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4G移動網絡通信技術相比于3G具有很強的優越性,首先4G通信技術速度更加的快,第二代移動通信系統最高的傳輸速率是32kbps,第三代組高速率為2mbps,經專家科學預測第四代移動通訊技術最高可達100mbps速度。其次,4G移動網絡通信技術將實現高質量多媒體通信,第四代移動網絡通信技術比第三代覆蓋范圍更廣,質量更高,更能滿足人們對高分辨率的多媒體需要。最后,能夠為客戶提供多樣化的增值服務,4G是利用正教多任務分頻技術來實現數字音頻廣播等多樣化的增值服務,能夠更好地滿足使用者的多樣化的需要。
二、4G移動通信技術的安全缺陷
1、安裝的應用程序存在安全漏洞。
現階段網絡技術還處于不成熟階段,軟件中存在著許多的安全漏洞,網絡瀏覽器和其他應用程序很容易出現故障。很多人對4G網絡認識不清,對4G移動通信安全系統不了解,不正常的操作極易出現系統問題和死機現象導致信息的不安全和不完整。
2、病毒的破壞。
4G移動網絡通信技術雖然有很多的優勢,但它也跟其他網絡一樣懼怕病毒。病毒是安全系統的蛀蟲,當病毒入侵網絡系統后后不僅僅會對電腦網絡的傳輸途徑造成很大的破壞,而且會導致信號傳播中出現亂碼,妨礙信息的正確傳遞。
3、黑客的入侵。
黑客是指擁有高級知識的程序編輯人員,并且通過編程序來操作系統,利用電腦系統存在的漏洞非法的侵入他人系統,盜取他人的信息資料,非法獲得自身所需要的東西的人。黑客的入侵通常會導致系統安全的破壞,使他人利益損壞,對他人造成危害。
三、完善4G移動通信技術
4G系統是一個業務多種多樣的異構網絡,現有的3G安全方案加/解密匙的方法并不適用于4G系統。4G安全系統將是一種輕量的具有復合特點的能夠重復配置的系統。僅僅有防范和檢查作用的安全系統是不能完全保衛系統的安全的,建立能夠對病毒有一定的抵御能力和自動回復能力安全系統是非常必要的。所有的系統都會有一定的缺陷,一旦發生了信息的泄露將產生不可挽回的災難性的損失。人為的缺失和自然災害都會對網絡系統,造成毀滅性的災害。要在4G移動通信系統中加入系統容災技術,一些自然災害雖然會對通信系統產生危害但是在災難過后就能快速準確的恢復原有數據,保衛系統安全。作為最后數據屏障的數據備份系統,不能有失誤。要想保障數據不出現差錯,數據容災要選用兩個存儲器,這兩個存儲器內保存的內容雖然一致,但是他們兩個相互獨立一個出現問題不會直接影響另外一個,這兩個儲存器一個放在本地另外一個放在異地。它們通過IP連接在一起,是一個具有完整性、準確性、安全性的容災系統,二者同時為為本地的服務器服務,同時使用。要不斷地完善4G通信系統,無論是系統的硬件還是軟件都要全面升級,不斷地提升系統的安全性能。
四、小結
架構簡介目前多個廠家提出了網絡虛擬化技術的解決方案,本文只講述應用H3C公司的EVI技術為例的設計方案。以太網虛擬化互聯(EVI,EthernetVirtualizationInterconnect)是一種“MACinIP”技術,使用MAC地址路由規則,提供疊加網絡(OverlayNetwork),使分散的二層區域之間能夠實現IP的直接通信,并保持這些區域的獨立性。假設省行與業務中心1內部都有VLAN10-20,這些跨站點二層互通的VLAN稱為擴展VLAN;銜接二、三層網絡執行EVI功能的設備稱為邊緣設備(ED,EdgeDevice),圖3中的Gateway(網關)可與ED整合成一臺設備。EVI系統由核心網、站點網、疊加網組成。核心網承擔站點間的IP路由通信;站點網通過ED連接核心網,具有業務功能的二層網絡,包括交換機和主機;疊加網是不同站點的ED之間建立的虛擬網,它能將多個站點互聯后組成更大的二層網絡。
二.省行與業務中心EVI通信的運行機制
站點內的二層流量通過傳統的ARP廣播及單播響應MAC,由交換機自動完成。對于穿越IP核心網的跨站點的二層流量,EVI需在控制層面上完成二層網絡的路由和隔離,以及在數據層面上完成二層數據的封裝與轉發功能。
(一)控制層面的通信步驟
1.需要通信的兩個ED之間必須建立EVI的鄰居關系。
2.在ED上使用IS-IS路由協議,EVI的IS-IS取消了level字段,擴展了標準報文以便攜帶主機MAC和其他控制信息,通過ISIS把MAC表和EVI接口IP封裝在數據鏈路層的數據幀中,傳遞給對端的ED。
3.以EVI接口IP為源IP,通過IS-IS學習到的對端EDEVI接口的IP作為目標IP地址,ED對本地二層流量進行EVI封裝,然后通過核心網的IP路由把經過封裝的數據包送達異地的ED。
4.異地ED解封數據包,查本地MAC表,把數據送達目的主機。
5.IS-IS自動同步本地的MAC表給鄰居,MAC表項的老化、刪除、新增都發IS-IS(LSP,CSNP,PSNP)消息通知其他站點。
(二)數據層面的通信步驟
1.兩個ED之間建立模式為EVI的GRE隧道,如步驟③,
2.去往異地站點二層的單播流量,查MAC表后進行EVI封裝轉發。
3.ED在擴展VLAN運行了IGMPSnooping,對組播報文進行“頭端復制”作為單播封裝發往對端站點,如步驟⑤,解封后進行正常的組播通信。
