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數據通信技術論文范文1
網絡編碼實際上是將路由和編碼的信息進行相互交換的方式。傳統路由主要是實現信息的存儲和轉發，網絡編碼則能夠接收到幾個不同的數據組，然后將其融合編碼信息，增大傳輸信息的數量，從而能大大提高網絡的利用效率，結束了傳統中認為獨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算，將接收到的幾個不同的數據組，在網絡不同的結點中進行重新編碼組合，然后將編碼過的數據以多播的形式轉發給各個目的結點，并由目的結點對其解碼還原，得到原始數據，這樣就實現了通信。網絡編碼的主要優勢是提高了網絡通信的系統性能，提高通信效率，這是因為網絡編碼增大了每次傳輸的數據量，減少了傳輸數據的次數，從而能夠很好地提高網絡通信的性能，不僅增加了網絡數據的吞吐量，也提高了寬帶的利用效率，還能平衡各網絡目的結點之間的負載能力。在當前人們越來越依賴無線通信技術的的背景下，網絡編碼對提高網絡安全、提高資源利用率等方面也有十分重要的作用。
2基于網絡編碼的數據通信技術研究
網絡編碼在網絡數據通信中具有十分明顯的優勢，其理論研究價值和應用前景都是不言而喻的。世界上一些高等學府和科研機構都展開了對網絡編碼的研究，并且在多個方面取得了不小的成果。
2.1網絡協議結構
當前網絡編碼研究中涉及到的主要部分還是在網絡層方面，特別是如何有效地將路由協議與網絡編碼有機結合，是基于網絡編碼的網絡結構研究的重要方面。有一部分研究已經深入到網絡編碼如何有效結合協議結構中其他協議層，例如網絡編碼與MAC層協議或者與傳送層TCP協議等等的結合問題。因為網絡編碼的特性與傳統網絡數據通信的方式有很大的區別，所以為了不更改已普遍應用的傳統網絡協議，將網絡編碼與其融合將會遇到各種各樣新的問題，例如，它們之間的兼容性、網絡編碼對網絡協議結構是否會產生不利的影響。這些問題都是后來研究者需要解決的問題，同時也為研究基于網絡編碼的網絡協議結構提供了框架性借鑒，使得網絡編碼能夠與傳統的網絡協議有機融合，提高網絡通信性能。
2.2數據傳送模型
網絡編碼具有的最重要的功能之一就是將數據智能化處理，這主要是通過對編碼策略的設計來實現，而碼構造算法是編碼策略設計的基礎。碼構造算法主要是針對網絡中間結點的編碼方式，它需要保證目的結點能夠有效識別出傳遞的編碼信息并進行正確解碼。所以碼構造算法包含了編碼和解碼兩個內容，并且要求其算法復雜程度低，易于實施應用。碼構造算法主要有三種：代數型、線性型、隨機型。線性網絡編碼能將中間結點接受的各路信息進行線性組合，這種編碼運算較簡單，所以得到了普遍應用。
2.3路由協議
基于網絡編碼的路由協議的優化設計能夠有效提高網絡數據的傳遞效率和性能，它是能夠將網絡編碼應用到實際中的重要基礎，而且將路由協議與網絡編碼進行更高層次的融合是十分重要的研究課題，可以為以后開發新的網絡提供借鑒和指導?；诰W絡編碼的路由協議研究主要有兩個方面：獨立路由協議和編碼感知的路由協議，它們主要的不同點是路由協議產生的過程中能否主動編碼，也就是說路由協議是否能夠提高編碼的利用效率。
2.4數據傳輸性能保障機制
實際應用中，網絡環境復雜多變，數據傳輸的突然性和網絡拓撲結構不穩定都可能導致數據傳輸出現不穩定的狀況，例如造成數據丟失或者傳輸延遲等。所以基于網絡編碼的數據傳輸技術的開發應該結合實際的網絡環境，研究出能確保數據正確傳輸的保障機制和編碼策略，尤其需要盡可能減少數據傳輸的延遲時間和保證數據可靠傳輸。所以，基于網絡編碼的數據通信中，利用QoS保證機制是當前研究的重要課題之一。當前已研究出來幾個解決方案，比如建立數據延遲時間的模型，從模型中找出延遲的解決方案；利用多速率編碼器來分析各路中傳輸速率不同的數據，從而減小數據在編碼器中的傳輸時間。
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數據通信技術論文范文2
網絡通信有一定的風險性，對數據加密技術的需求比較大，結合網絡通信的實踐應用，通過例舉網絡通信中的風險表現，分析其對數據加密技術的需求。網絡通信的安全風險有：①網絡通信的過程中，面臨著攻擊者的監聽、竊取破壞，很容易丟失傳輸中的數據信息；②攻擊者隨意更改網絡通信中的信息，冒充管理者截取傳輸信息，導致網絡通信的數據丟失；③網絡通信中的數據信息被惡意復制，引起了系統癱瘓、信息不準確的問題。由此可見：網絡通信中，必須強化數據加密技術的應用，采取數據加密技術，保護網絡通信的整個過程，預防攻擊行為，提高網絡通信的安全水平，避免出現惡意攻擊的現象，保障網絡通信的安全性和積極性，表明數據加密技術的重要性，進而完善網絡通信的環境。
