎng)的基本原理。因?yàn)閿?shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，而局域網(wǎng)是廣域網(wǎng)的基本單元，廣域網(wǎng)一般均由局域網(wǎng)互連而成。因此對(duì)數(shù)字化、數(shù)字傳輸、模擬傳輸、通信媒體、多路復(fù)用、數(shù)據(jù)交換以及局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方式、體系結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)技術(shù)、高速局域網(wǎng)等的基本原理和技術(shù)要有清晰的了解和掌握。此外，對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理(如網(wǎng)絡(luò)安全管理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng))和應(yīng)用(如在企業(yè)中的應(yīng)用、政府部門的應(yīng)用、金融機(jī)構(gòu)的應(yīng)用以及Internet的應(yīng)用等)掌握的同時(shí)，還應(yīng)具有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的初步能力。
二、課程教學(xué)現(xiàn)狀
作為一門高職計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課，目前課程的教學(xué)存在三個(gè)比較大的問題：首先，教學(xué)內(nèi)容方面，網(wǎng)絡(luò)相關(guān)學(xué)科發(fā)展迅速，內(nèi)容更新快，課程內(nèi)容難以跟上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的發(fā)展變化。其次，在教學(xué)方式上，網(wǎng)絡(luò)課程有相當(dāng)部分的內(nèi)容屬于基礎(chǔ)理論知識(shí)，難度大，相對(duì)枯燥，在課堂教學(xué)方面需要適當(dāng)調(diào)整，改變學(xué)生積極性調(diào)動(dòng)不充分，課堂互動(dòng)性不足等問題。然后，教學(xué)目標(biāo)方面，高職網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)目標(biāo)主要集中在如何完成課程的教學(xué)，傳授其中的知識(shí)點(diǎn)，但對(duì)于學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力沒有適當(dāng)?shù)年P(guān)注。與此相對(duì)的是，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)走向工作崗位，能否有效解決有關(guān)的實(shí)際問題，對(duì)于用人單位用人的一項(xiàng)硬件指標(biāo)。這些能力培養(yǎng)的忽略。對(duì)于今后學(xué)生的工作和發(fā)展非常不利。
三、教改措施
1.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)基本概念和知識(shí)的學(xué)習(xí)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)內(nèi)容包括通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)理論和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)，無論從軟硬件、通信哪那一個(gè)方面講。都是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。因此，要在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)，內(nèi)容的安排非常重要。我們根據(jù)目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)教學(xué)的課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，精選教學(xué)內(nèi)容，保留基本的通信理論，略講部分網(wǎng)絡(luò)原理，刪去一些過時(shí)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把重點(diǎn)放在讓學(xué)生掌握目前流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和理解未來的發(fā)展方向上。
2.提高教學(xué)質(zhì)量，采用合適的教學(xué)方法和教學(xué)手段。課堂講授：上課老師最好能參與本單位的校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，或者參與社會(huì)上的網(wǎng)絡(luò)工程，積累工程經(jīng)驗(yàn)，豐富上課內(nèi)容。教師在備課過程中力求對(duì)內(nèi)容高度熟練，能夠深入淺出的講授，并引導(dǎo)學(xué)生逐步理解課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使學(xué)生能掌握基本的理論、概念、技術(shù)、方法。
作業(yè)練習(xí)：有選擇性地布置一些思考題、練習(xí)題、市場(chǎng)調(diào)研、專業(yè)技能訓(xùn)練等，使學(xué)生通過認(rèn)真閱讀教材和參考書，以掌握課程的基本內(nèi)容以及重點(diǎn)和難點(diǎn)。教師可以將科研中企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的需求或已有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)情況告訴學(xué)生，讓學(xué)生分析企業(yè)已有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的問題，提出改進(jìn)方案，或?yàn)槠髽I(yè)設(shè)計(jì)滿足實(shí)際需求的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。最后由指導(dǎo)老師對(duì)學(xué)生提出的企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行講評(píng)，指出其設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出改進(jìn)意見。
網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)：利用及時(shí)通信技術(shù)，如飛信、QQ等手段，回答學(xué)生提出的問題；學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)提交作業(yè)，教師通過網(wǎng)絡(luò)將批閱后的作業(yè)返回給學(xué)生。這樣不僅使學(xué)生對(duì)本課程的內(nèi)容更進(jìn)一步的了解，主要是加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)應(yīng)用的興趣愛好。
課外閱讀輔導(dǎo)：將相關(guān)的著名計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)網(wǎng)站，論壇、視頻下載資源等和優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)課程書籍，及時(shí)推薦給學(xué)生，以進(jìn)一步擴(kuò)展學(xué)生的獲得知識(shí)面。
案例討論：在教案中準(zhǔn)備不同的現(xiàn)實(shí)經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)教學(xué)案例，組織學(xué)生討論或課外獨(dú)立思考，編寫方案等，充實(shí)了學(xué)生的動(dòng)手能力，讓學(xué)生了解實(shí)際，增進(jìn)了學(xué)習(xí)氛圍。
學(xué)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)參觀：在課程講授過程中，帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)院網(wǎng)絡(luò)中心，向?qū)W生介紹該網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的思路、組網(wǎng)技術(shù)、主要硬件及軟件等內(nèi)容，現(xiàn)場(chǎng)演示設(shè)備的操作與調(diào)試，其目的是使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有感性認(rèn)識(shí)。
參考文獻(xiàn)：
[1]黃晨.高職計(jì)算機(jī)課程教學(xué)模式改革初探[J].電腦學(xué)習(xí).2010.