4.在VLAN的所有接口泛洪MAC為廣播的幀,ED對這些廣播幀進行優化和復制,把每份復本進行EVI封裝成單播包,經核心網傳給異地站點。
5.未知單播或組播的默認處理:只在VLAN內的本地接口上進行泛洪,不會泛洪到異地的站點,但可手工配置指定目的MAC地址的幀,查找MAC表失敗后,系統能將這部分流量進行泛洪到其他站點,以實現個別應用的特殊通信需求(如VRRP的組播報文)。
三.EVI系統的部署及注意事項
1.1設備設計存在缺陷
當今網絡通信安全問題產生的主要原因就是服務器等裝置在設計之初就存在漏洞,極其容易被黑客利用?;ヂ摼W服務以TCP/IP協議為主,雖然這種協議較為實用,不過其可靠性不強,在使用過程中的安全無法得到有效的保證。網絡上的各項線上服務都是基于這兩種協議進行的,因此諸如電子郵件服務和WWW服務都處在非常不安全的環境中,非常容易受到侵害。
1.2網卡信息泄露
互聯網的信息傳輸技術是點對點的,信息在不同的子網絡之間進行傳輸,這種結構在連接方式上表現為樹狀連接,不過主機仍舊在局域網中運行,若信號從位于局域網內的主機上發出,那么處于該局域網中的每一臺主機都能夠接受到這一信號,不過以太網卡并不相同,它有自身的特點,當主機接收到新信息,原始信息就會被接收端自動丟棄,同時停止上傳返回數據,正是這一特性留給了黑客機會,他們可以通過搭線的方式來接收信息,網絡通信過程中除了以太網卡存在這樣的竊聽漏洞,其他類型的網卡同樣存在各種容易被竊聽的漏洞。
1.3管理人員自身問題很多通信信息泄露事件中,都存在著一個共性,往往負責管理網絡通信的人員自身沒有一個良好的安全意識。防火墻對于安全來說非常重要,但是很多網站往往忽略這點,放寬了權限設置,使得訪問者擁有許多不必要的權限,弱化了防火墻的作用,黑客甚至會從內部人員處得到許多信息,原因就在于網站對于內部人員的訪問限制過寬。
1.4惡意攻擊頻發
由于網絡在中國起步較晚,相應的法制建設還不夠完善,基本的網絡道德觀念還沒有在眾多網民心中形成,因此就出現很多心懷不軌的人利用網絡系統來進行滲透或肆意攻擊他人,竊取各類信息數據資源,謀取不正當的經濟利益。
2網絡通信安全隱患產生的原因
2.1客觀原因
2.1.1網絡系統穩定性設計?,F今人們的生活工作都需要借助計算機來完成,幾乎沒有人能夠不依靠計算機來進行工作和生活,所以保持系統的穩定運行顯得尤為關鍵。計算機網絡通信面臨著各類不同的挑戰,比較常見的就是不明緣由的停電、火災、自然災害等,這都需要計算機網絡系統在設計之初就對這類情況進行考慮,若在設計階段忽視了不合理方案或技術,會導致投入使用后出現無法想象的安全問題。
2.1.2硬件設計不合理。設備硬件直接決定了機器的性能,若對于硬件的設計沒有過關,那么在實際使用時就會出現各種各樣的問題。若驅動的設計不符合規范,信息數據就會有泄露的風險,被他人截取利用后承受巨大的經濟損失。若顯卡設計不當,最常見的問題就是計算機在使用過程中不時出現屏幕宕機現象,強制停止運行,這回對用戶造成不便,可能造成信息丟失和泄漏。
2.1.3系統自防能力欠缺。由于網絡系統在設計上的局限性,導致了安全功能模塊的缺失,增設的安防系統過于簡單,使得使用過程中極其容易遭受攻擊,攻擊者可以輕松地繞過防護系統,從而導致計算機運行很容易被惡意攻擊,那么用戶的個人信息(賬號和密碼)就被暴露在他人面前,無法保證個人的隱私,甚至會出現財產損失。
2.2主觀原因
2.2.1電力問題及其火災。突然的停電或者火災會嚴重干擾計算機的正常運行,人們往往來不及采取措施,系統運行的數據與信息很容易在這個時候丟失,可這類突發況恰恰是無法避免的。因此,最好的措施就是養成隨時保存的習慣,做好備份,以防止出現突發狀況來不及反應,最大程度保護自己的信息不受損失。
2.2.2惡意入侵。網絡的不斷發展讓人們享受到了更加快捷方便的生活,拓寬了人們的視野和知識面,不過同時也產生了諸多安全問題。網絡給了黑客一個肆意攻擊的平臺,一旦受到惡意入侵,就會使人們的生活和工作無法正常進行。網絡上的仍和一個位置都可能是黑客的陷阱,這些陷阱存在于郵件、軟件或者網站上,一旦掉進陷阱,計算機就會面臨著入侵的危險,嚴重的就會導致整個電腦的癱瘓,內部信息和數據泄漏,出現無法估計的損失。
2.2.3病毒感染。病毒有廣泛的攻擊對象,一旦在一處成功,就會呈指數級擴散,蔓延的速度非常驚人,好比傳染病一樣侵害一大批用戶。計算機病毒在傳播時具有廣泛、快速的特征,一個網絡一旦出現病毒,極短時間內就會出現網速變慢的現象,部分嚴重的計算機網絡甚至會出現大面積終端癱瘓的現象,信息和資料都會丟失,對于個人來說,隱私權會受到侵害,對于公司企業來說,可能造成巨大的經濟損失。
3網絡通信安全防護措施
互聯網技術在不斷更新,而同時面臨的威脅也愈發嚴重,對通信安全的要求也越來越高,因此人們趨向于營造出一片自由安全的網絡通信環境。所以,為了解決網絡通信過程中的信息安全問題,最大程度降低對由于信息泄露造成的損失。一般情況下常用的解決措施有以下幾點。
3.1提高系統穩定性
