時間：2023-06-08 10:57:01
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇通信協議的要素，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1通信協議的分類
在智能電網調度自動化中,通信協議主要分為這樣兩種:一是主流通信協議,二是通信協議集成。
1.1主流通信協議
經過長期的研究與探索,我們發現傳統的循環式遠動協議(CDT)已經遠遠不能滿足如今的應用,因此,1EC60870—5—101、IEC60870—5—10的誕生逐漸將CDT取而代之,順利成為EMS和RTU之間的主流遠動通信協議。而對于電力系統實時數據通信應用層協議(DIA76—92)與EMS之間的主流計算機通信協議,如今已被新誕生的1EC60870—6TASE所取代。1EC60870—6TASE的出現實際上是以RS232的串口通信遠東協議作為基礎,其傳送信息的方式主要是通過規定的報文格式。遠動通信報文主要包含這樣三個要素:報文頭、報文長度以及信息對象。這里,報文頭具體是指信息的類型,報文長度主要是指信息對象的數目,信息對象主要包括地址、數值和質量代碼。EMS和RTU通過組裝和解析通信報文,進行高效率的信息傳輸。通常,遠動通信協議傳送的信息對象是具有一定限制的,例如IEC60870—5—101,該通信協議的報文長度通常不會超過二百二十五個字節。在傳送的信息發生變化時,通信協議可以在第一時間進行優先傳送。例如,IEC60870—5—104IEC60870—5—101一般用在TCP/IP網絡協議之上。TASE.2也是一種新型的通信協議,但是TASE.2協議僅僅是應用層的網絡協議,對于TASE.2協議,我們對其進行了對象模型和方法的定義,這樣就為EMS提供了系統互聯的解決方案。對于不同廠家的EMS系統,TASE.2協議不再需要追究其數據格式以及一些細節,可以與EMS進行自由的通信。TASE.2協議的建立在MMS協議的基礎之上,還實現了之前所不能完成的許多功能,像是按英文名進行信息的傳輸。而我國的TASE.2協議通信軟件的開發通常是建立在美國國SISCO公司提供的ICCPTool—kitforMMS—EASE協議之上,充分利用ICCP的功能,對回調函數進行發送和收集。
1.2通信協議集成
過去,對于計算機的使用具有十分多的限制,人們經常習慣性的將遠動通信和計算機通信進行區分,將前者稱之為前置機,后者稱之為SCADA通信機。由于計算機技術迅速發展,網絡通信技術也越來越先進,因此,運動通信和計算機通信協議便有了強大的軟硬件的物質基礎。關于電網自動化系統的實時數據接口,主要是通過遠動通信協議和計算機通信協議的集成所完成的,這也使得電網調度自動化系統的應用層次更加鮮明,內部結構更加清晰,有利于電網調度自動化的統一和維護,實現多種通信介質、協議和方式的相互作用。
1.3電網調度自動化內部的PMU
對于信息的采集,RTU主要采集的是相對穩定、密度較低的電網時間斷層面的數據,這樣能夠保證電網的安全優質的運行;PMU采集的一般是高密度(25—100幀/s)和時間相對精確的斷層面的同步數據,通過這樣的嚴密的方式,工作人員可以根據該監控進行電網動態的控制。而關于RTU、PMU和暫態信息為電網的調度自動化的監控和控制做出了相應的延伸,對電網起到了保護的作用。在WAMS中,主要包括WARMAP(電網安全防御及實施預警系統)與PMU。PMU的報文主要包括四種類型:數據幀、配置幀、頭幀和命令幀。PMU在發出前三種幀之后,后一種幀就會與調度匯總新進行雙向的通信,給予PMU充分的支持。所謂數據幀,也就是PMU測量出的結果,其中包含了模擬量、開關量等等。一般,頭幀由使用者提供,需要熱工對其數據進行讀取,在命令幀里,PMU的控制和相關的配置信息也都在里頭有所記載。這里,所有的幀都以2字節作為開頭,幀的類型主要是通過同步字來決定。一般來講,同步字為4—6位,以CRCl6校對字完結。通過對PMU的數據采集進行分解與剖析,我們發現其數據具有這樣兩個特點:1.高密度,2.帶時標。由于WAMS的前置數據設計采用的是二維數據,而其尋址方法采用的是哈希方程,因此,數據對象在進行時標時,則呈現為哈希函數的自變量。
2總結
綜上所述,隨著時代的發展,科學技術的進步,如今人們對于電網建設的要求也越來越高,因此,為了滿足廣大人民的用電需求,保證群眾用電安全,同時也為了促進我國的經濟繁榮發展,社會穩定和諧,智能電網的建設已經成為國家的基本發展戰略,智能電網(smartpowergrids),也就是我們通常所說的電網2.0,它還是一種高集成、高速度的雙向通信技術,它的應用可以實現電網的安全可靠、經濟高效以及環保節約的目標,因此,我們要不斷完善電網調度的自動化系統,創造更加美好的生活。其次是傳輸技術中的改進點。自動化系統中的傳輸,大部分以光纖為主,光纖本身的傳輸能力有限,其對系統中的傳輸也會造成一定的局限性,導致大量通信信息被迫停滯,可在傳輸技術中引入網絡通信的概念,網絡通信可有效對通信進行傳輸、驗證,同時還可實現掙脫通信過程的跟蹤,不僅可解決傳輸技術中的通信限制問題,還可以為檢修人員提供可靠的設備運行信息。最后是互感技術中的改進點。目前我國大部分電力企業的變電站自動化系統中,互感裝置在獲取信息實行保護行為之前,都必須實行遠距離供電,大幅度降低了互感技術的時效性,同時還會降低互感裝置的使用壽命,為保障互感技術在使用中的準確性,可預先測量互感裝置的功率,進而匹配相應的閾值,實際互感裝置工作時,可以保持在合理的功率下,有效避免了遠距離供電。
【關鍵詞】 智能電網 配用電 通信網絡
我國電力產業在最近幾年的發展速度很快，配用電網是我國電網的重要組成部分，而且它是實現電能分配的重要途徑。不過配用電通信網還存在一定的問題，問題主要表現為配用電通信系統缺乏整體規劃、通信網兼容性較差、通信資源浪費嚴重等。隨著社會經濟和科技的發展，智能電網已慢慢成為提高供電質量的重要手段。智能電網配用電業務具有特定的分布以及多種網絡建設模式，加強智能電網配用電通信網絡的研究是促進電力系統發展的關鍵。
一、智能配電業務分析
智能配電業務是電力系統中的重要組成部分。智能配用電業務具有很多特點，首先，智能配電網業務種類多、節點多、覆蓋面廣且分散、運行環境較差；其次，智能配電網非常容易受到城建和擴容的影響；第三，智能配電網通信距離遠，信息總量大但單點容量小；第四，智能配電網運行維護工作量大、管理問題多以及建設復雜。要實現智能配電網業務就意味著大量業務的傳輸，但傳統的通信模式已經不能滿足此業務實現的條件，因此必須采用網絡的概念融合更多的業務，這樣才能更好地保證業務的服務質量。另外，智能配電業務涉及了很多內容，其中包含了新型充電站業務、分布式能源業務、傳統自動化業務、電網狀態分析業務等[1]。
二、配用電業務網模型
2.1高級配電自動化系統
配電自動化系統是配電網業務的重要組成，它可以完成現場配電終端與主站之間的業務數據交互工作。在此之前，配電網通信主要依靠專線通信，而通信協議主要采用串行通信協議，這種情況下的線路資源利用率比較低。目前，變電站網絡正向著更高級的通信協議發展，并且已經基本實現站層級的網絡標準。新時期實現自動化業務比較有效的方式是建立基于以太網技術的高級配電自動化業務系統。經過大量的實踐證明，網絡設備在30%負載的情況下才具有最好的實時性和可靠性。在配電自動化系統發展中，推廣應用的通信協議需要滿足一定要求，即通信協議要能滿足自動化業務的實時性、通道帶寬、通信節點數量、新型配電業務，只有這樣才能最終實現調度自動化和基于以太網配電自動化的綜合管理[2]。
2.2用電負荷管理系統
目前，我國電力用戶的電量信息采集已經向著自動化、全覆蓋以及全預付費的方向發展。當前電量信息采集主要采用了通用無線分組業務網絡，這是一種對帶有GPRS 模塊的集中器匯集局部區域的用電信息進行間接采集的手段，用電信息是經電信專網接入電力公司主站。但這種手段存在一定的弊端，即被采用的GPRS設備在線率較低，因此不能實現實時電價和用戶的需求，而且這種網絡費用比較高。
其實解決用電負荷管理業務可以通過建立以太通信專網來實現，以太通信專網可以連接用電信息管理主站與各個電力用戶終端；而本地通信則可通過總線、載波、無線傳感器網絡來實現[2]。
2.3用能服務網絡
用能服務網絡是為了滿足用戶用電需求定制、多樣化服務以及多種用能策略而產生的一種服務網絡。這個網絡服務設計到的業務有語音、視頻、數據業務，這種服務網絡對帶寬的要求很高，需要制定一種特殊的網絡方式來滿足服務網絡發展的需求。用能服務網絡發揮作用過程中通常會利用到公共互聯網和電力通信網，具體來說就是用戶將需求通過公共互聯網傳輸到電力服務網站，最終用戶定制的服務由電力通信網傳輸至用戶的表計和用戶終端。
2.4環境輔助監測網絡
視頻或環境輔助監測系統在配電網中發揮著至關重要的作用，比如說它通常被應用在無人值守變電站的監視中或者被應用在重要開關設備的監視中，又或者被應用在現場維修安全監視和事故搶修現場分析中。最關鍵的是電力公司監控中心科員對所有視頻信息進行統一處理。總之，環節輔助監測系統在電網服務中占有一席之地。
三、配用電通信網關鍵要素
