数据通信方向范文

导语：如何才能写好一篇数据通信方向，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，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。

一、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。

二、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。

三、数据通信的分类

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。

四、网络及其协议

计算机网络

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关键词：计算机网络；数字数据；通信技术

计算机网络技术使用了通信线路和设备，用于连接不同地区的计算机网络，形成计算机网络系统，从而满足人们对语音、图像、数据等信息的共享需求。计算机网络中的组成设备主要有网关、交换器、网桥等，进行数据传递的过程就是计算机网络通信技术，计算机网络通信的基础是网络协议，只要计算机的网络协议相同，就可以实现信息数据的通信和共享。

1数字数据通信技术的概述

1.1数字数据通信技术的优势

数字数据通信技术与传统的模拟数据通信技术相比有着极大的优势：第一，数字数据通信技术中，数据传输的单位是数据帧，在传输时，一旦出现传输错误，就可以及时通过检错编码和重新发送数据帧进行检测，大大提升了通信的可靠性能。第二，数字数据通信可以将视频、声音、图像等非数据信息转换为数字信息，并在计算机网络中进行传输。第三，数字数据通信技术有效加强了信息加密技术，使得信息的隐私性得到保障，避免外界的非法获取，保障了信息的安全性。第四，数字数据通信技术采用了继电器设备，并对信息和数据进行适当的放大和整形，避免了噪音的累积和影响，保证了数据在通信传输过程中遇到长距离传输时的完整性。第五，数字数据通信技术发展的速度不断加快，并利用了集成电路，大大减少了电路设备的数量，降低了设备的成本和体积，使通信设备便携方便。第六，数字数据通信技术中应用了多路光纤技术，使得数据的通信路径更多，传输速度加快，可以在同一时间传输更多的数据，满足了快速发展的生活需求。

1.2数字数据通信中的指标

1.2.1速率

通信技术中的速率指的是每秒能够传送的代码位数，其计算公式是：S=1/T*log2n公式中的T是指脉冲的重复周期（脉冲的宽度），n是指调制的点平数。由此可见，T的重复周期（脉冲的宽度）的倒数就是每一秒的单位脉冲数，如果n=1/T，那么单位脉冲的重复频率就是每一秒的位数。在调制器中，每一个调制转换时间都与一个代码对应。由此可见，调制速率与信息传输速率是相同的。

1.2.2误码率

误码率是衡量数据通信系统信息传输可靠性的关键指标，误码率主要指在数据进行通信传输的过程中，二进制码出错的概率，它的计算公式是：P=Ne/N公式中，Ne指的是传输错误的码数，N指的是传输过程中二进制码的总数。

1.2.3信道容量

信道容量决定了数据的通信速率，是检测信息通信能力的重要因素，在计算机网络中，比特是最常用的一个二进制单位，每秒能够传送的比特数量是信道容量的单位。

2计算机网络通信的现状分析

计算机技术的普及加快了经济的发展，也提高了人们的生活质量，传统的通信技术已无法满足新时代的要求，因此，通信技术也不断更新。近年来，通信技术经历了模拟技术、二代GSM技术、CDMA技术、3G通信时代，目前，通信技术已进入4G通信时代，较以往的通信技术而言，4G通信传输速度更快，完整性更高，安全性更稳定，方便了人们生活和工作的交流与沟通。另外，多媒体技术也在快速发展的通信技术时代背景下得到了提高，数字数据通信技术中可以将图像、音频、影视等数据转变为数字信息，方便了传输和共享，同时，数字数据通信技术还增加了存储容量，可以无限制存储，多媒体技术与计算机网络数字数据通信技术的高度融合，将更好地满足社会和人们的需求。

3数字数据通信技术的编码

3.1基带传输

基带传输是指通过传输线路直接传送包含数字信号的电脉冲，是通信技术中最常见的传输方式，广泛应用在距离较近的局域网信息数据传输中，在传输中，常使用不同的电压电平来替代二进制数字进行表示。

3.2编码方案

数字信号脉冲编码方案多种多样，主要包括：单极性不归零码、双极性不归零码、单极性归零码、双极性归零码4种。其中归零码与不归零码的区别主要是脉冲时间与码数的关系，如果在一个全部时间内是用电流来进行传输的就称为不归零码，如果发出的电流少于一个码数的全部时间就称为归零码。简而言之，归零码发出的是较窄的脉冲，而不归零码发出的是较宽的脉冲。除此之外，单极性码与双极性码的区别则是单极性码可以将直流分量进行累计，而双极性码则不可以累计直流分量，更有利于通信传输。

3.3同步过程

同步过程是指接收端按照发送端的每个码数的重复频率以及起始时间来接收和传输数据的，在计算机网络数字数据通信技术中，主要应用的是位同步法和群同步法。位同步法是指接收端对于传输的每一个数据都和发送端保持一致，并在时间上保持同步，为了实现位同步法，我国目前常用的有外同步法和自同步法2种。外同步法是指接收端的数据信息直接由发送端预先发送过来，并保持同步；自同步法则是指接收端从发送端传输的各种波形中提取数据信息，并保证提取的数据信号不论时间上还是内容上都与发送端保持一致，例如：曼彻斯特编码。群同步法是指在发送端传输信息后，将传输的信息分成若干群，这里的群是一种序列，序列有起始数据，也有终止数据，而所有数据都是有着固定的传输频率的，这样也就保证了发送端和接收端的信息一致。

4数字数据通信传输方式

4.1数字通信方式

一般来说，数字通信传输方式主要包括2种，即并行传输方式和串行传输方式。其中，并行传输方式一般适用于近距离数据通信传输，在发送端和接收端2个设备传输时，数据可以在并行的多条通信线路上达到传输多个数据位的效果。而串行传输方式则多用于远距离数据通信，在进行传输时，数据是一位一位地在通信线路上进行传输，并主要有3种传输方向，即单工结构、半双工结构、全双工结构。其中的单工结构只支持1个方向上的数据通信传输，而半双工结构就可以支持数据在2个方向上进行数据通信，而遇到特殊情况时，会在1个方向上进行数据通信传输，全双工结构指的是只可以在2个方向进行数据通信。

4.2多路复用方式

多路复用方式主要分为频分多路复用和时分多路复用2种传输方式。频分多路复用方式是指将信道的总容量分解成为多个子信道，而且每一个子信道的带宽完全相同，每一个子信道都可以单独负责传输信号，使得信号可以同时传输，加快传输速度。时分多路复用方式是指按照时间的先后顺序，将每一个信道分解成多个时间段，在同时传输多个信号时，每一个传输的数据信号就会占用一个时间段，从而达到实现多个数据同时传输的目的。

4.3同步传输和异步传输方式

在数字数据通信的过程中，为了保障发送端和接收端的数据信息完整性和同步性，各个码数也必须保持同步，数据模块和各个字符在传输的起始时间和终止时间也需要相同，目前，我们多采用同步传输和异步传输2种方式来达到这个目的。其中的同步传输是指在数据进行传输时，加入一些同步字符，从时间进行判断，只有保证了数据的传输起始时间和终止时间相同，就可以判断数据传输的同步性。而异步传输则常用于低速的传输设备，在数据中只能1位1位地加入起始字符和终止字符，导致传输效率低，结构也相对简单。

5结语

随着计算机网络技术的应用和普及，数字数据通信技术越来越完善，满足了社会的发展要求，也方便了人们的生活和工作，在我国军事、工业、航空航天技术、卫星通信技术等领域也得到了广泛应用。本文首先对数字数据通信技术进行简述，并分析发展现状，对计算机网络数字数据通信技术的传输进行阐述，以期对我国计算机通信技术提供参考。

[参考文献]

[1]刘忠.探讨计算机通信与网络发展的应用技术[J].电子技术与软件工程，2014（16）:44.

