数据通信网（共12篇）
数据通信网 篇1
0 引言
随着智能电网建设和国家电网公司“三集五大”体系的推进, 电力通信承载业务逐步向多业务接入、互动化方向发展, 网架结构及设备向融合化、一体化方向发展, 承载网向大流量、IP化方向发展。为应对新的变化和挑战, 结合电力信息通信融合的发展趋势, 需要对现有通信业务数据网进行改造, 新建数据通信网, 改变传统的业务应用需要依赖多个分离的系统、并且只能提供部分通信服务的局面, 推动电力信息与通信的融合, 推动集约化发展, 强化精益化管理, 提高综合竞争力。
1 杭州电力通信业务数据网现状及需求
杭州地区电力通信业务数据网包括由通信专业部门组建的软交换数据网、高清会议系统数据网、图像监控系统数据网3张独立的专业数据网, 用于承载以上3类通信业务;信息专业部门组建的管理信息网用于承载电力系统内部各信息内网的数据流量;自动化专业部门组建的调度数据网用于承载调度自动化Ⅰ区和Ⅱ区的业务。杭州地区电力通信业务数据网存在以下问题。
1) 随着通信业务逐渐递增, 业务数据网络存在多个平面, 导致网络运维过于复杂。
2) 数据网络覆盖不全, 无法满足视频会议系统、视频监控系统、行政软交换、管理信息等各种综合数据业务接入的需求。
3) “单业务专网”建设模式下, 各业务数据不能共用, 提高了建设成本。
4) 随着网络平面和网络设备的增多, 大量占用传输通道、端口、IP等稀缺资源。
5) 管理信息网、软交换数据网、高清视频会议网等业务系统分别承载在完全隔离的数据网络上, 无法实现业务的互联互通与业务的增值, 不利于业务系统向桌面延伸。
6) 管理信息网无法满足全程开通虚拟专用网络 (Virtual Private Network, VPN) , 难以保证服务质量 (Quality of Service, Qo S) 和业务安全性的要求;调度数据网没有覆盖各行政生产单位, 无法承载语音业务, 站点出口带宽小, 无法承载监控视频流。
伴随“三集五大”的深入实施和组织构架的调整, 电力通信网正处于一个关键的转型时期, 数据网承载的业务将呈现宽带化、IP化、多媒体化、融合化、接入技术多样化的发展态势, 迫切需要对现有通信业务网进行改造, 并引入新的组网建设模式和运维管理模式来建设数据通信网, 构建具有高可靠性、高传输速率的数据通信网, 保障各项信息业务的正常、高效运行。
2 建设目标和原则
杭州电力数据通信网建设总体目标为:新建数据通信网覆盖市局大楼、区县局大楼、35~500 k V变电站、供电所、营业厅、市局直属单位;短期内承载行政软交换业务, 同时满足后续各站点视频监控、视频会议、通信支撑等其他数据业务接入需求;主要节点采用全路由设备组网, 支持MPLS VPN, 满足多业务数据传输安全需要, 并实现端到端的Qo S保障;实现主要节点双设备双路由, 保证数据通信网络的设备可靠性和通道可靠性。
数据通信网建设遵循以下原则。
1) 网络扁平化。随着IP技术的发展, 通信网络逐渐面向全IP网络发展, 使网络建设节省大量的投资, 最终实现网络的各种接入, 形成“大容量、少节点、扁平化”网络。
2) IP与传输协同发展。随着业务的发展, 带宽提升加速, IP设备端口数量和单端口流量都有所增长。SDH/MSTP设备容量较小, 只适应GE以下小颗粒业务的承载, 而不适应大颗粒业务的承载。根据业务流量、流向特点及传输技术的特性, 在数据通信网核心层引入光传送网 (Optical Transport Network, OTN) , 接入层和汇聚层引入分组传送网 (Packet Transport Network, PTN) 或无线接入网IP化 (IP Radio Access Network, IP RAN) , 实现业务灵活调度, 面向IP的多业务一网承载[1]。
3) 网络资源优化配置。新建数据通信网, 实现信息通信业务融合, 网络可基于Diff Serv架构的Qo S技术体系实现对不同业务的保障, 基于IP Precedence和MPLS EXP标记位, 可最大支持8个业务等级分类。Qo S技术能在网络故障或者拥塞情况下, 实现业务等级区分, 保证对高等级业务优先提供服务, 提高网络资源的利用效率。
4) 引入下一代互联网IPv6技术。电力业务数据网终端数量大, 除公网传统的通信终端、计算机终端外, 更多的是具有电力行业特点的智能电表、用电交互终端、电网控制终端、风光储传感设备等, 设备数量目前正在以亿级规模增加, 采用IPv4私网地址的管理方式已经无法满足发展需求。IPv6海量的地址空间是保障智能电网建设运行, 提升业务承载能力、安全保障能力和一体化管控能力的关键, 也是落实国家下一代互联网发展整体战略的重要基础[2]。
3 建设方案
3.1 组网方案
杭州电力数据通信网采用网络分层结构, 由核心层、汇聚层、接入层实现全路由组网。核心层和汇聚层设备采用双设备双路由连接, 接入层设备根据光缆敷设情况接入汇聚层。网络拓扑结合光纤资源和SDH传输网建设情况, 充分利用SDH环网资源, 加强数据通信网络通道的可靠性。
3.1.1 核心层组网方案
核心层通过核心路由器实现与信息广域网的互联, 同时对市区及县区汇聚层流量进行汇聚和高速转发。杭州电力数据通信网核心层新建杭州电力大楼、候潮变供应商路由器 (Provider, P) 设备各1台, 通过万兆链路口字型上联信息广域网边缘层设备, 对市区及七县区汇聚层流量进行汇聚和高速转发。核心设备间通过2×GE链路互联。杭州地区数据通信网核心层拓扑如图1所示。
3.1.2 汇聚层组网方案
杭州电力数据通信网选取杭州电力大楼和候潮变、萧山局新大楼和老大楼、余杭局和勾庄变、富阳局和中埠变、临安局和青云变、桐庐局和桐庐变、建德局和下涯变、淳安局和排岭变16个节点组建汇聚层, 每个节点各部署1台汇聚层边缘路由器 (Provider Edge, PE) 设备, 两两成组。汇聚层PE路由器设备通过GE链路双上联至杭州局、候潮核心层P设备, 下联端口根据接入层设备数量进行配置。汇聚层主要完成的任务是对各业务接入节点的业务汇聚、管理和分发处理。汇聚层起着承上启下的作用, 对上连接至核心层, 对下将各种数据业务分配到各个接入层的业务节点。
汇聚层网络架构可采用环形结构或口字型结构:环形结构拓扑构建汇聚层主备双环, 每个汇聚层节点采用手拉手方式保证与2个不同的节点连接, 形成自愈路由;口字型结构中市、县汇聚层各配置2台路由器, 路由器间互联, 并采用口字型上联方式, 每个汇聚节点保证与2个不同的核心层设备连接, 提高网络可靠性。
环形结构的可靠性高, 对主链路路由设备的依赖程度比口字型结构低, 但由于增加了网络层级, 网络延时抖动增大, 不符合网络扁平化的趋势。而口字型拓扑网络结构简单明晰, 双路由可靠性高, 应用业务穿越子网路由直径最短, 有助于缩小网络延时, 加快网络收敛, 提高网络性能。电力数据通信网未来将承载大量视频类业务, 流量以汇聚型为主, 横向穿越流量较少, 收敛型的口字型网络更符合电力数据通信流向特点, 因此推荐本次地区数据通信网建设采用口字型拓扑网络。杭州地区数据通信网络汇聚层拓扑如图2所示。
3.1.3 接入层组网方案
杭州数据通信网接入层覆盖112个供电所/营业厅、18个市直属单位、332个35~550 k V变电站。接入层供电所/营业厅、市直属单位部署2台三层交换机, 采用GE裸纤上联, 口字型双挂汇聚层;接入层变电站各部署1台接入PE路由器, 采用FE电口接入传输设备, 通过传输环网端口汇聚后双上联至汇聚层, 从而实现对上连接至汇聚层和核心层, 对下进行带宽和业务分配, 实现用户各类业务的接入。
结合杭州电力光纤资源和中心城区接入层MSTP传输网络建设情况, 杭州地区数据通信网杭州市区接入层拓扑如图3所示。
3.2 MPLS VPN方案
MPLS VPN是利用MPLS标记交换实现的VPN, 其中三层MPLS VPN基于边界网关协议, 扩展性好, 标准化程度高, 具有Qo S功能, 可应用于高服务级别的用户。
3.2.1 MPLS VPN方案设计
数据通信网支持MPLS VPN, 核心层、汇聚层节点覆盖杭州局及7个县局。因此使用这张数据通信网承载业务数据, 可以开展省地、地县间的MPLS VPN业务。
本项目在市局、流量汇聚变电站部署2台核心P设备, P设备也可以作为PE使用, 直接承载业务。在数据通信网汇聚层节点部署汇聚PE路由器, 接入变电站部署专用的VPN PE路由器, 承载VPN业务。降低VPN和网络路由之间的相互影响, 从而提高业务扩展性。
用户路由器 (Customer Edge, CE) 与PE间采用RIPv2、EBGP、OSPF、静态路由等路由协议, CE无需支持MPLS。在PE与CE之间, 建议优先采用静态路由协议, 也可根据需求使用OSPF、RIPv2、BGP等动态路由协议。
3.2.2 MPLS VPN业务接入
各级变电站部署接入层PE路由器, 实现本地VPN业务的划分接入。供电所/营业厅三层交换机业务接入, 需要在本地实现VPN的划分, 并实现本地的三层交换功能。由于低端交换机一般不支持MPLS VPN的PE功能, 为了提供本地划分VPN, 需要在接入交换机上启动MCE功能, 通过MCE功能划分VPN[3]。变电站业务接入示意如图4所示, 供电所/营业厅业务接入示意如图5所示。
在各站点的接入交换机上启动MCE功能, 并为不同的应用系统相应地定义多个VPN。在交换机上定义多个VLAN, 不同的业务系统放在不同的VLAN中, 并将不同的VLAN端口 (三层端口) 指定在不同的VPN中。接入交换机与上游的汇聚交换机之间通过Trunk端口连接, 上游设备为PE设备。MCE上联的Trunk端口中开通多个VLAN端口, 不同的VLAN指定到不同的VPN中。上游PE交换机上配置多个子端口, 每个子端口与MCE Trunk中的VLAN端口一一对应, 每个子端口都指定到PE交换机所配置的VPN中。
当一种VPN业务数据进入MPLS骨干网, 在PE路由器与CE路由器连接的接口处可辨别出该CE路由器为哪个VPN所属, 进而到相对应的VRF中去读取下一跳的接口和标签, 将其作为内部标签加入标签协议栈。通过继续查找自身的全局路由表, PE路由器获得下一跳的接口和标签后, 将其作为外部标签加入标签协议栈, 并从相应的接口将加入两层标签的数据包发给P路由器。在MPLS骨干网内部, P路由器按照外部标签转发数据包直到出口PE路由器。在出口PE路由器处, PE路由器除去数据包标签, 将其作为普通IP数据包转发给和它相连的CE路由器[4]。