配用電通信網能夠支撐多種業務的關鍵在于它本身涉及的一些重要技術，比如說無源光網絡等多種通信技術、融合的數據網絡技術、綜合網管技術、通信協議結構以及網絡安全技術等。這些關鍵技術在配用電通信網中各自發揮著不同的作用。具體說來，我國配電網的發展經歷了很多階段，而且每個階段所應用的主要技術都不一樣，然而配電通信網的構建必須綜合使用這些技術；為了滿足配用電多業務網絡發展就必然要采用數據融合技術，但數據融合技術必須要滿足安全性要求和可靠性要求；通信網絡發展特點是將通信結構和多種通信技術應用到同一個網絡中，這樣不僅擴大了網絡的規模，而且增加了網絡的復雜性，這最終給網絡的運行和維護增加了很多困難。為了解決這一問題就需要建立統一的網絡管理系統，通過這種統一的網絡系統來實現網絡的集中管理。統一網絡管理系統的優勢在于它可以結合地理信息系統對通信網絡的故障進行準確的定位，這樣就可以提高運行維護人員工作效率；當前我國配用電方面的通信規約類型非常多，但是并沒有一個完整的解決體系。在這些通信規約中有些是用于點對點連接的專線或數字傳輸通道，這些規約只有三個層次，即物理層、鏈路層和應用層；還有一些規約是用于數據通信網絡中，這類規約在物理層、鏈路層和應用層的基礎上又增加了網絡層和傳輸層；配電通信網融合了多種通信技術而形成了一個開放的網絡，這個網絡擁有大量的終端設備的接入，但與此同時網絡安全及數據的保密性就成為了值得關注的問題。然而，在配電通信網絡中采用了一些安全技術，比如在應用層、網絡層、物理層應用認證加密過濾技術，同時應用安全測試評估技術、安全存儲技術、主動實施防護技術、網絡安全事件監控技術、惡意代碼防范與應急響應技術來保障配電通信網的安全[3]。
四、典型配用電通信技術混合組網示例
在配用電通信技術使用過程中，由于考慮到充分發揮各種通信技術的優點，從而克服某些技術的缺點，所以建立起以光纖網絡為骨干，無線技術、載波為補充的網絡結構。這種結構能夠更好地滿足很多業務的需求，如用電信息采集。環境監測、臨時應急通信以及用能服務和配調自動化等。這種混合組網結構主要分為三個層和一個綜合網管系統，三個層分別為骨干傳輸層、遠程接入網絡、本地接入網絡，每個層發揮各自不同的功能，它們在配用電通信技術混合組網中發揮了重要的作用。不過在這個混合組網中網管系統的作用更為重要，這個網管系統的任務是管理以太網、無線專網、通信設備、網絡設置管理以及其它網絡管理[3]。
五、結語
總之，配用電通信網的建設意義重大，而且它涉及眾多因素，所以要全面地、綜合地規劃才能做出最合理的建設方案。如何建設出最為科學的通信網是重中之重。本研究對配用電通信網的相關內容作出的闡述為配用電通信網的建設提出了一定的建議。
參 考 文 獻
[1] 黃盛.智能配電網通信業務需求分析及技術方案[J].電力系統通信. 2010（06）：12-14
1 智能建筑系統的組成
智能建筑系統的組成由四大部分組成：樓宇自動化系統(BAS)、通信自動化系統(CAS)、辦公自動化系統(OAS)和結構化綜合布線系統(SCS)。
1.1 樓宇自動化系統(BAS)
樓宇自動化系統(BAS)采用傳感器技術、圖形圖象技術、計算機和現代通信技術對建筑的電力、空調、電梯、冷水機組、熱力站、給排水、消防系統、保安監控、出入門控制等設備實行全自動的綜合監控管理。包括樓宇自動化管理、出入管理、磁卡識別系統、保安監控系統、防火系統以及各種設備控制與監視系統等。它們建立在綜合布線系統之上，將完成如下基本功能：各類參數的實時控制和監視、各種動力設備的起停控制與監視、各種設備運行狀態顯示、設備非正常狀態的報警、動力設備的節能控制。BAS按建筑設備和設施的功能劃分為十個子系統:1)變配電控制子系統;2)照明控制子系統;3)通風空調控制子系統;4)交通運輸控制子系統;5)給排水設備控制子系統;6)停車庫自動化子系統;7)消防自動化子系統;8)安保自動化子系統;9)公共廣播與背景音樂系統;10)多媒體音像系統。
1. 2 通信自動化系統(CAS)
通信自動化系統(CAS)提供建筑內外的一切語言和數據通信，CAS是在保證建筑物內語音、數據、圖像傳輸的基礎上，同時與外部通信網(如電話網、數據網、計算機網、衛星以及廣電網)相連，與世界各地互通信息的系統。主要包括：1)以程控交換機為核心的電話，傳真等為主的通訊網絡。2)建筑內的局域網，把建筑內的各種終端、微機、工作站、主計算機與數據庫等聯網，實現數據通信。3)與國內外建立遠程數據通信網絡。
CAS按功能劃分為八個子系統: 1) 固定電話通信系統，設PABX或采用公網的集中小交換機;2)聲訊服務通信系統(語音信箱和語音應答系統) ;3)無線通信系統，具備選擇呼叫和群呼功能;4)衛星通信系統，樓頂安裝衛星收發天線和 VAST通信系統，與外部構成語音和數據通道，實現遠距離通信的目的;5)多媒體通信系統;6)視訊服務系統;7)有線電視系統;8)計算機通信網絡系統。
1. 3 辦公自動化系統(OAS)
辦公自動化系統(OAS)由高性能的傳真機、各種終端、微機、文字處理機、主計算機、聲像設備等現代化辦公設備與相應的軟件組成。主要用于文字處理、辦公服務、公文文檔等綜合管理，以及電子票務、電子郵件、電視會議以及電子數據交換等。
1. 4 結構化綜合布線系統(SCS)
SCS又稱綜合布線系統 ( Premises Dist ribution System，簡稱PDS)，它是建筑物或建筑群內部之間的傳輸網絡。它把建筑物內部的語音交換、智能數據處理設備及其廣義的數據通信設施相互連接起來，并采用必要的設備同建筑物外部數據網絡或電話局線路相連接。其系統包括所有建筑物與建筑群內部用以連接以上設備的電纜和相關的布線器件。
2 智能建筑的現場總線技術
20 世紀 80 年代后期起 ,伴隨著計算機可靠性提高 ,價格大幅下降 ,出現了由多個計算機遞階構成的集中、分散相結合的分布式控制系統(Dist ributed Cont rol System ,簡稱 DCS) 。DCS是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統。DCS在工業自動化控制領域獲得了廣泛的應用 ,也開始應用到樓宇自動化控制領域 ,但是 DCS存在一些缺點 ,如系統互換與互操作性差等。20 世紀 90 年代后期 ,出現了基于現場總線的控制系統( Field Cont rol System ,簡稱 FCS) ,FCS克服了 DCS的缺點 ,它是一種全數字化的、全分散的、可互操作和開放式互連的新一代控制系統。現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。目前 ,現場總線技術已經成為自動化技術中的一個熱點 ,備受國內外自動化設備制造商與用戶的關注。FCS極大地簡化了傳統控制系統繁瑣且技術含量較低的布線工作量 ,使其系統檢測和控制單元的分布更趨合理。與傳統的DCS(分布式控制系統)相比 ,FCS具有可靠性高、可維護性好、成本低、實時性好、實現了控制管理一體化的結構體系等優點。隨著建筑業的智能化和信息化需求的迅速增長 ,出現了一些專門針對智能建筑的總線和通信協議 ,如美國的 BACnet和 EBus、 日本的HBS、 歐洲的 EIB 等。其中 ,以 LonWorks、EIB在國內應用最為廣泛 ,它們在智能建筑中的應用各有側重。
2.1LonWorks總線
LonWorks是一種具有強勁實力的現場總線技術 ,它是由美國 Ecelon公司推出并與摩托羅拉、東芝公司共同倡導 ,于 1990 年正式公布而形成的。它采用了 ISO/ OSI模型的全部七層通訊協議 ,采用了面向對象的設計方法 ,通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數設置 ,其通訊速率從 300 bps～15 Mbps不等 ,直接通信距離可達到 2 700 m(78 kbps ,雙絞線) ,支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質 ,并開發相應的本安防爆產品 ,被譽為通用控制網絡。
2.1.1LonTalk協議
LonTalk協議是LonWorks技術的通信協議，采用短幀報文 ,可靠性高、 實時性好。LonTalk協議使用網絡變量與其他節點通信。網絡變量可以是任何單個數據項 ,也可以是結構體 ,并都有一個由應用程序說明的數據類型。網絡變量的概念大大簡化了復雜的分布式應用的編程 ,降低了開發人員的工作量。該協議提供一套通信服務，使裝置中的應用程序能在網絡中對其他裝置接受或發送數據而無需知道網絡拓撲、名稱、地址或其他裝置的功能。該協議能有選擇的提供端對端的報文確認、報文證實和優先級確認，是一個分層的以數據包為基礎的對等的通信協議，使用類似于以太網所用的“CSMA”算法來處理網上報文沖突。
LonTalk協議支持總線型、 星型、 自由拓撲等多種拓撲結構 ,極大地方便了控制網絡的構建。LonTalk協議支持包括雙絞線、 電力線、 無線、 紅外線、 同軸電纜和光纖在內的多種傳輸介質。Lon2Talk采用一種基于載波偵聽多路訪問 /介質訪問控制 (CS MA /MAC)的算法 ,提供介質訪問協議 ,使得可以根據預測網絡業務量發送優先級報文和動態調整時間槽的數目 ,稱為帶預測的 P2 persis2tent CS MA算法。通過動態調整網絡帶寬,使網絡能在極高網絡業務量出現時繼續運行 ,而在業務量較小時期不降低網絡速度。最大通信速率為1 . 25Mb / s (有效距離為 130 m) ,支持非屏蔽雙絞線 (UTP)的通信距離達 2 700 m (通信速率為728 . 125 kb / s)。
2.1.2 神經元芯片
LonWorks技術的神經元芯片內部裝有3個微處理器:MAC處理器完成介質訪問控制;網絡處理器完成OSI的3～6層網絡協議;應用處理器完成用戶現場控制應用。它們之間通過公用存儲器傳遞數據。
在控制單元中需要采集和控制功能,為此,神經元芯片特設置11個I/O口。這些I/O口可根據需求不同來靈活配置與設備的接口,如RS232、并口、定時/計數、間隔處理、位I / O等。
神經元芯片還有一個時間計數器,從而能完成Watchdog、多任務調度和定時功能。神經元芯片支持節電方式,在節電方式下系統時鐘和計數器關閉,但狀態信息(包括RAM中的信息) 不會改變。一旦I/O狀態變化或網線上信息有變,系統便會激活。其內部還有一個最高1.25 Mbps、獨立于介質的收發器。由此可見,一個小小的神經元芯片不僅具有強大的通信功能, 更集采集、控制于一體。在理想情況下,一個神經元芯片加上幾個分離元件便可成為DCS系統中一個獨立的控制單元。