[2]宋舒豪.探讨计算机通信与网络发展的应用技术[J].信息通信，2014（3）：172.

[3]赵洪涛.浅议计算机通信与网络发展的应用技术[J].交通科技与经济，2004（2）：37-38.

[4]张雪艳，刘春霞.计算机通信与网络发展的应用技术[J].煤炭技术，2012（10）：174-175.

[5]田艳云.计算机通信与网络发展应用技术的探究[J].电子制作，2013（10）：56-57.

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关键词：民航数据；网络通信；分组交换；应用

民航通信业务不断发展的今天，民航信息网络对民航飞机的飞行安全及数据通信有很重要的作用。因此，我们必须要意识到民航数据通信网络中存在的不足，对通信技术进行改进和更新，科学有效地运用分组交换技术。

1民航数据通信网络技术的发展

在民航技术迅速发展的今天，我国对民航飞机的信息通信技术提出了更高的要求。因此大部分民航企业都对传统的的通信网络技术进行了更新和改进，引进了很多先进的信息技术和设备。民航数据通信技术在早期网络建设中，由于通信技术还不算成熟，因此民航业务的通信需要通过长期的调整，才能达到理想的效果。其实从某个方面来讲数据通信网络的安全性不高，民航企业里还有很多旧的通信设备，且其数据通信网络系统很容易出现各种故障。所以民航企业必须要对原有的设备和通信方面的技术手段进行适当合理的改造，不断进行优化改善，保障民航数据通信网络的通讯质量和系统的安全性。不过随着我国民航客业的迅速发展，目前的滞后的数据通信网络已经很难顺应现代化信息网络时代的发展步伐。一些数据通信网络技术不能够满足现在的民航业务，所以数据通信网络技术还有待提升。随着我国民航业务的增加和相关的改革实施后，当前的通信网络系统无法满足新的业务需求，影响民航数据通信网络的质量和技术发展。我们要清楚的认识到民航数据通信网络中存在的网络问题，将先进的现代化通信设备有效运用到民航数据通信网络中，并对现有的数据通信网络进行有效的改进。民航企业要转变传统的观念，引进先进的网络通信技术，对老的通讯设备进行更新，加强技术指导，确保民航数据通信网络的质量和安全。民航数据通信网络包含的是民航信息系统中的信息和实际的业务管理，所以对数据通信网络的要求就非常的高。民航企业运输服务的性质致使其通信系统的安全可靠性，因此，我们需要拓展通信网络的兼容性，完善通信网络系统的建立。当然在民航数据通信网络中信息传输是其基础内容，对民航通信业务的安全运行有良好的基础保障。

2分组交换技术在民航数据通信网络中的运用

分组交换技术凭借自身独特的优势，在信息通讯方面有着举足轻重的作用。它可以提高民航通信网络的水平满足民航通信网络的很多新的业务要求标准，保障民航通信网络的高效运行。分组交换技术是顺应了现代化网络信息的发展趋势，解决民航数据通信网络技术中存在的一些不足。新型的民航数据通信网络系统更新后，我们可以通过分层的方式对其进行优化改进，不断满足今后民航数据通信网络技术的发展需求。而且随着现代通信网络技术的迅速发展，民航企业在搭建数据通信网络的同时，还应对其运营和飞行安全做好基本的保障。对于分组交换技术进行一定优化，充分利用民航数据通信网络的信息资源，进而提升民航网络通信技术的质量，保障信息数据的安全性能。分组交换技术对民航数据通信网络的合理规划，可以有效保障民航实际通信业务的平稳发展。民航企业可以根据数据通信网络的发展状况，有效制定相应的改进方案，实现民航通信业务的高校运行。为了确保民航数据通信网络系统的正常运行和民航飞机的安全性，我们需要对民航业务和一些设备进行科学合理的调整。民航数据通信系统凭借自身独有的性能，保障着通信网络技术的安全性，确保信息传输数据通信的正常运转。民航数据通信网的发展是为了更好的满足民航业务系统需求，为今后数据通信网络的发展打下坚定的基础。还有民航企业需要对相应的技术设备进行通信数据的加密，进而保障数据通信网络的安全性。分组交换技术是民航数据通信网络发展的基础，它是基于信息传输从数据通信网络中发展起来的。其实数据通信网络可以与分组交换技术进行有效的结合运用，这样可以对网络结构规划，继续开展民航通信业务工作。但据就目前民航数据通信网络的发展现状来看，民航信息网络系统在通信传输方面有很大的缺漏，因此，我们要根据实际的情况针对性地提出行之有效的解决方案，构建较为完善的民航数据通信网络系统。

在分组交换技术开发运用后，它顺应了通信网络信息化的发展趋势，解决了民航通信网络中存在的一些问题。民航企业要充分利用现有的技术资源，运用分组交换技术对通信网络进行科学性的改进，达到民航通信业务的最新需求，实现民航企业的实用价值和经济效益。分组交换技术设备在对民航数据通信网络进行调整时，要在保证民航通信业务正常运行的基础上，将先进的通信技术合理运用到数据通信网络的开发中，有效实现民航通信网络结构的搭建。数据通信网络需要保证民航通信业务的顺利进行，将分组交换技术合理运用到民航数据通信技术中，与时俱进更快更好地实现民航数据通信网络的运行。将通信数据的加密技术和分组交换技术有效结合起来，防止计算机受病毒的侵害和民航通信数据信息的丢失，从而保障民航数据通信网络的安全性，促进民航企业的长久发展。数据通信网络要对信息传输设备进行升级准备，最大可能地节约成本投入，有效保障民航运输工作的安全性。当然民航企业需要对其业务人员进行相应的技术培训，使他们掌握分组交换技术的基本配置和在数据通信网络中的有效运用，对民航加强技术人员的投入。分组交换技术在数据通信网络中得到了广泛的应用，将分组交换技术运用在民航数据通信网络中，满足民航通信业务的发展趋势是我国民航企业的首要目标。在实现对通信网络改进时要在分组交换技术的基础上进行合理规划，提高数据通信网络系统的相关配置，对分组交换技术进行改善提升，从而实现民航数据通信网络的最优化。从目前民航数据通信网络的发展趋势来看，分组交换技术在今后民航数据通信网络中的发展前景是非常好的，这也为数据通信网络的发展方向提供了良好的技术基础。

3结语

在民航数据通信网络发展的今天，相关技术人员要充分运用分组交换技术和现代化的信息技术，确保民航飞机的安全运行以及确保其经济效益。民航局要注重数据通信网络的发展，结合先进的信息技术设备不断改进民航数据通信网络技术，建立完善的民航信息系统，为民航的发展做好基本的保障。

参考文献：

[1]张鹏.分组交换技术在民航数据通信网络中的应用探析[J].通讯世界,2016,(14):25.

[2]梁有程.分组交换技术在民航数据通信网络中的应用探析[J].电信网技术,2015,(07):62-65.

[3]项洁阳.民航数据通信有限责任公司发展战略研究[D].北京交通大学,2014.

[4]金敏.关于民航计算机数据通信网络的概述[J].中国新通信,2013,(21):40-41.