網絡系統的設計階段時至關重要的,需要根據實際需要來進行充分分析,權衡網絡通信的各個細節和薄弱點,保證網絡系統在各種情況下能夠穩定運行,同時還應當在有可能受到病毒攻擊的位置設防,做好防御工作。對于運行在計算機上的軟件進行定期查毒,對于新安裝的軟件必須先通過病毒攔截系統的檢查,爭取將病毒在系統外殺滅。有必要的情況下還可以設置系統分區,將隔離出來的高危文件或未知文件預先放在分區進行處理,防止這些文件侵害網絡系統。
3.2改善運行環境
計算機內部有許多非常精密的組件,要保證計算機的正常高效運行就必須要求計算機擁有良好的運行環境,對隨時可能發生的突況進行預防,因此應該對電腦線路進行定期的檢查,仔細排查電路的問題,做到對隱患的及時發現和消除。重視計算機防雷工作,避免電腦的運行環境中存在磁場干擾,使計算機不受外界自然條件的影響或侵害。
3.3設置訪問權限
通常,有關網絡通信的安全性主要有信息傳輸的安全控制與信息存儲的安全控制。常見的安全問題主要可分為以下幾類:(1)信息傳輸過程被竊聽;(2)數據盜用;(3)冒充用戶身份;(4)惡意修改消息;(5)惡意信息攔截。一般都可以通過信息加密的方式來進行保護。主流的信息加密技術可以分為對稱密鑰加密和非對稱密鑰加密兩種。前者指的就是傳統類型的加密技術,應用較為普遍,常用于一般信息的加密,后者也叫做公鑰密碼技術。傳統類型的加密技術通常由序列密碼和分組密碼組成。實現信息數據加密的途徑主要是鏈路層加密、節點級加密和端到端的加密。
3.4完善相關的網絡法律制度
一套完整的法律體系能夠極大地保證網絡行為的規范化。由于我國網絡技術尚處于發展初期,一些相關的法律制度還不夠健全,當前應當完善網絡法律法規來及時規范人們的網絡行為,阻止各種網絡犯罪,保證整個網絡通信的安全。
4結束語
嵌入式技術系統的特點之一是針對性和應用性的緊密結合,反應靈敏,系統嚴密,具有實時性和高效性的特征。它的資源配置方式、系統技術發展現狀等重要科目都是取決于嵌入式技術系統自身的應用性和針對性。
2目前我國嵌入式實時網絡通信技術的發展現狀和技術特點
2.1實時網絡通信技術的數據傳送
只具備簡單的協議應用和技術進步并不能在根本上保證實時網絡通信技術的可靠性和完整性。目前,我們國家嵌入式實時網絡通信技術的發展情況就是如此。
2.2MAC實時網絡通信技術的不可靠性
特殊的協議自然需要制定與之完全匹配的系統結構來搭配,而我們國家現有的MAC協議系統并非是全面針對嵌入式網絡通信技術而研發使用的。硬件結構與技術系統的不相融納,導致了嵌入式網絡通信技術的使用成本過高,并且長期以來會導致技術系統的針對性、實效性和應用性都下降,這樣的缺陷是需要我們國家不斷克服的問題。
2.3以太網實時網絡通信技術的變動性
信息傳送的可靠性和實時性要求我們必須在協議采用的目標中嚴格把握,也就是說,不論是哪一種基層網絡技術結構,都必須要具備適應發展需求的特點。而以太網作為基層拓撲網結構的重要組成部分之一,在信息傳送的過程中所出現的最大問題就是信息傳送的延誤和不可靠。這樣的問題出現在網絡通信技術中是極為可怕的。
3淺析如何提高我國嵌入式實時網絡通信技術
(1)建立健全我國嵌入式實時網絡通信技術的管理和監督機制,提高重視程度。只有國家層面提高關注程度,給予支持和鼓勵,通過建立健全有關我國嵌入式實時網絡通信技術的管理機制,并配合以合理有效的政策監督機制,加強針對嵌入式網絡通信技實踐的考核和監察,定期進行技術檢測,才能夠在根本上實現嵌入式實時網絡通信技術的實效性和應用性,將我們國家的信息化發展水平提升到一個更高的層次上去。(2)加強國家對于嵌入式網絡通信技術專業對口人才的培養,提高工作人員的技術水平。人才是國家競爭的根本動力。只有不斷加強我國嵌入式實時網絡通信技術專業對口人才的培養和教育,我們國家的網絡通信技術水平才能夠得到充分的保障,嵌入式系統技術工作人員的技能水平才能不斷地提高,我們國家網絡通信技術的實時性和有效性才能夠得到最根本的保證。(3)根據我國信息技術發展水平,結合自身實際,不斷加以創新和改造。信息技術的發展水平直接決定了我國網絡通信技術水平的高度。也就是說,我們國家想要進一步發展網絡通信技術,就必要要將自身實際與嵌入式網絡通信技術系統特征相結合,揚長避短,不斷地加以創新和改造,充分實現自我完善和自我監督,只有這樣,才能夠充分保證我國嵌入式網絡通信技術的發展水平。(4)充分利用互聯網的便捷和高效,促進我國嵌入式網絡通信技術的發展。互聯網的高效和便捷為我們國家的網絡通信技術發展帶來了一個不可忽視的機遇。想要發展我國的網絡通信技術,就必須要將嵌入式技術系統與計算機系統的優勢相結合,發揮互聯網的神奇作用,把握好發展時機,勇往直前。
4總結
交通運輸業在新的歷史時期面臨著新的機遇和挑戰。必須以網絡通信資源開發利用為主線,加快電子政務建設的步伐。
(一)通過全國聯網,建立道路數據中心。建立公路、運輸業戶、運輸車輛以及從業人員等大型基礎信息資源庫。推動各級交通管理部門的目錄體系建設。采用數據交換技術,建立行業數據交換平臺,形成完善的數據交換指標體系,推動道路運輸服務系統的信息化建設。
