導語：如何才能寫好一篇數(shù)據(jù)通信的定義，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：無源定位 被動定位 數(shù)據(jù)融合 移動通信

中圖分類號：TN92，TN96 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-00-02

對移動通信設備的定位是移動通信系統(tǒng)的重要任務之一，為了提高定位精度，需要綜合利用多種定位技術，數(shù)據(jù)融合定位實際上是利用多個不同參數(shù)測量或相同參數(shù)測量的定位信息對目標的綜合定位方法。

不同于主動定位系統(tǒng)，被動定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有其自身特點，主要是通過被動測量移動設備的輻射信號參數(shù)來對目標進行定位，這些參數(shù)主要包括目標信號的到達角（AOA）、到達時間差（DTOA）和多普勒頻率（FD）等。在通信定位中，主要應用的是基于AOA的交叉定位方式和基于DTOA的雙曲線定位

方式[1，2，5]。

在被動定位系統(tǒng)中，觀測信息包括輻射源信號參數(shù)和位置數(shù)據(jù)兩種，前者提供目標的信號屬性，而后者提供定位信息，數(shù)據(jù)融合定位就是充分利用這些信息，提高的信息空間的維數(shù)，有利于提升系統(tǒng)的分辨特性，有利于提高被動定位系統(tǒng)的定位

精度[3]。

1 多參數(shù)融合定位

數(shù)據(jù)融合定位可以分為多個層次，一種最直接的方法是在信號參數(shù)部分進行融合定位，有時也稱為多參數(shù)定位，這種方法所需處理的數(shù)據(jù)信息量大，并且需要多參數(shù)的定位算法。

對于平面目標來說，AOA測量確定一條方向線，TDOA測量確定一條雙曲線，這兩條曲線相交于一點，就是目標的位置。在直角坐標系中，設主基站的坐標為（0，0），測向角為β，輔助基站的坐標為（b，0），到達時間測量值分別為t1，t2，則到達時間差為τ=t1-t2，目標的坐標為E（rx，ry）。

圖1 AOA-DTOA融合定位位置圖

根據(jù)時差關系可以得到

（1）

可以解得目標的坐標為

（2）

當考慮基站的方位角測量噪聲和時間差測量噪聲時，且假設時間差和方位角測量噪聲均值為零，相互之間獨立。則定位精度的幾何稀釋（GDOP）為

（3）

（4）

其中，

它表示輔助基站到目標所在方向的距離與R2和R2在該方向投影之差的比值的平方。在基線中垂線上時，m=tg2β，距離越遠，m值越大。

圓概率誤差（CEP）為

（5）

由上面的分析可知，使用AOA和DTOA進行聯(lián)合定位時，在整個定位空間中，相對于基站的不同位置，其定位的CEP相差是很大的，在某些位置上很小，在有些位置上很大，甚至說非常大，影響定位的可信度。

2 定位結果的融合定位

在對移動通信設備的被動定位系統(tǒng)中，可以利用單參數(shù)或多參數(shù)實現(xiàn)對目標的定位，但是其定位精度受空間位置的影響很大，因此必須采用更多的基站信息，對目標進行準確定位。我們可以通過對各種定位精度的先驗信息選擇合適的算法，來提高定位的準確度[4]。

增加定位目標信息特征矢量的維數(shù)，能夠達到更好的定位效果。目標位置融合有以下五種方法：狀態(tài)矢量加權法、簡單協(xié)方差加權融合法、復雜協(xié)方差加權融合法、選擇法、增強法。因此，被動定位系統(tǒng)的位置關聯(lián)問題將立足于信號參數(shù)和位置的雙波門的多維信息的綜合處理技術。

數(shù)據(jù)融合技術的主要思想，是對各個子狀態(tài)空間的重疊部分進行融合，對各個子狀態(tài)空間的互補部分進行集成，構造高精度的全觀測空間。

具體地說，在觀測狀態(tài)空間重疊時，采用加權法，根據(jù)每個系統(tǒng)定位誤差的大小確定權因子的大小；在狀態(tài)空間互補或者雖然重疊但定位性能差別較大時，采用選擇法。選擇法是加權法在傳感器定位性能差別較大時的近似，在滿足條件的情況下，精度和加權法相當，計算量卻小很多。

因此，被動定位系統(tǒng)的融合算法應以加權法為基礎，主要解決兩個關鍵問題，即：

（1）不同模型的觀測空間的劃分。

（2）權因子的選擇。

對于第一個問題，空間的劃分準則和定位系統(tǒng)所采用的參數(shù)和定位算法等息息相關，并且獨立于其他因素。對于第二個問題，由于空間位置是決定其觀測誤差的主要因素，故航跡算法應選擇能夠反映被動定位系統(tǒng)的空間觀測特性的參數(shù)作為加權因子，簡單有效地完成融合。

對于測角定位和測時差定位，或者用測角和測時差綜合定位來說，它們的CEP是不同的，在不同的空間位置其區(qū)別是比較大的，這樣用CEP作為衡量觀測誤差大小的指標，分別繪制交叉定位系統(tǒng)、雙曲線定位或其他定位方法的誤差分布圖。我們可以看到，不同參數(shù)定位情況下，不同的基站配置、參數(shù)測量精度，不同的空間位置，CEP的大小是不一樣的，并且有一定的規(guī)律性。某些區(qū)域CEP較小，某些區(qū)域CEP則較大。因此可以根據(jù)這一特點，對不同區(qū)域采用不同的加權值對定位值做處理，以提高定位精度。

當基站位置固定時，不同測量空間在空間上每一點的CEP是可以事先求得的，與目標特性無關。對于加權法的權因子選擇，采用權因子法。因其計算簡單，物理意義明確，經(jīng)過仿真，能夠驗證其有效性。

設Xi是融合前各種定位的位置矢量，i代表定位系統(tǒng)序號，X是融合后的位置矢量，則有：

（6）

（7）

當CEPi之間相差不大時，融合定位相當于各種定位結果的算術平均，當CEPi之間相差比較大時，則最小的CEP所對應的ki最大，所占權重最大，最大的CEP所對應的ki最小，所占權重最小。

可以用等效等高CEP線來表示不同定位方法所得到的定位CEP。對于不同基站，不同定位方法，使用CEP加權融合算法，就意味著空間上一點對應于各種定位的多個CEP值，被加權求和，最后得到的值稱為等效CEP，能夠表征CEP加權融合算法之后全空間的誤差分布。通過繪制等效等高CEP曲線圖，就可以直觀有效地分析經(jīng)過加權算法后的空間誤差分布。它和各個單站的原CEP等高線圖相比較，可以輔助分析加權法的改善程度，進而分析適合使用加權法的區(qū)域。

3 結語

該文采用了多參數(shù)融合定位和對定位結果的加權融合定位方法，分析和仿真表明該方法的可行性和有效性。

參考文獻

[1] 范平志，鄧平，劉林.蜂窩網(wǎng)無線定位[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[2] 張正明，楊紹全，張守宏.平面時差定位精度分析[J].西安電子科技大學學報（自然科學版），2001（1）.

[3] 鄧平，范平志.移動臺定位估計數(shù)據(jù)融合增強模型及其仿真研究[J].通信學報，2003，24（11）.

篇2

【關鍵詞】 民航飛機 地空數(shù)據(jù)鏈 飛機通信尋址報告系統(tǒng) ARINC

在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)出現(xiàn)之前，地面人員和飛行人員之間的所有交流只能通過語音進行。這種通訊以甚高頻或高頻語音無線電通信方式實現(xiàn)。航空公司為了減少機組人員的工作負荷，提高數(shù)據(jù)的完整性，在2005年，我國民航推廣了ACARS 系統(tǒng)新技術。ACARS意為飛機通信尋址與報告系統(tǒng)，其核心部分為空地數(shù)據(jù)鏈，它是空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通稱。

該系統(tǒng)在1980年代末期升級以滿足ARINC724標準。ARINC724定義了航空電子設備數(shù)字數(shù)據(jù)總線接口。該標準后來又修訂為ARINC724B。二十世紀90年代所有的數(shù)字化飛機都采用了ARINC724B標準。用于ACARS管理單元的ARINC724B規(guī)范，用于工業(yè)領域又出現(xiàn)了新的ARINC規(guī)范，稱為ARINC758，它是為下一代ACARS管理單元―CMU系統(tǒng)設計的。

飛機通信尋址與報告系統(tǒng)，通過飛機機載設備和地空數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡建立飛機與地面計算機系統(tǒng)之間的連接，實現(xiàn)地面系統(tǒng)與飛機之間的實時雙向數(shù)據(jù)通信。

ACARS系統(tǒng)主要由機載設備和地面設備組成，其中機載設備由ACARS管理組件、綜合顯示控制器（CDU，通常也稱MCDU（多功能CDU或MIDU）、第三部甚高頻通信系統(tǒng)和相關線路、相應軟件（操作軟件和數(shù)據(jù)庫）等部件組成；地面設備 由地面收發(fā)站和數(shù)據(jù)處理站、航空公司處理和分析終端等組成。

機載設備的其它 計算機系統(tǒng)如數(shù)據(jù)管理組件（DMU），飛行數(shù)據(jù)接口組件（FDIU），飛機狀態(tài)監(jiān)控系 統(tǒng)（ACMS），以及全球定位系統(tǒng)（GPS）都和它交聯(lián)。

DMU、FDIU、GPS、ACMS等負責 采集或收集飛機在線數(shù)據(jù)和飛行經(jīng)緯度，再將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到ACARS，ACARS通過 SATCOM（ Satellite Communication 衛(wèi)星通訊）系統(tǒng)或VHF（Very High Frequency 甚高頻）地面工作站傳送到指定的地面數(shù)據(jù)控制中心（在中國，該數(shù)據(jù)中心在北京：ADCC -Air Data Control Center），由ADCC根據(jù)報文頭的標志， 數(shù)據(jù)鏈服務提 供商（DSP）負責空地之間的消息分發(fā)。