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【关键词】宽带IP网络；综合数据通信；网络信息技术；调试策略方法

我国在社会市场经济大力发展时期，非常注重科学技术的发展，科技是发展的第一要务，其中对于网络技术的不断发展和运用已经成为人们生活和工作中必不可少的伙伴，因此这种广泛运用使得通信技术的发展也得到越来越多的人关注和重视。由于这种新兴产业的不断发展发达，计算机网络技术已经逐步开始自动化、多元化，不断的更好满足人们生活和工作的需求，为此，本文通过对宽带IP网络中的综合数据通信的技术研究，探讨如何更进一步的促进网络信息技术的创新发展。

1 宽带IP网络数据通信的背景和意义

1.1 宽带IP网络数据通信的大背景介绍

计算机的网络通信技术，在进入二十世纪八九十年代，就得到了全社会以及国家的关注，并相应的得到了社会的资源配置工作，使得这种技术得到了迅速助力发展。在最早计算机的网络信道主要是通过铜线基本线缆为根本介质开始发展，随着时代和技术的不断日新月异，各种不同的光纤在远程网、局域网或者是接入网都得到了普遍使用，这些光纤所拥有的信道传输能力可以从每秒几兆位增加达到每秒几千兆位，随着科技的进步，在这几年即将实现桌面千兆的可能性极大。同时，光传输抗干扰性非常强，不容易衰减，通过提高这种信道传输能力减少了中继设备，并简化了协议的纠错设计，并在一定程度上大大降低了信道的单位传输负荷。在近些年来计算机技术的快速发展并得到人们的广泛运用，其中计算机的芯片技术也得到了发展更新，芯片所具备的的计算能力已经从每秒几十兆发展壮大到每秒几十千兆指令的能力效果。目前，在告诉的网络路由设备中大部分已经采用分布式处理的结构体系，通过使用ASIC芯片的设计专门的端口处理器来晋江降低中央处理器所需要承担的负荷，，因此芯片的集成度在近年来得到了很大的提高。

1.2 宽带IP网络数据通信的必要性

随着我国现代化进程的步伐在加快，科学技术的发展将直接关系到我国在国际上的地位以及国家发展水平，尤其是在近年来随着我国互联网网络信息技术的发展，逐步开始趋向于高速宽带网络的发展，加快推进支持综合数据通信的技术进程越来越迫切，但是由于综合数据通信等同于实时的通信研究技术，但却也是综合数据通信的重要组成部分，在QOS的工作上有所保证，同时需要对实时通信和非实时通信信息的资源共享进行时刻关注，从而保证网络资源能够得到最大程度的能力发挥。而宽带IP网络的综合数据运用从包调度对综合数据通信中实时的通信和非实时通信资源的共享技术研究，对现代网络信息技术的创新研究有着深远的意义和影响。

2 关于网络的综合数据通信服务模型

从我国目前网络信息技术发展的具体情况来看，Internet网络信息技术在当下主要是通过提供通信网络，并很好的满足数据的文件传输工作，通过这个过程，完成资源共享的可能性。但随着近些年科学技术的发展进步，很多网络技术中的服务内容对人们的生活和工作而言，有着不同程度的局限性和约束性，为此，这种情况下，不得不推动网络技术的更进一步发展，如今，为了满足网络信息技术的综合通信功能，通过将一些先进的网络通信服务模型和运用方法综合融入其中，从而实现其综合通信功能的完整性。但具体采用什么样的结构进行计算机的网络系统，由于其本身具备结构的复杂性和多样性导致无法从根本上去对整个网络进行更改，因此这使得计算机技术开发者在设计中需要根据计算机用户的需求来对宽带IP网络的数据处理性能进行提升，使得数据通信技术的服务性能更满足人们生活和工作的需要，并最终通过这种设计的完成，满足人们通过宽带IP网络实现网络资源功能共享的高效性和科学性。

3 网络对综合数据通信的支撑作用

对于Internet的综合数据通信服务模型设计完成之后，人们可以通过网络对综合数据通信的支撑作用对网络进行会话通信路径的确认，并根据通信服务的相关要求，进行相应的通信技术的处理提升工作。虽然QOS路由是QoS最良好的建立方案，但由于QoS路由由于NP的问题没有解决的方案，且QoS需要更新原油的路由模块，对于网络信息数据的完成而言，是一个相对不够经济的方式。为此，Internet模型尽量在原有框架上实现QoS连接的建他们将路由选择与QoS服务请求以及资源预留分离，并执行路由选择确定的通信路径山执行服务请求，从而实现对原有服务器的兼容性能。

4 对于综合数据通信服务调试的相关策略

现代高速宽带网络中最主要的特征是综合数据通信，这也是未来Internet网络发展的方向，为了实现综合数据通信服务，宽带口网络提供了重要的指导性作用，但这只是一部分，宽带冲网络中非实时的通信占据着不可替代的作用。包调度策略是为了实现综合数据通信的最关键技术所在，它可以支持实时通信，保证最小时延上界和带宽是其必须实现的目标任务。并在不破坏实时通信的基础上对非实时通信的传输性能进行更好的优化作用。

5 结束语

综上所述，在新时期的网络信息时代，宽带IP网络的综合数据通信技术的应用，一方面为通信服务的质量提供了优质的艺术功能，同时为用户的计算机运用的需求提供了足够的保障，并因此而促进了我国科学网络信息技术的发展。为了在经济全球化的趋势下，更好的促进我国在政治、经济、文化和科技等各方面的进一步发展和进步，必须从我国的基本国情出发，并根据我国目前综合数据通信技术发展的进程情况来研究发展计划和目标，由于受制于传统很多关键性技术研发的滞后，对于网络信息技术还存在一些技术上的问题有待解决，因为，我们在实际的技术开发的研究过程中，需要根据实际情况进行相应的技术调试，从而实现全方位的信息技术的发展壮大。

参考文献：

[1]高卓云.宽带IP网络中综合数据通信的关键技术研究[M].信息产业，2011（04）.

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关键词 交通运输；数据通讯；计算机网络技术

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）49-0218-01

1 数据通信的相关概念

所谓的数据通信，是指按照相应的通信协议，通过数据传输技术实现两个终端之间数据信息的传递，其属于通信方式及通信业务的一种。计算机之间、计算机与终端之间以及终端之间可以利用数据传输技术传递数据信息。可以说数据通信技术是在电报、电话业务之后的第三大通信业务。但是其与电报、电话又有着本质上的区别，数据通信的主要作用是实现终端与计算机之间以及计算机与计算机之间的通信，而且还可以实现智通终端与人之间的通信。数据通信传递信息的过程表现为二进制数据形式，而且它总是和远程信息处理有着密切关系，其属于广义范畴的信息处理技术，其包括计算机技术、过程控制以及信息检索等多项内容。数据通信系统是一个由计算机、数据电路、远程终端和相关的通信设备共同组成的完整系统。所有的远程信息处理系统或者计算网络都要实现两个基本功能，即数据通信及信息处理，其中数据通信服务于信息传输，而信息处理则以数据通信为基础实现系统的应用。

2 交通运输对数据通信系统的要求

在交通运输领域，数据通信系统的主要作用是对交通运营管理、路况监控及收费系统提供相应的传输通道，以实现语音、数据信息及影像资料的传输，它是保证交通运输高效运营、向着现代化方向发展的必要技术手段，因此其对于交通运输而言有着极为重要现实意义。在我国交通运输领域所采用的数据通信业务包括收费数据、收费系统图像、监控系统图像、监控数据信息、硬盘录像机、日常处理业务数据信息及语音等各项内容。实际应用中，其通信传输的带宽设计则要根据业务量的多少来确定。通过上述传输内容可以看出，带宽资源占用最多的业务种类当数收费系统及监控系统的图像信息，因此在设计数据通信系统前，要先对交通道路中收费系统及监控系统的图像传输方式、传输图像的实际路数、各种业务传输量等资料信息做出统计，从而将干线通信传输系统及区域内的通信传输系统所需的实际的带宽确定下来。