3.2.3 MPLS VPN服务质量
MPLS可依据不同类型的业务服务质量要求提供不同等级的Qo S特性, 建议按照其服务质量要求对不同的业务划分不同等级的Qo S。在PE路由器上对不同业务流进行流量区分和控制, 设置与之相对应的Qo S标记, 同时复制到MPLS标签的EXP域里面, 在P路由器中依据EXP域的不同优先等级进行队列调度。
3.3 Qo S规划方案
Qo S的实现原则是在边缘实现业务的标记和分类, 根据Qo S标记实现分类转发, 根据设备的物理和逻辑子端口、标记字段、源IP地址、应用层端口号等实现Qo S分类。汇聚层以上广域MPLS VPN网络采用MPLS EXP优先级进行标识;汇聚层以下内部IP路由网络采用差分服务代码点 (Differentiated Services Code Point, DSCP) 标识;在边缘汇聚设备上启用MPLS EXP和IP DSCP的优先级映射关系, 对语音、视频业务进行带宽限速[5]。
电力数据通信网以链路轻载为基础, 结合路由快速收敛、快速重路由和Diff Serv技术, 实现网络内的Qo S保障, 从而保证数据通信网络的稳定性、可用性和服务区分能力。本文基于VLAN应用Qo S策略。
1) 带宽分配。在初期, 根据各类业务的预测流量和确定的带宽预留倍数来预留各等级所占的带宽比例。将来可结合网管等手段, 统计和采集各类业务的流量比例, 再优化Qo S实施策略。分配带宽时, 预留一定的带宽作为空闲带宽, 以调节各等级之间的带宽平衡, 并在链路拥塞时优先保证高等级队列获得更多的带宽。各类业务Qo S带宽保证列表见表1所列。
2) Qo S转发策略。电力数据通信网络为关键业务 (含控制流量和语音流量) 提供优先等级服务, 保证其优先使用带宽。对于非关键业务, 根据业务优先等级采用加权轮循方式共享带宽, 配备WRED丢包机制, 根据业务优先等级配置不同的WRED参数, 从而实现IP包Qo S转发策略。整形和限速在业务接入设备上进行, 一般针对非电信自身的业务进行流量控制。
3) IPv6技术。为了应对新业务变化和地址资源枯竭带来的挑战, 保证未来网络和业务的可持续发展, 实现向下一代互联网的平滑演进, 数据通信网设备要求在不影响性能和稳定性的前提下支持IPv4和IPv6的双栈运行, 并尽可能支持IPv6的硬件转发。向下一代互联网过渡初期, 数据通信网可通过6PE/6VPE方式提供IPv6业务。通过在汇聚层PE路由器上开启6PE/6VPE功能, 使用现有的IPv4MPLS骨干网, 通过MP-BGP分发IPv6路由将IPv6的孤岛连接起来, 在IPv4 MPLS骨干网中, 使用顶层MPLS标签实现数据报文转发, IPv6的数据包对骨干网的P路由器是透传的。该方式对上层核心网络可以不做任何改动, 只需PE路由器支持IPv4/IPv6双栈即可。后期根据IPv6业务增长情况开通IPv4/IPv6双栈, 使全网具备Native IPv6承载的能力。
4 结语
本文采用MPLS VPN技术新建杭州电力数据通信网, 网络主要节点均为双设备与双路由, 实现业务隔离和端到端的Qo S保障。网络建成后, 平台容量和业务承载质量将得到大幅提升, 将更好地解决因智能电网发展而爆发式增长的数据业务和应用, 在“三集五大”体系推进中实现通信网络的扁平化和统一部署, 促使数据通信网向IP化、宽带化、多样化的趋势发展。因此, 建立电力数据通信网是电网数字化发展的必然要求。
参考文献
[1]李如振, 王海洋, 杨雪, 等.山东电力PTN数据承载网规划及建设方案[J].电力系统通信, 2011, 32 (6) :12–17.LI Ru-zhen, WANG Hai-yang, YANG Xue, et al.The planning and construction scheme of PTN data transport network of shandong electric power company[J].Telecommunications for Electric Power System, 2011, 32 (6) :12–17.
[2]叶颖.漳州地区电力数据通信网解决方案[J].中国高新技术企业, 2012 (21) :130–132.YE Ying.Construction solution of power communication network in Zhangzhou[J].China High Technology Enterprises, 2012 (21) :130–132.
[3]李礼琴, 商继均.地区光传输及数据通信网业务的综合应用[J].山西科技, 2012, 27 (2) :37–39.LI Li-qin, SHANG Ji-jun.Comprehensive application of regional optical transmission and data communication network services[J].Shanxi Science and Technology, 2012, 27 (2) :37–39.
[4]梁超凡.MPLS技术在电力数据通信网建设中的应用[J].广西质量监督导报, 2008 (10) :56–59.LIANG Chao-fan.Application of MPLS technology in the construction of power communication network[J].Guangxi Quality Supervision Guide Periodical, 2008 (10) :56–59.
[5]周欣.江西省电力数据通信网建设探讨[J].江西电力, 2009, 33 (4) :32–35.ZHOU Xin.Discussion of Jiangxi power communication network construction[J].Jiangxi Electric Power, 2009, 33 (4) :32–35.
数据通信网 篇2
数据通信不同于电报、电话通信，它所实现的主要是“(通过终端)-机(计算机)”通信与“机-机”通信，但也包括“人(通过智能终端)-人”通信。数据通信中传递的信息均以二进制数据形式来表现。数据通信的另一个特点是它总是与远程信息处理相联系的，是包括科学计算机、过程控制、信息捡索等内容的广义的信息处理。
数据通信系统是由计算机、远程终端和数据电路以及有关通信设备组成的一个完整系统。任何一个远程信息处理系统或计算机网都必须实现数据通信与信息处理两方面的功能，前得为后者提供信息传输服务，而后者则是在利用前者提供的服务基础上实现系统的应用。
为了实现数据通信，必须进行数据传输，即将位于一地的数据源发出的数据信息通过传输信道传送到另一地数据接收设备。为了改善传输质量、降低差错率、并使传输过程有效地进行，系统根据不同应用要求，规定了不同类型的具有差错控制的数据链路控制规程，这些规程有的符合国际标准，有的是国家标准，也有的是公司自己制定的，
但对开放性的用户接口通常是采用国家标准或国际标准，以利于互连互通。
数据交换的方式主要有两种：即电路交换和分组交换，其中分组交换在实际的数据网中较多采用。在一个采用分组交换的数据网中，除了在相邻交换节点之间实现数据传输与数据链路控制规程所要求的各项功能外，在每一交换节点上尚需完成分组的存储与转发、路由选择、流量控制、拥塞控制、用户入网连接以及有关网路维护、管理等诸方面的工作。通信协议是是准确有效地进行通信所必须遵循的规则和约定。它可以分为两类，一类是与数据通信网(从计算机网构成来讲，有时也称之为通信子网)有关的协议，包括网内节点与节点间，以及网与端系统间的协议。另一类是端系统与端系统之间的协议，它们是在前一类协议所实现的功能基础上，为了实现端系统间的互通与达到一定的应用目的所必须的协议。
简析数据通信技术 篇3
【关键词】 数据通信 原理 分类
数据通信是以“数据”为业务的通信系统，数据是预先约定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。数据通信是20世纪50年代随着计算机技术和通信技术的迅速发展，以及两者之间的相互渗透与结合而兴起的一种新的通信方式，它是计算机和通信相结合的产物。随着计算机技术的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展，数据通信应运而生，它实现了计算机与计算机之间，计算机与终端之间的传递。由于不同业务需求的变化及通信技术的发展使得数据通信经过了不同的发展历程。
1. 通信系统传输手段
电缆通信：双绞线、同轴电缆等。市话和长途通信。调制方式：SSB/FDM。基于同轴的PCM时分多路数字基带传输技术。光纤将逐渐取代同轴。
微波中继通信：比较同轴，易架设、投资小、周期短。模拟电话微波通信主要采用SSB/FM/FDM调制，通信容量6000路/频道。数字微波采用BPSK、QPSK及QAM调制技术。采用64QAM、256QAM等多电平调制技术提高微波通信容量，可在40M频道内传送1920～7680路PCM数字电话。
光纤通信：光纤通信是利用激光在光纤中长距离传输的特性进行的，具有通信容量大、通信距离长及抗干扰性强的特点。目前用于本地、长途、干线传输，并逐渐发展用户光纤通信网。目前基于长波激光器和单模光纤，每路光纤通话路数超过万门，光纤本身的通信纤力非常巨大。几十年来，光纤通信技术发展迅速，并有各种设备应用，接入设备、光电转换设备、传输设备、交换设备、网络设备等。光纤通信设备有光电转换单元和数字信号处理单元两部分组成。
卫星通信：通信距离远、传输容量大、覆盖面积大、不受地域限制及高可靠性。目前，成熟技术使用模拟调制、频分多路及频分多址。数字卫星通信采用数字调制、时分多路及时分多址。
移动通信：GSM、CDMA。数字移动通信关键技术：调制技术、纠错编码和数字话音编码。