2EI B總線
EIB（European Installation Bus），是電氣布線領域使用范圍最廣的行業規范和產品標準。現已成為國際標準ISO/IEC 14543-3，并于2007年正式成為中國國標GB/Z 20965-2007。
EIB最大的特點是通過單一多芯電纜替代了傳統分離的控制電纜和電力電纜，并確保各開關可以互傳控制指令，因此總線電纜可以以線型、樹型或星型鋪設，方便擴容與改裝。元件的智能化使其可以通過編程來改變功能，既可獨立完成諸如開關、控制、監視等工作，也可根據要求進行不同的組合。與傳統安裝方式比較，EIB不增加元件數量而實現了功能倍增，從而具有了高度的靈活性。它的開放性更使得不同公司基于EIB協議開發的電氣設備可以完全兼容，并為后續公司進入EIB市場提供可能。
EIB系統既是一個面向使用者、體現個性的系統又是一個面向管理者的系統，使用者可根據個人的喜好任意修改系統的功能，達到自己所需要的效果，并可通過操作探測器（如按鈕開關等）來控制系統的動作；另一方面， EIB系統還提供基于Windows的軟件平臺，管理者（如小區物業中心、大樓管理中心、車庫管理處等）將安裝此套軟件的計算機連接至EIB系統即可對EIB系統進行控制并進行管理，從而達到集中管理的功能。
3 結束語
智能建筑的特點是測控點分散 ,幾乎遍及建筑物各個角落 ,而且被控設備種類多 ,包括暖通空調、 電梯、 給排水、 安防、 照明、 變配電等 ,這些設備往往本身配有控制系統 ,將這些控制子系統融合為一個綜合的 BAS就需要用到通信協議或現場總線。
LonWorks最大的優點是開放性、 分散性和互換性。一個具有 LonMark標志的節點 (Node)可以互操作。由于 LonWorks是低速現場總線 (最大傳輸速率為 1 . 25Mb / s) ,對現場儀表和設備的計算能力以及信息處理能力相對較弱 ,主要用于數據采集和控制信號的輸出 , 因此 LonWorks適合于子系統級的遠距離現場數據的采集和實時控制。在智能建筑中 ,主要應用于建筑物自控系統中傳感器與執行器之間的網絡化、 互操作性 ,實現一種成本低、 對分散設備可以實現互操作的測控系統 ,如安全防范子系統、 智能消防子系統、 智能抄表子系統、 暖通空調子系統、 給排水子系統等。
關鍵詞：礦山；工程機械設備；遠程監控終端；技術
引言
在實際應用中，基于礦山和工程機械設備的遠程監控終端要能夠滿足多種通信接口的需要，并且要對設備具有良好的兼容性。另外，基于工程設備對遠程監控終端的特殊要求，其系統要支持遠程的固件升級、數據保存等。同時具備工作效率高、成本消耗低的特點，才能確保遠程監控終端發揮出最大的作用。
1遠程監控終端的組成及功能
遠程監控終端是遠程監控系統中重要的組成部分，其主要由GPRS通信模塊、GPS定位模塊、本地通信模塊以及嵌入主板組成（圖1）。采集監視功能：①各種泵運行、停止、故障、遠程/本地狀態，電流，電壓；②一次供、回水壓力，溫度，流量參數；③二次供、回水壓力，溫度，流量參數；④配電系統參數，總電源三相電壓，三相電流，有功功率，無功功率；⑤監測管網末端的溫度或壓力。控制功能：①通過監控畫面可以遠程啟、停循環泵組；②實現補水泵自動補水；③自動調節一次供水閥；④深井泵自動加水。報警功能：①當循環泵、補水泵、深井泵出現故障時上報到監控中心；②水箱水位、壓力、溫度等超低超高時報警，并將報警信息上報到監控中心。通信功能：①通過GPRS無線網絡向供熱公司調度中心傳輸數據；②通過RJ45接口方式向分中心傳輸數據；③通過RS485接口與現場儀表通信。GPRS通信模塊：將所采集到的各類信息通過實時數據傳輸到遠程監控中心，同時接收遠程監控中心的數據內容。GPS定位模塊：準確、及時地對各種信號進行定位，如對全球衛星的位置、運作軌跡、時間、速度等進行實時跟蹤，確保所接收到數據信息的準確性和及時性。本地通信模塊：連接GPRS模塊、GPS模塊、嵌入主板模塊之間的數據傳輸，協助完成遠程監控終端與礦山和工程機械設備之間的數據交換。嵌入主板模塊：對工程數據進行存儲，并且通過定位對數據進行分析、傳輸等。遠程監控終端還具有以下4個功能特點：①遠程監控終端同采集中心收集數據信息，并且具有回放和轉發數據的功能；②遠程監控終端具有遠程控制的功能，可以通過GPRS通信模塊接收采集站的各種報警信號，并將接收到的信息及時傳送給遠程監控中心；③遠程監控終端具有對數據的配置及存儲功能，對系統內用戶的權限進行管理；④遠程監控終端控制中心可以向任何一個遠程客戶端發送控制指令，同時控制中心還具有對各客戶端調度及查詢功能。
2遠程監控終端的技術原理
遠程監控終端技術是在傳統的監控技術基礎之上，結合計算機網絡數據輸入輸出、視頻無線傳輸技術而創新出的一種更高效的遠程監控技術。目前該技術被廣泛地應用于各行業中。遠程監控技術主要的工作原理是結合互聯網技術、視頻傳輸技術對設備進行實時監控，從而完成對機械設備的跟蹤、監督、控制、診斷、分析、處理、存儲、維修功能。遠程監控技術是由遠程監測和控制兩個方面組成的，例如目前我國常用的BS遠程監控終端系統，就可以實現數據信息在同一個平臺內的轉換和處理功能。因此，在對礦山和工程機械設備的應用中，能夠同時完成對機械設備數據的傳輸、處理、診斷、維修功能，大大降低了人工維修工作量，同時也避免了因工作人員技術原因造成的各種問題，大幅度提高了機械設備的工作效率。
3遠程監控終端的設計
3.1硬件模塊的設計
遠程監控終端的硬件設備是系統構成最基本的要素。在設計時，首先要對礦山和工程機械設備的使用需求進行分析，以確定監控終端要實現的功能形態。而后對硬件結構進行設計，其中包括了對電源模塊、GPRS通信模塊、GPS定位模塊、信號測試模塊、嵌入主板模塊、CPU模塊、CAN通信模塊、調試模塊、充電模塊、CPU輔助模塊等幾大模塊進行結構化整合。在硬件設計中，電源模塊的設計主要是對監控終端進行過壓保護及欠壓保護、斷電保護，保證供電設備的安全性。而通信模式的設計是為了通過通信協議標準串連口的準確連接來實現數據的傳輸和接收，從而保證數據信息的實效性。定位模塊的設計是為了對設備能夠有一個精準的定位，便于及于對設備的位置、運行狀態等數據進行采集和反饋，為提高對設備的管理能力有著十分重要的意義。信號檢測模塊的設計是為了實現對少量外接開關量的模擬量進行數據采集的目的。嵌入主板模塊的設計實現了終端數據讀寫、定位、總線傳輸及各種接線服務功能。滿足了監控終端程序寫入、數據采集、通信代碼輸出等數據處理的需求。CAN通信模塊的設計更多的是考慮有效支持數據分布以及實時控制串連通信接口的數據轉換。調試接口模塊的設計是為了滿足對遠程監控終端運行時的故障進行診斷和調試，從而保障監控終端運行的安全性。充電模塊的設計可以說是一個備用電源，主要用于工程機械設備斷電維修后，設備所需的電量支持，該模塊主要應用在監控終端休眠時間段中。CPU輔助模塊的設計主要是對CPU主板斷電后的設備輔助，保持設備的基本功能正常運轉，保證設備中數據交換、存儲等功能不受影響。
3.2工作模式的設計
在遠程監控終端硬件結構設計完成后，要對終端的工作模式進行設計，監控終端的工作模式設計是整個監控終端的關鍵環節。礦山和機械設備在生產作業中，經常會出現工作狀態異常、停機、檢修情況，需要對監控終端的工作模式和休眠模式下終端的工作流程進行科學的設計和規劃。在工程機械設備的正常運作下，需要時刻保證其對數據信息的采集、處理及分析能力不受影響。因此，在工作模式中要設計標準化工作模式，標準化工作模式主要負責數據信息的采集和處理。某工程企業在對遠程監控終端進行工作模式設計時，為了最大限度提高礦山和工程機械設備的工作效率，該企業采用了標準工作模式設計，該設計最大的優點就在于使用率高，通電即可激活使用，大大節省了設備預啟動時間。同時，設計該模式的優點還在于當設備處于停機或維修狀態下時，標準工作下的休眠模式設計，可以對無數據生產狀態下的設備終端進行監控。另外，遠程監控終端在判斷了設備處于允許休眠設計狀態下時，將自動關閉GPS定模塊，同時斷開網絡連接開關，使設備進入完全休眠狀態，保證監控終端所傳輸的設備信息準確性。
3.3通信協議的設計
通信協議是保證遠程監控終端數據傳輸準時性及準確性的關鍵，在工作模式設計完成后，要根據礦山和工程機械設備的需求，設計出合理的通信協議，提高對PLC等設備數據信息采集處理的能力。目前我國基于礦山主和工程機械設備遠程監控終端最常用的通信協議是數據傳輸—應答模式設計。該種模式采用的工作流程主要是先由遠程監控終端向客戶端發送數據請求，然后由客戶終端對所采集到的PLC數據信息進行加密處理，并返回到遠程監控終端中。
3.4軟件設計
硬件完成后，要進行軟件的設計。軟件設備也稱為程序設計，是確保實現遠程監控終端數據采集、傳輸、分析、處理功能的重要因素。程序的設計不僅要能夠驅動終端設備最底層的硬件，還要根據工程機械設備的工作流程和工作狀態設計出運作模式。同時要根據礦山和工程機械設備實際工作中對數據信息的需求及協議的監控需求，設計出以代碼形式來展現的監控流程，從而實現對設備的遠程監控功能。設備依據現代工程機械設備發展需求，CPU嵌入式ARMCOPTEX-M3系統處理器LPC1778是目前遠程監控終端應用電廣泛的系統。其具有結構簡單、系統集成率高、內核輕薄、功率低、損耗小等優點。而采用支持Cortex-M3/M1/M0等內核處理器，則具有任務處理速度快、初始化速度化、時間與任務同步處理等功能。此外，該程序還具有在μCOS-Ⅱ操作系統下開發的主函數主要進行了系統硬件初始化的特點，同時具備操作系統初始化、初始任務的創建以及多任務處理的開啟功能。
4遠程監控終端的重要性