2數據加密技術在網絡通信中的應用
數據加密技術提升了網絡通信的安全性，規范了網絡通信的運營環境，規避了潛在的風險因素。網絡通信中的數據加密，主要分為方法和技術兩部分，對其做如下分析：
2.1網絡通信中的數據加密方法
2.1.1對稱加密
對稱加密方法在網絡通信中比較常用，利用相同的密鑰，完成通信數據加密到解密的過程，降低了數據加密的難度。對稱加密中，比較有代表性的方法是DES加密，屬于標準對稱加密的方法。例如：DES在網絡通信中的應用，使用了固定的加密框架，DES通過密鑰，迭代子密鑰，將56bit密鑰分解成16組48bit，迭代的過程中進行加密，而解密的過程與加密流程相似，使用的密鑰也完全相同，加密與解密密鑰的使用正好相反，根據網絡通信的數據類型，完成對稱加密。
2.1.2非對稱加密
非對稱加密方法的難度稍高，加密與解密的過程，采用了不同的密鑰，以公鑰、私鑰的方式，對網絡通信實行非對稱加密。公鑰和私鑰配對后，才能打開非對稱加密的網絡通信數據，其私鑰由網絡通信的管理者保管，不能公開使用。非對稱加密方法在網絡通信中的應用，解密時僅需要管理者主動輸入密鑰的數據即可，操作方法非常簡單，而且具有較高的安全水平，提高了加密解密的時間效率。
2.2網絡通信中的數據加密技術
2.2.1鏈路加密
網絡通信中的鏈路加密，實際是一種在線加密技術，按照網絡通信的鏈路分配，提供可行的加密方法。網絡通信的數據信息在傳輸前，已經進入了加密的狀態，鏈路節點先進行解密，在下一鏈路環境中，重新進入加密狀態，整個網絡通信鏈路傳輸的過程中，都是按照先解密在加密的方式進行，鏈路上的數據信息，均處于密文保護狀態，隱藏了數據信息的各項屬性，避免數據信息被攻擊竊取。
2.2.2節點加密
節點加密技術確保了網絡通信節點位置數據信息的安全性，通過節點處的數據信息，都不會是明文形式，均表現為密文，促使節點加密成為具有安全保護功能的模塊，安全的連接了網絡通信中的信息。加點加密技術在網絡通信中的應用，依賴于密碼裝置，用于完成節點信息的加密、解密，但是此類應用也存在一個明顯的缺陷，即：報頭、路由信息為明文方式，由此增加了節點加密的難度，很容易為攻擊者提供竊取條件，是節點加密技術應用中需要重點考慮的問題。
2.2.3端到端加密
網絡通信的端到端加密，是指出發點到接收點，整個過程不能出現明文狀態的數據信息。端到端加密的過程中，不會出現解密行為，數據信息進入到接收點后，接收人借助密鑰加密信息，提高網絡通信的安全性，即使網絡通信的節點發生安全破壞，也不會造成數據信息的攻擊丟失，起到優質的加密作用。端到端加密時，應該做好出發點、接收點位置的網絡通信加密，以便確保整個網絡通信過程的安全性。
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數據通信技術論文范文3
船舶自動識別系統(AIS)是一種集合了網絡技術、通信技術、計算機技術等的一體化助航設備。該系統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識，另一方面能夠維護一個全局的船舶視圖，以供船舶交通管理系統(VTS)或其他系統使用。本文針對VANET中存在的問題，以及AIS所具備的優勢，提出一種新型的基于AIS的海上無線數據通信網絡。該網絡一方面能夠實現靈活的組網和拓撲無關性，另一方面能夠利用AIS所提供的船舶信息，實現更加有效、精確的位置服務和尋路功能，克服了VANET中路由協議的不足。網絡的整體框架如圖1所示。在船舶加入網絡時，首先通過AIS向最近的AIS基站發送自身的信息，全體船舶的AIS信息存儲于AIS服務器中。在本文提出的基于AIS的無線網絡中，各個船舶可以向AIS基站發送請求，獲得自身的位置信息，以及向周邊船舶發送信息，獲得鄰居船舶的信息，通過AIS和鄰居船舶等多個方面確定自身所處的位置以及呼叫對象所處的位置。當船舶A希望和船舶C通信時，首先通過多維位置發現服務，獲得船舶C所處的位置，然后根據路由算法獲得到達目的船舶的通信路徑。
2多維位置發現服務