2. 数据通信的构成原理
数据终端（DTE）有分组型终端（PT）和非分组型终端（NPT）两大类。分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端（TeLetex）、用户分组装拆设备（PAD）、用户分组交换机、专用电话交换机（PABX）、可视图文接入设备（VAP）、局域网（LAN）等各种专用终端设备；非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终端设备（DCE）组成，如果传输信道为模拟信道，DCE通常就是调制解调器（MODEM），它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换；如果传输信道为数字信道，DCE的作用是实现信号码型与电平的转换，以及线路接续控制等。传输信道除有模拟和数字的区分外，还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接，通信结束后再拆除；专线连接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端设备输入的数据。
3. 数据通信的分类
3.1 有线数据通信
数字数据网（DDN）。数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成。DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说DDN是把数据通信技术、数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。数字信道应包括用户到网络的连接线路，即用户环路的传输也应该是数字的，但实际上也有普通电缆和双绞线，但传输质量不如前。
分组交换网。分组交换网（PSPDN）是以CCITTX.25建议为基础的，所以又称为X.25网。它是采用存储——转发方式，将用户送来的报文分成具用一定长度的数据段，并在每个数据段上加上控制信息，构成一个带有地址的分组组合群体，在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通路，为多个用户同时使用，网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能，但网络性能较差。
帧中继网。帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3部分组成。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内，加上寻址和控制信息后在网上传输。
3.2 无线数据通信
无线数据通信也称移动数据通信，它是在有线数据通信的基础上发展起来的。有线数据通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的，因而有可能实现移動状态下的移动通信。狭义地说，移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与有线数据网互联，把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。
4. 网络及其协议
4.1计算机网络
计算机网络（ComputerNetwork），就是通过光缆、双绞电话线或有、无线信道将两台以上计算机互联的集合。通过网络各用户可实现网络资源共享，如文档、程序、打印机和调制解调器等。计算机网络按地理位置划分，可分为网际网、广域网、城域网、和局域网四种。Internet是世界上最大的网际网；广域网一般指连接一个国家内各个地区的网络。广域网一般分布距离在100-1000公里之间；城域网又称为都市网，它的覆盖范围一般为一个城市，方圆不超过10-100公里；局域网的地理分布则相对较小，如一栋建筑物，或一个单位、一所学校，甚至一个大房间等。
局域网是目前使用最多的计算机网络，一个单位可使用多个局域网，如财务部门使用局域网来管理财务帐目，劳动人事部门使用局域网来管理人事档案、各种人才信息等等。
4.2网络协议
网络协议是两台计算机之间进行网络对话所使用的语言，网络协议很多，有面向字符的协议、面向比特的协议，还有面向字节计数的协议，但最常用的是TCP/IP协议。它适用于由许多LAN组成的大型网络和不需要路由选择的小型网络。TCP/IP协议的特点是具有开放体系结构，并且非常容易管理。
TCP/IP实际上是一种标准网络协议，是有关协议的集合，它包括传输控制协议（Transport Control Protocol）和因特网协议（InternetProtocol）。TCP协议用于在应用程序之间传送数据，IP协议用于在程序与主机之间传送数据。由于TCP/IP具有跨平台性，现已成为Internet的标准连接协议。网络协议分为如下四层：网络接口层：负责接收和发送物理帧；网络层：负责相邻节点之间的通信；传输层：负责起点到终端的通信；应用层：提供诸如文件传输、电子邮件等应用程序要把数据以TCP/IP协议方式从一台计算机传送到另一台计算机，数据需经过上述四层通信软件的处理才能在物理网络中传输。
目前的IP协议是由32位二进制数组成的，如202.0.96.133就表示连接到因特网上的计算机使用的IP地址，在整个因特网上IP地址是唯一的。
结语
总之，随着因特网技术的不断发展，数据通信技术将得到越来越广泛的应用，在数据通信的新技术、新设备不断涌现的今天，学习、了解和掌握数据通信技术显得尤为重要。
建设大数据时代的透明电力通信网 篇4
随着信息社会的高速发展, 数据产生成本急速下降, 社会产生的数据量正在呈指数级增长, 而大量新数据源的出现更是导致了非结构化、半结构化数据爆发式的增长, 数据的结构正在日趋复杂。根据IDC监测, 全球数据量大约每2年翻一番, 意味着人类在最近2年产生的数据量相当于之前产生的全部数据量。还有预测说, 到2020年, 全球以电子形式存储的数据量将达到35 ZB, 是2009年全球存储量的40倍。事实上, 至2011年底, 全球数据量已达1.8 ZB。若将这些数据都刻录到DVD上, 那么光把这些DVD盘片堆叠起来就可以从地球垒到月球一个来回 (单程约24万英里) 。而这么大量的数据如何处理, 如何通信, 对我们现在的信息通信网络提出了巨大的挑战。毫无疑问, 大数据时代已经到来。
按照业界的描述, 大数据技术有4个特征, 即4个“V”:类型 (Variety) 、体量 (Volume) 、速度 (Vellociitty) 和价值 (Vallue) 。在在大大数据中, 各种结构化数据、非 (半) 结构化数据等各种类型的数据共存, 并不断快速增长。为了使用或共享这些数据, 系统需要高容量的网络存储和高带宽的通信能力。同时, 大数据技术还通常要求数据的在线或高速处理。可见, 无论是这4个特性中的任何一条, 都要求未来通信网络具有大粒度传输和高速交换的能力。
随着电力行业信息化建设的逐步发展, 电力通信网不断完善和电力数据的爆炸性增长, 大数据为电力通信业提供了一个全新的发展平台和前所未有的机遇。然而电力行业数据的爆炸性增长并不是简单的数据量增多, 而是一个全新的问题。总的来说, 发电行业的数据主要来源于3方面:生产、经营和管理。首先, 从生产过程来说, 大量的数据是来自生产中的技术数据, 如发电机在运行过程中利用传感设备对大量数据进行的监控, 对生产环境的温度监控, 发电量、电压稳定性等等;其其次次, 从从经经营营过过程程来来说说, 大大量量的的数数据不仅是从电厂内部产生的, 也有来自外部环境的, 例如发电原料的采购数据、设备的维修数据、交易电价、售电量、用电客户等;最后是电力企业的管理数据, 如ERP、一体化平台、协同办公等方面的数据。如果我们能充分利用好这3方面的数据, 进行深入数据挖掘, 对今后的生产实践都有着不可估量的指导意义, 还可以提供大量的高附加值服务, 有利于电网的控制和优化, 灾难预警, 推动电力企业的精细化运营管理。
为了加强电网管理, 实现电力信息化, 电网公司自主建立了一套基于光纤通信的电力信息通信网, 涵盖了全国大部分地区。虽然电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的, 但如今其在电力系统中的地位已是举足轻重。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。目前, 它更是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础, 是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段, 是电力系统的重要基础设施。电力通信网对通信的可靠性、保护控制信息传送的快速性和准确性具有极严格的要求。而在电力通信网中传输的数据也主要是电力生产和经营管理中产生的一些数据, 还包括一些和保护、安全性相关的业务数据。电力光纤通信网目前主要采用基于同步数字系列 (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) 的传输技术和多级组网模式, 因而光通信和光网络技术仍然是电力通信网中的关键支撑技术。
随着电力信息化的不断发展, 电力系统产生的数据无论是从量还是类上都在不断剧增, 如此多的数据还往往需要在线的实时处理和传输, 这也意味着电力行业大数据时代的来临。大数据给电力通信网带来了巨大的挑战。一方面, 大量的数据信息需要网络有高带宽传输和大粒度交换的能力;另一方面, 不同类型的数据信息要求网络有多业务支撑的能力, 尤其需要能够统一支持不同速率、不同格式数据的传输。
实现大粒度交换是新一代电力通信网改造的重点内容之一。由于电力光通信网络主要基于SDH传输技术, 仍然采用波分复用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM) 、波长路由方式, 即光电路交换 (Optical Circuit Switching, OCS) , 因而如果在核心节点做业务疏导 (Traffic Grooming) 就需要进行大量的光/电/光转换。当传输数据量很大时, 这种做法无疑会大大增加网络运行成本, 也会在网络中形成性能瓶颈。因此, 如何在大数据战略时代下建设新型的电力通信网成为当前电力信息通信行业最大的问题, 同时也是电力通信实现再一次飞跃的良好机遇。