遠程監控終端被廣泛地應用在各行業中，尤其是近年來，遠程監控終端被大量地用于礦山和工程機械設備生產中。在礦山作業中，大多生產環境較為復雜，機械設備較為繁重，為了保證機械設備運行的穩定性，保障礦山生產的安全性，采用遠程監控終端對其進行監控是十分必要的。通過遠程監控終端傳輸的數據參數，管理人員可以清楚分析出機械設備工作的狀態，便于及時對設備的運行模式進行調整。同時，通過遠程監控終端傳輸的數據，可以控制工程工期，確保工程在規定時間內保質保量完成。其次，遠程監控終端技術是礦山和工程機械設備生產發展的必然趨勢，這主是要因為工程機械設備在遠程監控終端技術支持下，能夠快速將設備的運行數據傳送到監控中心，實現了對工程機械設備實時監控的功能，避免因設備故障無法得到及時處理而造成的損失。
關鍵詞：交換技術；信息通信；計算機技術；優勢
一、引言
近年來，隨著信息通信技術不斷發展，各種相關配置技術措施日益提高和應用，交換技術作為當前信息通信技術的前提和關鍵，其在使用的過程中是不可忽視的信息技術措施。在信息通信技術發展過程中，交換的概念被越來越多的應用，并且在其中發揮著不可替代的重大作用。是通過將傳統的交換設備的部分元件部件化，分別進行控制與媒體的處理模式，使得而這之間能夠進行綜合統一的工作，這種概念一經提出就受到了業界的廣泛認同和重視，并逐漸被推廣。伴隨著當前科學技術的日益發展，各種信息設備和通信設施的不斷完善，其在應用的過程中是不可忽視和避免的通信技術措施。
二、概念
網絡技術發展迅猛，以太網占據了統治地位。為了適應網絡應用深化帶來的挑戰，網絡的規模和速度都在急劇發展，局域網的速度已從最初的10Mbit/s提高到100Mbit/s，千兆以太網技術也已得到了普遍應用。在大規模局域網中，為了減小廣播風暴的危害，必須把大型局域網按功能或地域等因素劃分成多個小局域網，這樣必然導致不同子網間的大量互訪，而單純使用第2層交換技術，卻無法實現子網間的互訪。為了從技術上解決這個問題，網絡廠商利用第3層交換技術開發了3層交換機，也叫做路由交換機，它是傳統交換機與路由器的智能結合。
對于用戶來說，在減低成本的前提下，保證網絡的高可靠性、高性能、易維護、易擴展，與采用何種組網技術密切相關；對于設備廠商來說，在保證用戶網絡功能實現的基礎上，如何能夠取得更為可觀的利潤，采用組網技術的優劣，成為提高利潤的一個手段。
交換技術正朝著智能化的方向演進，從最初的第2層交換發展到第3層交換，目前已經演進到網絡的第7層應用層的交換。其根本目的就是在降低成本的前提下，保證網絡的高可靠性、高性能、易維護、易擴展，最終達到網絡的智能化管理。
三、交換技術在信息通信中的應用
（一）信息通信交換技術的基本要素
在信息交換技術處理中，各種元件和設備都存在著相應的優點與劣勢，是當前信息技術發展的前提關鍵，更是其應用過程中的主要方式和方法。這些特點主要表現在技術的基本要素中，在信息通信技術的應用中也不外乎其以下的幾點：第一，開放的業務生成接口。開放業務的生產結構在當前信息交換技術的應用和處理中有著不可忽視的作用，更是提高當前信息技術應用的前提關鍵。第二，綜合的設備接入能力。信息通信中的交換協議能夠支持多種協議，因此更加寬泛的接受各種設備接入；第三，基于策略的運行支持系統。與其他信息交換技術不同，件換技術重要是基于策略的運行來反饋和運行系統，這就保證了整體系統運行的穩定性。
（二）信息通信交換技術的設計原理及實現目標分析
獨特的設計原理以及廣泛的應用領域是交換技術在信息通信中廣泛應用的主要優勢。交換能夠兼容各種協議，這就保證了其應用能力的廣泛性。信息通信交換技術的基本原理是設法創建一個具有很好的伸縮性、接口標準性、業務開放性等特點的分布式件系統，它獨立于特定的底層硬件/操作系統，并能夠很好地處理各種業務所需要的同步通信協議，在一個理想的位置上把該架構推向摩爾曲線軌道。獨特的設計原理使得交換技術在信息通信中能夠得到最大限度的應用，其主要實現目標包括以下幾個方面。獨立于協議和設備的呼叫處理和/同步會晤管理應用的開發等7個方面的應用，幾乎涵蓋了信息通信所有的領域。
（三）信息通信交換技術優勢分析
與其他信息通信技術相比，交換技術最大限度的兼容和開發了更多的信息交換領域，促進了信息通信技術的發展。其優勢概括而言，主要體現在三個方面。首先，集中化的管理。由于可以兼容各種協議，因此，在系統管理是可以通過很少的服務器管理進行通信管理；其次，減少成本。在傳統的信息通信技術中，由于需要更多的IP以及服務器進行技術支持，使得無論從硬件成本還是件成本上都需要付出相當大的成本，而件換技術恰恰客服了這一缺點；第三，較高的可靠性。件換系統運行于可靠性高、容錯能力較強且符合業內標準的電信級服務其上，其出錯率以及系能穩定上都大大提高，保障了信息通信的連續性。
（四）交換技術應用的必要性
傳統路由器的主要功能是實現路由選擇與網絡互聯，即通過一定途徑獲得子網的拓撲信息與各物理線路的網絡特性，并通過一定的路由算法得到到達各子網的最佳路徑。建立相應的路由表，從而將每個IP包跳到跳（hoptohop）傳到目的地；其次，它必須處理不同的鏈路協議。IP包途經每個路由器時，需經過排隊、協議處理和尋址選擇路由等件處理環節，造成延時增大。同時路由器采用共享總線方式，總的吞吐量受到限制，當用戶數量增大時，每個用戶的接入速率降低。路由器更注重對多種介質類型和多種傳輸速度的支持，而目前數據緩沖和轉換能力比線速吞吐能力和低時延更為重要。
與路由技術相比，交換技術的好處就是速度快，當網絡規模很大時，高速、大容量路由器是十分必要的。另一方面，由于現代通信網絡大都采用光纖技術，所以目前數據網絡的主要瓶頸是結點路由器。現在的第三層交換、路由交換或其他相關名詞都是這種思路的體現。雖然第三層交換最初是為了局域網而設計的，它采用目的IP地址進行交換，但是現在這種技術也已經開始在廣域網中使用。它不需要將廣播封包擴散，而是直接利用動態建立的MAC地址來通信，如IP地址、ARP等，具有多路廣播和虛擬網間基于IP和IPX等協議的路由功能。這方面功能的順利實現，主要依靠專用集成電路ASIC把傳統路由件處理的指令改為ASIC芯片的嵌入式指令，從而加速了對包的存儲轉發和過濾，使得高速下的線性路由和服務質量都有了很高的保證。
14G移動通信技術的基礎性內涵機理
所謂4G，即第四代移動通信技術的簡稱，其高度整合3G與WLAN等技術優勢，能夠確保快速傳輸高質量的視頻、圖像等資源基礎上，賦予人們更加便利的信息服務并彰顯出更加理想的應用價值地位。歸結來講，4G適用于一切移動通信用戶，并且有助于貫徹落實無線網絡、局域網、電視衛星通信等媒介的無縫銜接目標，因此如今在我國工業、交通運輸等產業領域之中全面性推廣沿用。
24G移動通信技術涉獵的主要技術要素
2.1時域與頻域同步技術
該類技術原理，就是配合OFDM調制的傳輸系統和有關設備，在時域和頻域空間進行信息同步傳輸，為了避免OFDM符號初始形態和設備內部振蕩器頻率誤差等因素交織化影響，有關技術人員開始將這部分技術要素貫穿于相同電網相連設備之間的電網之中，使得電網傳輸的同步序列可以同步融入到發送數據的相同信道之上。至于這部分信道將主要借用設備之間的連接模式加以確認，即在合理分解數據和同步序列等接收信號基礎上，劃分為不同類型的頻帶和頻率隊列之中，并且借助時間上的同步算法在單位頻帶之中校驗認證OFDM符號的初始形態，以及本地振蕩器頻率上的誤差跡象，進一步將檢測完畢的頻率范圍和頻帶內部的同步序列等予以估值和組合處理。
2.2信道估計技術
信道估計，即為了確認物理信道對輸入信號的影響效應而開展的定性研究活動，具體來講，就是為了清晰化演算確認發送和接收天線之間無線信道的頻率數值。需要加以強調的是，無線通信系統在工業領域推廣沿用過程中，容易遭受山脈、森林、河流，以及建筑物的影響，尤其是經過反射、衍射、多徑衰落等狀況交織化作用之后，使得最終接收端獲取的信號幅值、相位都會發生突變，無法予以精確化識別認證。在此期間，為了大幅度改善移動通信的抗干擾效果，有關技術人員便有必要針對發射和接收裝置之間的無線信道加以精準化估計，借此貫徹落實4G移動通信信號的無失真傳輸目標。
34G通信技術在工業領域中的應用細節
3.1工業內部安全機制創建方面
即時刻彰顯出4G移動通信技術的安全性，避免相關工業機構中的重要數據信息被隨意竊取。如借由該類移動通信技術構成的混合密碼校驗體系，能夠滿足日后工業主管人員不同等級層次的安全服務需求，在靈活性選取私鑰-公鑰密碼混合體系的同時，創建無線公鑰的基礎性設施，以及以中國移動信息服務系統為核心的安全認證機制。特別是經過4G網絡安全體系逐步透明化之后，有關工業領域中的信息安全控制中心，便實現了獨立于系統存在的目標，在提供開放接口進行端到端信息加密的同時，確保網絡內部各類工作主體均處于完全透明的狀態。
3.2工業可持續改革發展推動方面
4G移動通信技術在工業領域之中持續推廣沿用期間，始終存在一些有待解決的挑戰困境。筆者在此主要結合諸多實際狀況和豐富實踐經驗，整理出后續處理措施：第一，持續強化4G通信技術在研究開發力度，在試運營環節中不斷獲取關鍵性數據信息，為日后該類技術創新化發展和推廣應用，提供豐富的指導性線索。第二，全面處理好網絡IP與通信協議的協調管制事務，保證全國范圍內工業的統一化控制前提下，真正貫徹落實4G網絡的普及目標。經過上述技術改革措施交互式輔助，使得不同區域工業之間能夠實時流改革發展心得，并結合諸多實地考察結果制定富有針對性的控制方案，進一步為特定工業機構可持續改革發展，提供堅實的推動力。
4結語
綜上所述，關于4G移動通信技術在工業領域中的應用，原本就是一類繁瑣的工程項目。筆者在此提供的建議必然存在一定的局限性，因此希望日后相關工作人員結合豐富實踐經驗予以持續完善改進，爭取為日后工業和通信技術同步發展，以及我國綜合國力大幅度提升，做足過渡準備工作。
作者:趙新亞 單位:沈陽職業技術學院
參考文獻：
[1]紀國濤.中國移動通信市場價格博弈影響因素分析及對策[J].企業經濟，2012，16（03）：133-143.