ACARS主要功用：ACARS的第一個應用是去自動檢測和報告飛機在主要飛行階段（推出登機門――Out of the gate；離地――Off the ground；著陸――On the ground；?？康菣C門――Into the Gate，工業(yè)上簡稱OOOI）的變化。

這些OOOI事件是由ACARS管理單元通過飛機上各種傳感器（例如艙門、停留剎車和起落架上的開關傳感器）的輸出信號來確認的一方面，它可以使飛行的飛機在無須機組成員干預的情況下自動向航空公司地面應用系統(tǒng)提供飛行動態(tài)、發(fā)動機參數(shù)等實時數(shù)據(jù)信息，同時也可以向地面?zhèn)魉推渌黝愋畔ⅲ购娇展具\行控制中心在自己的應用系統(tǒng)上獲得飛機的實時的、不間斷的大量飛行數(shù)據(jù)及相關信息，及時掌握本公司飛機的動態(tài)，實現(xiàn)對飛機的實時監(jiān)控，滿足航務、運營、機務等各相關部門管理的需要； 另一方面，地面可向空中飛行的飛機提供氣象情報、航路情況、空中緊急故障排故措施等多種服務，提高飛行安全保障能力及對旅客的服務水平。

ACARS有三種報文類型：空中交通管制（ATC）、航空運行控制（AOC）、航線管理控制（AAC）。應當注意的是，ACARS報文的主體部分通常只有100到200個字符的長度。這種長度的報文可以在一次傳輸中完成。一個ACARS報文的主體最多只能包含220個字符。長于220個字符的下傳ACARS報文只能分塊多次傳送。即便如此，任何報文也不能多于16塊。地面站也只是在收到所有報文塊后才開始處理和路由這個報文。

ACARS協(xié)議還支持失敗重傳機制，或在改變服務提供商時重新發(fā)送報文。一旦地面站接收到完整的報文就將通過地面線（landlines）其轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)鏈服務提供商（DSP）的主機系統(tǒng)。服務商根據(jù)主機上的路由表再將該報文轉(zhuǎn)發(fā)到航空公司或其他目的地。

路由表由服務商維護，它可以根據(jù)尾號辨認出每一架飛機，并且可以辨識出它所能處理的報文類型。（航空公司必須向服務商提供自己的ACARS報文標記及每種報文的路由信息。）

CMU發(fā)送的每個ACARS報文都包含一個報文頭，該報文頭含有所需的路由信息。服務商將是根據(jù)這些信息將報文轉(zhuǎn)發(fā)到不同的航空公司的。

篇3

為了促進數(shù)據(jù)通信工程的穩(wěn)定發(fā)展，我們首先要進行其構成原理的分析，促進其數(shù)據(jù)終端的有效分類，實現(xiàn)對其非分組型終端及其分組型終端的有效應用，確保整體運作環(huán)節(jié)的優(yōu)化，確保工程的綜合效益的提升。在此過程中，我們要進行分組型終端系統(tǒng)的健全，實現(xiàn)對其計算機環(huán)節(jié)、相關用戶分組交換機、用戶分組裝拆設備環(huán)節(jié)的有效應用，確保其各個環(huán)節(jié)的終端設備的有效應用。為了滿足數(shù)據(jù)通信工程的綜合效益的提升，我們也要進行非分組型終端系統(tǒng)的應用，確保其個人計算機終端環(huán)節(jié)及其其他專用終端環(huán)節(jié)的優(yōu)化，促進其數(shù)據(jù)通信模式的深化，確保其電路交換環(huán)節(jié)及其相關信息傳輸環(huán)節(jié)的優(yōu)化，確保其相關信息的共享。為了滿足實際工作的需要，我們也要進行其報文交換環(huán)節(jié)的優(yōu)化，確保相關交換機的存儲器的有效應用，確保其相關電路環(huán)節(jié)的優(yōu)化，確保其交換機環(huán)節(jié)及其終端環(huán)節(jié)的有效應用，確保其方式環(huán)節(jié)的優(yōu)化，確保其電路的利用效率及其中繼線利用效率的提升，確保其分組交換環(huán)節(jié)及其相關環(huán)節(jié)的優(yōu)化，確保其網(wǎng)內(nèi)傳輸系統(tǒng)的健全。各種交換形式的適用范圍，電路交換形式通常應用于公用電話網(wǎng)、公用電報網(wǎng)及電路交換的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡中。前兩種電路交換形式系傳統(tǒng)形式；后一種形式崐與公用電話網(wǎng)基本相似，但它是用四線或二線形式連接用戶，適用于較高速率的崐數(shù)據(jù)交換。在實際工作中，我們要進行其報文交換形式的應用環(huán)節(jié)分析，確保其對相關數(shù)據(jù)通信模式的深化應用，確保其分組交換環(huán)節(jié)等的發(fā)展。該模式自身的優(yōu)點是非常多的，具備一系列的電路交換的優(yōu)勢，及其報文交換模式的優(yōu)勢，滿足了實際工作的需要。它適用于對話式的計算機通信，如數(shù)據(jù)庫檢索、圖文信息存取、電子郵件傳遞和計算機間通信等各方面，傳輸質(zhì)量高、成本較低，并可在不同速率終端間通信。其缺點是不適宜于實時性要求高、信息量很大的業(yè)務使用。

2關于數(shù)據(jù)通信分類環(huán)節(jié)的分析

為了滿足數(shù)據(jù)通信工程的發(fā)展需要，我們要進行其相關種類的分析，促進其有線數(shù)據(jù)通信環(huán)節(jié)的優(yōu)化，確保其相關光纖及其數(shù)字微波的有效應用，確保其相關數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡的健全，確保其DDN系統(tǒng)的健全，通過對其光纖通信技術、數(shù)據(jù)通信技術及其數(shù)字交叉連接技術的有效應用，確保其數(shù)字通信網(wǎng)絡的健全，我們也要進行其分組交換網(wǎng)系統(tǒng)的健全。崐又稱為X.25網(wǎng)，將用戶送來的報文分成具用一定長度的數(shù)據(jù)段，并在每個數(shù)據(jù)段上加上控制信息，構成一個帶有地址的分組組合群崐體，在網(wǎng)上傳輸。崐幀中繼網(wǎng)是從分組交換技術發(fā)展起來的。幀中繼技術是把不同長度的用戶數(shù)據(jù)組均包封在較大的幀中繼幀內(nèi)，加上尋址和控制信息后崐在網(wǎng)上傳輸。數(shù)據(jù)通信工程的穩(wěn)定發(fā)展，離不開對其統(tǒng)計復用技術環(huán)節(jié)的優(yōu)化，這一模式實現(xiàn)了對網(wǎng)絡資源的有效應用，確保其相關信息流的共享，確保其網(wǎng)絡資源的利用效率的提升。在此過程中，通過對其虛電路技術的有效應用，滿足用戶的數(shù)據(jù)信息工作的穩(wěn)定發(fā)展，促進其相關環(huán)節(jié)的帶寬的有效分配，促進其分組動態(tài)分配性的提升，實現(xiàn)對一系列的突發(fā)性業(yè)務的質(zhì)量效率的提升，確保其交換功能的提升，滿足了實際工作的需要。幀中繼通常的幀長度比分組交換長，達到1024-4096字節(jié)/幀，因而其吞吐量非常高，其所提供的速率為2048Mbit/s。幀中繼沒有采用存儲_轉(zhuǎn)發(fā)功能，崐因而具有與快速分組交換相同的一些優(yōu)崐點。其時延小于15ms。無線數(shù)據(jù)通信也稱移動數(shù)據(jù)通信，它是在有線數(shù)據(jù)通信的基礎上發(fā)展起來的。崐有線數(shù)據(jù)通信依賴于有線傳輸，因此只適合于固定終端與計算機或計算機之間的崐通信。

3關于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡及其相關環(huán)節(jié)的分析

3.1數(shù)據(jù)通信工程的穩(wěn)定發(fā)展，離不開對其計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的優(yōu)化。通過對其光纜環(huán)節(jié)、及其計算機環(huán)節(jié)等的應用，確保其計算機通信網(wǎng)絡的健全，確保其網(wǎng)絡資源的有效共享，實現(xiàn)對打印機、相關程序的有效共享，通過對其局域網(wǎng)的應用，確保其工作環(huán)節(jié)的優(yōu)化。如財務崐部門使用局域網(wǎng)來管理財務帳目，勞動人事部門使用局域網(wǎng)來管理人事檔案、各崐種人才信息，公安刑偵部門使用局域網(wǎng)來管理犯罪信息系統(tǒng)、交警部門使用局域網(wǎng)來管理機動車輛、崐駕駛員信息等等。網(wǎng)絡協(xié)議的定義并不復雜，它是計算機之間進行網(wǎng)絡對話的語言模式，它的種類是非常多的，其網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)量也是比較的，比如其面向比特的協(xié)議等但最常用的是崐TCP/IP協(xié)議。它適用于由許多LAN組成的大型網(wǎng)絡和不需要路由選擇的小型網(wǎng)崐絡。TCP/IP協(xié)議的特點是具有開放體系結構，并且非常容易管理。