1 透明光网络
随着网络规模的不断扩大和用户高带宽需求的持续增长, 网络中的业务量也在急剧增长, 不断给网络容量提出新的挑战。WDM技术的发展使得人们可以充分利用光纤巨大的带宽资源进行光信号的长距离传输, 而且单根光纤的容量也在不断的增长。对于高带宽业务需求, 单单提高光纤传输容量是不够的, 还涉及到信号的传输质量、数据交换等方面。然而目前的WDM网络都是基于波长路由的, 即采用光电路交换的交换方式。这种波长路由WDM网络由于采用静态路由连接, 其波长利用率很低。为了克服这一缺点, 人们提出了业务疏导的方法, 即在核心节点对来往业务进行光/电/光转换以进行业务汇聚或分离。然而当业务的带宽很高时, 将大量的业务转换成电进行处理显然是十分低效的, 不仅对光/电/光转换速度提出了很高的要求, 对节点的处理要求也很高, 因而极容易产生瓶颈, 不利于网络性能的提高。
未来的光网络中的数据传输应该尽量避免复杂而昂贵的光电光转换, 实现端到端的全光传输, 即建立一个“透明”的光网络。光网络的透明性保证了数据的全光传输和交换, 简化了中间节点对业务的处理过程, 并使得中间节点对业务信号的处理与其具体类型和速率不相关。这样, 无论业务带宽多大, 在数据层面都可以直接透明传输, 因而透明光网络可以很好地支持高带宽的业务。透明WDM光网络在波长层面提供了额外的自由度。此外, WDM网络中波长和时间之间的正交性, 使它们可以独立和同时地对数据进行处理。
事实上, 透明光网络和全光网络其实是不同的概念。在透明光网络中, 逻辑器件和信号处理的透明度必须被牺牲掉。然而, 数据传输和交换等仍然在光域进行。由于光器件技术的不成熟, 包括光缓存和光逻辑器件的不成熟, 限制了光信息的处理, 从而限制了全光交换 (特别是信息头的处理) , 使得在可预见的时期内实现真正的全光网络仍然不够现实。因而相比之下, 结合当前技术的发展, 透明光网络则成为未来光网络发展最可行的方向。
何谓透明?理想上, 我们希望信号的输出和输入是一样的, 除了一定的时延和强度上的衰减。然而光在光纤中传输是有色散和非线性效应的, 同时, 强度衰减也是影响信号长距离传输的主要原因。色散补偿、特殊光纤、光放大器等技术和器件的发明使得光在光纤中的透明长距离传输成为可能。尤其是掺铒光纤放大器 (Erbium-doped Optical Fiber Amplifier, EDFA) 的发明和应用使得WDM系统的透明化成为可能。EDFA不仅放大倍数高, 而且放大频谱范围宽, 可以同时对光纤中所有的波长信道进行高倍数放大, 很好地支持了WDM系统长距离的全光透明传输。
在光交换和路由上, 网络的透明性体现在数据包的交换全光性。然而这一点十分困难, 由于全光逻辑器件和光缓存的不健全, 要在核心节点读取入口数据包进行分析和头处理就需要进行必要的电处理。
2 建设透明电力通信网
大数据形势下, 多业务、高带宽传输、大粒度交换的新特征对电力通信网的建设提出了新的挑战, 而构造一个透明电力通信系统则恰恰能满足这些要求。在电力通信中实现网络透明化不仅可以实现大量数据的全光传输和交换, 而且可以使得核心节点的处理与具体数据类型无关。推动电力通信网络透明化应该从下面几个方面考虑。
2.1 业务统一接入和传输
建设新型电力通信网首先应该考虑业务接入的问题。由于大数据下, 业务种类和数据类型不断增加, 不同的数据流有不同的格式, 因而电力通信网必须能够为其提供统一的接口, 支持多种流的接入, 并将不同的数据按同样的标准打包组帧以统一传输。而透明光网络对数据类型和速率透明的特性则很好地支持了这一点。
2.2 高带宽长距离全光传输
光纤通信最大的优势就在于其巨大的可用带宽, 而衰减是限制光信号长距离传输的主要原因之一。EDFA的引入使得数据能够被全光放大, 从而延伸光信号的传输距离。建设透明电力通信网需要充分开发光纤的传输带宽, 实现数据的高速远距传输。
2.3 大粒度光交换
如果只是简单的点到点单跳通信, 那么无论数据量有多大, 光纤原则上都能为其提供全光的传输。然而当实现了光层组网之后, 信息的传输往往需要经过多个核心节点, 即多跳传输。这就涉及到信号的处理、转换等。传统的电力通信网中, 业务往往需要在核心节点进行光/电转换以进行数据处理、路由选择等, 之后再进行电/光转换将信号重新发送到光信道上传输。这一系列转换大大增加了网络处理成本, 而电处理速度又限制了系统的整体性能, 成为网络瓶颈, 这一问题在大数据的条件下显得尤为突出。而如果在电力通信网中推广透明光网络技术则可以实现数据层面的全光大粒度交换, 省去了大量数据的光/电/光转换和电处理, 保证了数据的端到端全光传输和交换。
1) 光传送网技术 (Optical Transport Network, OTN) 是以WDM为基础、在光层组网的传送网技术, 是下一代骨干传送网技术。OTN将解决传统WDM网络无波长/子波长业务调度能力差、组网能力弱、保护能力弱等问题。OTN处理的基本对象是波长级业务, 它将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。OTN可以提供巨大的传送容量, 多种客户信号封装, 大颗粒的带宽复用、交叉和配置, 端到端波长/子波长连接以及电信级的保护, 是传送宽带大颗粒业务的最优技术。然而OTN技术毕竟是基于WDM波长路由的, 因而在子波长汇聚和疏导时仍然需要用到光/电/光转换, 此时便会破坏传输的透明性。当前电力通信网已经在逐步向OTN网络演进, 这也是近期内的电力通信传送技术的发展方向, 为完全实现网络透明化奠定基础。
2) 为了进一步实现电力通信网的透明化, 电力通信网中可以引入基于统计复用的光突发交换 (Optical Burst Switching, OBS) 技术。在OBS网络中, 多个IP分组组成一个较大的数据突发包 (Burst) , 并将突发包作为网络传输单元和交换的粒度。对应每个突发包都会产生一个突发分组头 (Burst Header Packet, BHP) , 该BHP不与突发包共路, 而是先于突发包一段时间使用另外一条信道发出, 目的是提前到达核心节点进行电处理并控制沿路交换设备的重构。BHP同时还需要明确突发包的长度以便节点知道开关的维持时间, 也即预约这段时间的开关资源。BHP和突发包发送相隔的这段时间称为偏置时间 (Offset time) 。由于偏置时间的存在, 当突发包到达核心节点时, BHP已经事先把资源预约好, 因而突发包只需要按照安排在光域完成交换, 而无需光缓存和经历光电光转换, 实现了数据层面的透明传输。一个OBS机制的信令示意如图1所示。
与传统的基于WDM路由的光电路交换网络不同, OBS并不预约一整条波长的资源, 而仅仅预约和突发包相关的一部分资源, 因而资源可以更有效地分段配置给不同的突发包, 是一种基于突发包粒度的统计复用, 所以OBS可以克服OCS中因静态带宽分配而带来的一系列问题。另一方面, 由于数据以中等粒度的突发包形式传输, 因而OBS大大降低了对核心快速交换的技术要求。同时, 大突发包和小BHP的对应使得控制开销大大降低, 而BHP的提前预约机制又缓解了数据缓存的压力。故而OBS比光分组交换技术 (Optical Packet Switch, OPS) 更具可行性和实用前景。
注:T是偏置时间, δ是核心节点处理时间。
OBS网络的一个重要特点是控制信息 (即BHP) 和数据突发包分别在不同的时间和信道上传输和处理, BHP会经过路由器的电处理并提前预约资源, 而数据突发包则不需要经历光/电/光转换, 可直接在端到端的透明传输信道中传输及在核心节点全光转发。
可以看出, 利用OBS实现透明光网络是一项可行而实用的技术。OBS中数据包可以一直保持在光域进行透明传输, 而数据头则可以在独立的信道中传输并进行电处理而不影响数据包的全光传输和交换。相比OTN技术, OBS技术是基于突发包交换的统计复用, 核心节点交换和汇聚无需光/电/光转换, 因而可以实现更大程度的网络透明化。
随着光网络技术的不断发展, 新的技术层出不穷, 实现透明光网络的新方案也会不断被提出, 但无论采用何种实现技术, 在大数据时代下建设透明电力通信网一定是未来发展的重要方向。
3 结语
大数据是未来信息社会发展的下一个大方向。大量的数据处理无疑给信息通信网络提出了新的挑战, 而这一问题在信息化程度不断提高的电力系统中同样正逐步凸显出来。随着智能电网的推进和发展, 电力数据爆炸式增长, 大量数据需要存储、转发和实时处理, 传统电力通信网已渐渐无法承载, 而建设透明通信网络则成为电力信息化发展的前进方向。实现电力通信网的透明化可以支持大量数据的全光高带宽传输和大粒度交换, 在性能、成本和效率上都是大的飞跃。逐步提升电力通信网的透明程度、实现多业务大数据与网络的完美融合应成为电力行业下一步发展工作的重点。而透明网络技术同样也是未来信息通信领域的共同发展方向, 研究这一技术不仅能为电力通信网改造提供完美解决方案, 也为其他网络的发展提供了非常有价值的借鉴意义。
摘要：文章对大数据技术和电力通信网进行了详细的研究, 分析了大数据对电力通信网发展提出的严峻挑战。针对这一挑战, 提出了建设大数据时代下透明电力通信网的理念。实现电力通信网的透明化可以支持大量数据的全光高带宽传输和大粒度交换, 在性能、成本和效率上都是大的飞跃, 成为电力信息化发展的重要前进方向。
关键词：大数据,电力通信网,透明网络,光传送网,光突发交换
参考文献
[1]MIKE.Big Data Definition[OB/EL].http://mike2.openmethodology.org/wiki/Big_Data_Definition.
[2]GROBELNIK M.Big Data Tutorial[OB/EL].http://videolectures.net/eswc2012_grobelnik_big_data/.