(二)建立健全交通行業信息化標準體系。以電子政務應用系統數據元標準為核心,以推動標準應用為導向,加強交通運輸業信息化建設的標準化工作,完善交通行業信息化標準體系,確保交通運輸信息化建設“有標可依”。積極推動智能交通、現代物流、電子數據交換、交通通信與導航及電子地圖等信息化推廣應用工作。
(三)加大對物流信息化發展的組織和引導力度。積極引導RFID技術、集裝箱多式聯運等物流信息化研究成果的推廣應用,開展公共服務模式的物流信息平臺建設。建立和完善公路貨運樞紐信息系統,推動農村物流系統、應急保障體系系統、大件運輸和危險品運輸系統等與人民群眾關系密切或“市場失靈”的物流信息平臺建設。
(四)建立完善的物流信息平臺。以互聯互通為目標,啟動高速公路信息通信資源整合工程。倡導物流企業間的聯合與協作,逐步形成若干具有較強的輻射功能和影響力的區域性物流信息平臺。
二、威脅交通運輸網絡通信安全的因素分析
網絡故障基本上都是硬件連接和軟件設置問題,也可能是操作系統應用服務本身的問題。網絡安全方面的問題有可能是因為電磁泄露、黑客非法入侵、線路干擾、傳播病毒、搭線竊聽、信息截獲等,造成信息的泄露、假冒、篡改和非法信息滲透、非法享用網絡信息資源等等。主要表現為計算機打開頁面連接瀏覽器無法與互聯網連接和局域網內機器互訪信息共享受阻。來自網絡安全的威脅因素,根據其攻擊的目標和范圍不同,對網絡的危害程度也不同。網絡安全可分為控制安全和信息安全兩個層次??刂瓢踩侵干矸菡撟C、授權和訪問限制。信息安全是要保證有關信息的完整性、真實性、保密性、可用性、可控制性和可追溯等特性。造成對網絡威脅的主要原因基本有三:人為的誤操作;人為的惡意攻擊;計算機網絡軟硬件的安全漏洞和缺陷。因為開放性、交互性、分散性、脆弱性和連接方式的多樣性是計算機網絡通訊的共有特征,計算機病毒和黑客入侵是威脅當今網絡安全的最主要因素。針對屢屢出現一些技術故障和網絡通訊安全方面的問題,探索和掌握一套行之有效的維護網絡常見故障的技術和方法是確保網絡管理安全運行的關鍵。
三、交通運輸網絡通信安全的保障內容
(一)鏈接網絡的安全保障。其是指從技術上和管理上解決網絡系統用戶應用方面對網絡基礎設施漏洞、操作系統漏洞和通用基礎應用程序漏洞的檢測與修復;對網絡系統安全性能的整體綜合測試;防火墻等網絡安全防病毒產品的部署,脆弱性掃描與安全優化;模擬入侵及入侵檢測等。
(二)信息數據的安全保障。即是指從技術上和管理上解決信息數據方面和對載體與介質的安全保護和對數據訪問的控制。
(三)通信應用的安全保障。指對通信線路的安全性測試與優化,設置通信加密軟件、身份鑒別機制和安全通道。測試業務軟件的程序安全性等系統自檢通信安全的保障措施,對業務交往的防抵賴,業務資源的訪問控制驗證,業務實體的身份鑒別檢測。測試各項網絡協議運行漏洞等等。
(四)運行安全的保障。指以網絡安全系統工程方法論為依據,提供應急處置機制和配套服務和系統升級補丁。網絡系統及產品的安全性檢測,跟蹤最新漏洞,災難恢復機制與預防,系統改造管理,網絡安全專業技術咨詢服務等。
(五)管理安全的保障。包括人員管理及培訓,軟件、數據、文檔管理,應用系統及操作管理,機房、設備及運行管理等一系列安全管理的機制。
四、交通運輸網絡通信的安全防范措施
隨著網絡通信安全技術的日益產業化和網絡通信安全的法律環境建設的日益完善,交通運輸網絡通信的安全防范技術也在日臻完善。
(一)保持高度警惕,保持主機和網絡上結點計算機的安全。遵循多人負責、任期有限、職責分離三原則。切實提高網絡通信安全的防范意識。
(二)控制訪問權限,安全共享資源。使每個用戶只能在自己的權限范圍內使用網絡資源。做到開機必查毒,發現必殺毒,經常對系統漏洞補丁升級更新。謹慎下載文檔,對于來歷不明的電子郵件及附件不輕易用Office軟件打開。
(三)選用合格單位的防火墻和防火墻的規則設置、更新。將交通運輸局域內網與因特網分隔開來。網絡使用者要設置并經常變換口令。對所有進入內網的用戶身份進行認證和對信息權限的控制,阻止非授權用戶對信息的瀏覽、修改甚至破壞。對進出內網的數據進行鑒別,防止惡意或非法操作,嚴防有害信息的侵入。
(四)采用數據加密技術。以不易被人破解為目的,采用密碼或計算法對數據進行轉換。只有掌握密鑰才能破解還原。實現對網絡信息數據保密的目的。
2基于計算機的遠程網絡通訊
在遠程網絡通信中,由于信息傳輸方向的不同,可以將該過程中所采用的通訊技術分為雙工通訊、半雙工通訊與單工通訊等幾種類型。顧名思義,雙工通訊就是通過比較復雜的通信結構與線路,確保通訊雙方的信息都能夠向著兩個方向傳送;而半雙工通信則可以理解為信息雖然能夠在兩個方向傳輸,但是這種傳輸過程不是實時的,因為每次傳輸都只有單個方向的數據在傳輸;單工通信則更加簡單,就是只有一個固定方向的信息能夠被傳送。在實際的應用環境中,遠程網絡通信中所采用的通訊方式主要為半雙工方式,也就是人們常說的四線制傳輸方式,而在不同計算機之間的通信中,則主要采用單工通信方式,這樣,就可以在滿足各種實際要求的情況下,使得通信系統中所采用的線路能夠得到更大程度的簡化。在基于計算機的遠程網絡通訊系統中,其硬件構成根據不同的功能主要包括計算機終端、網絡主機、各種網絡數據交換設備、網絡數據傳輸線路等。