3 数据通信技术在交通运输中的应用

交通运输中，公路的数据通信技术采用的是SDH光纤数字传输系统，我们以某高速公路的收费系统为例，对其具体的应用实现过程进行阐述：该系统先利用MPEG-2编码格式将收费系统图像进行编码，再接入以太网通信接口进行传输。在这个过程中，监控系统图像的传输是通过多路视频复用光端机与级联光端机相结合来实现的，不接入通信传输系统以太网口进行传输。整个路段每个收费站点均有9路图像，但是只有两到三路图像需要向收费中心进行实时传输，最多的时候为21路图像同步传输。利用MPEG-2对图像进行编码后，每路图资大概占用4M左右的带宽资源，那么就可以根据全线收费站图像的实际路数确定出实际的带宽需求。

4交通运输领域计算机网络系统

按照自身节点地理位置分布的不同，可以将计算机网络分为局域网、网间网及广域网。仍以上文中所及的某高速公路收费系统为例来介绍计算机网络技术在交通运输中的具体应用。该系统的网络结构图如下图1所示：

按照网络概念，上述网络系统可以分为收费站局域网、管理处局域网及广域网等3部分。其具体应用如下：第一，选择网络结构，该系统的网络结构为现阶段最常用的客户机/服务器结构，其不仅减少了编程、维护及调试工作的劳动强度，使得系统运行成本更低，并且如果客户机服务器两端功能的分布合理，还可以使得系统的整体功能得到大幅提高；它还允许在同台客户机中运行不同平台的多个用户；此外，一旦用户的需求有所变更，进行系统扩充也非常方便、简单，因此该网络结构对提高收费工作的效率有着重要作用；第二，收费站的网络结构，因为高速公路收费站与各车道的距离在1km以内，因此车道计算机与站级计算机的连接可以通过局域网的方式来实现。收费站计算机网络的拓扑结构为星型，从而车道计算机、管理计算机等均可以通过HUB连接服务器，如果管理计算机的数据较多，可以利用集线器进行扩展；第三，建立不停车收费体系计算机网络系统，可以在收费站建立起局域网，而局域网的主机则通过Modem与公用电话网络相连接，从而实现电子收费系统的广域网，也可以由路由器与X.25或者ISDN等公用网络相连接。由于收费站局域网中过车记录要进行实时传输，因此对于数据的传输速度有较高要求，所以局域网最好采用10M光缆HUB与工作站中的光网卡相连，所有的通信及网络设备的连接均利用光缆实现。

参考文献

[1]刘伟铭，王哲人，郑白涛.高速公路收费系统理论与方法[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]闵红星.封闭式高速公路电脑收费系统的设计与实现[J].交通与计算机，2009(4).

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通过对监控计算机与PLC数据通信系统的研究，对PCL的概念进行简述，如何的融入监控计算机，对装置进行实时的监控，以汽车行车的电气控制系统为例，对相关的技术进行分析整理，通过简洁精美的操作界面进行操作。对使用PLC数据通信系统的设备进行实时的监控。

【关键词】监控计算机；PLC数据通信；微处理器

前言

随着经济的不断发展，计算机的控制技术在现代化的企业中功不可没，通过监控计算机与PLC的数据通信技术进行有机的结合。对于PLC与网络的工作原理进行分析，重点讲个人的计算机开发成了PLC的以及网络的超级终端，对于实现现阶段的PLC对系统的数据操作和管理的技术。根据PLC的基本理论进行构建工业地控制系统对PLC的实时掌握的要点，通过控制的过程和方式，对整个PLC的网络结构进行相关的配置。通过介绍个人计算机与PLC的连网通信的必要条件和个人计算机中的异步通信的适配器、运用高级的语言编写个人计算机的PLC通信的接口程序的原理。

1PLC控制系统的概述

PLC控制系统简单来说就是以一个微处理器为核心，利用微机技术、通信技术、自动化技术为一体，中文名称为可编程控制器的通用工业控制装置。PLC有着功能性强、适应能力强、可靠性高、结构模块化等特点，在现阶段的工业控制中有着十分广泛的使用。通过计算机将PLC连入控制网络，能够产生十分有效地数据处理效果和规范的管理，还能够为使用者提供十分精美且简便的操作界面，还能够通过这种方式对系统的参数进行修改以及控制，控制图表中进行相对应的显示，通过PLC技术的使用，能够使工作人员能够了解现场的实时情况。通过对上位机的通信与PLC的功能相结合，可以达到什么样的效果？

2PLC通信及网络技术的概述

2.1PLC通信网络的概念

2.1.1通信的概念计算机和PLC都属于数字设备的一种，通过交换0、1的数字信号。数据信息指的是符合规定的编码、位长、格式的数字信号。而数据通信指的是通过适当的传输的路径对一台机器的数据信息传送到另一台机器上。机器的范围可以是计算机或者是PCL，也可以是其他带有通信功能的设备。通信的方式按照不同数字代表的不同的数字信号，通过顺序的调换排列的方式不同，也可分为并行和串行两种通信方式。一般来说，要求较高的通信方式都采用并行，并行通讯具有传输的速度快、用时较短的特点，因为并行的传输线的成本较高，所以用数据传输的方式能够达到十分快捷的效果。而普通的通信使用串联的传输方式就能够满足通信的需求了。点对点的通信方式一般情况下都会有固定的时间或者是传输方向，通过各种通信方式进行工作。其中单工通信指的是对某一个方向的数据接收发送，比如：我们身边的广播、遥控和寻呼机都属于单工通信。半双工的通信方式可以使两个方向的通信不同时的进行传输，比如：对讲机、发报机等使用的都是半双工的通信方式。全双工的通信方式就可以使两个方向进行双线的同时的传输。最常见的就是我们身边的电话和手机。将通信方式按照不同的网络形式可以分为，在两个终端直通交换和分支，在直通的终端是专用终端，其他两种通信方式都属于网络通信的范围内。在串行的通信中，使用者可以根据同步方式的不同要求，将通信方式分类为同步或者异步，通过字符进行传输的串行的异步通信，通过对信息发送的起始标志和同步标志进行通信的完成。当发送方和接收方的频率出现偏差的时候，也不会对通信造成错位的影响，在下一个字符进行传输时，就可以形成同步。异步通信指的是每一个数据的前后标注位置，传输的过程中会出现一少部分空档，传输的效率没有相应的保证，传输的效率低。同步通信指的是将每一个数据都能够按照一定的顺序进行连接，以某一个数据块为单位，对其中的每一个数据块进行一到两个同步的字符，传输结束前进行校验字符的工作。其优点是能够提高一定的传送速度，但是对时钟的信号和数据的发送端与接收端能够严格的进行同步，且对时钟的信号也严格的要求一致。使用了这类方式的传输硬件设备比较繁琐，能够将信息限制成为不同的速度。

2.1.2串行通信的接口标准

（1）RS232CRS232C指的是在1969年美国的电子工业协会提出的串行的通信接口标准，在现阶段的计算机和可编程的控制器中得到了广泛的使用。PLC数据通信与计算机之间也需要RS232C的标准接口实现的，具有十分强大的抗干扰能力。对单端的驱动和接受的电路，产生的最大距离大致为15m左右，插件的标准基本为9/25针，PCL数据通信一般使用九针的连接器就足够了。