单向与双向数据通信 篇5
单向与双向数据通信
，
1)单向通信(单工通信)采用该方式，通信线路上的信息始终只能沿一个方向传输。
2)双向不同时通信(半双工通信)该方式支持两个方向的传输，但一段时间内只能进行一个方向的传输。
数据通信网络技术探析 篇6
【关键词】数据通信；数据网络；网络技术探析
上世纪90年代是信息通信技术迅速发展的年代。在交换技术、数字和数据通信技术发展的基础上，计算机网络技术和信息通信技术关系进一步地密切结合，信息通信技术得益于计算机和微电子技术的最新成就，得到了前所未有的发展。数字化信号技术的发展使传统的模拟信号向数字化通信技术转变。那么，计算机网络与通信技术的关系是什么呢？通信技术范围比较广，分为有线和无线，计算机网络是通信技术的一种，是一种网络通信技术。
一、数据通信概述
数据通信是依照一定的协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息的一种的通信方式和通讯业务。数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。数据通信是20世纪50年代随着计算机技术和通信技术的迅速发展，以及两者之间的相互渗透与结合而兴起的一种新的通信方式，是继电报、电话业务之后的第三种最大的通信业务。数据通信中传递的信息均以二进制数据形式来表现。数据通信的另一个特点是它总是与远程信息处理相联系的，是包括科学计算机、过程控制、信息捡索等内容的广义的信息处理。由于不同业务需求的变化及通信技术的发展使得数据通信经过了不同的发展历程。数据通信需的传输数据信号过程需要通信网络的参与。数据通信包括模拟通信、数字通信和数据通信。
二、数据网络分类
（一）有线数据通信
数字数据网（DDN）。数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成。DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说DDN是把数据通信技术、数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。数字信道应包括用户到网络的连接线路，即用户环路的传输也应该是数字的，但实际上也有普通电缆和双绞线，但传输质量不如前。
分组交换网。分组交换网（PSPDN）是以CCITTX.25建议为基础的，所以又称为X.25网。它是采用存储——转发方式，将用户送来的报文分成具用一定长度的数据段，并在每个数据段上加上控制信息，构成一个带有地址的分组组合群体，在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通路，为多个用户同时使用，网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能，但网络性能较差。
帧中继网。帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网三部分组成。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内，加上寻址和控制信息后在网上传输。
（二）计算机网络
计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。川计算机网络通过通讯设备和线路把地理位置不同的独立工作的计算机或者设备连接起来，最终实现传输信息和共享资源的计算机系统。网络各节点之间可以互相通信并且可以共享资源，这里的资源包括硬件、软件和数据库资源。通俗的说，网络就是通过电缆、电话线、或无线通讯等互联的计算机的集合。计算机有6种互联设备，分别是：（1）中继器，（2）集线器，（3）网桥，（4）交换机，（5）路由器，（6）网关。计算机网络是由通信网络和资源网络组成的。通信负责数据的发送和接收。根据在计算机网络中的分布位置和功能的不同，通信网络分成用户网（局域网）、接入网、骨干网（交换网和传输网）。
三、通信信息网络中存在的安全问题
通信信息网络中存在的安全问题。随着信息技术的发展，网络通信已广泛地应用于政治、军事、经济及科学各个领域，它改变了传统的事务处理方式，对社会电费进步和发展起着很大的推动作用。同时，人们也越来越意识到信息安全的重要性，因此，信息在网络通信中的安全性、可靠性日趨受到通信网络设计者与网络用户的重视。网络通信安全一般是指网络信息的机密性、完整性、可用性、真实性、实用性、占有性。从技术层面上来看，反应在物理安全、运行安全、数据安全、内容安全四个方面。网络通信的安全问题可以分为网络间信息传播安全和内网络通信安全两个方面。
四、注重网络安全，加强数据通信网络管理
（一）对当前数据通信网络的安全性进行科学评估。要确保数据通信网咯的安全性和可靠性。首先需要技术人员构建完整的数据通信平台，并对当前网络的安全性进行科学评估，技术人员应当根据数据通信网络的使用要求和评估，全面细致的依照网络环境进行安全调整对潜在的用户群和传输信息源进行安全识别，全面掌握数据通信网络的现状并对当前的安全性进行分析。
（二）分析数据通信网络存在的安全隐患，网络安全的维护主要是对数据信息的真实性和准确性进行安全确认，防止计算机终端盒信息网中的软硬件设备遭到破坏，防止数据通信网络的IP地址遭到恶意攻击，保证数据库中信息的保密，技术人员应当在对数据通信网络安全性科学评估的基础上细致排查安全隐患，通过设置网管限制，设置防火墙等方式对系统漏洞进行完善，避免不明非法用户的侵入，减少数据通信网络存在的威胁和风险。
（三）制定相对应的预防数据通信网络威胁的措施，通过对数据通信网络进行安全评估并进行分析安全隐患，技术人员可针对性的制定相对应的措施，维持数据通信网络的稳定性。
五、结束语
通信网络向着综合业务数字网发展，数据通信在军队中的应用促进了军队的发展，其具有较大的应用前景。因此，对通信数据还要进行更深入的研究以便能适应数字化、网络化的发展，数据通信与网络内容也得到了大幅度的丰富，数据通信通信已经成为当前通信方式的重中之重，因此，不论是从基础概念上还是实际应用中，网络安全都是当今时代重要的研究课题，随着数据通信和网络技术的快速发展，保证数据通信的安全性和准确性尤为重要，仍需创新性的采取多种方式维护当今网络安全，给众多用户提供一个安全稳定的网络通信环境。
参考文献：
[1]李琳，计算机网络数据通信系统构建技术[J].
[2]周斌，数据通信与计算机网络的发展[J]信息系统工程.
[3]赵洪涛.浅议计算机通信与网络发展的应用技术[J]，交通科技与经济，2004.2vol.2237-38.
数据通信网 篇7
1 软件定义网络概述
软件定义网络是作为一种全新的网络架构存在的, 在软件定义网络架构中, 可以分为不同的层次, 在最上面的一层中称之为应用层, 应用层的主要包含有各种不同的业务及应用;控制层中的主要作用就是要对数据平面资源进行一定的编排及处理, 要保证能够进行网络拓扑的维护;在基础设施层中, 其主要的工作就是要对流表的数据处理、转发及状态收集等功能进行负责。
软件定义网络对网络实现的控制所运用到的主要是独立的网络操作系统, 其中对于硬件设备也具有一定的要求, 保证了网络及业务的编程、管理。软件定义网络具有三大特征, 即控制平台逻辑集中、通用硬件及软件可编程、控制和转发分离, 因为此三大特征的应用, 就使软件定义网络在成本及业务开展等方面具备一定的优势。
2 我国电力数据通信网现状
在我国, 电力数据通信网是国家电网公司综合性的广域网络传输平台, 电力数据通信网是我国电网公司进行内部计算机应用系统实现互联的基础, 同时电力数据通信网也是我国电力公司自身电力信息基础设施的重要的组成部分。最近几年, 我国电网公司在各个省公司中都建立了数据通信网络, 例如在我国华北、西北、河南、河北等许多省市都建成并开始使用。对于数据通信网络来说, 其覆盖的范围主要包含的是电业局公司进行管辖的电厂变电所。电厂变电所中的数据网络许多都是综合性的业务网络, 其中对设备的选取一般都是异步转移模式设备。
我国早在2009年时就对电网进行了要求, 要保证国家电网能够具有一定的支撑作用, 能够支撑起信息通信平台, 这就要求我国的通信网络能够更快的发展。在现代我国经济快速发展的今天, 我国各项新业务也在不断发展, 电力综合数据通信网络是以后电力通信网络发展的必要条件。
3 软件定义网络的实现方式
在当前情况下, 对于软件定义网络的实现方式来说一般可以分为三种。
(1) 以专用接口作为基础, 并以网络设备厂商作为主导, 进而实现网络设备的专用性开放应用, 此方式发展到现在已经成为了较为成熟的技术, 具有实施方便, 技术体系封闭的特点。
(2) 以Open fl ow作为基础, 进而保证控制平面与转发平面分离的实现, 以保证对控制集中化的支持, 此种方式应用的优点主要就是能够得到厂商的大力支持, 并不断发展壮大, 提升影响力。
(3) 此种方式主要是以虚拟化的厂商作为主导, 并以三层及以上层隧道扩展二层网络作为基础进行统一的管控, 此种方式的主要优点就是能够保证虚拟化管理的有效整合, 但是, 此方式在实际的应用过程中经常会受到底层网络的影响。所以, 对于软件定义网络来说, 可行性最高的方式就是第二种Open fl ow。
Open fl ow网络的主要组成部分具体的可以分为三个部分, 即Open fl ow交换机、Flow Visor及控制器Controller。其中, 对于Open fl ow交换机来说, 其主要的功能就是进行交换数据层的转发工作;对于Flow Visor来说, 其主要的功能就是保证对网络的虚拟化控制;对于控制器Controller来说, 其主要的功能就是要保证能够对网络进行集中的控制, 进而保证控制层功能的有效实现。
Open fl ow能够有效的保证对数据层与控制层之间的相互分离, 与此同时, Open fl ow交换机还能够保证对数据层进行转发。控制器控制器Controller在实际的应用过程中能够有效的保证对控制层功能的实现。其中, 控制器Controller可以通过Open fl ow协议实现对Open fl ow交换机中流表的控制, 进而从整体上实现对网络的集中控制。
4 结束语
综上所述, 使用了基于Open fl ow技术的软件定义网络具有集中控制, 分布式转发的特性, 网络具有全局的资源管控和调度能力, 能大幅提升网络的运行和维护效率;具备主动安全防护能力, 可以彻底改变在现有的网络通信系统上增加各种安全措施的模式, 大幅提升网络的安全性;同时, 可以使得设备的功能归一化和标准化, 打破目前数据通信行业的技术壁垒, 可以有效降低系统投资额, 有着非常显著的经济效益。因此, 基于Open Flow技术的软件定义网络在电力数据通信网中有广阔的应用前景。
参考文献
[1]林闯, 贾子骁, 孟坤.自适应的未来网络体系架构[J].计算机学报, 2012, 35 (06) :1077-1093.