在AIS中，船舶通報自身位置，AIS服務器了解全體船舶的各個位置，而船舶本身并不了解自身在整個船舶通信網絡之中的位置，以及呼叫對象在通信網絡之中的位置。本文提出一種多維位置發現服務，通過該服務船舶不僅能夠了解自身的絕對位置，同時能夠通過維護鄰居表和路由表，獲取自身在通信網絡中的相對位置，進而各個船舶可以通過自身的鄰居表和路由表構建整個通信網絡的整體視圖，相較于傳統的AIS位置服務，具備更多的位置衡量維度，因而稱為多維度位置發現服務。在建立鄰居關系的過程中，首先自身船舶向周邊船舶發送廣播NB_req消息，周邊船舶若接收到，并允許建立鄰居關系，則發送應答NB_rep;自身船舶根據NB_rep消息中提供的MMSI，向AISBS發送NI_req，AISBS通過查詢服務器并計算后，向自身船舶發送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系表，通過鄰居關系表，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鄰居船舶信息則發送NC_req，同時接受NC_rep來獲取相應的信息。通過以上關系，不同船舶之間可以通過自身的鄰居關系建立連接關系。鄰居表及路由表的更新算法如圖4所示。
3基于AIS的路由協議
第2節中介紹的多維位置發現服務，每個節點均維護了1張鄰居關系表和路由表，這些鄰居船舶可以直接進行通信。當需要與較遠距離的目標進行通信時，則需要相應的路由協議確定在VANET中的通信路徑。路由協議工作的步驟如下:1)首先船舶A根據自己的路由表，通過BS向自己的鄰居發送DL_req消息，鄰居收到消息之后，向BS發送應答DL_rep，返回自身的鄰居表;2)船舶A根據DL_rep更新自己的路由表和路由表，并向新添加的鄰居發送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，那么尋路結束，根據路由表建立通往船舶通信路徑;若沒有則重復2)，直到路由表和鄰居表中沒有新的元素被添加。在路由協議中，接收消息DL_rep與第2節中介紹的消息格式類似，其格式如圖6所示。其中OMMSI為呼叫對象的MMSI，NeMMSI為對象船舶路由表中的下一跳船舶的MMSI。通過第2節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，為本節的路由協議提供基礎。
4系統實現與仿真
系統節點的實現如圖7所示。其中外部計算模塊使用的是利用C++編寫的程序代碼，模擬船舶中網絡節點的路由計算及消息處理。外部I/O模塊，負責顯示當前的網絡節點狀態和工作過程。在模擬節點中，每個AIS發送/接收終端與外部計算模塊相連，計算模塊模擬了路由協議在節點中的工作過程，演示了上文提到的幾種重要消息類型。最后使用NS2對本文提出的網絡進行了仿真，仿真環境為X86架構計算機，Corei3四核處理器，4G內存，Win7(64位)操作系統。在NS2中的仿真圖如圖8所示，其中①～⑦為模擬船舶節點，其內部結構如圖7所示，⑧～⑨為模擬AISBS。仿真過程中實現的是，⑥之間的通信過程⑦，在初始狀態下，⑥和⑦不是鄰居關系，圖8顯示的是不同節點發送消息的狀態。通過路由協議的工作，最終⑥和⑦實現了有效的通信，最終顯示的消息在NS2中如圖9所示所示。
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數據通信技術論文范文4
【論文摘要】：在許多基于單片機的應用系統中，系統需要實現遙控功能，而紅外通信則是被采用較多的一種方法。紅外通信具有控制簡單、實施方便、傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。
在許多基于單片機的應用系統中，系統需要實現遙控功能，而紅外通信則是被采用較多的一種方法。紅外通信具有控制簡單、實施方便、傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。紅外線通信是一種廉價、近距離、無線、低功耗、保密性強的通訊方案，主要應用于近距離的無線數據傳輸，也有用于近距離無線網絡接入。從早期的IRDA規范（115200bps）到ASKIR（1.152Mbps)，再到最新的FASTIR（4Mbps），紅外線接口的速度不斷提高，使用紅外線接口和電腦通信的信息設備也越來越多。紅外線接口是使用有方向性的紅外線進行通訊，由于它的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以只適合于短距離無線通訊的場合，進行"點對點"的直線數據傳輸，因此在小型的移動設備中獲得了廣泛的應用。
1. 紅外通信的基本原理
紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發送端將基帶二進制信號調制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發射管發射紅外信號。接收端將接收到的光脈轉換成電信號，再經過放大、濾波等處理后送給解調電路進行解調，還原為二進制數字信號后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實現信號調制的脈寬調制（PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現信號調制的脈時調制（PPM）兩種方法。