3.2我們也要進行數(shù)字數(shù)據(jù)電路應用范圍的分析，其包括一系列的各種專用網(wǎng)、公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)及其可視圖文系統(tǒng)等，這一系列的環(huán)節(jié)。這一系列模式的應用，滿足了其數(shù)據(jù)信道環(huán)節(jié)的運行的需要，滿足了其相關網(wǎng)絡系統(tǒng)的健全，滿足了實際數(shù)據(jù)通信工作的發(fā)展需要。利用DDN實現(xiàn)大用戶局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)；如我區(qū)各專業(yè)銀行、教育、崐科研以及自崐治區(qū)公安廳與城市公安局的局域網(wǎng)互聯(lián)等。提供租用線，讓大用戶自己組建專用數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)；使用DDN作為集中操作維護的傳輸手段。為了滿足數(shù)據(jù)信息工作的發(fā)展需要，我們要進行其分組交換網(wǎng)絡的有效應用，確保其相關電路業(yè)務環(huán)節(jié)的優(yōu)化，確保其相關通信平臺的有效應用，確保其相關增值數(shù)據(jù)業(yè)務的穩(wěn)定運行。確保其電子信箱系統(tǒng)的健全，滿足實際工作的需要。在分組交換網(wǎng)平臺上用戶把需發(fā)送的信息以規(guī)定的格式送入電子信箱的崐存儲空間，由電子信箱系統(tǒng)處理和傳輸后，送到接收用戶的電子信箱并通知收信崐人。電子數(shù)據(jù)交換是計算機、通信和現(xiàn)代管理技術相結合的產(chǎn)物，又崐被稱為“無紙貿(mào)易”。

4結語

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1、AADL的實時概念

AADL的核心支持實時系統(tǒng)的調(diào)度模式，這種調(diào)度模式是帶有同步數(shù)據(jù)通信的的搶占式調(diào)度。這種實時調(diào)度模型由通過數(shù)據(jù)端口進行通信周期線程組成。因此系統(tǒng)執(zhí)行模型的運行就是一個完全可預測的實時行為。

2、BIP語言概念

BIP語言從三個方面來定義建立構件：（1）原子構件：一類帶有行為描述的構件，其行為里定義了一些遷移，（empty）交互和優(yōu)先級。帶有行為名的端口的觸發(fā)遷移用于同步。（2）連接件：用于描述原子構件端口之間可能的交互模式。（3）優(yōu)先級關系：通過在幾種可能的交互方式中間選擇一種，這種根據(jù)原子構件整體的狀態(tài)來判定。下面詳細描述這個語言的主要特征。

2.1原子構件

2.2連接件和交互

連接件γ是一個涉及交互的原子構件的非empty端口集。連接件來自涉及交互的每個原子構件最多包含的一個端口。γ的交互是這個集合的任何非empty子集。例如p1，p2，p3是不同原子構件的端口，連接件γ=p1|p2|p3有七種交互：p1，p2，p3，p1|p2，p1|p3，p2|p3，p1|p2|p3。例如，帶有一個以上端口的交互代表了這些端口同步轉(zhuǎn)換。

2.3優(yōu)先權

給定包含交互構件的系統(tǒng)，優(yōu)先權根據(jù)條件來確定這些可以執(zhí)行交互的優(yōu)先級。因此優(yōu)先權可以通過設置執(zhí)行遷移的約束條件來減少系統(tǒng)的非確定性。

2.4復合構件

復合構件是從已經(jīng)存在的構件（原子的或者復合的）組合而來的新構件。這些包含在復合構件里的構件稱為它的子構件。復合構件由子構件，連接件以及優(yōu)先級構成。復合構件system如圖2所示。它是由三個相互作用的子構件的復合而成的。在列表3里，C1作為一個客戶端發(fā)送請求給C2或者C3。這里指定了連接件，優(yōu)先級（如果兩個構件都是empty,構件r2的優(yōu)先權高于其他構件的）。

3、用BIP建立AADL周期線程模型

在AADL里，通信代碼是帶有任務調(diào)度的可執(zhí)行代碼的一部分。這確保了端口之間遷移時間是可定義的。遷移時間通過采樣數(shù)據(jù)流來確定。在應用代碼操作端口變量時，系統(tǒng)緩沖可以用于確保端口變量在任務執(zhí)行時不被其他的任務所影響。下面圖解釋周期性線程在BIP里的建模和調(diào)度，它介紹了兩種通信協(xié)議，即時通信和延遲通信。

4、用BIP建立AADL通信語義模型

4.1即時通信的BIP描述

圖4描述了即時通信的自動控制過程。當時間與兩個交互線程周期的最小公倍數(shù)對齊時，數(shù)據(jù)傳輸可以通過端口completion_immediate同步通信。在這種情況下，接收線程會延遲直到發(fā)送線程的完成才開始執(zhí)行：在SYNC狀態(tài)，execution不執(zhí)行。在ASYNS狀態(tài)，第一個線程的完成和第二個線程的執(zhí)行不同步，數(shù)據(jù)傳遞不會執(zhí)行。

4.2延遲通信的BIP描述

延遲通信的自動控制用BIP建模如圖6所示。構件聲明了兩個變量：發(fā)送線程在完成時發(fā)送變量next。在發(fā)送最終截止時它被復制到變量current。current在調(diào)度時被傳送到接收線程。因此，需要用這兩個變量管理延遲通信。在這種同步通信過程中，讀線程會在下一次周期的開始處獲得新的輸入。因此有必要確保數(shù)據(jù)發(fā)送的結束剛好在周期的截止處，即數(shù)據(jù)總是接近周期延遲才發(fā)送。

5、結論

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1、引言

IEEEStd1596-1992ScalableCoherentInterface(SCI)可擴展一致性接口[1]是一種專門針對并行計算機系統(tǒng)設計的,可以提供千兆位互連帶寬和微秒級通信延遲的高性能系統(tǒng)互連技術。它提供了一種硬件實現(xiàn)的分布式共享存儲(DSM)的并行計算機結構,支持硬件的緩存一致性,主要應用于高性能并行計算機系統(tǒng)互連,高性能I/O等領域。

SCI技術來源于傳統(tǒng)總線技術的固有限制,傳統(tǒng)總線是一種共享介質(zhì)的互連技術,隨著系統(tǒng)中連接節(jié)點的增加,系統(tǒng)性能下降,而SCI提供節(jié)點之間單向、點到點的互連,支持靈活的拓撲:寄存器插入環(huán)、2DMesh、交換式互連等。任何一種互連方式都支持消息的并發(fā)傳輸,從而在一定規(guī)模內(nèi),系統(tǒng)的性能隨網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)增多而增加,具有可擴展性。本文主要研究WindowsNT環(huán)境下實現(xiàn)SCI數(shù)據(jù)通信的方法,給出了SCI數(shù)據(jù)通信軟件的設計。

2SCI協(xié)議概述

SCI協(xié)議包括三個層次:物理層、邏輯層和緩存一致層(可選)。物理層對SCI的鏈路規(guī)范、拓撲方式及網(wǎng)絡接口等做出了規(guī)定;邏輯層主要定義了SCI的數(shù)據(jù)包格式、邏輯事務協(xié)議;緩存一致層針對并行計算的分布式共享存儲模型提供硬件緩存一致性的支持,是SCI協(xié)議的可選部分。

SCI可以采用各種靈活的拓撲構成互連系統(tǒng),支持多種鏈路形式,其中18-DE-500并行鏈路寬18位,采用差分信號傳輸,每條信號線提供500Mbps的帶寬,其中16位用于數(shù)據(jù)傳輸,因此理論上可提供8Gbps的互連帶寬?；镜耐負涫羌拇嫫鞑迦氕h(huán),支持消息的并發(fā)傳輸,如圖1所示。SCI節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時仍然可以接收數(shù)據(jù)并進行處理,考慮SCI環(huán)中每個節(jié)點都向其下游節(jié)點發(fā)送消息,則圖1中的4節(jié)點SCI環(huán)中可以存在四個獨立的數(shù)據(jù)流,使系統(tǒng)吞吐量達到單條鏈路吞吐量的四倍。SCI網(wǎng)絡傳輸?shù)幕締挝皇欠?Symbol),每個符號長2個字節(jié)(Byte),SCI使用復雜的技術克服了總線技術/共享介質(zhì)0的固有限制,但是對互連系統(tǒng)應用提供了類似總線的服務:讀事務(ReadXX)、寫事務(WriteXX)、移動事務(MoveXX)和鎖定事務(Lock)等。為使通信較少受到傳輸距離的影響,SCI采用了分離事務協(xié)議,使CPU在發(fā)出/請求0后不必等待/響應0,可以立即進行其它操作。

SCI中每一個事務都由子操作(Subaction)組成,每個子操作包含兩種消息的傳輸,如圖1中虛線所示,以節(jié)點1向節(jié)點3發(fā)起的Read64事務為例:(1)節(jié)點1應用層發(fā)送請求發(fā)送(RequestSend)消息,向節(jié)點3請求讀64字節(jié)的數(shù)據(jù);(2)節(jié)點3的SCI接口自動返回請求回應(RequestEcho),說明請求發(fā)送消息收到;(3)節(jié)點3應用層發(fā)送響應發(fā)送(ResponseSend)消息,附帶有節(jié)點1請求的64字節(jié)數(shù)據(jù);(4)節(jié)點1的SCI接口自動發(fā)送響應回應(ResponseEcho)消息,表明收到節(jié)點3的消息,從而完成節(jié)點1向節(jié)點3發(fā)起的Read64事務。