[2]王丽君, 刘永强, 张健.基于Open Flow的未来互联网试验技术研究[J].电信网技术, 2011, 6 (06) :111-114.
[3]吴廷焰, 文繁荣.软件路由器的硬件加速研究[J].信息安全与技术m2012m3 (12) :276-283.
[4]李英壮, 孙梦, 李先毅等.基于Open Flow技术的Qos管理系统的设计与实现[J].广西大学学报:自然科学版, 2011, 10 (36) :142-146.
数据通信网 篇8
1 课程教学存在的主要问题
1.1 教学理念相对滞后
(1)以教师为中心,一味地强调教师“教”的作用,而忽视学生“学”的目的和主体地位;
(2)重知识传授,轻能力培养,表现出纯知识教育的传统教育思想;
(3)重理论知识的灌输和记忆,忽视实践能力的培养;
(4)强调校内教育舞台,忽视与校外工程实际联系,工程意识淡薄。
1.2 教学方法和教学手段陈旧单调
“独角戏”“单向注入式”等落后的教学方法仍然大行其道,“照本宣科”或“照屏宣科”大有人在。
1.3
专业双语人才培养意识薄弱,忽视了外向型人才的社会需求
2 融入先进的教育教学理念
树立先进的教育教学理念是课程教学改革实施的首要解决的关键点,并把先进理念渗透到教学改革的各个环节且贯穿始终。
2.1 以人为本、因材施教,强调个性发展
“以学生为主体、以教师为主导”是“以人为本”的思想在教育教学中的本质体现。在具体的教学活动中,要全面了解学生,根据学生不同的专业水平、综合素质、兴趣以及就业取向,因材施教。承认并重视学生的个性差异,尊重学生,提倡个性发展。
2.2 知识传授与能力培养并重
知识传授是教学的基本任务,而能力培养是纯知识教育向素质教育转变的根本体现,二者不可偏废。
2.3 突出实践能力和创新能力的培养
在课程教学中有意识地加强实践创新能力的培养,输出具有较强实践性和创新性的高素质人才。
2.4 密切联系工程实际,注重工程素质的培养
要积极探索与课程教学相关企业、公司联合的有效途径,面向工程一线实际需求,在教学中不断渗透工程意识和工程素质的培养。
3 改革教学方法
贯彻先进的教学理念,打破传统教学方法壁垒,灵活运用多元化的先进教学方法,是笔者实施课程教学改革的切入点和突破口。
3.1 情感互动教学法
教师要真情投入,主动多途径全面了解学生,师生间互动流畅自然,就会有效激发学生的学习兴趣和主动性,因材施教的贯彻会得心应手,教学会事半功倍。
3.2 探究式教学法
在教学中,教师抛出问题、现象或者情景,引导学生去探索思考,提出猜想或假设,收集证据并分析验证,最终得出结论,并以研究报告等形式提交、讨论交流或口头思辨演讲。探究式教学法模拟了科学家的科学探究历程,有效地培养了学生的科学探索精神和科学素养。
3.3 案例教学法
教师根据教学内容和学生的兴趣点,给出具有针对性、新颖性和适度性的案例及其应用背景,教师引导,让学生身处实景,运用所学理论知识去观察、思考、分析、比较、寻求对策等。案例教学法是理论联系实际的有效途径,同时也是“化理论为实践”的媒介。
此外,根据所授内容的不同,还可以采用启发式教学法、项目驱动法、对比讨论法等。
4 改革教学手段
运用现代信息技术,打破“一本教材、一盒粉笔和一块黑板”的传统单一格局,构建“板书+多媒体课件+计算机辅助软件+课程网站平台+互联网搜索引擎”五位一体的立体化教学手段新格局。如何协调和恰当使用这些教学手段,使之有机结合,是新格局下的客观要求。数学公式推导内容和习题、思考题等讲解内容,逻辑推理性强,采用板书形式,符合认知规律。图片表格、动画演示、知识提纲、概念定义以及视频播放等内容使用多媒体课件讲授最为贴切。借助OPNET计算机仿真软件,可将艰深抽象的内容变得形象化,教学效果会明显提高。课程网站平台的建设与共享,是课堂教学在时间、空间、内容和形式上的多维延伸。互联网搜索引擎和搜索技能的掌握,学生可以随心所欲地遨游于“知识网海”,将课程教学从多方位推向无限。
5 实施“语码转换式”双语教学
为了切实培养能够直接参与国际竞争的外向型通信人才,基于“语码转换”理论和我校国家级教学成果奖《普通高校本科渗透式双语教学的研究与实践》精神,结合数据通信网课程自身特点,积极开展了“语码转换式”双语教学。在每一堂课以“润物细无声”的方式,向学生渗透专业英语词汇、语段或语篇。同时,分阶段、阶梯状循序渐进地实施渗透。在开课初期,采用少量专业英语词汇的渗透方式,注重让学生初步掌握基础专业词汇,培养学生逐步适应利用外语进行思维和应用外语获取最新知识的意识。随着学习的深入,逐步加大“语码转换”的词汇量,并不断重复渗透,潜移默化,积少成多,最终达到能够熟练阅读本课程相关的专业文献资料和表达自己学术观点的能力。
6 结束语
数据通信网课程通过近几年的教学改革和实践,已取得了较好的教学效果,主要表现为:
(1)学生对课程学习的主动性明显增强,愿意与教师探讨问题,课堂气氛活跃,有较高的学习兴趣和热情。调查结果表明,学习有畏难情绪的同学占上课学生总人数的比例由原来的25%左右下降到5%左右。
(2)专业外语运用水平明显提高。同学对专业外语文献不再感到“高不可攀”或“不知所云”,自信心明显增强,而且对国外先进的专业技术表现出浓厚的兴趣。有些同学还主动提出参与教师科研的外文文献翻译工作。
(3)就业竞争力有所提高。用人单位特别是网络设计人才的用人单位普遍反映上岗的同学专业基础好、上手快、工程意识和创新能力强、综合素质高。
教学改革是一个系统工程,在做好以上几个方面改革的同时,还需做好师资队伍建设、教学内容、教材建设以及实践教学等环节的优化改革。只要面向需求、不断反思和总结、积极探索和实践,课程教学改革就一定会取得更好的教学效果。
摘要：数据通信网课程是通信工程专业一门重要的专业课。结合多年的教学实践,分析了当前课程教学中存在的主要问题,并针对问题在教学理念、教学方法、教学手段以及双语教学等方面的改革进行了研究与实践。这些改革思路和措施调动了学生学习的积极性和主动性,有效地提高了教学质量、加快了课程建设步伐。
关键词：数据通信网,教学改革,教学理念,双语教学
参考文献
[1]宋海玉,李锡祚,郑海旭,等.软件工程专业人才培养的研究与实践[J].大连民族学院学报,2008,5:474～476
[2]王义遒.教学方法改革:改什么,怎么改[J].中国高等教育,2009,6:8～10
[3]宋海玉,李锡祚,王玲芬,等.面向对象程序设计课程建设的探索与实践[J].计算机教育,2008,5:91～94
[4]孙强,徐晨,黄勋.“现代通信网”课程实验教学研究[J].电气电子教学学报,2009,6:66～67
[5]李晓梅,刘振天,宋敏,等.应重视语码转换在双语教学中的运用[J].中国高教研究,2008,2:82～88
数据通信网 篇9
随着网络交换设备的发展,经典的网络通信体系架构中,网络通信设备软件和硬件高度集成,成为相对“封闭”的系统,具体表现为: 各设备采用逐跳路由算法,网络缺乏全局视图,网络拥堵时无法保证关键业务通信; 现有网络采用分布式设计,缺乏总体控制能力,无法实现对各种业务流的分析和接入控制,无法对网络中的病毒以及异常流量进行控制,网络通信安全得不到保障,导致现有网络安全系统日益复杂[1]。因此,现有的网络架构已经无法满足数据通信网络的发展需求,必须采用新一代的网络通信体系架构对现有的网络通信体系进行变革。
1软件定义网络
软件定义网络( Software Defined Network,SDN) 是一种全新的网络架构,世界知名的IT媒体In- fo World于2011年11月公布的将影响未来10年的10项互联网新技术中,软件定义网络技术排名第二。它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面分离,并实现可编程化控制。在典型的SDN架构定义中,最上层为应用层,包括各种不同的业务和应用; 控制层主要负责处理数据平面资源的编排,维护网络拓扑、状态信息等; 基础设施层负责基于流表的数据处理、转发和状态收集。其具体的结构如图1所示。
SDN利用独立的网络操作系统对网络进行控制,采用了标准化的硬件设备,并对网络和业务进行编程管理。由于具有“控制和转发分离”、“控制平台逻辑集中”和“通用硬件及软件可编程”三大特性,SDN带来了一系列在成本、业务开展等方面的优势。第一,SDN设备硬件归一化,硬件只关注转发和存储能力,与业务特性解耦,因此可以采用相对廉价的商用架构来实现。第二,网络的智能性全部由软件实现,网络设备的种类及功能由软件配置决定,对网络的操作控制和运行由服务器( 作为网络操作系统) 完成。第三,SDN对业务响应速度相对更快,可以定制各种网络参数,如路由、安全、策略、 Qo S、流量工程等,并实时配置到网络中,从而缩短开通具体业务的时间。
2电力数据通信网现状
国家电力数据通信网是国家电网公司综合性的广域网络传输平台。是国家电网公司系统内各种计算机应用系统实现互联的基础,是电力信息基础设施的重要组成部分。近年来,国家电网公司各网省公司纷纷建设数据通信网络,据不完全统计,已建成并投入使用的网省公司有: 华北、西北、河南、河北、湖北、江苏、浙江、广东、山东、黑龙江、天津、湖南、吉林、甘肃、陕西、新疆、四川、辽宁、上海、重庆、 青海和福建等。这些数据通信网络主要覆盖范围是网省公司直属电业局公司所管辖的电厂变电所。这些数据网络大部分均为综合业务网络。采用的设备为异步转移模式( ATM) 设备。其中,甘肃、陕西、新疆、湖南为路由器组网。随着三峡工程、西电东送工程、全国联网工程的实施,全国光纤网络正在逐步形成。根据规划,“十五”期间将建成覆盖全国的三纵四横的光纤网络,为国家电力数据通信网络的建设奠定了基础。