在這些硬件設備中,計算機終端的作用主要為對各個企業用戶的網絡數據通訊量和信息規模等進行控制;數據交換設備則可以實現對各種網絡傳輸數據的分類、歸檔、處理與存儲等操作過程;在網絡主機中,則又可以具體分為微型計算機和小型計算機,其中,我們常用的計算機可以作為微型計算機來使用;網絡數據傳輸線路又可以劃分成多種不同的線路,比如常見的電話線路、光纖線路以及微波線路等,在這些線路中,人們最常用的就是光纖線路,這主要是由于光纖的速度非??臁T谡麄€網絡通訊鏈路中,計算機終端、主機等硬件設備,主要通過數據傳輸線路完成下路連接,而各種終端設備則需要通過數據交換設備來接入網絡,接著,遠程網絡通訊系統各種計算機終端,則能夠通過實現制定的網絡協議來實現對網絡終端的控制過程。對于基于計算機的遠程網絡通訊系統中所采用的連接方式,根據現代計算機網絡技術的發展現狀,可以劃分為分支式、多路復用、集線式以及點到點等多種方式。在這幾種方式中,點到點方式最為常用,因為這種連接方式主要以計算機為核心,然后再通過各種傳輸線路和數據交換設備來實現網絡數據的交換與傳輸。
3計算機網絡通信的發展方向
3.1朝著網絡化方向發展。在現代計算機技術和網絡技術發展的雙重推動下,各種基于計算機網絡的控制系統得到廣泛應用,且應用范圍和規模也不斷擴展,給傳統回路控制系統中所展現出來的特性造成了根本性的變化,主要是在網絡技術推動下,逐漸形成了控制系統的網絡化發展趨勢,而這也是現代網絡技術的成功應用所帶來的必然結果。基于現代網絡技術,可以將網絡中的各種接口連接到儀表單元,從而使得網絡化條件中的儀表單元具備了直接通訊的能力。正是由于網絡技術的推動,才使得網絡能夠逐步延伸和發展到各個控制系統的末端,然后在與原有控制系統的結構相結合的基礎上,則可實現從控制任務的最基底層,到實現整個調度工作的最高層之間的網絡優化與連接過程。對于整個控制系統中的各個儀表單元,其可以作為控制網絡中的最小實現環節來使用,而這些儀表單元的網絡化則是在對這些儀表單元的數字化的基礎上才完成的;在完成原有儀表單元的數字化之后,才能添加必要的網絡通訊單元,從而構成完整的總線系統。在現有的網絡化控制系統與現場總線控制系統中,整個控制過程的實現與完成已經不再僅通過傳統意義上的控制系統來執行,而是通過各種儀表單元在對各自工作獨立完成的及基礎上,進而通過網絡來實現不同單元之間信息交互,最終完成程序和應用環境所賦予的各種控制任務。
3.2朝著扁平化的方向發展在各種功能不同的網絡結構中,特別是在基于分布式的計算機控制系統中,整個控制系統可以通過網絡來劃分成不同的層次,進而將計算機通過網路來連接。考慮到在網絡中所存在的不同層次之間的獨立性,信息在網絡交互過程中,將會受到計算機的影響,這也是信息或者數據在網絡交互過程中,需要考慮的一些問題。同時,由于分布式控制系統的網絡本身所體現的數據結構的封閉性,會給不同廠家產品的交互帶來影響。
4結束語
(一)計算機系統的監控對象
抽水蓄能電廠使用計算機監控的主要對象是廠房、地面開關站、上下水庫、施工變電所等。主要監控設備有水泵水輪機、主變壓器及其輔助設備、一套變頻啟動裝置,此外,還有進水閥設備和所有的輔助設備,柴油發電機等機電設備。除了主要設備以外還有公用設備,主要是上水庫和下水庫的進水口閘門,還有水文測量系統和水位測量系統,壓縮空氣系統和供排水系統等。
(二)計算機監控系統的設計原則
抽水蓄能電廠的主要作用是為電網的調峰和調頻提供保障。在設置控制系統的過程中首先應該考慮到電網的相關問題,其次應該對系統的性能價格比進行考慮,在設計過程中既要追求技術的先進性,又要遵循一定的設計原則。監控系統在進行方案設計時應該考慮四個原則,第一個原則是按照國際的先進水平進行設計,其設計的前提是滿足可靠性和實用性的要求。其運行值班方式是無人值班或是少人值班的方式。為了保障監控的統一性,應該設置全場計算機監控系統,避免使用傳統獨立的常規集中監控系統。由于考慮到電廠的安全性和可靠性,還需要在設計的過程中外加簡單的停機安全閉鎖的功能,確保在緊急情況下系統的安全運行。對電廠的其他重要設備進行緊急處理時要使其滿足可靠性的要求。第二個原則是采用分布式系統結構的形式,確保系統中一個設備發生故障時其他的設備仍然能夠正常運行。第三個原則是保持系統的可靠性,采用環網配置的裝置設置其監控網絡。在運行的過程中,要使系統本身故障影響力適當減少,不能讓系統本身的故障影響到環網的運行。第四個遵循的原則是實現計算機監控系統與多各系統的通信,主要的系統有電站系統、網調監控子系統、全場通風空調系統和電廠用電系統等。
(三)計算機監控系統的整體結構
抽水蓄能電廠的計算機監控采用的是開放式和分層分布兩種結構的系統,外加全分布的數據庫。在各個計算機中都有分布全場數據庫和歷史數據庫,在LCU中還有各單元的數據庫分布。在系統的各個環節點上還有系統功能的分布,任何一個節點都可以通過系統網絡和其他節點通信。監控系統主要由三部分組成,首先是集控中心,其次是電站主控級,最后是現地控制單元。前兩個部分在通訊時主要采用的是以太網,后兩者之間采用的是以太環網的形式進行通訊,以太環網還可以協助三者進行數據的交換,采用這樣的互聯控制方式主要作用是實現三者之間的緊密聯系,當主控級退出之后,仍然能夠實現機組抽水啟動。