簡而言之，紅外通信的實質就是對二進制數字信號進行調制與解調，以便利用紅外信道進行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調制解調器。
2. 紅外通訊技術的特點
紅外通訊技術是目前在世界范圍內被廣泛使用的一種無線連接技術，被眾多的硬件和軟件平臺所支持：
⑴ 通過數據電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉換實現無線的數據收發;
⑵ 主要是用來取代點對點的線纜連接；
⑶ 新的通訊標準兼容早期的通訊標準；
⑷ 小角度（30度錐角以內），短距離，點對點直線數據傳輸，保密性強；
⑸ 傳輸速率較高，目前4M速率的FIR技術已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術已經。
3. 紅外數據通訊技術的用途
紅外通訊技術常被應用在下列設備中：
⑴ 筆記本電腦、臺式電腦和手持電腦；
⑵ 打印機、鍵盤鼠標等計算機外圍設備；
⑶ 電話機、移動電話、尋呼機；
⑷ 數碼相機、計算器、游戲機、機頂盒、手表；
⑸ 工業設備和醫療設備；
⑹ 網絡接入設備，如調制解調器。
4. 紅外數據通訊技術的缺點
⑴ 通訊距離短，通訊過程中不能移動，遇障礙物通訊中斷;
⑵ 目前廣泛使用的SIR標準通訊速率較低（115.2kbit/s）;
⑶ 紅外通訊技術的主要目的是取代線纜連接進行無線數據傳輸，功能單一，擴展性差。
5. 紅外通信技術對計算機技術的沖擊
紅外通信標準有可能使大量的主流計算機技術和產品遭淘汰，包括歷史悠久的調制解調器。預計，執行紅外通信標準即可將所有的局域網(LAN)的數據率提高到10Mb/s。
紅外通信標準規定的發射功率很低，因此它自然是以電池為工作電源的標準。目前，惠普移動計算分公司正在開發內置式端口，所有擁有支持紅外通信標準的筆記本計算機和手持式計算機的用戶，可以把計算機放在電話機的旁邊，遂行高速呼叫，可連通本地的因特網。由于電話機、手持式計算機和紅外通信連接全都是數字式的，故不需要調制解調器。
紅外通信標準的廣泛兼容性可為PC設計師和終端用戶提供多種供選擇的無電纜連接方式，如掌上計算機、筆記本計算機、個人數字助理設備和桌面計算機之間的文件交換；在計算機裝置之間傳送數據以及控制電視、盒式錄像機和其它設備。
6. 紅外通信技術開辟數據通信的未來
目前，符合紅外通信標準要求的個人數字數據助理設備、筆記本計算機和打印機已推向市場，然而紅外通信技術的潛力將通過個人通信系統(PCS)和全球移動通信系統(GSM)網絡的建立而充分顯示出來。由于紅外連接本身是數字式的，所以在筆記本計算機中不需要調制解調器。便攜式PC機有一個任選的擴展插槽，可插入新式PCS數據卡。PCS數據卡配電話使用，建立和保持對無線PCS系統的連接；擴展電纜的紅外端口使得在PCS電話系統和筆記本計算機之間容易實現無線通信。由于PCS、數字電話系統和筆記本計算機之間的連接是通過標準的紅外端口實現的， 所以PCS數字電話系統可在任何一種PC機上使用， 包括各種新潮筆記本計算機以及手持式計算機，以提供紅外數據通信。而且，由于該系統不要求在計算機中使用調制解調器，所以過去不可能維持高性能PC卡調制解調器運行所需電壓的手持式計算機，現在也能以無線方式進行通信。紅外通信標準的開發者還在設想在機場和飯店等地點使用步行傳真機和打印機，在這些地方，掌上計算機用戶可以利用這些外設而勿需電纜。銀行的ATM(柜員機) 也可以采用紅外接口裝置。
預計在不久的將來，紅外技術將在通信領域得到普遍應用，數字蜂窩電話、尋呼機、付費電話等都將采用紅外技術。紅外技術的推廣意味著膝上計算機用戶不用電纜連接的新潮即將到來。由于紅外通信具有隱蔽性，保密性強，故國外軍事通信機構歷來重視這一技術的開發和應用。這一技術在軍事隱蔽通信，特別是軍事機密機構、邊海防的端對端通信中將發揮出重要的作用。正如前面所述，它還將對計算機技術產生沖擊，對未來數據通信產生重大影響。
參考文獻
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[4] 朱磊， 郭華北， 朱建. 單片機89C52在多功能電度表中的應用研究[J]. 山東科技大學學報(自然科學版)， 2003， 2.