（2）RS422/RS485对于RS232来说，RS422和RS485采用的是差分传输的方式对数据信号进行传输，也可以叫平衡传输，可以达到最大为1.219KM的传输距离，也能够达到10MB/S。并且允许在一个相同的传输线上进行连接多个接受的节点。

2.2PLC局域网基础

网络结构：PLC数据通信网络经过了长时间的发展，可以实现ISO模型所需要的大部分功能。计算机的网络按照分布的距离可以分成广域网、局域网和互联网三种。PLC控制可以归于局域网的范围内，PLC自身对工业的工作要求就比较特殊，通信数据要有极速响应的能力，对信息的传输具有一定的可靠性，能够在工厂恶劣的环境下工作。网络结构也叫拓扑结构，网络主要是由物理节点组成的，经常使用的网络结构种类为，联网结构和链接结构。联网机构指的是通过多个节点的连接，利用星形、总线形或是环形形式的方式进行连接。相对来说，连接结构就没有那么复杂，简单来说就是将通信的接口与介质找出，将两个节点进行连接。而正是因为这样的原因，当两个PLC之间相连接或者一个PLC与计算机相连接时，称作链接，不是联网。一般情况下，工厂所使用的自动化系统，其结构基本是一层一层之间进行的相互协作。但是每一层之间的要求不同，就无法成为单一的网络结构，为了维持正常的工作，一般都会选择多级通信进行工作，组成了复合型的网络结构，通过对不同级别的子网络进行不同通信协议的配置，才能够满足各个层次对通信不同的需求。

2.3网络通信协议

PLC网络与计算机的性质相仿，都是有各种数字设备之间与终端的设备，都属于一种复合型的系统，其中包含了多个节点。在这个复合系统中，由于几个节点之间所针对的设备都有所不同，其形式，方式都有很大的差异。而针对对不同型号、不同系列系列的计算机，PLC数据通信的通信方式也会产生一定的不同，要根据通信软件的基本要求对软件进行开发。在网络系统中，通过自动地进行通信从而确保双方数据通信正常的操作，还可以对通信之间出现了什么问题进行反映，制定相关的方案，我们称之为网络通信协议，也可以叫做网络通信规程。按照功能分类可以分为识别和同步的通信，传输正确的保证、检测和修正的信息传输。

3监控计算机和PLC数据通信与行车控制设备

3.1行车电气控制设备

根据不同的要求，可以对电气控制系统进行不同的改进，比如汽车行车的电气控制设备，就需要根据加工过程的比较柔性，预批量生产的需要相结合，从而提高电气控制设备的使用程度，针对汽车行车对电气控制设备的需要对其进行不同的工艺的流程的改进。要注意设计设备的结构要与行车结构相类似，二者之间的差距不能过大，要求做到准确的进行定位控制，在形成使用的过程中，能够更加快捷的进行放置，在控制设备工作的过程中，能够控制大车的移动，对吊篮上下、左右、前后的运动，以及小车的移动。上极为的数据的发送范围：

（1）行车启停的控制命令。使用者通过操作面上的正转、停止、反转进行启动时，会引发CLICK事件指令的出现，通过对事件单机能够打开事件的通信口，发送一些比较有意义的字符。PLC数据通信设备对字符进行识别处理，按照指令进行工作。

（2）进行实时的查询。在表单的设计过程中添加一个控件TIMER，预定时间到达，就会开始对预先设定的指令进行操作，通过对已经上传到接收数据的文本框来显示实时的速度值。

3.2基于PLC技术的人机界面

当一个PCL数据通信系统能够具有人机操作界面，就会有更加深层次的价值，能够在硬件软件的基础上方便了人们的使用过程，更加快捷的进行指令下达。人机界面简单来说就是之人通过这个界面更加快捷的对系统进行操作。人们可以根据人机界面的提示进行相关的操作，达到使用的目的，在整个通讯数据控制系统中，能够通过命令的下达进行数据的输入、相关信息的查询输入以及对系统进行控制，PCL控制系统也是如此，能够进行操作。一般情况下，设计者都会将操作界面设计的简单一些，更加方便人们使用，还要具有一定的引导功能，通过人机界面能够实现对设备的控制和收集需要的参数数据等功能。PLC数据通讯的程序大致可以分为以下的几个部分：

（1）主程序。指的是在程序中对需要的数据进行的接受处理，以及发送的过程。

（2）初始化子程序。特殊的标志寄存器中存在的SMB30，会为自由口选择的一些通信的参数，这类子程序主要针对的是SMB87/88/89的控制字符。

（3）校验子程序。根据本文中提到的相关的知识来说，校验子程序就是指BCC的校验码，对发送者想要传动的字符进行分析再进行发送。同样的也会使接收方进行相同的方式对字符进行修改接受，从而判断传来的指令是否是正确的。

（4）读写数据子程序。读写子程序和数据子程序指的是在PLC中的数据通过整理发送给计算机，再将计算机传来的数据写进PLC中。这两个子程序的进入的前提都要求先对RCV进行禁止程序，再进行相应的数据传输的过程，最后将信息反馈给系统。

（5）接受、发送完成数据的中断程序。对数据进行接受的中断程序会将接收到的数据进行技术还原并将数据进行保存，最后进行校验，对正确的指令进行执行，再通过程序的启动进行接收。而发送的中断程序在运行的过程中先要对标志位进行正确的服务指令，系统使用寄存器将数据进行清零，允许RCV程序进行启动。要在这一过程中注意，中断系统一般情况下会使用半双工的方式进行通讯工作，所以PLC接收、发送的程序进行之后，要将通信的设置成接收的状态。PCL设备的主要部件较多，这就造成了在PCL设备使用的过程中，PCL的主机会因为输入设备和输出设备的干扰信号造成使用过程中出现很多的问题。

4结语

综上所述，对于一些自行开发的监控系统还是有一定的局限性。在中型企业和小型企业的控制系统中，这种数据通信具有一定的指向性，设备建成使用的成本低，设计技术的灵活性比较好。随着控制系统的不断扩大，相关的参数的数量也会增加，在操作过程中控制的参数也会增加，导致设备没有办法正常的运转，就需要借助外力来进行控制，能够在运行的过程中达到目的，更好更快地运行。监控计算机与PLC数据通信结合的软件的编程量相对来说比较大，整个软件的调试的过程消耗的时间比较长，软件自身的安全性也比较差，缺点和问题要在不断的使用和研究中进行改正。

参考文献

[1]杜晓滔.基于PLC和串行通信的船舶电站监控系统的设计与实现[D].武汉理工大学，2008.

[2]高贵刚.Li/MnO_2电池生产线计算机集中监控与远程监控系统研究[D].天津工业大学，2008.