3WindowsNT4.0環(huán)境下SCI設備驅(qū)動模型

SCI支持WindowsNT4.0,Windows2000,Solaris,Linux,VxWorks,HP-UX等主流操作系統(tǒng),其中在WindowsNT4.0環(huán)境下的測試性能最好,WindowsNT4.0對硬件的訪問做了嚴格的限制,系統(tǒng)設計者必須嚴格遵循驅(qū)動程序開發(fā)規(guī)范進行硬件驅(qū)動程序的開發(fā)和使用。目前商用SCI接口適配卡由挪威的Dolphin公司[2]提供,主要基于計算機I/O總線。采用Intel平臺上PCI總線的SCI接口適配卡D330[2]構成的SCI通信系統(tǒng)的設備驅(qū)動模型如圖2所示。D330SCI適配卡支持64位和32位的PCI總線,完成SCI構成的DSM系統(tǒng)與SCI節(jié)點機的接口功能,同時實現(xiàn)SCI協(xié)議規(guī)范。SCI采用64位地址,提供整個DSM系統(tǒng)的全局地址空間,其中前16位表示節(jié)點地址,各節(jié)點機PCI總線的64位或32位地址則映射至SCI全局地址的后48位,各節(jié)點機只要對該全局地址空間的某一地址操作,節(jié)點機之間的數(shù)據(jù)傳遞即可由SCI硬件自動實現(xiàn)。Pcisci.sys提供了SCI網(wǎng)絡的底層驅(qū)動,完成PCI總線設備的訪問功能,并且將PCI總線事務映射成為SCI網(wǎng)絡事務,提供透明的SCI設備訪問機制。Pcisci.sys中的IRM驅(qū)動函數(shù)提供SCI協(xié)議相關的功能驅(qū)動。D330適配卡的參數(shù)可以通過調(diào)用IRM驅(qū)動函數(shù)進行更改。一般情況下,系統(tǒng)設計者不應隨意調(diào)用IRM驅(qū)動函數(shù)對D330內(nèi)部參數(shù)進行更改。Sisci.sys提供了SCI網(wǎng)絡的高層驅(qū)動,它屏蔽了SCI協(xié)議細節(jié),為系統(tǒng)設計者提供了基于共享內(nèi)存、DMA、遠程中斷等的數(shù)據(jù)通信接口,Sisci.sys在WindowsNT平臺上以同步通信方式工作,異步通信可以結合多線程技術實現(xiàn)。

Sisciapi.lib為Win32應用程序提供了用戶模式下的接口函數(shù)(SISCIAPI)[3,4],SISCIAPI既支持共享內(nèi)存的編程模式也支持消息傳遞的編程模式。在建立了內(nèi)存映射之后,應用程序利用指針就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在各節(jié)點機之間的傳遞,體現(xiàn)了SCI支持共享內(nèi)存的特點;利用DMA實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,應用程序必須負責數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜窟^程,這體現(xiàn)了SCI對傳統(tǒng)的消息傳遞模式的支持。

SCI提供了基于共享內(nèi)存和DMA的兩種同步數(shù)據(jù)通信方式,通信采用面向連接的方式,利用中斷實現(xiàn)通信雙方節(jié)點的事件通知,下面的討論中我們稱發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點為Client,接收數(shù)據(jù)的節(jié)點為Server。

3.1共享內(nèi)存方式

共享內(nèi)存是一種針對小規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜rogramm-bleI/O(PIO)通信方式,SCI使用段(Segment)的概念將本地內(nèi)存映射成本地段localsegmentt,將遠端內(nèi)存映射成遠程段remotesegmentt,Server建立localsegmentt類型的變量使得本地內(nèi)存可以為其它節(jié)點訪問;Client建立remotesegmentt類型的變量使得訪問其它節(jié)點上的內(nèi)存資源成為可能。通信雙方將各自的本地內(nèi)存映射到SCI全局地址空間之后,依靠設定的內(nèi)存標志完成數(shù)據(jù)通信。在圖3中,Client節(jié)點和Server節(jié)點分別聲明localsegmentt的變量localsegC和localsegS,利用這兩個變量建立本地內(nèi)存在SCI全局地址空間的內(nèi)存映像,然后Client節(jié)點聲明remotesegmentt的變量remotesegS用于連接Server節(jié)點在SCI全局地址空間的內(nèi)存段,從而建立了各個節(jié)點在SCI全局地址空間中的內(nèi)存映射關系。Server節(jié)點使用SCICreateSegment()申請本地內(nèi)存,創(chuàng)建localsegS,指定該段標志8,然后調(diào)用SCIMapLo-calSegment()返回本地指針供Server節(jié)點中的進程訪問,調(diào)用SCIPrepareSegment()將申請到本地內(nèi)存的localsegS映射到SCI全局地址空間;SCISetSegmentAvailable()則使該localsegS為SCI網(wǎng)絡中的所有節(jié)點機可見。

Client節(jié)點設定本地段localsegC的過程同上,欲完成向Server節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù),Client節(jié)點必須調(diào)用SCI-ConnectSegment()與Server節(jié)點建立連接,將Server本地內(nèi)存在全局地址空間中的映像映射到remotesegS,然后利用SCIMapRemoteSegment()返回屬于Client進程的本地指針供訪問Server節(jié)點時使用,連接建立之后就可以使用返回的內(nèi)存指針或SCIMemCopy(本地指針,remotesegS)函數(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸了。

3.2DMA方式

當進行大量的數(shù)據(jù)傳輸時,DMA數(shù)據(jù)傳輸方式可以充分利用帶寬資源提高吞吐量。由于采用DMA方式時,存在DMA隊列的建立、管理等通信開銷,所以與共享內(nèi)存方式相比,DMA方式的通信延遲略有增加。使用DMA方式,應用程序要創(chuàng)建DMA隊列,將數(shù)據(jù)放入DMA隊列,啟動DMA隊列,查詢DMA隊列的狀態(tài)等,應用程序必須負責數(shù)據(jù)傳送的整個過程。DMA方式的通信仍然建立在段(Segment)概念的基礎之上,在編程方面與共享內(nèi)存方式的區(qū)別主要體現(xiàn)在Client節(jié)點,具體過程如下:

(1)創(chuàng)建本地段,SCICreateSegment(&localsegC);(2)映射本地段,返回本地數(shù)據(jù)指針(void*)SCIMapLocalSegment(&localmapC);

(3)將本地段映射至SCI全局地址空間,SCIPrepare-Segment(localsegC);

(4)創(chuàng)建DMA隊列,SCICreateDMAQueue(&dmaqueue);(5)連接Server節(jié)點本地段,SCIConnectSegment(&remotesegS);

(6)利用本地數(shù)據(jù)指針完成本地數(shù)據(jù)載入;

(7)將數(shù)據(jù)發(fā)送到DMA隊列,SCIEnqueueDMATransfer(dmaqueue,localsegC,remotesegS);

(8)啟動DMA傳輸,SCIPostDMAQueue(dmaqueue);

(9)等待DMA傳輸完畢,SCIWaitForDMAQueue(dmaqueue);

(10)確認DMA傳輸正常完成,SCIDMAQueueState(dmaqueue);

(11)刪除DMA隊列,SCIRemoveDMAQueue(dmaqueue)。從上述過程可見,DMA方式適合較大量數(shù)據(jù)的傳輸,而不適合少量數(shù)據(jù)的傳輸,否則不能充分利用DMA方式具有的一次傳送大量數(shù)據(jù)的優(yōu)點。

3.3中斷方式

要完成通信雙方的數(shù)據(jù)傳遞,通信過程中必須進行協(xié)調(diào),SCI提供了中斷方式專門用于實現(xiàn)SCI節(jié)點間的事件通知。與上述兩種數(shù)據(jù)方式相同,中斷分為本地中斷(localinterruptt)和遠程中斷(remoteinterruptt)。遠程中斷是Server節(jié)點;本地中斷在Client節(jié)點的映像。中斷也是面向連接的,使用前必須建立連接;不同的是,中斷方式并不傳送任何數(shù)據(jù),它只是作為事先定義好的某種事件(利用中斷標志)的通知手段,使用中斷完成通信協(xié)調(diào)的過程如圖4所示。

4SCI數(shù)據(jù)通信軟件的設計

上面我們詳細討論了SCI數(shù)據(jù)通信的幾種方法,最后結合我們開發(fā)的SCI通信延遲測試系統(tǒng)的負載注入軟件,說明SCI數(shù)據(jù)通信軟件的設計過程。SCI負載注入軟件是根據(jù)各個節(jié)點的通信表文件,向SCI網(wǎng)絡中注入數(shù)據(jù)流,設定網(wǎng)絡負載,同時配合網(wǎng)絡端端延遲測試儀測定特點消息的傳輸延遲,從而實現(xiàn)對SCI網(wǎng)絡通信性能細節(jié)的把握。通信表指定了數(shù)據(jù)流源節(jié)點、目的節(jié)點、長度以及更新速率等參數(shù)。

篇6

【關鍵詞】隔離信息交換網(wǎng)絡信息安全

1前言

目前網(wǎng)絡通訊安全通常采用的技術方案是：設置多種訪問權限，每一位訪問者根據(jù)不同的訪問權限來對相應的內(nèi)容進行訪問，但是一旦某一位訪問者的密碼被破解，相應的網(wǎng)絡安全防線也被破解，尤其是當administrator的密碼被破解，所有安全防線將全部報廢。

還有的企業(yè)將企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡定義為內(nèi)網(wǎng)，對應的外部網(wǎng)絡為外網(wǎng)，他們?yōu)槊恳晃挥性L問外網(wǎng)需求的員工配置兩臺工作電腦，一臺工作電腦僅能訪問內(nèi)網(wǎng)，一臺工作電腦僅能訪問外網(wǎng)，同時對內(nèi)網(wǎng)的所有電腦進行監(jiān)控，這樣有效地提高了內(nèi)部網(wǎng)絡的安全，可以有效防范設置訪問權項產(chǎn)生的安全漏洞，但是同時也會導致工作上的不便，例如，工作中需要到外網(wǎng)下載一個參考資料，需要先訪問外網(wǎng)將資料下載在外網(wǎng)工作電腦中，然后通過U盤等外部設備進行拷貝，將資料再傳輸?shù)絻?nèi)網(wǎng)工作電腦上，十分耗費精力，導致工作效率降低。

因此，如何提供一種有效的、方便的網(wǎng)絡安全管理系統(tǒng)及方法是業(yè)界亟待解決的技術問題。

2工作原理

本文為了解決上述現(xiàn)有技術的問題，提出一種網(wǎng)絡安全管理系統(tǒng)，包括連接外網(wǎng)網(wǎng)域的外網(wǎng)網(wǎng)口，連接內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)域的內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口，還包括：

中間網(wǎng)口，所述中間網(wǎng)口包括第一中間網(wǎng)口至第N中間網(wǎng)口，所述第N中間網(wǎng)口可與內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口進行通訊，N為自然數(shù)；