中圖分類號:TN915-34文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)16-0091-03
Implementation and Application of IP Trap
FENG Guo-liang
(Xi’an Railway Vocational & Technical Institute, Xi’an 710016, China)
Abstract:The computer network with its fast development makes the network security become the focus. IP Trap(IP data interception )as the data source and basis for network security analysis becomes one of the most important research subjects. IP Trap is a kind of software used for intercepting TCP/IP level data message, which may conserve the data message that joint the initiate extremity to the terminal end without mending for administrator to analysis. IP Trap software was designed with socket programming by studying, summarizing and researching IP Trap technique and the network protocol. The software adopts C/S(Client-Server)pattern to capture dynamic IP address,the server can exactly intercept and conserve the data associated to the client, and improve the performance of network security analysis. Keywords: socket; IP address; server; protocol
收稿日期:2010-04-26
計算機網絡的飛速發展,使得網絡安全已成為業內關注的焦點[1],IP數據截獲(IP Trap)作為網絡安全分析的數據來源和基礎,自然成為研究的重點之一。
網絡中任一結點的身份標識與結點之間的信息交流都要通過IP地址,這使得IP地址成為非常重要的網絡資源,給網絡安全及網絡配置[2-3]帶來極大的影響。盡管現在有不少軟件介紹了如何防止其他人隨意更改IP地址,防止通過 IP地址進行非法攻擊[4],但是對IP地址的動態活動情況以及數據捕獲和及時分析方面還存在很大差距,這就使IP Trap的研究迫在眉睫。
IP Trap是用來截獲TCP/IP層數據信息的軟件,可以把連接發起端和終端的數據信息無修改地保存下來供分析。通過研究IP Trap,可以從服務器端清楚地統計出網絡用戶的數量,準確地查找出進行安全攻擊的主機地址信息,提高網絡的安全度。
1 相關基礎知識的介紹
1.1 TCP/IP協議的介紹
傳輸控制/網際協議(transfer controln protocol/internet protocol,TCP/IP協議)又稱網絡通信協議,這個協議是Internet國際互聯網絡的基礎。
TCP/IP是網絡中使用的基本的通信協議。雖然從名字上看TCP/IP包括兩個協議,傳輸控制協議(TCP)和網際協議(IP),但實際上TCP/IP是一組協議,它包括上百個各種功能的協議,如:遠程登錄、文件傳輸和電子郵件等,而TCP協議和IP協議是保證數據完整傳輸的兩個基本的重要協議。通常說TCP/IP是Internet協議族[5],而不單是TCP和IP,包括TCP,IP,UDP,ICMP,RIP,TELNETFTP,SMTP,ARP,TFTP等許多協議。
1.2 點對點TCP/IP連接
一個運行TCP/IP協議接入因特網的計算機必須擁有一個惟一的IP地址,才能與網上的其他計算機進行網絡通信。實際上,在任何時刻,Internet連接都能由4個要素來描述: 源IP地址、源地址端口號、目的IP地址和目的地址端口號。
(1) 點對點TCP/IP連接的間接實現
由于大多數上網用戶每次上網都自動獲得一個動態IP地址,這就使兩臺計算機之間建立直接、方便的點對點TCP/IP連接存在一定障礙。解決的辦法是通過間接的方式進行連接,即通信雙方同時登錄到某個提供服務的主機上,由該主機建立雙方的間接連接,網絡電話、網絡尋呼、網絡游戲大都使用這一方法。隨著技術的成熟和發展,這種網絡連接服務可以提供諸如網絡會議、多方通話、多方游戲等服務,已經突破了雙機連接的局限。
(2) 點對點TCP/IP連接的直接實現
支持直接TCP/IP連接的軟件很多,例如微軟的網絡電話軟件NetMeeting,惟一的前提就是雙方必須在聯網時相互獲得對方的動態IP地址,或者更簡單地,只要知道被呼叫方的IP地址即可,這類似于知道被叫方的電話號碼即可建立電話聯系。于是關鍵問題就是捕捉和交換各自的動態IP地址,或者捕捉和自己的動態IP地址,以等待呼叫進而建立連接。
1.3 動態IP地址的捕捉
有許多方法和工具來實現動態IP地址的捕捉[6-7],Windows 系統提供了一個IP配置 (WINIPCFG) 實用程序。使用方法是單擊“開始運行”,在“打開”框中鍵入:winipcfg,出現程序窗口后,可以單擊“詳細信息”進行查看。IP配置實用程序允許用戶或管理員查看當前IP地址和其他與網絡配置有關的有用信息。有關配置信息包括主機名、DNS 服務器、IP地址、網絡掩碼等。可以重置一個或多個IP地址。“釋放”或“更新”按鈕分別釋放或更新一個IP地址。如果希望釋放或更新所有IP地址,可單擊“全部釋放”或“全部更新”。其他工具也可以實現本機IP地址的查詢。
2 軟件的總體設計
2.1 軟件設計思想
本軟件用套接字[8](API)嵌套C語言編程創建突Х務器連接,使用TCP/IP協議創建一個循環的、面向連接的服務器。
在創建主套接字后,服務器主程序進入一個無限循環。在每次循環中,服務器調用accept從主套接字上獲得下一個請求。為了防止服務器在等待客戶的連接時耗費資源,accept調用將阻塞服務器直到有一個連接到來。當有連接到來時,TCP協議進行三次握手來建立連接,在握手過程完成時,服務器端的主程序已抓獲了來訪的數據包,并對其進行分析,以獲得終端的IP地址,但不給終端任何回應;并且系統為到來的連接分配了┮桓霆新的套接字后,accept調用返回新套接字的描述符,并允許服務器繼續執行。如果沒有連接到達,服務器線程就在accept調用處一直阻塞。
2.2 軟件的主要功能
本軟件的主要功能是在服務器端抓獲終端的來訪數據包,并對其進行分析,以提取并記錄下終端數據包的IP地址。
2.3 軟件的設計構架
(1) 設計構架
軟件的設計架構如圖1所示,客戶端(網絡中有很多)在訪問服務器時,發送數據包到服務器,服務器通過截獲數據包,對其分析[9-10]從中獲得客戶端的IP地址,并記錄其IP地址和訪問次數,將數據保存下來供管理員分析。
圖1 網絡物理圖
(2) 軟件數據流向
客戶端發送數據包給服務器端,服務器端截獲數據包將其存儲在數據庫中并對其進行數據分析,以獲得終端的IP地址,數據流向如圖2所示。
圖2 軟件數據流向
3 軟件設計實現
程序用套接字創建客戶/服務器模式,主體用C語言編寫,最后在VC++環境中編譯運行。
3.1 套接字API的簡介
應用層通過傳輸層進行數據通信時,TCP和UDP會遇到同時為多個應用程序進程提供并發服務的問題。多個TCP連接或多個應用程序進程可能需要通過同┮桓霆TCP協議端口傳輸數據,為了區別不同的應用程序進程和連接,許多計算機操作系統為應用程序與TCP/IP協議交互提供了稱為套接字(socket)的接口。
區分不同應用程序進程間的網絡通信和連接,主要有3個參數:通信的目的IP地址、使用的傳輸層協議(TCP或UDP)和使用的端口號。socket原意是“插座”。通過將這3個參數結合起來,與一個“插座”socket綁定,應用層就可以和傳輸層通過套接字接口區分來自不同應用程序進程或網絡連接的通信,實現數據傳輸的并發服務。
3.2 程序中使用的套接字調用
圖3說明了使用TCP的客戶端和服務器在各自使用套接字調用時的順序。客戶端創建套接字后調用connnect連接到服務器,然后調用send發送請求,調用recv 接收響應。使用完該連接后,調用closesocket,而服務器調用bind 指定將要使用的本地協議端口,調用 listen 設置隊列的長度,然后進入循環。
在該循環里,服務器調用 accept 等待下一個連接請求,調用 recv和send與客戶交互,最后調用closesocket終止該連接。然后,服務器返回到調用accept處,等待下一個連接。
圖3 使用TCP的客戶端和服務器的
套接字系統調用的使用序列
3.3 客戶端設計及算法實現
構建戶軟件往往比構建服務器軟件容易的多,因為TCP處理了所有的可能性和流量控制問題。TCP客戶程序使用如下算法建立和服務器的連接,并與它進行通信。步驟如下:
(1) 找到要與其通信的服務器IP地址和協議端口號;
(2) 分配套接字;
(3) 指明此連接需要本地機器中的任意的、未使用的協議端口,并允許TCP選擇其中一個;
(4) 將套接字連接到服務器;
(5) 使用應用層協議與服務器通信(這往往包含發送請求和等待響應);
(6) 關閉連接。
3.4 服務器端設計及算法實現
TCP面向連接傳輸的循環服務器算法步驟如下:
(1) 創建套接字,并將其綁定到服務所使用的熟知地址上;
(2) 將套接字設置為被動模式,使其準備為服務器所用;
(3) 從該套接子上接收下一個連接請求,獲取該連接中新的套接字;
(4) 重復地接受客戶的請求,構造應答,按照應用協議向客戶發回響應;