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关键词：继电保护，故障信息系统，结构组成，实现方式，管理功能，发展前景

前言

随着信息社会的到来及电力行业全面走向市场，好多电力企业都对电力系统多方面进行开发和研究，电力系统数据通信网获得了前所未有的快速建设和发展，数据通信网的规模和容量大大增强；这些有利条件终于促使了电力保护系统的信息化水平，实现快速有效地处理电网故障、恢复系统正常运行。继电保护故障信息系统的任务是收集管理电网异常时动作的装置的动作信号、断路器的分合信号以及装置的运行异常信号，对这些数据、信号的综合、统计、计算和分析等处理与管理，并通过对变电站故障信息的综合分析、故障定位和整定计算工作提供科学依据，以做出正确的分析和决策来保证电网的稳定运行。从而为继保人员对保护、安全自动装置运行管理提供必要的支持，实现了继电保护运行管理的网络信息化和自动智能化功能，具有很强的社会和经济效益。

一、继电保护系统简介

继电保护是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。继电保护为了具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大因此可以利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护系统。

二、继电保护故障信息系统分析

继电保护故障信息系统是一种通过数据通信方式传送保护及故障录波器信息来对继电保护故障信息系统传送数据通信和信号处理的安全自动保护系统，它能更好的分析运行异常信号，在这几年的电力系统继电保护中得到广泛应用。

继电保护故障信息系统主要由主站、分站及若干个子站构成。分站分别直接与本地区子站通信，并接收全部数据；主站直接与全部子站通信，并接收所有子站数据；主站与分站之间相互独立，没有信息往来。通常根据通信网络情况，220kV及以上子站与主站间通过调度数据网络连接，形成了基于光纤+SDH+IP技术的信息传输网络；110kV子站与主站、分站通过电力通信骨干网连接。

继电保护故障信息系统能快速有效地处理电网故障和恢复正常运转，使电力系统的数据通信网的规模和容量大大增强，提高继电保护安全运行的网络信息化水平和自动智能化水平。

三、继电保护故障信息系统结构运行原理

3.1 子站运行原理

继电保护故障信息系统子站的功能是实现保护装置、故障录波器和变电站其它自动装置接入、信息采集、处理、存储、传输或数据服务等。它主要负责与保护、故障录波器等设备通信，收集这些装置的正常运行、异常告警及故障信息等采集功能。运行方式是主要是通过数字式故障录波器记录电网故障前后的模拟量和开关量数据，以及记录高频保护通道的直流量和开关量数据，在数据网络连接方式下提供虚电路的主站和子站之间，采用103协议标准中的扰动数据通信格式，保护工程师站负责收集转换成COMTRADE格式文件，这样做更符合保护装置使用的103扰动数据通信接口标准的要求，也能很好的满足子站的故障录波数据存储和数据分析交换时的复制要求。

3.2主站的运行原理

继电保护故障信息系统主站的功能是通过与子站通信收集IED设备的动作、故障、自检、录波、正常运行及扰动数据等信息，采用GIS定位方式，让所有的定位均可以从地理图上来完成，包括对录波文件或保护设备扰动数据的分析以及对保护设备动作情况的分析等，然后将主站内保护装置接入子站，优先选用网口通信，这样能满足向主站主动传送及调用故障信息的要求，能够满足按用户需要设定不同类型数据，采用不同优先级有序传送的要求，最大限度地将故障信息系统的主站、子站系统间的通信协议协调一致，与FTP文件传输协议有机地结合起来，从而简化了子站系统中的继电保护装置的数据转送给故障信息系统主站的处理。

四、继电保护故障信息系统发展前景

由于继电保护故障信息系统是基于网络的系统，各种安全防护技术还没有在电力二次系统中进入完全实用化的阶段，行之有效的安全性防护措施将会是以后这个系统发展的方向。

目前国内继电保护超高压变电站普遍采用的分层分布式的体系结构为故障信息系统，使得继电保护更加自动化和智能化。因此信息共享也将会是继电保护系统发展的一个方向，从而可以提供了一个极其开放的平台。

故障信息系统主站、分站、子站之间的信息传输的可靠性更是今后继电保护系统发展的另一个方向，采用可靠性高、速度快的网络方式来代替通过拨号进行信息传输的方式已成为大势所趋。

六、结束语

随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，继电保护故障信息系统建设规模不断扩大，运行经验也不断积累，完全可以掌握全网继电保护的运行信息，对事故进行及时分析和处理，从根本上使继电保护的管理进入一个新的层次。但同时为了使故障信息系统能够更好地为电力系统的安全、稳定运行服务，系统的发展应及时跟踪国际最新的技术发展动向和应用情况，迅速制定相关的标准，出台相应的指导性和规范性文件；其次随着系统功能结构的标准化和开放程度的提高，系统安全问题会变得非常突出，必须给予足够的重视；最后尽快实现通信规约的通用化、标准化和通信结构的网络化。只有这样，才能大大提高调度部门信息和故障综合分析处理能力，实现继电保护装置运行管理的信息化、网络化和自动化，使电力行业继电保护的自动化水平迈上一个新的台阶。

参考文献

【1】电力行业标准 DL/T 667-1999 idt IEC 60870-5-103:1997.

【2】继电保护及故障录波器信息处理系统技术规范，2002.

【3】何菁;YS-3000故障信息管理系统的应用[J].电力自动化设备;2001年08期

【4】刘志超,黄俊,承文新;电网继电保护及故障信息管理系统的实现[J].电力系统自动化;2003年01期

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(一)信息与数据。

对客观世界结构、状态、特点等属性的描述即为信息，其沟通了客观物质与外部的联系，展现了物体的表征。信息的存在形式包括语言、文字、图形、图像等。如果从量化的角度来讲，其具体的表现就是数据。由于声、光、电、温度、幅度、压力等信息具有随着时域或空间连续变化的特点，信息经过数据的描述，细化为随时域或空间连续变化的基准，理论上称其为连续量，一般称作模拟数据。

(二)信号与噪声。

通信中数据要延伸为信号，数据经过信号以电或电磁的编码方式的传播，就形成了通信。信号包括模拟信号和数字信号的形式。模拟信号形象来讲是连续变化的电磁波，数字信号可以称作电脉冲。这两种信号在一定情况下是可以相互转换的，还能够在特定的传输媒体中传输。信号在发送过程中难免会受到的干扰，这就是噪声。干扰或许来自外部，或许产生于传输过程本身。在传输中首要解决的难题之一就是抗拒干扰。

(三)数据传输与通信。

数据的传输可以通过以模拟信号方式进行，也可以通过以数字信号进行传播。依靠模拟信号方式的传输称为模拟传输，依靠数字信号方式的传输称为数字传输。在不考虑传输形式时，数据通信的要务是把数据通过信号等方式由发送区域发送到接收区域，再转换为早期的数据。

(四)信道及其带宽。

发送信号的通路叫做信道，其包括传输介质和各种相应的设备，这叫做传输线路。通常，一条传输线路允许有多个信道，传输时采用不同的频率就形成了不同的信道。所传送的信号活动的最大频率范围叫做信道带宽。

二、计算机网络与通信系统结合的发展前景

计算机网络与通信系统结合而形成的一种新通信方式叫做计算机通信网络，这是为了满足数据通信的不同需要，通信网络把不同地理位置、功能相对独立的多台电脑、终端或附属设备借助通信链路整合起来，辅助以特定的网络软件，在通信过程中为谋求信息共享而形成的通信系统。这对于满足局部范围的所有企业、公司、学校和办公机构的资料、档案传输需要，乃至于在一个国家甚至全球领域内进行资源交换、储存和处理，以及提供话音、数据和影像媒体的综合，都有潜力巨大的发展前景。计算机通信技术推进了如下变革：信息处理设备(电脑)和信息沟通设施(交换方式设施)在本质上没有太大的区别，资源通信、话音交流和视频沟通之间也没有了沟壑。单CPU电脑、多CPU电脑、局域网、城域网甚至广域网之间的差异也不再明显。这些变革推动了信息产业和通信领域的进一步融合，可以体现在元器件制造以及系统集成的方方面面。更为重要的是形成了能够方式和处理各种方式信息和资料的集成系统。对技术本身和制定技术标准的制定者来讲，都逐步延伸着能够完成各种沟通的特定的公用网络系统进化，借助特定的网络可以简单且统一地探寻到全球的数据源和各种资料。