二、電廠監控系統的網絡通訊原理分析
(一)計算機監控系統中的H1網絡通訊原理
H1網絡是一種規范型的總線型系統,其在系統的開發過程中主要涉及到網絡開發中的三個層次,分別是數據鏈據層、傳輸層和物理層。傳輸接口是研究部門自己開發的,符合規定形式的傳輸協議。H1網絡系統具有兩個主要的站點,其站點包含的位置是S5和S7系列PLC和計算機中。S5PLC是H1網上的一個單獨的站點,主要通過通信協議處理器模塊和其他站點進行通訊的。通信協議處理器模塊(CP1430)對數據進行交換時主要采用的是RAM和PLC的控制程序。當控制器的通信有一定的需要時,處理器就會將不同程序的數據打包使其成為多個協議數據單元,然后使用局域網將數據單元發送給通信伙伴。對于遠程通訊站點發送的相關信息也可以通過局域網使用CP1430進行接收,將接受的數據進行解碼就能保證數據被不同站點接受。通過組態軟件對CP1430進行配置一定程度上能夠保障控制器接入到以太網。在電廠工作中,要實現工業以太網和計算機站點的通信,就需要配置一定的通訊處理設備,在通訊設備上面安裝合適的通訊軟件。計算機站點可以使用Hardnet和Softnet兩種形式的通訊處理設備。其中Hardnet自身帶有微處理器,可以有效減少計算機CPU上面的荷載,但是Softnet沒有自身的微處理器。H1的網絡通訊系統是一種點對點的通訊系統,對數據進行傳輸時需要將通訊者的參數進行匹配之后才能進行傳輸。在進行組態時,還需要設置接口好的作業號,通過這兩者可以指明CP卡的通訊作業,然后通過CP卡的通訊作業進行數據傳輸。從而使得通訊作業的等級有所提高。
(二)計算機監控系統中的通訊程序
分析在計算機系統的監控體系下,可以將通訊系統分為三部分,首先是通訊報文的準備發送階段,接受通訊報文階段,網絡通訊階段。通訊報文的準備發送階段的功能塊主要有七個,分別是PB211、PB212、PB213、PB214、PB215、PB218、PB219。通過這七種功能塊可以將數據格式進行轉換,將轉換過來的格式存儲到相關模塊當中。其次是通訊報文程序的接收階段,在這一階段中,主要是將接收到的通訊報文進行解壓打包,然后再將其存放在一定的模塊當中。最后一個部分是實現接收和發送的綜合性能。為了確保通訊系統整體優勢的發揮,可以通過網絡對通訊系統進行組態,將各個數據點的存放位置進行有效的配置,對于各個系統的上級協議采取自定義的形式進行編制。使用下位機通訊程序將原有的相關功能進行代替,從而組成新型的應用協議。
三、結束語
TCN由絞式列車總線WTB和多功能車輛總線MVB組成,如圖1所示。WTB用于聯接各個車輛,用于列車級的通信控制;MVB用于有互操作性和互換性要求的互連設備之間的串行數據通信。WTB與MVB之間通過網關來實現數據的傳遞。其中,MVB能提供最佳的響應速度,適合用作車輛總線。對于固定編組的列車,MVB也可以用作列車總線。此外,MVB屬于總線仲裁型網絡,采用主幀/從幀應答方式,可以實現設備和介質冗余,完全滿足列車對于運行控制和安全性的要求。根據實際應用的需要,MVB網絡的通信數據類型分為過程數據、消息數據和監督數據。其中,過程數據用于反映列車的狀態、速度、加速度、司機指令等;消息數據是偶發數據,不頻繁發送且長度不定,如診斷、旅客信息等;監督數據是總線上主設備對于從設備的狀態校驗、轉移、列車初運行等所使用的數據[1]。由于過程數據是列車運行控制中最基本和最重要的通信數據,因此本文只針對過程數據的收發進行研究。
2MVB網絡接口單元
為了實現MVB設備之間的互聯,各個與MVB相連的設備都必須具有統一的硬件接口和軟件接口。硬件接口主要由各個設備中的MVB網絡接口單元(網卡)實現,網卡用于實現物理層信號的轉換,執行數據鏈路層的通信規程,其基本任務有:⑴將主機或其他網絡設備發送的數據送入網絡;⑵從網絡中接收其他網絡設備發送的數據送入網絡;⑶從網絡中接收其他設備發來的數據并送給主機。軟件接口在于實現MVB數據鏈路層的服務功能,一方面為高層提供服務及服務訪問接口;另一方面屏蔽底層協議,提供透明的、可靠的鏈路通路,方便用戶使用[3]。2.1硬件接口MVB網絡通信性能的好壞在很大程度上取決于MVB網絡接口單元的品質。本次通信研究采用的是RVS系列MVB網卡。該網卡除了支持MVB三種通信數據的傳遞外,還支持總線管理器(BA),并具備用戶可編程功能,通信速率高達1.5Mb/s,支持4096個設備狀態掃描紀錄,并具有介質冗余能力,是專為MVB-1類設備使用的接口卡。MVB-1型接口單元的硬件結構框圖如圖2所示。物理層通過譯碼器將MVB上的信號轉換為數字電平,解碼器將來自于MVB的信號移至PC/104并行總線上,檢查數據的有效性并將其傳送至雙端口通信存儲器(TrafficMemory),同時上位機可通過PC/104總線對雙端口通信存儲器進行讀寫。圖2中,PC/104并行總線接口為網絡接口單元和主機之間的數據通信提供了并行通道,由于RVS系列MVB網卡采用的是標準PC/104接口,用戶可以將多塊網卡層疊使用,在實際應用中較為方便。