(5) 完成與某個客戶的交互后,關閉連接,回到步驟(3),以接受新的連接;
4 結 語
本文從網絡互聯協議的介紹開始,通過對網絡安全的分析,以及對IP Trap技術的總結和研究,采用套接字編程,設計了IP Trap算法,實現了IP地址的動態捕獲,使服務器端能準確、高效地截獲并保存客戶端的入侵數據信息,為網絡安全分析提供了有力的支持。
參考文獻
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作者：顧偉民 單位：中國人民信息工程大學信息工程學院
AMOSMail由全球最大的國際移動衛星地面站荷蘭12站和SPECTEC船舶管理軟件公司專門為海運行業設計的船用通信電子郵件方案。通過船岸之間的衛星信道，高效、迅速地傳輸數據，可以為用戶節省85%的時間和金錢。AMOSMail適用于GSM、HF-radio、INMARSAT-B、F、M和C站，主要提供傳真、電子郵件和電傳業務，在使用INMARSAT高速數據HSD（64Kbps）時可以節省50%的費用。此外，AMOSMail系統使用最先進的衛星通信協議，包括糾錯功能，并詳盡設計了船到岸的通信。由于AMOSMAIL軟件對撥號協議進行了優化，使得通過AMOSMAIL進行衛星電話的數據撥號時間大大縮短了移動端與中心端（另一終端）的握手時間，提高了使用效率，節省了通信費用。
對于文件傳輸，AMOSMAIL使用的壓縮功能對文本文件的壓縮比高達80%~90%，對于大多數數據文件的壓縮比為60%。AMOSMAIL同時提供斷點續傳功能，如果在發送郵件的過程中因為意外而發生中斷，下次再連的時候可以在上一次中斷的位置繼續傳輸。這是一般的郵件傳輸軟件所不具備的。在使用一般的郵件軟件（如OUTLOOK）時，如果通過衛星設備上網，在發送或接收一封比較大的郵件時（如：使用MINI-M的2.4K帶寬接收/發送大于100K的數據時）可能發生與郵件服務器發生中斷的可能。而AMOSMAIL的郵件服務器是專為衛星通信網絡設計的，考慮到衛星系統的延時和糾錯功能與一般網絡的差異，從而確保了通信過程中的信道穩定性。通過AMOSMAIL還可以發送傳真，用戶計算機中的文檔文件可以以傳真的形式發送。或通過AMOSMAIL編輯一段文字以傳真的形式發送。電傳功能，只要知道對方電傳號碼，編輯一段文字即可通過AMOSMAIL發送給對方十分方便。短信功能，AMOSMAIL可以向手機發送短信（英文）。當用戶向某人發送郵件后可以通過短信的形式提醒接收方查收。此外，AMOSMAIL還有信息跟蹤功能，當信息（郵件、短信、電傳、傳真）從本地正常發出時有一個確認信息；當發出郵件被閱讀后有一個確認信息，這些信息在軟件中以對話框顯示，便于用戶掌握所發郵件的狀態。如果用戶使用的是局域網系統，局域網內各臺安裝AMOSMAIL軟件的計算機也可以通過局域網內的服務器發送信息。綜上所述，該系統主要具有以下5大特點：1）完全雙向同步接收/發送信息；2）數據壓縮功能，對于大多數數據類型壓縮比為60%，對于文本文件或數據庫文件的壓縮效果將更好；3）縮短調制解調器同步時間和握手時間，從而縮短連接時間，節省費用；4）自動斷點續傳功能；5）記錄所連接的服務器，以便下次再連時節省時間。
SKYFILE郵件系統
SKYEFILE是由法國電信（FRANCETELECOM）利用船舶衛星終端，經法國地面站進行船岸雙向通信的E-MAIL軟件。該系統具有發送郵件、傳真、電傳及數據功能，還能同時收發信息并進行數據壓縮,方便了長電文信息、無法用文字表達的圖片信息的收發，從而提高了傳輸速度,節省了大量的時間和通信費用。該系統可提供INMARSAT-B、F、MINI-M站的E-MAIL業務等。經研究該系統具有以下6大特點：1）數據壓縮：SKYFILEMail內置了數據壓縮功能，能夠提供高達90%的壓縮率，大大減少了連接時間；2）全雙工方式：用戶可以同時收發郵件；3）高效的鏈接：與銥星地面站做直接對接，減少了50%的鏈接耗時，服務更有保障；4）自動恢復：如果連接中斷，程序將自動保存當前郵件和設置；5）電子傳真（e-Fax）：能夠將您的電子文檔傳真到世界上任意一臺傳真機上；6）簡單的操作界面：和常規郵件工具，OUTLOOK、FOXMAIL等，類似的使用習慣，您一定可以很快上手。
從對以上3種船岸電子郵件系統的分析研究可得出，船岸電子郵件系統的基本要素包括支持快速連接、數據壓縮、錯誤判斷、斷點續傳等功能，具備了這些基本功能，船岸通信基本就達到了通信暢通安全、通信費用低的要求。同時各系統也開發了一些其它實用的功能，各具特色，相比之下，荷蘭12站的AMOSMail系統更受用戶的青睞。
【關鍵詞】 自動化控制 網絡結構
宋莊泵站是山東省膠東調水工程的首級泵站，位于壽光市北部，設有35Kv變電所1座，裝有7臺720kw同步電動機組，水泵為1400mm軸流泵，揚程9.0m，斷流方式為真空破壞閥斷流，1989年投入運行。隨著工程設施的老化，該泵站在冬季運行季節，需要加大巡視密度及次數，這就加大了運行人員的工作強度。為了滿足工程需求，解決工作強度矛盾，增加設備可靠性，2005年采用GE30系列PLC（可編程序邏輯控制器）對水機、供電、變電設備進行了自動化系統改造，實現了后臺遙測、遙信，提高了可靠性，減輕了勞動強度，提高了管理水平。
1 網絡結構
計算機網絡體系結構：是指計算機網絡層次結構模型和各層協議的集合。它廣泛采用的是國際標準化組織（ISO）在1979年提出的開放系統互連（OSI-Open System Interconnection）的參考模型。OSI參考模型用物理層、數據鏈路層、網絡層、傳送層、對話層、表示層和應用層七個層次描述網絡的結構，它的規范對所有的廠商是開放的，具有知道國際網絡結構和開放系統走向的作用。它直接影響總線、接口和網絡的性能。目前常見的網絡體系結構有FDDI、以太網、令牌環網和快速以太網等。從網絡互連的角度看，網絡體系結構的關鍵要素是協議和拓撲。OSI/RM的配置管理主要目標就是網絡適應系統的要求。
國際標準化組織（ISO）所制定的開放系統互聯參考模型OSI/ RM（Open System Interconnection Reference Model）是1977年建立的一個分委員進行專門研究以后所提出的。這是一個定義連接異種計算機標準的主體結構。
OSI/ RM 所定義的網絡體系結構具有7個層次，也就是人們所常說的7層模型，七層模型（從下至上）：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。物理層是最下面的一個層次。
物理層的目的在于提供可靠的比特傳輸。物理層的作用在于提供DET和DCE之間比特傳輸的條件。為此，通信線路要有建立、保持和斷開物理連接三個過程，要有為實現這些過程所需的機械的、電氣的、功能的和過程的特性的規定。換句話說，物理層是對實際的通信線路及其工作過程的描述。因而從功能上講，物理層要實現實體之間的按位（bit）傳輸，保證按位傳輸的正確性，并向數據鏈路層提供一個透明的比特流傳輸，在數據終端設備、數據通信和交換設備等之間完成對數據鏈路的建立、保持和拆除操作。例如，在物理層中要描述實際通信線路的插口尺寸、幾何形狀、各個插腳的功能、信號電壓的方向和幅度、信號傳輸速度和持續時間、信號的序列及各位的含義等等贊同。
2 網絡結構形式
宋莊泵站自動化系統的主干通信網絡為光纖自愈環型網，PLC及測控設備以星型方式接入主干網，即自愈式環型以太網和星型網絡混合組網的方式。如圖1所示。通信協議采用了IEC60870-5-103和IEC60870-5-104兩個國際標準通訊規約，網絡層協議為TCP/IP協議，應用層協議采用103和104協議。104協議用于監控信息，103協議用于保護信息。103協議應用層ASDU與TCP/IP網絡組合方式，完全采用104協議組合101協議的方式，即103協議具有與104協議完全相同的APCI傳輸接口，相同的應答和重發機制，這就保證了不同的協議共享相同的物理網絡。
（1）NWJ801網關 網關采用RTOS嵌入式操作系統，通過C語言編程實現規約轉換功能，如圖2所示。可使原本不具備以太網接口的現地層智能設備比如保護裝置、直流裝置、電度表、PLC等其它廠家的外設可以通過網關進行規約轉換后接入到以太網。網關的串口接線采用RJ45接口。根據跳線方式的不同，既可采用RS232接線，也可采用RS485接線。在圖1左側的網關起到PLC處理的監控信息與后臺組態軟件的之間的協議轉換作用；圖中右側的電機保護、變壓器保護（限于尺寸未在此圖畫出）等信息經過RS485線連接后通過網關直接接入以太網。
（2）智能多串口卡MCU-801 MCU-801具有以太網和串口兩種功能，此系統采用的是串口功能，利用RS485通訊。MCU-801起規約轉換的作用，將電度表及溫度巡檢、勵磁裝置、調速器裝置本身的規約轉換成Modbus規約，然后由PLC進行數據保存，將數據存放在固有緩沖區內。最后PLC與網關連接（網關起規約轉換作用），網關將Modbus/TCP規約轉換成104規約上送后臺，如圖2中左側所示。MCU-801程序設置時要注意設置本身IP地址及所連接裝置的地址，由于PLC要讀取MCU-801所帶裝置的遙測和遙信，要把裝置的遙測和遙信配置成轉發表寫入MCU-801中。
關鍵詞：WSDL；XML；SOAP；Web Service；HTTP
中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2007)17-31257-02
Study Of Web Service Technology
SHENG Hong-yan
(Institute of Physics & Electronic Engineering,Ludong University,Yantai 264025,China)
Abstract:This paper discusses relative technologies and standards of Web Service, and enters into the system framework, applied fields and further development of Web Service.