數據通信技術論文范文5
【關鍵詞】ZigBee；單兵激光模擬訓練系統
1.引言
隨著激光技術的發展，其在軍事訓練器材中的應用，發揮著越來越重要的作用。單兵激光模擬訓練系統采用以光代彈的原理，結合聲光效果，可逼真的模擬實際戰場環境的實兵對抗，是和平時期部隊訓練和青少年展開野外拓展對抗游戲的有效器材之一。
單兵激光模擬訓練系統主要由頭盔、背帶和激光發射機等3個部件組成。頭盔具有激光接收和發煙控制功能；背帶具有激光接收、毀傷模型計算以及與導控主臺無線數據通信功能；發射機用于激光發射控制。3個部件之間實時可靠的數據通信是系統正常工作的基礎。本文主要研究利用ZigBee無線通信技術實現單兵激光模擬訓練系統各部件之間的數據交互。
2.硬件結構
背帶與頭盔、發射機之間采用點對多點的通信方式。背帶、頭盔和發射機均內嵌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射頻無線收發器。芯片的主要技術特點如下：
射頻單片無線收發芯片，帶有基帶調制解調器，并對MAC（介質訪問層）層提供支持；
直接序列擴頻的基帶調制解調器，其碼片速率可到2MChips/s，有效數據傳輸率達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開關和濾波器；
兩個（發送緩沖區和接收緩沖區）128Byte的數據緩沖區；
硬件實現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總線進行數據通信。FIFOP腳接ARM芯片的外部中斷腳，當CC2420芯片接收到有效數據后，該引腳置高，ARM芯片產生中斷，進行接收數據處理。RESTEn腳接ARM芯片的輸出腳，用于對CC2420芯片的復位。
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載值阻抗為115+j180Ω。單兵激光模擬訓練系統中使用的天線為2.4GHz的單極天線，因此必須使用非平衡變壓器來增強其性能。圖2所示的射頻輸入/輸出電路由一個半波傳送天線、C3、L1、L2和L3構成，半波傳送天線直接設計在印制板上，與電路匹配的天線阻抗為50Ω。
3.軟件設計
單兵激光模擬訓練系統中最多同時工作的單兵激光模擬器數量可達數千套；每套單兵激光模擬器的背帶與頭盔、發射機之間采用點對多點的通信方式，背帶為中心節點，頭盔和發射機為子節點；各單兵激光模擬器相互之間不能出現數據串擾。因此整個系統可以看作由幾千個獨立的微型通信系統構成。
由于ZigBee的IEEE地址有8個字節，因此有足夠的容量可以滿足單兵激光模擬訓練系統對地址唯一性的要求。
3.1 數據幀格式
通信數據幀采用IEEE 802.15.4通用MAC幀格式，格式見圖3。
1）幀控制域：幀控制域長度為16位，包括定義幀類型、加密、應答、目的地址模式和源地址模式等。
本應用中幀控制域的定義如下：幀類型為數據幀（001）；加密禁止（0）；應答允許（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）序列號域：在每個幀中都包含序列號域，其長度為1個字節。每發送一個新的幀序列號，值加1。
3）目的PAN標識域：目的PAN標識域長度為2個字節。由于本應用中未使用個人局域網，該值固定為0x0001。
4）IEEE目的地址域：IEEE目的地址域長度為8個字節。該地址為數據幀的目標地址。
在單兵激光模擬訓練系統中每個頭盔、背帶、發射機的IEEE地址均被設置唯一的。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地址相同的數據幀。
5）源PAN標識域：源PAN標識域長度為2個字節。由于本應用中未使用個人局域網，該值固定為0x0001。
6）IEEE源地址域：IEEE源地址域長度為8個字節。該地址為數據幀的源地址。
3.2 通信數據流程