2009年5月,国家电网公司正式宣布了“坚强智能电网”计划,在“坚强智能电网”中,起支撑作用的就是信息通信平台,这对通信网络提出了更高的要求。在新业务已全面IP化、传统业务也向IP化发展的趋势作用下,电力综合数据通信网络将是建设下一代电力通信网络的必然选择。
经过多年建设,国家电网公司已经建成了覆盖全公司的承载调度数据通信业务的四级调度数据网和承载管理信息业务的三层信息网络。调度数据网是电网调度的基石,其稳定性、实时性和安全性直接影响公司的正常生产运行,处于非常重要的地位。 随着公司“三集五大”的建设,信息管理通信网络承载的信息业务系统日益重要,数据通信量日益增大, 信息网络的吞吐能力和安全性能直接影响公司的日常运营,甚至影响公司客户对公司的满意度。总体来看,公司智能电网建设和三集五大体系的建设,对数据通信网的柔性、安全性、实时性和网络资源的调度管控能力都提出了更高的要求。
另一方面,国网公司现有数据通信网采用经典网络通信体系架构,网络通信设备软件和硬件高度集成,形成相对“封闭”的系统,具体表现在如下几方面:
( 1) 网络中的各设备采用逐跳路由算法,网络缺乏全局视图,无法实时掌握网络运行状况,无法实现网络资源的全局调度,网络拥塞时无法保证关键业务的通信,网络资源利用率低。
( 2) 由于现有网络采用分布式设计思路,缺乏总体控制能力,无法实现对各种业务流的分析和接入控制,因此对网络中的病毒以及其他异常流量等无法控制,网络通信安全得不到保障,导致现有网络安全系统日益复杂。
( 3) 随着国网公司信息网络规模的不断扩大, 基于分布式设计的通信网络由于缺乏统一控制平面,因此运维效率较低,运维人员数量多,无法满足公司的发展要求。
( 4) 现有网络通信设备的控制平面和转发平面全部集中于设备中,使得网络新业务、新功能的实现不够灵活,无法适应国网公司管理信息系统发展的柔性需求。
( 5) 无法实现有线网络和无线网络的统一控制管理,对移动办公的支持能力差。采用现有网络通信体系架构构建数据通信网无法适应国网公司的发展需求,因此必须对现有网络通信体系进行变革,采用全新的网络通信体系架构。
3 SDN的实现方式
目前,SDN主要有三种实现方式: ( 1) 基于专用接口,以网络设备厂商主导,在其网络设备上开放专用API共用户开发网络应用,其特点是技术较成熟, 现网实施便捷,技术体系封闭; ( 2) 基于Open Flow等开放协议,实现控制平面与转发平面的分离,支持控制集中化,其优点在于获得众多厂商支持,规模发展迅速,业界影响力大; ( 3) 由虚拟化厂商主导,基于三层及以上层隧道扩展二层网络,实现统一管控, 其特点是与虚拟化管理整合较便捷,但实施效果受底层网络影响较大。综合来看,Open Flow是目前最具可行性,且最为众多厂商和研究机构重视的SDN实现方式。
Open Flow通过一个标准化的接口,采用流表控制的方式,将传统网络设备的数据转发( data plane) 和路由控制( control plane) 两个功能模块相分离,通过集中式控制器( controller) 对各种网络设备进行管理和配置。
Open Flow的基本思想是: 网络中交换节点都拥有一个功能强大的流表,交换节点的流表决定网络报文的转发方式。同时,交换机节点的流表可以通过标准的Open Flow协议,支持远程控制和访问,使得整个网络的功能被抽象为标准的API接口。其本质是将路由器的控制功能集中起来,由控制器进行控制,而路由器只执行数据转发工作[2 - 9]。因此,Open- Flow技术可以为网络资源的设计、管理和使用提供更多的可能性,从而更容易推动网络的革新与发展。
Open Flow网络主要由Open Flow交换机、 Flow Visor和控制器Controller三个部分组成,其中Open Flow交换进行数据层的转发; Flow Visor对网络进行虚拟化; Controller对网络进行集中控制,实现控制层的功能。其结构图如图2所示。
Open Flow交换机是整个Open Flow网络的核心部件,主要管理数据层的转发。它由流表、安全通道和Open Flow协议三部分组成。Open Flow交换机接收到数据包后,首先在本地的流表上查找转发目标端口,如果没有匹配,则把数据包转发给Controller, 由控制层决定转发端口。
流表由很多个流表项组成,每个流表项就是一个转发规则。进入交换机的数据包通过查询流表来获得转发的目的端口。流表项由头域、计数器和操作组成; 其中头域是个十元组,是流表项的标识; 计数器用来计数流表项的统计数据; 操作标明了与该流表项匹配的数据包应该执行的操作。
安全通道是连接Open Flow交换机到控制器的接口。控制器通过这个接口控制和管理交换机,同时控制器接收来自交换机的事件并向交换机发送数据包。交换机和控制器通过安全通道进行通信,而且所有的信息必须按照Open Flow协议规定的格式来执行。
Open Flow协议用来描述控制器和交换机之间交互所用信息的标准,以及控制器和交换机的接口标准。协议的核心部分是用于Open Flow协议信息结构的集合。Open Flow协议支持三种信息类型: Controller - to - Switch,Asynchronous和Symmetric, 每一个类型都有多个子类型。Controller - to - Switch信息由控制器发起并且直接用于检测交换机的状态。Asynchronous信息由交换机发起并通常用于更新控制器的网络事件和改变交换机的状态。 Symmetric信息可以在没有请求的情况下由控制器或交换机发起。
Flow Visor就是位于硬件结构元件和软件之间的网络虚拟层。Flow Visor允许多个控制同时控制一台Open Flow交换机,但是每个控制器仅仅可以控制经过这个Open Flow交换机的某一个虚拟网络( 即slice) 。因此通过Flow Visor建立的试验平台可以在不影响商业流的转发速度的情况下,允许多个网络试验在不同的虚拟网络上同时进行。Flow Visor与一般的商用交换机是兼容的,而不需要使用FPGA和网络处理器等可编程硬件。
Open Flow实现了数据层和控制层的分离,其中Open Flow交换机进行数据层的转发,Open Flow交换机的结构如图3所示。而Controller实现了控制层的功能。Controller通过Open Flow协议这个标准接口对Open Flow交换机中的流表进行控制,从而实现对整个网络进行集中控制。
4结束语
数据通信网 篇10
随着智能化电网建设,电力通信网络及承载业务系统得到迅猛发展,支撑电网生产、经营、管理的数据通信网络基础设施建设逐步完善。面对电力数据通信网管在设备监控、运行保障等方面的局限性,通过网管接口获取管理信息进行管理的传统方式已经无法保证对电力数据通信网业务质量的有效监控。需要以提高电力数据通信网业务质量的监控能力为目标,利用基于MIPS构架的分布式探针进行大规模的网络包收发测试和环境上下文感知监测,以实现主动对数据通信网的时延、丢包率、分布式业务路由、DNS解析测量、HTTP仿真测量、网络带宽等网络性能的监控和测量,防止系统受到用户侧的渗透与攻击,且将通信过程进行加密以确保监控过程中不会受到监听等手段的危害,进而为电力数据通信网的安全监控提供一种高安全、高可靠的监控技术手段。
本文旨在突破电力数据通信网运维管理的现状,利用分布式探针的主动测量技术提高电力数据通信网业务质量的监控能力。实现能够实时、准确地掌握电力数据通信网络的运行情况,加强流程自动化管理,减轻运行维护人员劳动强度,全面提高电力数据通信网管理的科学化、精细化水平。在此基础上,保证电力数据通信网基础设施、业务和流程能够正常、经济、可靠、安全地运行,从而增强企业的服务能力,提升服务水平。
1 分布式探针的网络监测技术研究现状
1.1 国内外研究现状
基于探针的数据通信网业务质量测量的相关研究在国内外有一定的基础。由于IP网与传统电信网的差别,分组交换的通信质量会在通信中不断改变。因此,网络性能监控对于实现IP网络的“可测可管可控”具有重要的现实意义[1]。
国外从20 世纪90 年代起,许多研究机构开始着眼IP网性能监控系统的设计。1995 年,美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)系统地对当时的因特网通信进行了较大规模的测量[2]。1996 年初,美国应用网络研究国家实验室(National Laboratory for Applied Network Research,NLANR)在NSF支持下召开了有关因特网统计与分析的研讨会(Internet Statistics and Metrics Analysis,ISMA)。此后,互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force,IETF)也成立了专门的IP网络性能测量(IP Performance Metrics,IPPM)工作组制定网络的运行参数。据IP网数据分析合作组织互联网数据分析合作协会(Cooperative Association for Internet Data Analysis,CAIDA)的统计,美国关于IP网的公开、非公开的性能监控测量系统共有21 个,其中公开的15 个,非公开的6 个。同时还有日本的测量和分析广域互联网(Measurement and Analysis of Wide area Internet,MAWI)、欧洲的粒子物理学网络协调组(Particle Physics Network Coordinating Group,PPNCG)等。所有系统的监控、测量内容主要有4 个:拓扑测量(T)、网络负载测量(W)、网络性能测量(P)、路由测量(R)。