Key words:WSDL;XML;SOAP;Web Service;HTTP
1 引言
Web Service 使用標準技術，通過它，應用程序資源在各網絡上均可用。因為 Web Service 基于標準接口，所以各應用程序即使是以不同的語言編寫并且在不同的操作系統上運行，它們也可以進行通信[1]。因此，Web Service 是生成適用于網絡上不同系統的分布式應用程序的極好方法。
2 標準技術
Web Service 使用的標準技術包括：公開描述其自身功能的WSDL 文件；與其他應用程序進行通信的XML消息（通常使用 SOAP 格式）；標準網絡協議HTTP。
2.1WSDL 文件
Web Service 描述語言 (Web Service Description Language,簡稱 WSDL) 使用標準 XML 格式描述 Web Service的接口信息。通過描述，客戶端可以了解Web Service 的功能，而無需知道 Web Service 的實現細節。如果某個 Web Service 將英語句子翻譯成中文，則其 WSDL 文件將說明應該如何將英語句子發送到此 Web Service，以及中文譯文將以那種數據類型以及如何返回到請求的客戶端。
WSDL 文件包含了客戶端調用 Web Service方法所必需的所有信息：
(1)方法參數和返回值的數據類型
(2)單個的方法名和簽名（WSDL 將方法稱為“操作”）
(3)每個方法可以使用的協議和消息格式
(4)用來訪問 Web Service 的 URL
另外，通過公共和專用的 UDDI(Universal Description, Discovery and Integration通用描述,發現和集成)注冊表可以找到 WSDL 文件[2]。
2.2 XML和SOAP
2.2.1 XML概述
可擴展標記語言（Extensible Markup Language，簡稱 XML）提供了一種公共語言，通過它，不同的應用程序可以在網絡上彼此進行交互。大多數 Web Service 通過 XML 進行通信。客戶端將包含請求的 XML 消息發送到 Web Service提供商那里，然后 Web Service提供商使用包含操作結果的 XML 消息進行響應。大多數情況下，這些 XML 消息將根據 SOAP 語法設置格式。
2.2.2 SOAP概述
Simple Object Access Protocol (SOAP) 指定了一種標準格式，使應用程序可以調用彼此的方法，在彼此之間傳遞數據。請注意，Web Service 可以使用非 SOAP 格式的 XML 消息進行通信。特定的 Web Service 支持的消息類型在其 WSDL 文件中進行描述。
2.3網絡協議
Web Service 利用廣泛使用的協議，如超文本傳輸協議（HyperText Transfer Protocol，簡稱 HTTP）和 Java 消息服務（Java Message Service，簡稱 JMS），接收請求并發送響應。Web Service 可以支持多個協議，它的不同方法可以支持不同的協議[3]。Web Service 支持的協議在 WSDL 文件中進行。
3 Web Service 體系結構
圖1顯示了 Web Service、其客戶端軟件應用程序及其使用的資源（包括數據庫、其他 Web Service 等）之間的關系。Web Service 通過使用標準協議（如 HTTP）交換 XML 消息來與客戶端和各種資源進行通信。
圖1 Web Service體系結構
4 Web Service的應用
4.1在電子商務中的應用
Web Service已經得到了廣泛的認同，可視為是電子商務發展的下一個階段。它把一切都看作服務，這種服務可以在網絡上動態地被發現和組織。利用Web Service的動態特性，企業可以通過自己的 Web Service來動態地出售它們的服務或者調整其應用和業務流程，在市場上搶得先機。
動態電子商務是一種新的企業對企業(B2B)的交易模式。而推動動態電子商務發展的關鍵是Web Service。目前一些大的平臺提供商已經實現了全方位支持動態電子商務所需要的開放標準，從而使企業可以創建、、安全地部署、擁有和管理Web Service。
4.2其他方面的應用
除了Web Service的直接使用以外，在對等 (P2P) 計算領域中，它還有許多精彩的應用。例如，一個 eBay 的 P2P 版本。消費者將一個簡單的拍賣 Web Service安裝到他們的家庭計算機或智能電話上，一旦告訴了拍賣服務您的買賣意向后，它就與世界范圍內的其它拍賣服務聯系，幫您找到適當的買家和賣家。交易在消費者的設備之間直接發生，不需要任何服務器。
一個更大膽的想法是 P2P電話蜂窩網絡，它使用其它中間消費者的電話，而不是基站，進行通信。當您撥打電話時，通話沿著相鄰的蜂窩電話進行路由，到達它的最終目的地。使用這種體系結構，從理論上說，將1萬個蜂窩電話投放到某一區域中，就可以立即在不使用基站或其它傳統電話網絡基礎設施的情況下撥打電話！
5 Web Service的未來發展
5.1完善標準
Web Service所依托的關鍵技術XML，提供了用于定義Web文檔標記(即描述文檔不同部分的要素)和標記之間關系的專用詞匯。數據交換各方的開發人員可以在使用通用標記集合上達成一致。因此，XML具有無與倫比的靈活性和通用性。但它還不是一種很好標準化的技術，由于每次XML傳送包括大量的說明信息，文件長度會迅速膨脹。目前像W3C等業內企業正致力于對XML數據發展標準的定義。
5.2安全和可靠性
Web Service安全方面的標準仍然還在完善的過程中。它缺乏事務完整性、安全、數據隊列、多數據格式支持等基礎部件，不能支持Web的可擴展性以及處理混和的XML語句等[4]。這些問題都急需解決。
6 結束語
Web Service是一種非常有效的工具，它使我們能夠通過互聯網為我們的合作伙伴和客戶提供非專有的、開放的服務和數據訪問。它在現有企業網絡站點和Internet基礎上，通過對原有網絡通信協議（HTTP/SMTP）及XML的封裝，提供集成的分布式網絡模式，為新型的電子商務發展提供了依托。 Web Service的應用無論對Internet還是對電子商務都將帶來革命性的變化。
參考文獻：
[1]Ethan Cerami(美).Web Services Essentials.O'Reilly,2003,5.
1系統設計目標
綜合運用自動化控制技術、網絡通信技術、計算機軟硬件技術建設設備遠程故障診斷處理和運行保障系統。通過這個系統，技術人員可在任何時間、任何地點快速處理遠程客戶現場的設備問題和故障，可以隨時全面掌握客戶現場設備的運行狀況和運行數據，可以建立已售出設備在生命周期內的全面數字檔案。具體目標有以下三個方面:1)能夠在設備研發企業或任意地點遠程判斷和解決客戶現場的設備故障，能夠進行現場設備運行數據的實時獲取、現場運行情況的實時監控、PLC程序的調試和上傳下載;2)能夠隨時對客戶現場的設備運行情況進行獲知，瀏覽客戶現場的設備運行狀況和數據，對設備的健康情況進行檢查，提供設備檢維修建議，將設備的問題和故障消除在萌芽狀態;3)能夠獲取并建立設備在客戶現場的生命周期內的運行檔案，這些運行檔案包括歷史運行數據、檢維修情況、客戶反饋等，相關人員通過對這些數據的分析，形成產品的升級方案和新產品設計方案。
2系統結構設計
本系統分為實時監控與管理系統、工程師站及OPC服務器、操作站及PLC設備三個部分，通過Internet(專線、電話線或2G/3G/4G無線接入)進行連接。如圖1所示(圖中省略了必須的工業交換機、防火墻等網絡設備)。1)實時監控與管理系統。通過OPC服務器將采集的PLC數據進行存儲，并實時顯示遠程設備數據，包括實時狀態、實時數據、報警信息等;2)工程師站。通過Internet對PLC、操作站進行通訊，可對PLC和操作站進行遠程編程和遠程調試;3)OPC服務器。通過Internet對PLC數據進行采集，不進行控制;4)安全路由器。將PLC、操作站接入Internet，可與遠程工程師站、OPC服務器進行通訊，滿足數據傳輸的需要;5)操作站。位于設備現場，對設備進行實際操作;6)PLC(含以太網模塊)。位于設備中的可編程邏輯控制器，需要附帶以太網模塊，可通過以太網進行通訊。
3實時監控與管理系統功能設計
1)ACO數據采集ACO數據采集套件能夠將實時數據從前端生產設備或控制系統等數據源采集到ADC數據庫中;2)ADC數據庫系統以某個對象(如某個工位點)為單位，可實時、連續存儲該對象的所有屬性值，支持大量對象同時存儲，數據存儲格式高度壓縮;3)設備臺賬以ADC數據庫為依托，將企業所有遠程設備臺賬信息集中存放，并在相應頁面可進行針對性查詢;4)設備監視該模塊以ADC數據庫為依托，對各裝置的情況進行實時監視和集中監視。可查詢某工位(設備)的各種數據，查詢接口包括COM派發接口和自定義接口以及Web服務接口(以Asp．NetWeb服務的方式)、SQL接口等，可使各種上層應用組件方便地查詢到生產過程數據的實時值等;5)數據報表系統能夠方便生成各種數據報表，所反映的數據真實而且準確。系統生成報表后，根據日期可以通過網絡較快速地進行查詢;6)趨勢分析該模塊能夠顯示出某段時間內數據變化的情況。實時趨勢能夠反映出當前的數據變化情況，歷史趨勢的數據從歷史數據庫中取出，能夠查看任何時間段內數據的變化情況。通過查看歷史趨勢，可以了解長時間的生產情況;7)報警信息系統利用報警分析模型及時統計歷史報警信息。設備發生故障時，系統有自動報警功能，提供報警級別設置、報警限設置，提供事故追憶功能。當事故發生時，系統產生報警，啟動事故記錄，記錄報警點、報警事件、報警時間等關鍵信息，根據記錄的相關信息，系統可以進行事故原因追憶分析。提供事故追憶的管理功能，管理員及有權限的用戶可以進行事故管理的設定、修改、取消、刪除等操作。系統報警功能的及時性和準確性為生產事故提供分析和決策依據;8)系統管理該模塊是任何一個軟件系統都不可或缺的，用于維護系統的正常運行。系統管理模塊由以下幾個子模塊組成:數據字典模塊為其它模塊在數據記錄新增、修改時提供字段的輸入選擇項，用來規范數據錄入、加快數據錄入速度。數據字典按照企業的實際需要進行分類管理;用戶管理模塊對系統的用戶和用戶組進行管理，用戶和用戶組可根據企業的組織層次和活動目錄用戶體系進行建立;角色權限設置模塊在系統中建立起基于角色的訪問控制機制(BRAC)，使用戶在系統中的操作權限完全依據其關聯的角色的權限設定;系統操作日志模塊中，任何系統登錄用戶的任何操作均被系統登記在案，在本模塊中，可以進行查詢或查看。當操作特定的關鍵數據時，會將操作人員、操作時間、原值、新值等記錄下來，方便進行數據的回溯;系統備份模塊可對系統數據庫及文件進行備份。設定系統數據庫、文件的自動備份操作的時間、存放路徑等，可自動備份。