板上的控制邏輯(ControlLogic)采用可編程邏輯器件PLD(ProgrammableLogicDevice),為了適應不同的總線接口需求,用戶可以通過邏輯設計方便地動態改變硬件設置。2.2軟件接口軟件接口的核心功能是屏蔽MVB網卡的底層協議,并為上層應用提供接口。MVB網卡的驅動是實現通信必不可少的核心部分,它描述了MVB網卡通信的底層協議,并對硬件進行了配置,為上層應用的操作提供接口。MVB網卡的驅動主要包括MVB初始化、配置設備地址、配置過程數據端口、獲取過程數據等。用戶在使用MVB網卡設計上層應用時,無需對MVB的通信協議有太過深入的了解,只需調用MVB底層的接口函數,即可實現基于MVB網卡的數據傳輸操作。在實現數據傳輸的過程中,采用了UART仿真方式,即以連續方式發送和接收數據。在網絡接口單元與主機通信之前,首先必須對UART仿真寄存器進行配置,包括接收數據寄存器RBR(ReceiverBufferRegister)、發送器保持寄存器THR(TransmitterHoldingRegister)、通信線狀態寄存器LSR(LineStatusRegister)。主機和接口單元之間需要通過傳輸特定的字符命令來實現對接口單元的軟件配置,分別為‘C’、‘S’、‘H’、‘I’、‘P’、‘G’或是用其相對應的十六進制數43H、53H、48H、49H、50H、47H來表示,只有這樣,才能識別所要執行的操作[3]。⑴‘C’命令用于將與接口單元有關的控制信息寫入網絡接口單元;⑵‘S’命令用于讀取接口單元的狀態信息,一般用于調試時的自測;⑶‘H’命令用于寫入與過程數據端口相關的控制信息,包括邏輯地址、端口長度及端口源宿性質;⑷‘I’命令用于讀取與過程數據相關的狀態信息,與‘S’類似,一般只用于自測試;⑸‘P’命令用于將待發送的數據寫入網絡接口單元;⑹‘G’命令用于讀取接收到的數據。具體的配置流程如圖3所示。在通信過程中,首先需要對MVB接口執行初始化操作,包括以下3個步驟:⑴通過清除UART仿真之前的內容來確保UART進入到正常的工作狀態;⑵停止MVB通信,以保證不再發送錯誤信息;⑶關閉MVB數據端口,使其保持為失效狀態。接著,對MVB的過程數據端口及MVB設備物理地址及輸入線路(分為A線和B線)進行配置。配置完成之后,通過對過程數據端口執行寫入或讀取操作來實現數據的通信。
3Linux與DOS系統下的MVB網絡互連
DOS系統具有良好的人機界面和豐富的系統資源,在傳統的MVB通信中應用十分廣泛。但是,由于DOS是一個單任務弱實時的操作系統,且可靠性不高,越來越難以滿足MVB網絡的愈加嚴苛的通信要求。Linux系統在具備DOS系統優勢的同時,彌補了DOS系統的不足,能夠充分滿足實際的需要。因此,在Linux系統環境下建立MVB通信對于實際的應用有一定的借鑒意義。考慮到多數的MVB通信仍建立在DOS系統環境下,因此,在實現Linux與Linux通信的同時,還要實現Linux與DOS的通信互連,這首先要求能夠將DOS環境下設計的通信程序移植到Linux系統中去。
3.1程序移植移植過程中最主要的問題在于,DOS系統下的部分內置函數及頭文件,在Linux系統下并不適用,需要對其進行適當地修改,甚至重新編寫。其中,DOS系統下的輸入輸出函數inp()和outp(),需要更改為inb()和outb()。與此同時,Linux使用端口訪問設備之前必須設置端口權限的系統調用,可選用iopl()或ioperm()進行設置。除此之外,由于Linux系統下沒有conio.h,因此需要自行編寫getch()函數和kbhit()函數,用于獲取鍵盤敲擊的字符和判斷鍵盤是否有按下,以識別通信命令和控制通信的啟停。部分代碼如下:intkbhit(void){structtimevaltv;structtermiosold_termios,new_termios;interror;intcount=0;tcgetattr(0,&old_termios);new_termios=old_termios;/*rawmode*/new_termios.c_lflag&=~ICANON;/*disableechoingthecharasitistyped*/new_termios.c_lflag&=~ECHO;/*minimumcharstowaitfor*/new_termios.c_cc[VMIN]=1;/*minimumwaittime,1*0.10s*/new_termios.c_cc[VTIME]=1;error=tcsetattr(0,TCSANOW,&new_termios);tv.tv_sec=0;tv.tv_usec=100;/*insertaminimaldelay*/select(1,NULL,NULL,NULL,&tv);error+=ioctl(0,FIONREAD,&count);error+=tcsetattr(0,TCSANOW,&old_termios);return(error==0?count:-1);}需要注意的是,在移植的過程中,要特別注意指針的使用。若不對指針賦予初值,將會引起SegmentationFault,另外一些對于指針的誤操作也很有可能引發這個錯誤,給調試過程中的錯誤排查帶來很多麻煩。除了以上提到的問題外,還有許多兼容性問題需要解決,在此不再一一贅述。想要更快更精確地找到移植中存在的問題,可采用Linux提供的GDB調試工具。通過設置斷點、打印變量等手段可以更快地找到程序的問題所在,并作出相應的調整。最后,通過GCC編譯的方式,將驅動程序與應用程序進行聯合編譯,就能獲得Linux下的可執行文件。通過運行這一可執行文件,通信程序就能在Linux系統環境下實現數據的收發功能。