切換電路，設有兩種狀態(tài)，在第一種狀態(tài)下根據(jù)外網(wǎng)網(wǎng)口、第一中間網(wǎng)口至第N中間網(wǎng)口、內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口的順序?qū)W(wǎng)口進行兩兩分組，允許同一組內(nèi)的兩個網(wǎng)口之間進行通訊；在第二種狀態(tài)下根據(jù)第一中間網(wǎng)口至第N中間網(wǎng)口、內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口的順序?qū)W(wǎng)口進行兩兩分組，允許同一組內(nèi)的兩個網(wǎng)口之間進行通訊；

切換模塊，與外網(wǎng)網(wǎng)口相連接，通過切換電路與中間網(wǎng)口及內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口相連接，根據(jù)切換電路的不同狀態(tài)，控制相應的網(wǎng)口之間連通；

控制模塊，對切換電路及切換模塊進行控制，使切換電路不停地進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，直至外網(wǎng)網(wǎng)口/內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口的命令或數(shù)據(jù)傳遞至內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口/外網(wǎng)網(wǎng)口為止。

數(shù)據(jù)處理模塊，通過上述模塊以及網(wǎng)口與外網(wǎng)進行間接通訊，既隔離了內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，又可以使內(nèi)、外網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)可以被間接傳遞。

數(shù)據(jù)處理模塊可以采用至少一種加密策略，對通訊的數(shù)據(jù)/命令進行加密，從而進一步提高系統(tǒng)的安全性?？刂颇K和數(shù)據(jù)處理模塊還分別具有用于存儲數(shù)據(jù)或算法的存儲器。

本技術方案中，切換模塊具有切換芯片，根據(jù)切換芯片端口的順序來順次與外網(wǎng)網(wǎng)口、第一中間網(wǎng)口至第N中間網(wǎng)口、內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口直接連接或間接連接，當相鄰兩個端口對應的網(wǎng)口需要通訊時，切換模塊將所述兩個端口對應的VLAN寄存器的值置為1。

控制模塊具有控制芯片，所述數(shù)據(jù)處理模塊具有數(shù)據(jù)處理芯片，所述控制芯片和數(shù)據(jù)處理芯片的型號均為AM335X，所述切換芯片的型號為88E6172，所述切換芯片與控制芯片之間、控制芯片與數(shù)據(jù)處理芯片之間均通過RGMII接口連接。

外網(wǎng)網(wǎng)口通過網(wǎng)橋芯片與切換芯片相連接，中間網(wǎng)口及內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口分別通過不同的網(wǎng)橋芯片與切換電路相連接，內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口與控制芯片的eth0處于同一網(wǎng)段。

3體系結構

結構示意圖如圖1所示。

本系統(tǒng)所述系統(tǒng)包括：網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收發(fā)端和數(shù)據(jù)處理端，其中，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收發(fā)端的AM335x通過RGMII總線連接88E6172，88E6172的五個口上掛了五塊gst5009lf，其中四路經(jīng)過切換電路與4個RJ45連接，而剩下的一路直接掛RJ45。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收發(fā)端的AM335x通過SPI總線與flash連接，來讀寫FLASH。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收發(fā)端的AM335x通過EMIF接口掛了DDR3。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收發(fā)端的AM335x通過RGMII總線與數(shù)據(jù)處理端AM335x通信。數(shù)據(jù)處理端的AM335x通過EMIF接口掛了DDR3。數(shù)據(jù)處理端AM335x對數(shù)據(jù)進行處理后，把重要的數(shù)據(jù)通過SPI總線存儲到FLASH上。這就出現(xiàn)了一個問題：如何更好管理五個RJ45口下的不同網(wǎng)域的通信。于是，本發(fā)明提出了對88E6172軟設置及對切換電路的操作，實現(xiàn)某些網(wǎng)域可以訪問數(shù)據(jù)處理端，而這幾個不同網(wǎng)域又能通信，以達到網(wǎng)絡安全管理的目的。

4軟件流程

系統(tǒng)開機后，先讀取GPIO2_25的值，然后詢問是否啟動切換電路。如果是，則啟動切換電路，然后進入while1循環(huán)；如果否則直接進入while1循環(huán)。執(zhí)行while1循環(huán)，系統(tǒng)詢問lan1與lan2、lan3與lan4是否要數(shù)據(jù)通信，如果是，則執(zhí)行判斷是否啟動切換電路，然后進行數(shù)據(jù)通信；如果否則直接執(zhí)行數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信完畢，進入判斷l(xiāng)an1與lan2、lan3與lan4是否要數(shù)據(jù)通信，如果是，則進入判斷是否啟動切換電路，如果是，則關閉切換電路，進入數(shù)據(jù)通信。如果判斷是否啟動切換電路為否，則直接進入數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信完畢，再詢問lan5與數(shù)據(jù)處理端是否要數(shù)據(jù)通信，如果是，則進入判斷是否啟動切換電路。判斷是否啟動切換電路如果為是，則關閉切換電路，如果為否，則數(shù)據(jù)通信，然后再進入while1循環(huán)。

5結語

篇7

從設備上采集來的信號經(jīng)過有效的分析處理，如相關分析，頻譜分析，小波分析等，將結果存入基層數(shù)據(jù)庫中作為設備歷史運行數(shù)據(jù)以便今后分析之用［2］。故障診斷系統(tǒng)使用監(jiān)測分析軟件和故障診斷軟件通過Internet從數(shù)據(jù)庫中獲取當前的數(shù)據(jù)，對機組故障進行診斷，得出診斷結果。數(shù)據(jù)通信的思想是通過Socket(套接字)和應用程序的消息機制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。Socket(套接字)最早是由Berkeley大學提出在UNIX操作系統(tǒng)下實現(xiàn)TCP/IP通信協(xié)議的開發(fā)接口。Sock-et的實質(zhì)是通信端點的一種抽象，提供一種發(fā)送和接受數(shù)據(jù)的機制。應用Socket進程通信技術可以實現(xiàn)基于服務器的并發(fā)多機信息轉(zhuǎn)發(fā)。本文利用VC++6．0編寫一個服務器端和兩個客戶端程序，客戶端程序通過串口接受WSN各網(wǎng)關節(jié)點傳送的信息，將接受的實時數(shù)據(jù)插入到SQLServer數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的利用，并利用Socket技術通過Internet將串口數(shù)據(jù)實時的發(fā)送到服務器端;同時服務器端可以下達命令給兩個客戶端。在客戶端和服務器端也可以傳輸風電場靜態(tài)配置文件，服務器端利用MSXML4．0解析器實現(xiàn)對WPPCL文檔的解析，且將WPPCL文檔以樹形控件顯示，方便用戶理解WPPCL文檔的層次型關系?；贑/S模型的通信系統(tǒng)結構示意圖，動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)客戶和服務器之間的實時數(shù)據(jù)傳輸采用面向連接的TCP/IP通信協(xié)議，服務器必須首先啟動，在一個眾所周知的地址監(jiān)聽對服務的請求，服務進程一直處于休眠狀態(tài)，直到一個客戶程序提出了請求信息。此時，服務程序被“驚醒”為客戶端創(chuàng)建工作線程，并由線程負責與該客戶端的數(shù)據(jù)通信，完成與該客戶端的各種請求服務?？蛻舳顺绦虿捎枚嗑€程機制，負責數(shù)據(jù)接收和發(fā)送操作。本程序采用MSCOMM控件接受串口數(shù)據(jù)，串口數(shù)據(jù)模擬來自溫度和濕度傳感器采集的環(huán)境溫度和濕度?？蛻舳薃接受串口數(shù)據(jù)后發(fā)送到服務器端，客戶端B也可以接受到客戶端A的信息;客戶端A和客戶端B可分別向服務器端發(fā)送設備運行信息，同時服務器可向兩個客戶端發(fā)送執(zhí)行命令。配置文件傳輸系統(tǒng)借鑒IEC61850-6中SCL的定義，綜合IEC61400-25風電機組信息模型的層次結構分析，風電場配置描述語言WPPCL(WPPsConfigurationLanguage)可定義3種對象模型:風電場(WPPs)模型、風電機組控制器(Controller)模型和通信網(wǎng)絡模型。通過該語言，可以方便地通過搭建模型來描述風電場配置信息，從而在應用側(cè)很好地屏蔽掉裝置的差異性，實現(xiàn)配置狀況的遠方管理，降低系統(tǒng)運行成本，有效地提高系統(tǒng)自動化水平。風電場整個配置過程都是建立在對WPPCL文件進行處理和傳送的基礎上，而WPPCL文件實質(zhì)上就是受固定的Schema文件約束的XML文件。配置文件傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)的功能就是:利用Socket技術將WPPCL文件從客戶端發(fā)送到服務器端。在完成上述的風電配置文檔傳輸后，解析WPPCL文檔成了主要問題。本文以VS2010作為開發(fā)平臺，利用MSXML解析XML文件。MSXML是微軟提供的用于處理XML文檔的COM庫，提供了豐富的API接口函數(shù)。利用MSXML解析器對WPPCL文檔解析時，需要按照WPPCL文檔的層次型關系將相應的節(jié)點添加到樹型控件中，樹型控件中的節(jié)點對應于WPPCL文檔中的元素節(jié)點，各元素的屬性以表格的形式顯示。通過操作樹型控件用戶可以清楚理解WP-PCL文檔的層次型關系，同時可以查看各元素節(jié)點的屬性并可做出相應的修改。本節(jié)以描述風電場結構的WPPCL文檔為例，通過建立解析程序?qū)崿F(xiàn)用樹型控件分層顯示W(wǎng)PPCL文檔。

基于SSLVPN技術的信息安全系統(tǒng)