三、计算机网络的概念与数据通信的交换技术原理

通常，不同区域的多台计算机甚至是计算机网络设备借助通信线路集成于一体的拓扑结构叫做计算机网络，其包括通信环节、数据环节、网络操作系统及各种通信协议，而通信环节和资源环节包含节点和链路。对于多机协作完成项目和终端之间的信息通信来讲，都离不开交换技术。网络中各种终端之间或者是电脑与信息网络设备之间进行数据通信时的数据交换技术叫做数据通信交换技术。最直接的数据通信就是两台终端之间或者定位与计算机网络设备(如各种输出设施等)之间链路上的通信，这种通信没有中间节点，实现方便，不过在全球网络中或者是广域网、局域网范围中不能通过这种简单的互通来开展信息传递工作，要在源、宿站点之间设置多个中间站，实现网络中的某条支线出现故障或无法畅通时能够自动在各中间站之间找到恰当的桥梁，保证通信所受影响降到最低。所以，数据通信交换技术的常规方式是借助某种交换模式，从源站点发出的数据通过多个中间站或者网络设施后到达目标区域。

四、通信网络和计算机网络融合及应用

当前，通信网络和计算机网络融合进一步融合，比如，实力雄厚的广电企业能够延伸增值电信业务甚至电信基础业务和互联网介入，集成了有线电视网络来促进产业形态的创新，开展移动多媒体广播电视业务延伸，提供手机电视、数字电视宽带上网逐渐成为重要发展方向；有部分电信企业，也具备了经营视频、媒体制作广播电视节目的能力，这些动向无不体现着三网融合时代的到来。

五、电信网、计算机网和广电网的三网融合

三网融合，是对电信网、广播电视网和计算机通信网的进一步整合，互为渗透，多方兼容，逐步迈向全球统一的信息通信网络，通过全数字化的网络机构来运行，兼容了数据、话音和图像等形式的业务的通信。电信网、计算机网和广电网的“三网融合”有助于网络资源的共享，减少了基础网络的重复建设，发展为适应性强，维护便捷，费用低廉的高效多媒体综合平台。

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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】无线网络；节能方案研究；时间同步；簇头选举

Energy Saving Scheme of Wireless Network Based on TDMA Mechanism

LIU Xing GAO Ju HUANG Rong-ke CHEN Liang-ping WU Bo

（Key Laboratory of Industrial Internet of Things and Networked Control， Ministry of Education， Chongqing University of

Posts and Telecommunications， Chongqing 400065， China）

【Abstract】In oder to save the energy of node in wireless network， this paper puts forward two proposals from two aspects. The first proposal is to improve the success rate of data communication and reduce the number of retransmissions to save energy. What is mainly discussed in the first proposal is that when selecting cluster head in the clustering algorithm， this paper synthetically consider the residual energy and success rate of communication of node to select the node which has more residual energy and higher success rate of communication as the cluster head. The second proposal is to reduce the work time of the node and make it have more time to sleep to save the energy of the node. Considering how to reduce the working time of node， this paper solves this problem from two aspects： the first is by the precise time synchronization mechanism to maximize sleep time of node； the second is to optimize the use of timeslots to reduce unnecessary waiting time. Finally， this paper proves that these proposals above have good effect in saving energy.

【Key words】Wireless network； Energy saving scheme research；Time synchronization； Cluster head election

0 前言

无线传感器网络由于应用环境的特殊要求，节点普遍采用无源电池供电，能量耗尽后一般无法进行及时的后续补充，因此如何延长节点工作时间是个重点问题。对无线网络的节能研究分为硬件方向的芯片、电路改进和软件方面的协议研究，本文从协议运行的角度分析如何才能使协议做到高效、低能耗的运行。

无线网络协议运行时，传感器节点主要有四种工作状态：数据通信（接收、发送）、数据处理、空闲、休眠。其中数据通信、处理和空闲这三个状态是比较消耗能量的。而数据处理的速度具体到协议实现来说是与硬件平台相关的，因此主要要从数据通信和空闲这两个状态考虑来达到节能目的。有实验数据显示节点发送1bit数据所消耗的电能足以使处理器执行3000条计算机指令[1]，可见减少通信次数是能够做到节能目的的。同时，处于空闲状态时，也是对能量的无谓浪费。基于此，本文提出了减少数据通信和空闲工作时间的研究方案。在减少数据通信方向本文提出了如何提高数据通信质量的一点考虑：通过时间同步来减少数据碰撞、在分簇算法中选举簇头时兼顾节点本身的剩余能量和通信成功率；在减少空闲工作时间方面，提出了对TDMA机制分配的时隙合理利用，减少无谓空等时间。

簇头选举时引入节点通信能力是本文的一个创新点，同时也创新性的提出了时隙资源的精确合理使用方案，验证结果显示这些方案对于无线网络有着明显的节能效果。

1 簇头选择改进方案

与传统网络相比，无线网络节数量大，分布比较密集且能量有限，对此设计人员专门开发了一系列的路由算法以节省能量。如LEACH协议[2]、PEGASIS协议[3]等，这些低功耗路由协议对网络进行恰当的分簇，并选出簇头节点。由于进行随机簇头选举时没有考虑到剩余能量问题，有人就此进行了算法改进，如对LEACH协议进行改进的LEACH-DCHS算法[4]。

但是这些改进算法并没有考虑到节点在实际通信过程中的真实通信状况，仅考虑剩余能量作为簇头选举参考值是不够的。如某个节点当前剩余能量较高，但是其数据通信的成功率低于其他设备，那么当该设备作为簇头时就会出现数据通信失败率较高，不得不消耗额外的能量进行重传等操作。

对此本文提出在除了把剩余能量作为重要的选择条件之外，也考虑其实际工作过程中的通信状况。方法描述：在每轮簇的组织阶段，每个节点都生成一个介于0和1之间的一个随机数n，如果该随机数小于门限值T（n），则该节点成为簇头。计算T（n）时，将节点Si在第r轮循环时的剩余能量Ei（r）和其在上一轮的通信成功率Ci（r）作为重要参考依据。从而可以保证让剩余能量较多、通信成功率较高的节点担任簇首工作，做到均衡使用各节点电量、减少数据重传延长网络的生存时间。

T（n）=■×■×C■（r）（1）

N为网络中所有节点的总个数，n0为网络中的簇群数目，E（r）为第r轮循环时网络节点的平均剩余能量。

网络初始组建时，所有节点的数据通信成功率均为100%。然后在第r轮选举时，Ci（r）就是上个周期内的自身实际通信成功率。把数据通信成功率作为一个重要参数还有一重好处：当网络运行很长一段时间后，可能多数节点的能量都较低，不合适充再充当簇头，而有个别设备由于通信质量问题导致多数时间充当的是普通节点而非簇头，那么其剩余能量就要高于均值。通过上述公式计算时，也会在这种情况下选举通信质量较弱但剩余能量较多的作为簇头。

2 精确时间同步方案

无线传感器网络中，基于TMDA机制运行的MAC协议为加入网络的每个设备分配独立的时间资源（时隙）用于网络通信和处理任务，在非工作时间则令节点设备及时的进入休眠状态。同时，采用TDMA方式通信时，可避免信道冲突引起的数据丢包重传带来的能耗。由此可知精确的时间同步对于无线网络减少数据碰撞、精确分配节点时隙资源以维持传感器节点较低的活跃周期就成了低功耗设计的前提[5]。