單兵激光模擬器的背帶、頭盔和發射機的IEEE地址均分別預先寫入各自的ARM主控芯片，在初始化時寫入CC2420芯片的內部寄存器。CC2420芯片的初始化程序流程圖見圖4。
背帶作為主節點，與其配套的頭盔和發射機的地址預先保存至背帶的ARM主控芯片中。單兵激光模擬器運行后，背帶首先向頭盔和發射機發射設置指令，頭盔和發射機的ARM主控芯片接收到數據包后，首先將數據包中背帶的64位IEEE地址保存至內存中，然后用該地址向背帶回復應答數據包。
背帶與頭盔、發射機之間的數據通信采用應答方式，流程見圖5。
4.結論
該通信技術已在單兵激光模擬訓練系統中進行了實際應用，取得了很好的通信效果。經實測單兵激光模擬器3個部件之間的通信時延小于100ms；30m范圍內200套單兵模擬器同時工作，相互之間不會出現通信串擾。
參考文獻
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[2]王曉海.國外空間激光通信系統技術最新進展[J].電信快報，2006（7）：16-21.
數據通信技術論文范文6
【關鍵詞】變電站；計算機監控系統；數據通信
1.引言
九十年代以前變電站大都是通過遠動終端（RTU）實現數據的集中采集、處理、傳輸并接收上級調度控制中心下發的遙調、遙控命令。這種方式均為集中組屏，通過控制電纜將現場遙測、遙信、遙調及遙控信號全部引至主控樓的遠動機房或控制機房內的遙信端子柜和變送器柜上，站內監視和控制通過常規儀表盤、控制盤等設備來完成，上級調度對廠站的遙調、遙控命令通過點對點遠動通信方式直接發給RTU，RTU經過校核、處理再下發給現場執行機構以達到遠方控制要求。八十年代后期至九十年代初期以RTU兼當地功能的方式在一些廠站開始采用，但常規儀表盤柜仍然保留，這種方式只是為現場調度員或監視人員提供一種用計算機顯示畫面進行監視的手段，控制操作仍采用常規方式。九十年代中后期隨著計算機、網絡、通信技術的發展，以及微機型繼電保護裝置的大量采用和變電站監控系統在功能和可靠性方面的逐漸完善和提高，變電站監控系統在新建和擴建的變電站建設中得到較為廣泛采用。該系統通常采用分層分布式結構，按間隔設計，擴充性好，安裝比較方便，各種控制電纜直接到繼電保護小室，小室內I/O單元通過現場總線連接，并與站控層通過光纖連接，抗干擾能力強，大大地減少了控制電纜的使用和敷設數量。然而，由于生產廠家的不同，因此，所提供的系統在結構和性能方面有較大的差異，有的系統能夠滿足站內監控的要求，但是，在有些指標（如實時性）卻不能滿足上級調度控制中心的要求；有的系統雖然在指標上能夠滿足兩者的要求，但是在系統的結構上又不盡合理。筆者將從以下幾個方面對變電站計算機監控系統技術方案及其相關問題進行探討。
2.變電站計算機監控系統技術方案
變電站計算機監控系統應采用分層分布式結構，由站控層和間隔層組成，其抗干擾能力、可靠性和穩定性要滿足現場實時運行的要求，滿足各調度端對實時數據的要求，且應具有較好的可擴充性。系統具有遙測、遙信、遙調、遙控、SOE功能，實時信息能以不同規約，通過專線通道或網絡通道向有關調度中心傳送，并接收指定調度中心的控制指令。
由于各廠家的系統不盡相同，其建議的技術方案也不同，實施后的效果也有很大差別，有些則達不到設計要求，所以如何按照電網實時調度的要求，搞好技術方案的設計，并使數據得到快速、有效、合理的處理，這些都是系統設計和實施過程中需要解決的問題，下面根據對變電站計算機監控系統的研究給出幾種可行方案供參考。
此方案的主要特點是：
2.1.1 I/O測控單元支持網絡功能，直接接入站控層的以太網上，實現采集數據直接上網，減少了中間轉換環節，數據傳輸比較快，但要求數據同時向站控主機和遠動通信工作站傳送，遠動通信工作站獨立構建向有關調度中心傳送的數據庫；