SSL(安全套接層)協(xié)議是一個提供身份認證和加密數(shù)據(jù)的協(xié)議，指定了在應用層協(xié)議和TCP/IP協(xié)議之間進行數(shù)據(jù)交換的安全機制，為TCP/IP連接提供數(shù)據(jù)加密、服務器認證以及可選的客戶認證。因而可以在客戶端與服務器之間構建一條透明的安全通道，從而保證網(wǎng)絡傳輸過程中數(shù)據(jù)的完整性和安全性。本系統(tǒng)在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶訪問控制中使用基于SSL和證書的雙向身份認證，應用代網(wǎng)關啟動防火墻引擎并與遠程監(jiān)測中心以SSLVPN協(xié)議建立安全的遠程數(shù)據(jù)傳輸通道。網(wǎng)絡通信客戶端和網(wǎng)絡通信服務端首先建立TCP/IP連接，并經(jīng)SSL握手消息的處理，進行雙方身份的認證以及算法的協(xié)商，構建一個安全的傳輸通道，之后就可以在應用程序和數(shù)據(jù)庫服務器之間轉(zhuǎn)發(fā)訪問請求和請求應答。網(wǎng)絡通信客戶端接收客戶端轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)請求，將請求通過記錄層模塊的整合加密發(fā)送給網(wǎng)絡通信服務端，并等待請求結果的返回。結果返回后，將其轉(zhuǎn)發(fā)給應用程序。網(wǎng)絡通信服務端處理來自網(wǎng)絡通信客戶端的數(shù)據(jù)請求，在記錄層模塊將請求進行解密，轉(zhuǎn)發(fā)給服務端，并將服務端訪問數(shù)據(jù)庫服務器后的返回結果經(jīng)記錄層整合加密后轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡通信客戶端。

結語

篇8

【關鍵詞】搜救機器人;WiFi;數(shù)據(jù)采集;視頻傳輸;數(shù)據(jù)傳輸

引言

我國是世界上自然災害最為嚴重的少數(shù)國家之一[1]，災后救援中尤以地震救援最為復雜和危險。根據(jù)近幾年地震救援情況不難看出，由于地震發(fā)生后廢墟結構極不穩(wěn)定，很容易對廢墟中的救援隊員造成危險。伴隨地震的還有爆炸，火災，山體滑坡等等突況，救援工作困難重重。一部分傷亡在主震瞬間即刻發(fā)生，拯救生命，分秒必爭[2]。災后的救援工作往往遇到廢墟極易坍塌，大型搜救設備無法快速到達，廢墟空間狹小且穩(wěn)定性差，存在有毒有害氣體等困難[3]。因此在危險及復雜環(huán)境下使用具有感知環(huán)境有害氣體、溫濕度等環(huán)境參數(shù)、感知生命信息，實現(xiàn)視頻回傳等功能，且行動平穩(wěn)，結構穩(wěn)定，可遠程控制的搜救機器人具有重要的現(xiàn)實意義?？紤]受災現(xiàn)場往往通信出現(xiàn)中斷等故障，搜救機器人盡量避免需要依靠外界通信設備，其本身就應該具有通信功能。WiFi是目前廣泛采用的一種短距離無線通信協(xié)議[4]，具有成本低、使用方便等優(yōu)勢，可以接入因特網(wǎng)與各種終端進行數(shù)據(jù)傳送。

本文根據(jù)災后救援中的各種問題，提出一種基于WiFi技術的小型無線搜救機器人設計方案。這種機器人體積較小，可以在狹小空間中自由移動，自帶無線通信設備，可以與遠在幾百米以外的搜救隊員進行視頻和數(shù)據(jù)交互，幫助搜救隊員掌握被困者位置和現(xiàn)場環(huán)境情況。搜救人員通過具有WiFi功能的操作終端（手持設備或PC機）連接和操縱機器人，根據(jù)回傳的視頻和環(huán)境數(shù)據(jù)進行實時分析，實時調(diào)整機器人的位置和行動情況，對搜救做出判斷。本文研究了搜救機器人的設計結構，從硬件和軟件兩方面介紹了系統(tǒng)的設計，并給出了系統(tǒng)的測試結果。

1.系統(tǒng)框架設計

本系統(tǒng)由具有WiFi功能的移動機器人和位于遠程的操作終端構成。移動機器人通過攝像裝置采集的現(xiàn)場視頻信息，搭載于機器人上的各種傳感器檢測到的環(huán)境參數(shù)，視頻和各種數(shù)據(jù)通過WiFi網(wǎng)絡傳送到操作終端。同時移動機器人接收操作終端發(fā)出的控制命令，調(diào)整機器人的運動狀態(tài)和攝像頭的位置，完成指定的任務。操作終端顯示當前的視頻和數(shù)據(jù)信息，通過對實時圖像和各類參數(shù)數(shù)據(jù)的分析，向機器人發(fā)出控制信號。移動機器人與操作終端之間應用mipg、streamer，socket等技術，通過WiFi網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信，完成探測、搜救等任務。圖1為搜救機器人的系統(tǒng)結構示意圖。

2.系統(tǒng)硬件設計

移動式機器人硬件主要包括處微理器模塊、底盤及設備運動驅(qū)動模塊、攝像頭及云臺控制模塊、無線模塊、環(huán)境參數(shù)感知模塊和電源模塊等幾部分構成。

2.1 底盤及運動控制模塊

機器人底盤采用雙履帶式驅(qū)移動平臺，可以較好地適應災后復雜的地形變化，以提高機器人在非平坦地面上的越障能力和靈活性[5]。2個獨立的電機分別驅(qū)動車輪和履帶。為保證電源供電，采用雙電源供電形式。電源模塊1為可重復充電的移動電源，為微控器、攝像頭、WiFi模塊及傳感器提供DC5V電源。電源模塊2采用航模鋰電池，經(jīng)過LM2596穩(wěn)壓，將12V電壓降至9V電壓，為移動驅(qū)動模塊提供DC9V電源。

電機驅(qū)動采用恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298N，驅(qū)動兩個直流電機。L298N接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為+2.5～46V。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。微控器產(chǎn)生PMW信號可由微控器或操作終端根據(jù)機器人的現(xiàn)場環(huán)境情況調(diào)節(jié)和更改，當電機需要調(diào)速行駛時，就可以通過調(diào)用中斷函數(shù)實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)和左右差速轉(zhuǎn)彎的動態(tài)調(diào)速。電機驅(qū)動控制電路如圖2所示。

圖1 搜救機器人的系統(tǒng)結構圖

2.2 攝像頭模塊及云臺控制模塊

視頻采集部分由高清網(wǎng)絡攝像頭和紅外攝像頭構成?？紤]到災后現(xiàn)場灰塵，煙霧，采光不好等干擾因素，光學攝像頭和紅外攝像頭同時捕捉現(xiàn)場圖像，增強黑暗情況下的圖像捕捉能力，提高對人體等生命信息的識別能力，幫助搜救隊員了解機器人前方路面情況，判別生命跡象。當機器人移動到特定位置時，云臺控制模塊工作，云臺由三自由度平臺和高度控制裝置構成，通過PWM脈沖控制舵機轉(zhuǎn)向來調(diào)節(jié)攝像頭的上下高度位置，可以在360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，也可以小范圍調(diào)節(jié)攝像頭的仰角，控制攝像頭的攝像角度，實現(xiàn)多方位多角度的觀察。攝像頭如圖3所示。

圖3 攝像頭模塊

2.3 環(huán)境參數(shù)感知模塊

環(huán)境參數(shù)感知模塊主要包括溫濕度采集、煙霧探測和熱釋電紅外感應等模塊。

溫濕度參數(shù)采集采用SH11溫濕度傳感器，它內(nèi)部將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線接口集成于一個芯片內(nèi)，輸出為數(shù)字信號，傳送給微控器。

熱釋電紅外感應模塊可以感知人體紅外信息，由熱釋電紅外傳感器P2288實現(xiàn)。P2288是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。當感測到人體熱釋紅外線的時候，P2288輸出端輸出一個很小的交流電流信號（約1.17毫安，0.3～10Hz的交流電流信號），經(jīng)放大、I/V變換和電壓比較后，輸入到微控器。

煙霧探測模塊由QM2實現(xiàn)，用于檢測現(xiàn)場是否還存在煙霧，判別結構傳送到微控器。

微控器將感知模塊檢測到的環(huán)境參數(shù)通過WiFi傳送給操作終端并在終端上顯示，提供給搜救隊員以實時做出決策。

2.4 無線模塊

無線模塊負責構建一個可以運行底層協(xié)議的局域網(wǎng)。處于局域網(wǎng)中的各種終端，通過WiFi聯(lián)網(wǎng)的移動機器人、通過以太網(wǎng)協(xié)議連網(wǎng)的上位機，都可在TCP/IP協(xié)議中的網(wǎng)絡層及其之上各層進行數(shù)據(jù)的傳輸。

本系統(tǒng)中WiFi無線模塊為GL.inet無線路由器，它具有150M無線速率，內(nèi)置DDNS，具有獨立訪問域名，經(jīng)Openwrt刷機后相當于一個Linux系統(tǒng)，支持連接USB攝像頭，應用mipg.streamer，socket等可以很方便的實現(xiàn)PC機對移動機器人的控制。

WiFi模塊與微控器之間通過串口方式進行雙向數(shù)據(jù)通信，將攝像頭采集的視頻圖像以及檢測到的各種環(huán)境參數(shù)通過WiFi模塊傳送至控制終端。

3.軟件設計

軟件部分主要實現(xiàn)上位機與下位機的無線數(shù)據(jù)通信功能，上位機的操作界面，下位機與WiFi模塊之間的通信協(xié)議以及下位機的數(shù)據(jù)采集及狀態(tài)控制。

3.1 WiFi模塊部分

WiFi模塊實現(xiàn)構建一個可以運行TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)。移動機器人與操作終端通過WiFi進行視頻和各種檢測數(shù)據(jù)以及控制命令的互相傳送。本系統(tǒng)中無線通信采用TCP協(xié)議的Socket線程循環(huán)傳輸數(shù)據(jù)，具體過程如下：