4關鍵技術
1)系統通用性和標準化由于現場設備所使用的自動化控制系統種類繁多，不同廠商、不同型號的控制系統接口類型、通信方式、通信協議、診斷方法不盡相同，嚴重影響了設備遠程診斷的兼容性，為實現遠程診斷和處理方法的統一，必須建立通用的診斷標準，包括診斷分析標準、通信接口標準和通信協議標準等;2)數據壓縮與傳輸技術遠程故障診斷處理和運行保障系統在應用過程中需要將大量的遠程設備數據進行傳輸和存儲。這些數據在遠距離傳輸時對網絡的帶寬、穩定性和可靠性要求較高，但由于設備現場Internet接入條件參差不齊，有許多現場具備了專線或3G、4G無線接入條件，而仍有現場僅具備2G無線網絡或56KModem電話線接入條件，這就需要尋求一種有效的壓縮算法，以期將設備數據壓縮到最低進行傳輸，這是一個關鍵的技術問題;3)網絡傳輸的安全性遠程故障診斷處理和運行保障系統所傳輸的設備數據中包含遠程控制指令，如果網絡傳輸的安全性得不到保障，遠程故障診斷處理和運行保障將失去意義。網絡傳輸中信息的安全性包括完整性、保密性和可用性三個要素。信息的完整性是指存儲和傳輸過程中不被非法修改、破壞甚至丟失;信息的保密性是指保護信息不受非授權用戶越權使用;信息的可用性是指當需要時能否正常存取所需信息，保障傳輸信息準確無誤。通常采取的安全措施有在Internet入口處設置防火墻、對傳輸數據進行加密處理等。
5結束語
本系統的開發與實施，提高了制造企業設備故障處理響應速度和處理能力，并為提前感知、發現設備故障或問題提供了可能，降低了故障停機給客戶造成的損失，提升客戶對產品質量的滿意度。同時，對制造企業來說，不僅大幅減少了到客戶現場進行設備故障處理的差旅費用，而且建立起了所售設備在生命周期內的運行檔案和檢修、維修檔案，實現這些產品數據的數字化管理，形成寶貴的知識資產，對產品運行檔案、故障處理檔案、檢維修檔案進行綜合分析，為產品改進和新產品設計提供有效的數據支持。
作者：王鵬 單位：中色科技股份有限公司
Abstract: This paper introduces the structure, test method of remote fiber monitoring system (RFTS) andits combination circumstances with telecommunications management network (TMN), and outlines some typical RFTS systems to clarify its application and development trends. At the same time, it discusses the elements influencing the test accuracy of optical time domain reflectometer (OTDR) and measures for eliminating test error.
關鍵詞: 遠程光纖監測系統;光時域反射儀;光纖測試方法;測試誤差
Key words: remote fiber monitoring system;optical time domain reflectometer;fiber testing methods;test error
中圖分類號:TP315文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)26-0153-01
0引言
光纜線路自動監測系統是一種利用計算機和通信技術以及光纖特性測試技術,對光纖傳輸網進行遠程分布式實時監測,并將光纜線路的狀態信息集中收集、處理和存儲的自動化測控系統。光纜線路自動監測系統有兩種:一種是對光纜線路的金屬鋼帶或鋁帶的破損情況進行監測;另一種是對光纜線路的纖芯進行檢測,是目前推廣使用的方法.本文僅討論后者。
1遠程光纖監測系統(RFTS)
RFTS是用光時域反射儀(OTDR)來監測光纖網絡的一套智能型、模塊化、分布式監測系統。該系統通過遠程測試單元(RTU,Remote TestUnit),在預定的時間里,對被監測光纖網絡進行OTDR測量。測量結果與基準測量值比較,如果偏移超過閥值,則實時告警并傳送到RFTS中心局的控制部分。由于應用了開放式通信協議,因而易于集成在用戶的網絡系統之中。
1.1 系統組成RFTS由中央監測臺、RTU、光路測試切換裝置(OTAU)及光纖耦合模塊(FCM)四個子系統組成,除了FCM是被動設備外,其它三項子系統均具有自我診斷與維護功能。
1.1.1 中央監測臺(TSC)TSC是系統的操作中心,監測各機房RTU的測試資料。通過它監視各子系統,也可進一步通過連線上的RTU,針對特定光纖進行更仔細的測試。提供FAX、傳呼機等多種告警方式。
1.1.2 遠程測試單元(RTU)RTU可根據管理人員預先設定的程序或操作,24h測量光纖網絡品質。RTU還配有新式的OTDR,具有高的動態測試范圍,低的事件盲區。提供1.31、1.55、1.625μm的測試波長,滿足目前業界對離線測試或在線測試的需求。
1.1.3 光路測試切換裝置(OTAU)在星狀與樹狀結構的光纖網絡中,OTAU可將RTU的測試信號切換到不同的受測光纖上。
1.1.4 光纖耦合模塊(FCM)FCM是在線測試應用中的一個專用子系統,提供受測光纖與RTU測試光波的耦合與分解,并具有高隔離度、低損失、低反射的特性。FCM采用模塊化單體設計,可以內裝不同的光分波多功能單元(WDW)和光濾波器等光纖被動單元。
1.2 測試方法使用RFTS進行光纖鏈路的自動測試,主要有三種方法:第一種是暗光纖離線測試。即只測試光纜內的空閑(備用)光纖。該方法只能監測影響整個光纖的災難性故障,而不提供每根工作光纖芯線的信息,不能用于一級干線。第二種是利用WDM技術對工作光纖進行有源光纖在線測試,提供每根在用光纖的質量和可用性信息,檢測機械應力或化學損傷引起的緩慢惡化,并作預防性修理.該方法斷線判斷準確。第三種是測試中斷業務的工作光纖。該方法僅需一臺可綜合系統信號和測量信號的設備(一個與波長無關的耦合器或是一個光交換模塊)。業務可以通過另一個環路迂回,工作波長可等于傳輸波長,比較適合于雙向環結構。
1.3 RFTS與電信管理網(TMN)的結合ITU-T已經規定了TMN的全球標準。光纖本身是一個完全的無源網元,不能直接按照TMN的含義進行管理。為將光纖納入TMN框架,RFTS將完全綜合于一個標準的TMN環境中,與RTU和光纖一起構成能被管理的網元。作為網元管理器,操縱和控制所有RTU的TSC經Q3接口與其它的網絡管理機構對話。Q3接口不僅規定通信用協議和消息,還包括管理信息庫(MIB)和與信息有關的對象結構。
2典型的光纜自動化監測系統
目前運用最多的光纜自動化監測系統是HP系列的RFTS。以下將分代論述。
2.1 RFTS100RFTS100是HP81700系列的第一代產品,包括一至多個OTDR、一個光交換模塊(用于多纖共享OTDR)和一臺控制用PC機。使用調制解調器通過普通電話網可接入幾個OTDR,故障定位快速、準確,并可用作日常維護。還可通過自動周期性測量分析長期退化。
2.2 HP第二代RFTS系統由TSC、RTU、告警接口單元(AIU,Alarm Interface Unit)和相應的系統軟件組成,采用模塊化、分布式體系結構,通過開放式通信協議可以非常方便地集成到網絡中。它可監測整個光纜網的運行狀態,及時發現線路劣化趨勢并做預防性維護。作為一個網元管理系統,它符合TMN架構,具備了Q3標準接口,可與其它網管系統在Q3上實現互聯,避免了將來建設TMN的重復投資。
2.3 最新發展HP公司新一代光纜網絡管理系統Access Fiber,它以數據庫為核心,采用客戶/服務器結構,提供基于Windows NT的圖形用戶界面,是集網絡規劃、維護和管理于一身的網絡信息管理系統。一個中心數據庫可連接多臺圖形用戶終端,便于數據共享和不同的維護需求。
3光時域反射儀(OTDR)
OTDR是RFTS不可缺少的測試設備,其精度受各種因素的影響。
3.1 OTDR的測試誤差及其原因分析OTDR通常測試的基本參數為:距離、光纖損耗、事件損耗、鏈路損耗、回波損耗和鏈路回波損耗.這里僅談距離測試。距離測試指兩點間的光學距離。
影響距離測試誤差的原因有:①光纖長度與光纜皮長不同。②直埋光纜的長度與地面長度存在誤差。③架空光纜與桿路長度之間存在著偏差。④單向測量誤差。⑤儀表操作員對光纖折射率取值不對產生偏差。⑥儀表操作員本身會產生誤差。