这里要研究的是无线网络内部节点与时钟源之间的时间同步，主要涉及本地时间与时钟源之间的时间偏差和相对于时钟源节点自身的物理晶振带来的频偏。首先进行时间偏差调整，流程如下图1所示。

发送方指的是作为接收方的时钟源设备，时钟源周期性的发射包含有时间同步信息的报文（如Zigbee系统发射的信标帧、ISA100.11a协议发出的广告帧和确认帧等），待同步的节点设备接收到该报文解析后与之进行同步操作，具体过程如下：

1）发送方在自己的特定时隙发射报文，产生SFD中断，硬件通过定时器捕获时间戳后将本地时间装载到指定的数据字段中发送出去；

2）接收方接收到报文，产生SFD中断，此时硬件读取本地时间并记录为T1；

3）广播帧接收完毕后，接收方解析出广播帧的时间戳载荷T2；

4）计算出两者的差值为t=|T1-T2|；

5）根据T1和T2的关系和差值，对接收方本地时间进行调整。

图1 同步流程图

Fig.1 Synchronized flow chart

以上是进行的周期性时间同步过程，但是由于受晶振制作工艺、外界环境的温度、压力等影响，晶体振荡器的频率不可能完全一样，因此还要进行频偏调整[6]。首先要计算出本地时钟与时钟源之间的频率偏差，方法如下：

图2 周期性时间同步

Fig.2 Periodic time synchronization

如图2所示，时钟源设备周期性的发射报文，分别在TX1、TX2、TX3三个时刻发射出去，而待同步的节点则是在对应时刻TR1、TR2、TR3接收到。假设在TX1到TX2时间段内的本地时间偏差Δt，那么可知TX2到TX3时间段内除了这个Δt偏差以外，还存在因频偏带来的一个偏差Δf，即：

TX2-TX1=TR2-TR1+ΔtTX3-TX2=TR3-TR2+Δt+Δf（2）

待同步的节点以时钟源作为参考，那么其自身的频偏也是一个相对值，这个参考对象就是时钟源。又TX1、TX2、TX3、TR1、TR2、TR3、Δt都是已知的，那么就可以求出对应的频偏带来的时偏值为：

Δf=[（TX3-TX2）-（TX2-TX1）] -[（TR3-TR2）-（TR2-TR1）]（3）

本地时钟相对于时钟源的频偏Foffset则为：

Foffset=■（PPM）（4）

3 节约使用时隙方案

精确的时间同步，带来了严格的时隙资源分配，每个节点设备对自己的时隙是一清二楚，所以对应的工作时间和空闲时间就是可知的。经过分析一些基于TDMA机制运行的时隙分配算法，发现不管是为保证相邻节点的时隙不同而设计的时隙分配算法，还是考虑到无线网络中的暴露终端和隐藏终端问题而设计的两跳节点时隙不同的分配算法[7-8]，都有一个共同特点，那就是这些算法都是把时间段分为帧，再把帧分为一个个时隙，协议基于时隙运行，当处于工作时隙时进行处理、发送、接收等任务，然后在非空闲时隙则进入休眠状态。

在文献[7]中，节点在唤醒工作后，将它的工作时间划分为等间隔的时隙Ts，假设各个节点发送的数据包大小均相等，数据包的发送时间Td，则有Ts=2Td。即节点发送数据包的时间只占一个时隙的一半，时隙长度Ts是能够满足接收、发送、处理一个最大报文所需时间长度的。类似的分配本身在协议运行中并无问题，但是站在使用效率和节能的角度考虑的话，还是有更进一步改进的，因为正常通信过程中并不是每次通信都需要如此长的时间的。这里作者根据自身实验室研究经验，想到了两个问题：如我们为某个节点分配了2个时隙用于接收上一级设备数据和发送自身数据（包括转发），但是现在时间已经走到1.8个时隙了，而该节点自身的发送任务和接收处理已经完成，那么此时是需要继续工作0.2个时隙后进入休眠还是立即休眠呢？也或者此时节点自身的发送任务未完成或者尚未接收到上级节点的报文（节点自身并不需要考虑是因为上级节点没有发还是自身接收失败的问题），但是仅剩下的工作时隙时间又不足以让其完成这个接收或发送任务，那么按照现在的时隙分配算法继续等待时隙结束后休眠合理么？

这两个问题都是针对时隙资源的深挖掘有效利用问题，考虑这类问题的大前提就是上面提到的要做到精确时间同步。当时间同步精度达到应用要求时，这类问题就有了意义，再次继续分析问题：出于节能型考虑，把节点的工作状态严格按照时隙运行有很大的意义，但是从能耗角度和实际问题角度分析的话，当已经完成任务后设备是可以立即进入休眠态的。

4 验证与分析

对以上节能方案的验证，本文是采用对比的形式，在Zigbee协议进行实现与测试。使用相同的硬件平台（CC2530），分别统计了低功耗路由协议LEACH和PEGASIS的无线网络中节点生命周期，并把本文提出的簇头选举优化方案、精确时间同步和时隙资源合理使用方案植入到PEGASIS算法中进行统计。采用约六成节点死亡（能量基本耗尽，无法维持正常通信）的时间作为网络生存时间的评价标准。网络生存时间的对比结果如下表所示：

图3 节点生命周期

Fig.3 Life cycle of the node

从图3我们可以看到把本文提到的节能方案加入现有的协议算法上，节能效果明显。选择能量富裕、通信质量较好的设备作为簇头带来的优质通信，精确时间同步带来的精准调度和时隙资源的优化使用都一定程度上节省了能量，达到节能目的。

5 结语

对于无线网络来说，灵活的使用方式为使用者带来了诸多便利，就如当今社会移动智能手机一样。但是方便使用的背后还有个急需解决的问题，那就是设备能量有限，我们要想尽诸多办法以控制功耗。本文从现有的低功耗协议算法入手，提出了几点节能方案，以作思路扩展和补充。而目前对无线网络软件节能方向的研究，多数设计者从不同角度提出了诸多优秀的低功耗路由协议，不同程度上控制了设备功耗。在今后的学习中，将更多的学习研究各种协议实现的优点，汲取精华之处以实现一个更加实时、节能、具有很强鲁棒性的低功耗路由协议。

【参考文献】

[1]李红艳，刘荣.无线传感器网络的节能优化技术研究[J].信息与电脑，2011（03）：67-68.

[2]HEINZELMAN W R， CHANDRAKASAN A， BALAKRISHNAN H. Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks[C]// HICSS 2000： Proceedings of the 33rd Annual Hwaii International Conference on System Sciences. Maui， HI， USA： [s.n.]，2000：01-10.[3]Lindsey S， Raghavendra C S. PEGASIS： Power-efficient gathering in sensor information systerms[C]// Proceedings of the IEEE Aerospace Conference： Vol.03， Mar 09-16， 2002， Big Sky， MT， USA.Piscataway， NJ，USA：IEEE， 2002：1125-1130.

[4]周冲，余震虹，卜凡云，钱菲菲. WSN中低功耗路由协议LEACH的一种改进方法[J].科学与技术工程，2011，11（21）：5071-5073.

[5]徐世武，王平，黄，施文灶，徐雄伟.无线传感器网络中时间同步技术的综述[J].微计算机应用，2011，32（05）：32-35.

[6]李立.无线传感网器网络时间同步算法研究[D].北京：清华大学，2010.