機器人（服務器端）啟動守護進程創(chuàng)建套接字Socket，建立IP地址，監(jiān)聽有效Socket端口，調(diào)用accept函數(shù)從連接請求隊列中獲得連接信息，等待與操作終端（客戶端）建立連接。一旦連接成功，服務器端線程與客戶端進行數(shù)據(jù)通信，服務器根據(jù)不同的請求，做出相應的處理，包括發(fā)送圖像及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)或接受控制命令?？蛻舳私邮軘?shù)據(jù)后，根據(jù)需要發(fā)送控制信號用來設置移動驅(qū)動信息給服務器端。數(shù)據(jù)通信完后關閉該線程，重新進入主線程循環(huán)建立發(fā)送線程。流程圖如圖5所示。

3.2 通訊協(xié)議包定義

由于單字符通信方式干擾較大，本系統(tǒng)下位機與上位機之間采用數(shù)據(jù)包格式傳送指令，包頭用0XFF，包尾用0XFF，無校驗位，以不同的類型位表示不同的控制或操作命令。上位機利用無線網(wǎng)卡通過Socket發(fā)送數(shù)據(jù)包到路由器，路由器通過解包機制把數(shù)據(jù)包解開，通過串口發(fā)送到單片機并通過控制模塊執(zhí)行相關操作。上位機和下位機接受到數(shù)據(jù)包后只需去掉包頭和包尾即可獲得相應的指令信息。數(shù)據(jù)接收也是類似的方式。其協(xié)議規(guī)定如表1所示。

圖5 WITF通信流程圖

表1 通信協(xié)議包定義

圖6 視頻傳輸流程圖

3.3 視頻及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)傳送程序

當下位機接收上位機發(fā)送的需要傳送視頻或環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)命令時，打開視頻設備，讀取設備信息，進行視頻采集，圖像傳送至上位機，流程如圖6所示。

3.4 上位機

上位機部分基于windows 技術，采用Visual Studio 2010編寫C#上位機客戶端，首先利用編程器自帶的控件設置主視頻界面、按鈕和滾動條區(qū)域，再通過TCP/IP協(xié)議，創(chuàng)建Socket套接字的實例，對按鈕設置相應的指令代碼。為保證數(shù)據(jù)發(fā)送的安全性和準確性，我們在每個數(shù)據(jù)包中設置0XFF的包頭和包尾，中間以6位16進制的數(shù)據(jù)位作為真實指令的內(nèi)容，分別控制機器人前后左右移動，舵機旋轉(zhuǎn)和各類傳感器的數(shù)據(jù)采集等。再通過connect的連接到路由器，以Send的方式向路由器發(fā)送Byte格式指令，當發(fā)送結束時，使用Close的方式釋放占用的資源。

3.5 下位機與WiFi的通信協(xié)議

WiFi模塊與微控器模塊之間通過串口進行數(shù)據(jù)通信，軟件部分主要設置串口通信的波特率、通信協(xié)議等，這里不再詳細論述。

4.系統(tǒng)運行實驗

經(jīng)試驗證明本搜救機器人的無線數(shù)據(jù)通信可達到50米，采用履帶式運z行機構在復雜情況下具有較好的越障功能，運行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了視頻回傳、環(huán)境參數(shù)檢測、遠程控制等功能，運行情況如圖7所示。

5.結束語

本文設計的一個WiFi小型搜救機器人實現(xiàn)了無線視頻傳輸，環(huán)境監(jiān)測，數(shù)據(jù)傳輸和多機協(xié)同作業(yè)等多種功能。采集的視頻、環(huán)境參數(shù)等信號可傳輸至任意可連接WiFi的上位機終端。因為WiFi無線模塊本身就是一個無線信號的發(fā)射源，所以即使在沒有WiFi網(wǎng)絡的區(qū)域仍可使用。當機器人與控制終端距離較遠或WiFi信號不足時，通過增加中繼節(jié)點，可以提高WiFi功率，提高傳輸距離。經(jīng)試驗證明，本系統(tǒng)可用于狹小空間內(nèi)的探測和搜救任務，完成環(huán)境參數(shù)檢測，地形勘測等任務，可以極大的減輕救援人員的負擔。

參考文獻

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[5]王鵬，李鑫，江文浩.地震搜救機器人構型設計綜述[J].哈爾濱理工大學學報，2012（1）：15-19.

篇9

關鍵詞：工業(yè)自動化；OPC通訊；SCADA；SIEMENS S7 PLC

中圖分類號：TP323 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 12-0000-02

The Development and Application of OPC-based Services PC and PLC system in Automation Project

Peng Yabin

(Zhejiang Kaiyuan Engineering Co.,Ltd.,Jinhua321014,China)

Abstract:This paper briefly introduces the principle of OPC,KEP Server EX and three OPC servers,and through the implementation of OPC service communication of IFIX SCADA and SIEMENS S7 series PLC automation control system,and according to the engineering practice in the way of industrial automation control system structure and function,can be used for the fields of automation design and reference works.

Keywords:Industrial automation;OPC communication;SCADA;SIEMENS S7 PLC

在通常使用的控制類產(chǎn)品中，包括DCS、PLC兩大類。隨著時代的進步和控制理念的更新，我們又將DCS的概念拓展到FCS，而且在一個工業(yè)自動化系統(tǒng)中，會共存很多系統(tǒng)與設備，為了滿足自動化控制的需要，不同設備，不同系統(tǒng)之間的連接和通信需要可靠并且相互開放，OPC定義了一系列規(guī)范來滿足多種系統(tǒng)和設備之間數(shù)據(jù)通信的需求，OPC為不同廠商的硬件設備、軟件和系統(tǒng)定義了公共的接口，使得過程控制和工廠自動化中的不同系統(tǒng)、設備和軟件之間能夠相互連接、通信、操作。作為應用之一，SIEMENS及GE FANUC公司的S7系列PLC和IFIX組態(tài)軟件通過KEPWARE、PC-ACCESS等OPC服務器通信，具備了可靠性高，編程簡單，連接方便，通用性好，便于維護等特點，可滿足各種自動控制需要外，還有良好的擴展性及強大的指令功能。

一、基于OPC服務的控制系統(tǒng)結構

工業(yè)自動化系統(tǒng)的核心是合理的控制邏輯及可靠的數(shù)據(jù)通訊，各種工業(yè)總線和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在為可靠的數(shù)據(jù)通訊服務，因此OPC服務器必須滿足上述要求，通過PLC及SCADA系統(tǒng)完成的控制結構大體如下：

（一）OPC簡介。OPC（OLE for process control）是一個工業(yè)標準。它是由一些世界上占領先地位的自動化系統(tǒng)和硬件、軟件公司與微軟合作而建立的、滿足開放性的和互操作性的接口標準。OPC標準的建立基于微軟的COM（Component Object Model，組件對象模型）技術規(guī)范，并由OPC基金會這個國際組織管理。

OPC定義了一系列規(guī)范來滿足多種系統(tǒng)和設備之間數(shù)據(jù)通信的需求。主要包括OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范、OPC報警與事件處理規(guī)范、OPC歷史數(shù)據(jù)處理規(guī)范等。OPC規(guī)范只是定義了COM接口，OPC服務器提供者必須去實現(xiàn)這些接口和方法。

OPC服務器通過OPC規(guī)范定義了OPC COM組件的接口實現(xiàn)對數(shù)據(jù)源進行存?。ㄗx/寫）或通信的方法等，數(shù)據(jù)源可以是現(xiàn)場的I/O設備，也可以是其它的應用程序。通過OPC服務器中COM組件提供的接口，OPC客戶程序可以通過一個或多個廠商提供的OPC服務器來對數(shù)據(jù)源進行存取（讀/寫）或通信。如下圖：

（二）KEP Server EX OPC 服務器簡介。KEP Server EX OPC服務器由Kepware公司提供，Kepware公司在工業(yè)界通訊領域有著很高的聲譽，是全球最知名的OPC服務器產(chǎn)品供應商。其產(chǎn)品.KEP Server EX OPC服務器：Kepware的為全球工業(yè)界領先的超級OPC服務器，提供非常卓越的工業(yè)互連通訊能力。她嵌入了工業(yè)市場上廣泛范圍的超過100多種通訊協(xié)議支持數(shù)百種以上設備型號的可下載驅(qū)動程序。

二、基于OPC服務的化學工業(yè)自動化控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)為基于OPC服務的自動化控制系統(tǒng)，下位機采用SIEMENS S7300PLC（CPU313C），OPC服務器選用了KEPWARE Kep server Ex OPC服務器，上位機采用GE FANUC IFIX組態(tài)軟件；整個系統(tǒng)開關量包括各種泵、閥的開啟，電機的啟停及狀態(tài)檢測；模擬量包括了反應器壓力、溫度及車間易燃氣體濃度等信號，全部信號通過PLC采集后，經(jīng)由OPC服務器傳輸回監(jiān)控室數(shù)據(jù)庫，由組態(tài)軟件實現(xiàn)人機的交互，計算機需要記錄各個過程的參數(shù)并以趨勢圖的方式顯示出來供工藝人員使用，并提過越限報警記錄功能，備查，各個過程的邏輯就地位于各個現(xiàn)場PLC當中，避免當通訊被破壞時執(zhí)行機構的誤動作。

由此可見，該系統(tǒng)采用本文所述方案，依靠PLC作為現(xiàn)場采集運算單元，應用成熟組態(tài)軟件構成SCADA系統(tǒng)，基于OPC服務器以實現(xiàn)PLC與SCADA之間的可靠通訊接口，采集到數(shù)據(jù)庫，藉以完成整個系統(tǒng)各個參數(shù)與邏輯的集成與控制。

（一）就地PLC單元。就地PLC主要完成的任務有：監(jiān)控要求的各個工藝參數(shù)信號的采集，并根據(jù)工藝需要和控制需求，開發(fā)與之相適應的運算邏輯并輸出控制信號，利用CP-341模塊的通訊能力，通過以太網(wǎng)方式，將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫。1#PLC硬件配置如下（其余略）：