2.1.2 與有關調度中心的數據通信采用專門的遠動通信工作站完成，其實現方式有兩種，一是通過專線利用串口實現數據傳輸，采用規約主要有DL/T634-1997，IEC870-5-101，μ4F，CDT，CDC TypeⅡ，SC1801等，二是通過路由器上網實現網絡數據傳輸，底層采用TCP/IP，規約主要有DL476-92，IEC60870-6 TASE 2，IEC870-5-104等。
此種方案的特點是：
2.2.1 I/O測控單元通過現場總線鏈接，采集的數據通過數據處理單元接入站控層的以太網上，系統增加了一個中間數據處理環節，處理后的數據同時向站控主機和遠動通信工作站傳送，遠動通信工作站獨立構建向有關調度中心傳送的數據庫，此方案主要解決I/O測控單元不能直接上以太網的問題；另外，隨著技術的發展，現場總線要逐步向以太網過渡；
2.2.2 各I/O測控單元與數據處理單元通過現場總線組成的網絡傳輸實時數據；
2.2.3 與有關調度中心的數據通信采用專門的遠動通信工作站完成，其實現方式與方案1相同。
此種方案的特點是：
2.3.1 I/O測控單元采集的數據通過數據處理單元接入站控層的以太網上，系統增加了一個中間數據處理環節，處理后的數據同時向站控主機和遠動通信工作站傳送，遠動通信工作站獨立構建向有關調度中心傳送的數據庫，此方案主要解決I/O測控單元不能直接上以太網的問題；
2.3.2 各I/O測控單元與數據處理單元通過串行總線傳輸實時數據；
2.3.3 與有關調度中心的數據通信采用專門的遠動通信工作站完成，其實現方式與方案1相同。
此種方案是方案2和方案3中遠傳數據方式的的一種變化型式，其特點除方案2和方案3中各自具有的特點外，主要體現在數據處理單元同時負責與有關調度中心的數據通信（遠動專線和網絡）而不再設專門的遠動通信工作站，其實現方式與上述三種方案所述相同。
這種方案也可看成是以常規RTU方式兼作站控系統的數據采集部分來實現變電站監控系統功能的。
3.幾種方案的技術性能比較
第一種方案為分布式I/O采集裝置通過內嵌網卡（口）直接上以太網，數據傳輸不經過轉接，直接送往主機和遠動工作站，因而速度最快，數據通信（專線、網絡）由專用的遠動工作站完成，不足之處是網絡負荷較重，這在設計中必須予以考慮，以及對數據流進行優化。
第二、三種方案中增加了中間數據處理機，負責采集數據的集中和處理，這兩種方案主要解決了I/O測控單元不能直接上以太網的問題，由于在數據的傳輸過程中增加了一個環節，因而數據傳輸的速度方面較第一、四種方案慢一些。
第四種方案中也增加了中間數據處理機，但此處理機不僅負責采集數據的集中和處理，同時也負責與遠方調度中心的數據通信，由于這種方案省掉了遠動工作站，故可降低造價，數據傳輸的速度也較快，這種方案不僅對中間數據處理機的技術性能、處理能力和處理速度要求較高，還要求該中間數據處理機具備網絡傳輸功能以實現網絡數據通信，一般來講該中間數據處理機要具有多CPU處理機制，能實時處理多任務、多進程，這樣才能適應多功能、高效率的要求。
上述四種方案中，遠動工作站和中間數據處理機要求采用冗余熱備用方式，以提高系統可靠性。
通過對四種方案的分析，我們認為上述四種方案在做好優化處理后均能滿足要求，但綜合比較來看第四種和第一種方案在數據處理、傳輸的效率和速度方面更為理想，而且比第二、三種方案少配兩臺機器（中間數據處理機或遠動工作站），因而可降低一些造價。
另外，需要說明的是，上述四種方案中，均考慮了網絡通信方式，在實際的工程設計和實施過程中是否采用此種方式還要根據實際通信現狀來決定。
4.數據通信方式及數據傳輸規約
目前數據通信的方式主要有兩種，一是常用的，在專線上實現的串行通信方式，采用規約主要有IEC870-5-101，DL/T634-1997，μ4F，CDT，CDC TypeⅡ，SC1801等，隨著計算機網絡技術的發展，特別是電力數據網絡的建設使用給數據通信帶來一種嶄新、快捷、可靠的方式，這就是網絡數據傳輸方式，計算機或RTU通過內部網卡（口）利用路由器上電力數據網，以TCP/IP協議實現網絡數據傳輸，由于路由器具有自動選擇、切換路由的功能，使得數據通信較專線方式更加可靠，采用的通信規約主要有DL476-92，IEC60870-6 TASE 2，IEC870-5-104等，上述兩種方式中的數據通信規約，我們建議要逐步向國際標準靠攏，專線方式采用IEC870-5-101，網絡方式采用IEC60870-6 TASE 2和IEC870-5-104。