論文介紹的可重構(gòu)多變魔方模塊采用了GY-85傳感器模塊感知位置信息，步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行器，模塊監(jiān)控器通過IIC總線與多變魔方控制器形成一個(gè)模塊化分布式控制系統(tǒng)。論文以4模塊構(gòu)建的多變魔方為例，介紹了可重構(gòu)多變魔方模塊的硬件結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議和模塊運(yùn)動(dòng)的同步控制方法。
【關(guān)鍵詞】模塊化機(jī)器人 GY-85傳感器 運(yùn)動(dòng)控制
1 可重構(gòu)機(jī)器人與多變魔方
可重構(gòu)機(jī)器人（Reconfigurable Robot）是由功能簡(jiǎn)單而具有一定感知能力的模塊機(jī)器人有機(jī)聯(lián)接而成。其核心是將機(jī)器人分解為標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組件，研究這些模塊化組件如何有機(jī)的結(jié)合，以達(dá)到機(jī)械系統(tǒng)的快速拆裝、功能模塊間的有效通訊、整體機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)同控制。
多變魔方可看作是一個(gè)簡(jiǎn)單的可重構(gòu)機(jī)器人，它同時(shí)擁有自重構(gòu)、自組裝和群體機(jī)器人的特點(diǎn)。多變魔方由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單一、配置方便的機(jī)電模塊連接而成，這些模塊集傳感器、執(zhí)行器、通信接口等裝置為一體，能夠快速拆裝、互換裝配、互相通訊、協(xié)調(diào)控制。多變魔方機(jī)器人的每個(gè)模塊都可以自主移動(dòng)并與其他模塊自組裝成魔方結(jié)構(gòu)，可以被配置成各種不同形態(tài)，實(shí)現(xiàn)變形。
下面介紹一種可重構(gòu)多變魔方模塊及其重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法。
2 多變魔方的硬件結(jié)構(gòu)
2.1 多變魔方的機(jī)械結(jié)構(gòu)
多變魔方模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用直角立體三角形如圖 1所示，每個(gè)模塊包含了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、位置傳感器和驅(qū)動(dòng)電路。由4個(gè)模塊可組裝連接成一個(gè)簡(jiǎn)單的多變魔方（其中有1個(gè)模塊與支架相連，1個(gè)模塊沒有步進(jìn)電機(jī)），通過驅(qū)動(dòng)各模塊步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)變形操作見圖2。
2.2 多變魔方的電路結(jié)構(gòu)
可重構(gòu)多變魔方模塊包含位置信息傳感器（GY-85）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。模塊之間通過IIC總線連接，并連接到多變魔方控制器，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的模塊化分布式控制系統(tǒng)。每個(gè)模塊的電路是一樣的，只是作為IIC總線上的器件地址需要進(jìn)行設(shè)置。多變魔方控制器（上位控制機(jī)）包含人機(jī)交互和通信接口 。
位置信息傳感器采用GY-85模塊，這是一款九軸自由度IMU傳感器，集成了三軸陀螺儀（ITG3205）、三軸加速度（ADXL345）和三軸磁場(chǎng)（HMC5883L）傳感器，三個(gè)器件由IIC總線連接，集成在一小塊PCB上，能夠同時(shí)測(cè)量重力方向、磁場(chǎng)方向和角度方向的變化。
GY-85模塊中ITG3205、ADXL345和HMC5883L三個(gè)器件已有統(tǒng)一的訪問地址，分別為0xD0、0xA6和0x3C。為使多個(gè)GY-85模塊通過IIC總線相連，需要通過模塊監(jiān)控器將每個(gè)可重構(gòu)模塊重新封裝成一個(gè)IIC器件，并由模塊編號(hào)開關(guān)設(shè)置不同的IIC器件地址。
模塊監(jiān)控器采用C8051F320，負(fù)責(zé)讀取GY-85模塊中位置信息和驅(qū)動(dòng)模塊執(zhí)行器。
可重構(gòu)模塊的執(zhí)行器采用步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)參數(shù)有3個(gè)：當(dāng)前的位置、目標(biāo)位置和步進(jìn)速度。模塊監(jiān)控器寫入和讀取驅(qū)動(dòng)參數(shù)，可改變和獲取步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)。
多變魔方控制器通過通信接口IIC與各模塊連接，并通過人機(jī)交互設(shè)備（帶觸摸屏的LCD顯示器）顯示多變魔方的狀態(tài)信息，輸入多變魔方狀態(tài)的控制信息。
3 多變魔方的軟件結(jié)構(gòu)
多變魔方的軟件由兩部分組成：基于32位ARM架構(gòu)下的多變魔方控制器軟件和基于兼容8位MC51架構(gòu)下的可重構(gòu)模塊監(jiān)控軟件，其中模塊監(jiān)控軟件及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是重要基礎(chǔ)。
3.1 模塊監(jiān)控軟件及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
模塊監(jiān)控軟件包括GY-85位置信息讀取、電機(jī)狀態(tài)讀取、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、IIC總線驅(qū)動(dòng)等模塊組成。其中模塊狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過下面語(yǔ)句來定義。
typedef struct {
int AA_x，AA_y，AA_z； //三軸角加速度數(shù)據(jù)
int Acc_x，Acc_y，Acc_z； //三軸加速度數(shù)據(jù)