（二）PLC的OPC通訊服務器單元。OPC服務器采用的KEP Server EX OPC，內(nèi)置的協(xié)議滿足通過SIEMENS TCP/IP Ethernet方式與KEP Server EX通訊，配置如下：

通訊建立后，按規(guī)定格式，添加TAG，并與PLC測點表地址匹配，將自己需要通訊的數(shù)據(jù)按一定的命名規(guī)則，數(shù)據(jù)OPC服務器；完成后如下圖。

（三）SCADA單元（OPC CLIENT）。上位機采用了主流的組態(tài)軟件制作，GE FANUC公司出品的IFIX，GE Fanuc的iFIX是世界領先的工業(yè)自動化軟件解決方案，提供了生產(chǎn)操作的過程可視化、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控。在安裝了IFIX OPC CLIENT驅(qū)動后，即可將PLC側(cè)數(shù)據(jù)與上位機數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)通過OPC服務連接并通訊，如下：

通過VB腳本，完成控制界面及功能的制作：

至此，我們就已經(jīng)建立了一條由PLC開始，通過OPC服務（PLC及上位機），到用戶界面的數(shù)據(jù)通路，依靠這樣一條通路，我們實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的通訊，可滿足在工業(yè)自動化要求的自動控制。通過上位機組態(tài)軟件，我們可以利用過程數(shù)據(jù)庫制作實時報表、趨勢圖以及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，在此不在敖述。最終HMI界面如下：

目前，該系統(tǒng)已投入運行多年，依靠該系統(tǒng)，可以實現(xiàn)以下功能：

1.獲取工程現(xiàn)場電機及閥門狀態(tài)。

2.獲取現(xiàn)場主要工藝參數(shù)如壓力、溫度、濃度、電機電流等實時值，并記錄，重點參數(shù)連鎖邏輯自動控制。

3.數(shù)據(jù)記錄，超限報警、報表顯示。

自投運以來，通過OPC服務器運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)丟包率極低，采集的數(shù)據(jù)準確可靠，滿足工業(yè)運行的需要。

三、結束語

篇10

關鍵詞：單片機；監(jiān)控；數(shù)據(jù)；通信技術

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）02-0098-02

隨著半導體技術的飛速發(fā)展，當前將超大規(guī)模集成電路集成到一個很小硅片上的技術已經(jīng)得到了實現(xiàn)，由此帶來了單片機技術的飛速發(fā)展。目前的單片機，已經(jīng)由最初的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300 M高速單片機。32位單片機由于內(nèi)部采用了RISC（精減指令系統(tǒng)計算機）機構，因而優(yōu)化了指令系統(tǒng)，同時也帶來了快捷的運算速度和超強的數(shù)據(jù)處理能力，同時由于其使用方便，具有強大的中斷控制系統(tǒng)、定時/事件控制系統(tǒng)，同步/異步通信控制系統(tǒng)，因而可以利用單片機實現(xiàn)對分散測控對象的監(jiān)控。目前，這項技術已經(jīng)被越來越廣泛地應用到野外作業(yè)、企業(yè)生產(chǎn)和軍事指揮控制之中了。

1 單片機監(jiān)控系統(tǒng)方案介紹

監(jiān)控系統(tǒng)需要有一個主站、若干個機動從站構成。主站的作用在于收集來自傳感器的數(shù)據(jù)信息，控制命令及實現(xiàn)自動化轉(zhuǎn)臺。從站位于固定機房、無人值守間及野外作業(yè)站等地方，其主要功能是對傳感器的指示數(shù)據(jù)進行檢測驗收、對Karlman濾波后的生產(chǎn)工藝方程進行解算和相關顯控處理等。主站與從站之間的通信方式采用點與點之間的碼分多址通信。

從站電路功能如圖1所示。

①主站和從站自定義了60芯的專用系統(tǒng)信號，結構采用雙CPU（80C196、8031）擴展STD總線結構。為了和數(shù)據(jù)通信板的8031之間數(shù)據(jù)交換的便利，將0C000H-0C3FFH分配給雙口RAM（IDT7130）。為了方便調(diào)試非全地址譯碼I/O空間，芯片類型選擇了在線可編程芯片ISP2031。

②付站顯控電路。顯控主芯片采用MC6847，將80C196地址空間的0A000-0C000H分出供顯存占用，監(jiān)視器選擇工業(yè)級CRT，屏幕分辨率800×600.自建專用12×12非標準漢字庫。選擇8279型號主芯片進行鍵盤控制。

③使用I/O板，進行數(shù)據(jù)接收。采用數(shù)字濾波技術消除模擬輸入信號的噪聲，為了使運行混亂的程序重新步入正規(guī)，采用在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個字節(jié)以上的NOP，造成指令冗余的方式，避免后面的指令被當作操作數(shù)執(zhí)行，從而使程序自動納入正軌。

④智能接口板芯片采用3片MC6821控制芯片，通過對信號實現(xiàn)定位，達到和模擬器數(shù)據(jù)通信的目的。

⑤轉(zhuǎn)臺方位轉(zhuǎn)換電路。同步傳輸機的模擬方位信號經(jīng)由分立元器件電路獲取后，予以一定的信號分離處置，轉(zhuǎn)變成直流電平，經(jīng)CPU切換后由AD變換電路分析出方位數(shù)據(jù)。其他傳感器轉(zhuǎn)換電路，采用高性能計數(shù)器記錄下同步脈沖信號，最后由CPU進行處理。

2 有線/無線數(shù)據(jù)通信設計

實現(xiàn)單片機監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)在于中遠距離通信方案的選擇，對于單片機串行口來說，目前尚無法有效適應中遠距離通信的需要，如果從站間距離較遠，則點與點之間的距離就將超過1 km，這時候，需要采用調(diào)制解調(diào)技術。

2.1 有線數(shù)據(jù)通信

有線數(shù)據(jù)通信主要以電話線為主，經(jīng)過數(shù)字調(diào)制解調(diào)器處理（Modem），形成FSK調(diào)制信號。我們可以選用TI公司生產(chǎn)的單片CMOS工藝的Modem，這種調(diào)制解調(diào)器符合CCITTV.23建議和BELL202標準，可以實現(xiàn)對通信信號的調(diào)制解調(diào)、載波檢測，以及群延時均衡等功能。單片機的串行口RXD、TXD可以實現(xiàn)和RD及TD腳的直接相接。RXB腳的作用在于對接受信號偏壓調(diào)整，門限電平則進行片內(nèi)調(diào)整。為保證良好的收發(fā)性能，需要精確調(diào)整CDL腳作載波檢測電平的W1、W2參數(shù)。RC、TC經(jīng)過兩級調(diào)制解調(diào)運放及1∶1變壓線圈隔離后外接電纜插件。

2.2 無線數(shù)、話一體通信

當前，隨著無線數(shù)據(jù)傳輸技術的日益成熟，在遇到復雜地形或者無法架設有線傳輸設備的時候，我們常常選擇無線設施進行通信數(shù)據(jù)的傳輸。無線數(shù)據(jù)模塊的選擇在過去經(jīng)常以MSM6927為主，該模塊是日本OKI公司生產(chǎn)的一種單片集成、采用FSK調(diào)制的Modem。目前，隨著我國無線通信模塊技術的快速發(fā)展，國內(nèi)一些廠商的設備也達到了國際先進工藝水平。如東莞博銀KY-903，采用采用溫補頻率基準源，頻率合成技術，可以實現(xiàn)點對點、點對多點，靈活組網(wǎng)。另外，提供了模擬通道，在實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，也可以實現(xiàn)話音的傳送，從而為系統(tǒng)監(jiān)控提供了更大的便利。

2.3 通信軟件設計

具體通信方法，采取先對主機寫入數(shù)據(jù)，然后向各從機通信信息，以檢驗各從機是否及時相應，如未及時響應的從機，就將之從通信序列中清除出去，在實現(xiàn)這一過程之前，應設定主機與從機之間的響應規(guī)則，以避免多點同時響應導致的通信擁堵現(xiàn)象發(fā)生。

3 單片機監(jiān)控系統(tǒng)保護措施

單片機監(jiān)控系統(tǒng)常作為外部嵌入式系統(tǒng)而發(fā)揮監(jiān)控作用，因而，為保證其正常工作，務必需要采取一定的保護措施，以時期可靠地進行工作。

①適時優(yōu)化系統(tǒng)，進行冗余設計，不斷提高軟硬件的抗干擾能力。

②外接電源、通信電纜等裝置都要加裝防雷擊、防風雨、防腐蝕裝置，如加裝防雷保護器，選用防腐蝕套管等。此外，應經(jīng)常對外露設施進行定期檢驗，做到發(fā)現(xiàn)問題及早解決。

③不斷優(yōu)化算法設計。算法優(yōu)化能夠有效提高系統(tǒng)的可使用性。如Karlman濾波、AD采樣后的“野值”剔除處理等。通過不斷優(yōu)化算法，達到提高運算速率，增強處理能力的作用。

④做好非正常復位工作。由于野外環(huán)境復雜，系統(tǒng)在使用過程中，難免會出現(xiàn)電壓異常或者斷電事故的發(fā)生，一旦出現(xiàn)意外，系統(tǒng)就將出現(xiàn)非正常復位現(xiàn)象。當系統(tǒng)非正常復位的時候，先要恢復一些必要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如顯示模塊的初始化、片外擴展的初始化等。然后再對測控系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)、運行參數(shù)等予以恢復。之后再把復位前的任務、參數(shù)、運行時間等恢復，再進入系統(tǒng)運行狀態(tài)。

4 結 語

目前，單片機以其強大的數(shù)據(jù)處理和通信、控制能力，已經(jīng)被廣泛應用到了眾多的監(jiān)控系統(tǒng)之中了。隨著單片機系統(tǒng)模塊集成度越來越高，利用單片機監(jiān)控系統(tǒng)功能，必將會更加的便捷、可靠。

參考文獻：

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[2] 薛萬鈞.基于單片機監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].科技風，2009，（6）.