5.變電站計算機監控系統需處理好與站內相關系統的關系
5.1 變電站監控系統與繼電保護系統的關系
繼電保護系統擔負著變電站和電網安全的重要使命，是保護電力系統非常關鍵的一個環節，這是保電網安全穩定運行的最后一道關口，其安全性、可靠性等級是最高的，這些都要求繼電保護系統必須是一個獨立的系統。變電站監控系統不得影響繼電保護系統的獨立性，保護的控制回路不進入站內監控系統，監控系統只是用來顯示，一個安全可靠性等級較低的系統，不能影響到安全可靠性要求更高的系統，這是一條原則，必須堅持。
5.2 變電站計算機監控系統與電能量采集系統的關系
在輸紐變電站及關口變電站一般都安裝有電能量采集系統，電能量采集系統向有關部門傳送電量信息時多采用撥號方式，隨著網絡技術的發展以及變電站計算機監控系統的建設，給電量信息通過網絡傳輸提供了另一種快速、方便的形式，所以電能量采集裝置可通過自身的網卡或網口連接到網絡接入設備上，經過路由器上電力數據網，實現網絡數據傳輸。
5.3 變電站計算機監控系統與MIS系統的關系
變電站監控系統擔負著電網實時數據的采集和處理，是個閉環系統，而MIS系統是各種生產信息、管理信息的綜合利用，是非實時系統，兩系統不應混為一談。變電站監控系統與MIS系統聯網，其信息流應該是單向，就是允許必要的實時信息向MIS系統輸送，但是不能夠反向傳輸，閉環控制的很多實時信息是MIS系統所不需要的，沒有完全開放的必要，所以變電站監控系統必須與當地的辦公自動化系統（MIS）有效隔離，以保證控制系統安全。
6.變電站計算機監控系統設計中的幾點考慮
6.1 實時性要求，遙信1-2秒，遙測2-3秒（采集單元經監控系統處理到通信出口）；
6.2 遙測數據精度要求（不低于常規RTU方式）；
6.3 可靠性要求，一是遠動通信工作站或通信網關與當地的數據服務器要相互獨立，二是當地或上級調度下發的動作指令要準確可靠地執行；
6.4 標準化要求，即軟硬件產品以及通信接口、規約應符合國際標準或國家標準；
6.5 正確處理計算機監控系統與變電站其它系統之間的關系，使之即有聯系又能保持獨立性。
7.幾個需要研究和探討的問題
7.1 變電站實時信息不僅要滿足站內監控的要求，還要滿足上級調度部門對信息的實時性、準確性的要求，滿足調度部門對站內設備控制和操作的可靠性要求，所以監控系統的技術方案設計以及信息流的合理流向問題都是需要研究和探討的課題，只有采用好的技術方案并使數據得到快速、有效、合理的處理，才能使系統穩定、可靠，才能滿足站內和調度部門對信息的實時性、可靠性要求，才能滿足電網安全的要求。
7.2 過去變電站內的RTU裝置都是由調度部門直接管理和維護的，而目前變電站及站內自動化監控系統多為電力公司所屬超高壓公司或運行工區等單位負責運行維護和管理，也就是說運行維護、管理方式變了，這種變化為維護管理部門提出了一個問題，即監控系統出現故障影響實時數據的處理和傳輸時，調度部門的自動化人員如何與維護部門溝通，維護人員如何保障故障的及時解決，如何加強和提高維護人員的技術水平等等都是目前急需考慮的事情。
7.3 對于無人值守的變電站，其監控系統的要求和功能如何設計，與站內自動化系統如何考慮和結合是今后需要研究的問題。
8.結論
隨著我國電網建設的發展和安全要求的不斷提高，自動化技術、產品的開發要適應這種新形勢下的要求，加強新技術、新思想的研究，努力開發具有自主知識產權的產品，提高市場競爭力，加強變電站計算機監控系統運行的可靠性與穩定性，保障實時數據的準確性和及時性，要積極采用硬、軟件成熟、可靠的產品，變電站（開關站）的建設也要朝無人值守和少人看守的方向發展。