int Mag_x，Mag_y，Mag_z； //三軸磁場(chǎng)數(shù)據(jù)
}GY_85； // GY-85模塊位置信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
typedef struct {
int Target； //電機(jī)目標(biāo)位置
int Position； //電機(jī)當(dāng)前位置
int Speed； //電機(jī)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度方向（分正負(fù)方向）
}Motor； //電機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
每個(gè)模塊可分別定義兩個(gè)位置信息變量和兩個(gè)電機(jī)信息變量：
GY_85 GG0，GG1；
Motor MM0，MM1；
其中GG0、MM0為當(dāng)前狀態(tài)，由定時(shí)中斷程序刷新（刷新周期取400ms），GG1、MM1為同步狀態(tài)，由控制器發(fā)出的同步命令將GG0、MM0復(fù)制過來，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步采集。控制器發(fā)出的電機(jī)命令設(shè)置MM0中參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制；先設(shè)置MM1然后同步復(fù)制到MM0可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步控制。
3.2 控制器軟件和通信協(xié)議
控制器軟件在uC/OS II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下工作，包括人機(jī)交互、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)通信三個(gè)功能模塊。人機(jī)交互的功能包括：多變魔方基本狀態(tài)顯示、各模塊位置信息顯示、多變魔方基本狀態(tài)和自定義狀態(tài)按鈕檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)控制模塊功能包括：?jiǎn)蝹€(gè)模塊驅(qū)動(dòng)、基本狀態(tài)控制、自定義狀態(tài)控制。數(shù)據(jù)通信模塊功能包括：IIC總線驅(qū)動(dòng)、各模塊位置信息和電機(jī)狀態(tài)讀取和電機(jī)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)置。
多變魔方控制器與各可重構(gòu)模塊之間采用IIC通信接口，控制器為主器件，可重構(gòu)模塊為從器件。IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸格式通常為：地址（1字節(jié)）+參數(shù)（n字節(jié)），設(shè)可重構(gòu)模塊擴(kuò)展地址M_Addr為8位二進(jìn)制，其中高4位為模塊號(hào)M_No（模塊號(hào)0000B對(duì)應(yīng)所有模塊），低4位為命令號(hào)M_Com（最低位為IIC的讀寫標(biāo)志），參數(shù)分別為P1、P2……Pn。通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包格式如圖3所示，相關(guān)命令格式說明見表1。
4 模塊運(yùn)動(dòng)的同步控制方法
首先通過多變魔方的上位控制機(jī)發(fā)出“同步允許”和“同步禁止”命令，來選擇需要同步采集和同步控制的模塊。
4.1 數(shù)據(jù)同步采集
發(fā)出對(duì)模塊號(hào)為0000B（即對(duì)應(yīng)所有模塊）發(fā)出“同步刷新G”和“同步刷新M”命令，可將各模塊的位置信息和電機(jī)信息的同步采集存放到各自GG1和MM1變量中，然后分別由“位置信息1”和“電機(jī)信息1”命令讀取各模塊的GG1和MM1變量，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊的數(shù)據(jù)同步采集。
4.2 電機(jī)同步控制
對(duì)各模塊發(fā)出“運(yùn)動(dòng)控制1”命令，將模塊電機(jī)目標(biāo)位置發(fā)送到模塊的MM1變量中，發(fā)出對(duì)模塊號(hào)為0000B（即對(duì)應(yīng)所有模塊）發(fā)出“同步還原M”命令，各模塊將同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)按給定的速度和方向到達(dá)目標(biāo)位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊運(yùn)動(dòng)的同步控制。
5 結(jié)論
利用上述的可重構(gòu)模塊設(shè)計(jì)了一個(gè)四模塊的多變魔方，實(shí)現(xiàn)了典型的變形操作。所設(shè)計(jì)的多變魔方融合了數(shù)字化傳感技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和機(jī)電技術(shù)等；可重構(gòu)模塊不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)上可以快速配置，形成不同構(gòu)型的機(jī)器人，而且在電子線路上也能快速拓展；多變魔方結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但造型豐富，能形成眾多形態(tài)，再配上表面的燈光顯示，具有很強(qiáng)的展示功能；多變魔方作為一個(gè)機(jī)電設(shè)計(jì)的教學(xué)案例，用于綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有著重要意義。如將其作為一種新穎的室外大型電子“數(shù)字魔型”，布置在校園內(nèi)或公共場(chǎng)所，在不同的時(shí)間、場(chǎng)合展示不同的造型，則需要改進(jìn)其通信接口，如采用RS486、CAN總線。
參考文獻(xiàn)
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