3.2系統測試在軟硬件配置完成并移植成功之后,接下來將對系統進行測試。系統測試的目的在于實現Linux與DOS系統下的MVB網絡互連。測試的內容主要分為兩個部分:一是以Linux下MVB節點為主節點,接收DOS下MVB發送的數據;二是以DOS下MVB節點為主節點接收Linux下MVB發送的數據。在實驗室條件下,搭建了點對點MVB網絡,通過兩個節點數據收況來驗證不同環境下MVB通信的可行性。實驗結果表明:DOS系統與Linux系統下的MVB網絡均能實現收發數據的功能,且誤碼率低,成功地實現了網絡互連。
4結論
1.1頻譜感知
作為認知網絡的主要核心技術之一的頻譜感知技術,其目的是要發現在時域、頻域及空域的頻譜空洞,進而供認知用戶機會式利用頻譜。頻譜感知技術可以分為基于干擾的檢測、主用戶信號檢測和協作檢測,目前的頻譜感知技術主要是基于主用戶發射機檢測,其頻譜感知方法主要又分為匹配濾波器檢測、能量檢測、循環平穩特征檢測三種。
1.1.1匹配濾波器檢測
如果主用戶信號是確定性信號,那么在加性高斯白噪聲(AWGN)條件下最佳檢測器就是匹配濾波器,它可以使輸出信噪比達到最大。匹配濾波器檢測的優點是能快速度準確檢測主用戶是否存在,但是,此方法需事先知道授權用戶的信息,對授權用戶需要專門的接收器,必須定時和頻率同步。此外,計算量也較大,若先驗知識不準確,則匹配濾波器的性能會大大下降。
1.1.2循環平穩特征檢測
通常,無線通信信號都具有循環平穩性,而噪聲和干擾則不具有這種特性,因此可以通過循環平穩特征檢測法來檢測主用戶信號是否出現。該方法能從調制信號功率中區分出噪聲能量,可以在較低的信噪比下進行檢測信號,但其計算復雜度較高。
1.1.3能量檢測
能量檢測是最簡單、最為經典的信號檢測方法,也是目前研究的熱點。能量檢測法相對簡單、易實施,另外,它為非相干檢測,對相位同步要求低。但是,該方法在低信噪比情況下的檢測性能較差,易受噪聲不確定性的影響,且不能辨別主用戶類型。
1.2頻譜共享
無線認知網絡的頻譜共享是指次用戶在不影響主用戶的前提下與其共享一段頻譜,是認知無線網絡的關鍵技術之一。其目標是有效管理對主用戶的干擾,并提高頻譜的機會利用率。頻譜共享主要包括兩個方面:次用戶之間的頻譜共享以及次用戶和主用戶之間的頻譜共享,可根據架構、頻譜分配行為等因素可大致分為三類:
(1)基于網絡架構
基于網絡架構通??煞譃榧惺筋l譜共享和分布式頻譜共享。集中式頻譜共享是由某個中心服務器根據全局信息計算和執行整體二級用戶網絡的空閑頻譜分配。每個二級用戶獨立進行頻譜感知,然后將感知到的信息發送到中心服務器,由中心服務器綜合對這些信息分配到空閑頻譜。與集中式頻譜共享不同,分布式分配將認知終端看作是一個自治的智能體,每個認知終端根據自己獲得的頻譜信息計算和決定如何使用這些空閑頻譜,分布式分配主要應用于無中心服務器的場合。
(2)基于頻譜分配行為
基于頻譜分配行為又可分為協作式頻譜共享和非協作式頻譜共享兩類。協作式頻譜共享考慮到各節點間行為的相互影響,即每個節點都會與其它節點分享自己的感知信息;而非協作式頻譜共享則不考慮其它認知節點間的干擾。在實際應用中,協作式方案要好于非協作式方案,更接近整體性能的最優化,在一定程度上更為公平,同時也提高了吞吐量。
(3)基于接入技術
現有大部分基于接入技術研究針對認知無線電商用進行的,主要采用基于填充式共享方式,即只針對主用戶未使用頻譜下進行的,基于完全檢測信息下對主用戶的干擾最小。
1.3動態接入
與傳統的固定頻譜分配方式不同,動態頻譜接入技術是一種動態自適應的頻譜管理方式,能更好的利用已有的低效的頻譜資源來滿足無線通信服務。動態頻譜接入方式可分為以下三種策略模型:
(1)動態專用模式
動態專用頻譜管理方式保留了現有的頻譜管理策略結構,即主用戶有著對頻譜資源的獨占權;但它們不僅可以自由選擇其所使用的技術,還可以選擇其所提供的服務。
(2)開放共享模式
開放共享模式這種頻譜管理方式得益于無線通信的發展,該技術能夠使得不同的系統共存,而且相互之間不會產生嚴重的干擾,因此,不需要對頻譜資源進行獨立的授權。
(3)多層接入模式
多層接入模式可以看作是動態專用模式和開放共享模式的一個折中,與動態專用和開放共享模式相比,多層接入模式更符合現有的頻譜資源管理策略和無線系統。此外,頻譜正交的接入方式與頻譜重疊相比去除了次用戶發射功率所受的嚴格限制,一定程度上提高了其信道容量和吞吐量,而且有著更廣泛的應用。
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