在国内,也有许多大学研究机构参与其中[3,4,5]。清华大学的大规模互联网性能监控模型(Large scale Internet Performance Monitor model,LIPM)、西安交通大学的互联网性能测量系统( Network Application Performance Measurement,NAPM)提出了应用探针和区域探针的概念。北京航空航天大学提出了可定制的网络测量基础构架(Configurable Network Measurement Infrastructure,CNMI)[3],利用Java平台的优势,使得系统易于开发与部署。西安电子科技大学提出了分布式网络测量基础架构(Distributed Network Measurement and Analysis Infrastructure,DNMAI)[4],并进行了仿真验证。
1.2 冀北电力公司数据通信网现状
冀北电力公司仅有一张数据通信网,于2006 年建成,以IP技术为基础,利用MPBGP/MPLS VPN技术构建,覆盖冀北公司本部、五地市公司、各直属单位的500 k V、220 k V、110 k V、35 k V变电站、部分直调厂站、营业厅。冀北电力公司数据通信网属于一个自治域,自治域(BGP AS)号为65000。
目前,冀北电力公司数据通信网承载着信息内网、变电站视频监控、国网一体化电视电话会议系统、冀北应急指挥通信系统、统一互联网出口、调度软交换系统、行政软交换系统、网管系统、综合监控系统等11 个VPN。数据通信网的网络结构分为三层:核心层、骨干层、接入层,数据通信网通过华北用户边界路由器(Customer Edge,CE)与国家电网公司数据通信骨干网互联,形成口字形结构,互联区域采用开放式最短路径优先(Open Shortest Path First,OSPF)动态路由协议。数据通信网在五地市公司各设置2 台运营商边缘路由器(Provider Edge,PE)设备,冀北本部核心设备分别与五地市核心设备成口字形双链路上连,各地市核心别分以2.5 G/ 1 000 M直连冀北核心设备,互联区域采用OSPF或静态路由方式。
1.3 冀北电力公司数据通信网存在的问题
冀北电力公司数据通信网在建设初期,骨干通信线路依托于光缆资源,受限于当时传输资源,导致数据通信网结构和光缆拓扑结构接近,逻辑层次感不强,与国网省级数据通信网优化整合第二阶段目标存在差异,不易与国网数据通信骨干网合并。
在地市公司及以下单位,接入层设备普遍存在单点部署、设备性能差情况。建设时,受限于投资与业务覆盖率的矛盾,地市公司及以下单位部署了大量低配置交换机,用于承担业务接入,且单点部署,没有冗余设备与链路,可靠性要求不能满足。
目前,冀北与华北数据通信网混用,并以华北2 台核心路由器作为路由反射器(Route Reflector,RR),没有冀北独立的RR设备;冀北、华北、地市公司在一个自治域内,导致内部网关协议(Internal Gateway Protocol,IGP)路由数量过多,影响路由收敛速度。
总体来看,目前在数据通信网网络运维方面存在以下问题。
1)缺乏针对冀北电力数据通信网特点的分布式业务质量监测的技术手段,包括网络运行质量和业务质量的主动或被动监测方式以及业务质量指标体系。由于电力数据通信网所承载的业务呈现多样性、流量突发性、调整频繁和质量要求不同,难以主动探测例如时延、丢包率、网络带宽等网络运行状态以及业务运行质量,进而造成管理能力有限、运行质量无保障、业务质量难以衡量、业务可靠性下降。
2)缺乏面向冀北电力数据通信网的故障快速主动定位能力。冀北电力数据通信网网管主要依靠设备主动上报告警或故障,来获悉相关管理信息。即使发现故障,也很难给维修人员快速修复的精确位置,如何降低维护人员工作量、缩短故障历时,成为冀北电力数据通信网网络管理的一个难题。
3)缺乏冀北电力数据通信网运行质量自动化监测的管理工具,包括针对数据通信网运行状态的综合监控、测量和管理手段。管理工具过度分散已经成为影响企业提高数据通信网管理效率的重要阻碍,缺乏一个集中、高效、实用的综合监控和测量工具以确保数据通信网的基础设施能够正常、可靠地运行。
如何充分利用已有的数据通信网资源并持续优化资源配置,如何提高冀北电力数据通信网管理水平,从而持续有效推动业务发展、提升企业竞争力,已经成为冀北电力数据通信网运维人员面临的重要难题。
2 数据通信网分布式探针监测系统设计
2.1 分布式探针监测系统结构
构成数据通信网分布式探针监测系统的各功能模块采用分层体系结构进行设计和组织,以确保系统的灵活部署、平滑升级和在线维护。系统功能结构如图1 所示。
数据通信网分布式探针监测系统功能结构分为4 层,分别是用户交互层、业务应用层、数据存储层、数据采集与适配层,各层之间相互协作完成对电力数据通信网的网络管理、业务拨测和流量分析,从而实现对电力数据通信网的网络性能及业务质量监测[6,7]。
2.1.1 用户交互层
用户交互层负责处理与系统用户有关的信息展现与交互处理,引导用户自己完成相应的操作,实现用户访问各业务应用的安全接入。系统为用户提供Web交互界面,以菜单、表格、图形、动画等丰富的元素呈现各种系统功能和电力数据通信网资源信息。包括流量和状态监控、网络拓扑图、历史数据图形化展示等。
系统采用B/S架构,支持Windows、i OS(i Phone/i Pad)、Android等操作系统的PC机、智能手机和平板电脑,可在不安装任何插件的情况下,实现移动运维,便于随时随地查看网络状况,处理紧急情况。系统监控平台用户操作界面友好、直观、快捷、易操作;支持全中文Web页面。系统中所有的图形(包括指标数据、拓扑图、真实面板图等)都支持矢量化输出,在任意浏览器(包括手机、平板电脑)中任意缩放不失真不变形。
2.1.2 业务应用层
业务应用层实现系统的管理功能,包括电力数据通信网的网络管理、所承载业务运行质量的拨测、网络流量分析,以及系统自身管理功能。相关功能主要包括:电力数据通信网网络管理、电力数据通信网业务拨测和系统自身管理。
2.1.3 数据存储层、数据采集与适配层
数据存储层负责将数据采集与适配层采集到的原始数据进行一般性加工(如比特单位转换为字节单位等)并存储于对应的数据存储中,同时将用户应用数据进行格式化存储。
数据采集与适配层根据不同网络管理接口获取方法实现管理信息的在线自动获取,通过各种数据采集协议与拨测探针进行通信,直接或者间接采集电力数据通信网监控管理数据并提供给业务层进行后续监控分析、逻辑处理和业务展现。
2.2 分布式探针监测系统总体部署结构
数据通信网分布式探针监测系统总体部署结构如图2 所示。
在试点地市或冀北总部部署数据通信网分布式探针监测系统,在数据通信网核心层、汇聚层(骨干层)及接入层部署远端业务拨测探针。各类物理实体通过如下接口方式与网络性能及分布式探针监测系统之间互联互通。
1)电力数据通信网核心层、汇聚层(骨干层)及接入层与分布式探针监测系统之间通过网络管理接口互联。
2)远端部署的各类拨测探针与网络性能及分布式探针监测系统之间通过SNMP管控接口互联。
2.3 系统功能及监测结果分析
分布式探针监测系统分为中心管理服务器和拨测终端2 个部分。整个系统采用“一点管理,多点测控”的方式,分布式拨测系统网络拓扑如图3 所示。
系统具有1 台中心管理服务器并处于核心位置;若干分布式拨测终端连接并受控于中心管理服务器,并可以从不同位置不同网络环境对网络进行测量;用户则可以直接访问中心管理服务器下发测量任务或者查看相关数据。
2.3.1 网络管理功能
系统支持网络设备的批量自动发现,对不能直接识别的设备可以通过定义关键字的方式进行识别,在定义关键字后当再次扫描到同类型设备时即可做到自动识别。
系统支持网络设备的性能和状态指标监控与告警,能够监控设备的CPU和内存使用率、丢包、时延等信息,实时采集各个接口(包括虚接口)的IP、状态、出入流量、包转发率、错包、弃包等指标。对于所有指标可以设定指标数据上下限,超限生成告警记录。可以监控从服务器至任意IP的丢包及时延,并可设定告警上限,记录历史数据;可以监控从可管理的网络设备到任意IP的丢包及时延,并可设定告警上限,记录历史数据;可以通过硬件探针的部署全方位立体的监控任意端到端的丢包时延以及路由情况,并可对超过阈值的情况进行告警。
系统用矢量图方式展现接口的历史流量(见图4),可直观展现接口在一段时间内的流量变化趋势。
支持监控接口的出入包数、丢包、错包、广播包数。系统支持在同一页面显示多个流量图,并实时更新。支持采用多种方法对流量图进行处理展现,如对多个接口流量的求和、取平均等,双接口流量求和展现如图5 所示。系统支持对设备接口和链路流量进行监控,可设置接口的流量阈值,当超过上下限时产生告警。
2.3.2 业务拨测功能
拨测系统分为中心管理服务器和拨测终端2 部分。拨测任务执行流程如图6 所示,拨测系统可以基于IP包进行网络层拨测。用户可以对IP包测试中的测试目标、单次测试IP包发送次数以及IP包大小进行配置,并设定时延、丢包和抖动的告警阈值,在测试结果超出用户设定范围的情况下将触发告警。管理系统根据用户设定参数为拨测终端下发指令执行测量,并收集结果进行统计分析。
2.3.3 拨测探针管理
1)拨测探针配置。拨测终端在接入拨测系统前需要进行相应配置。用户可以对拨测终端的网络参数和本体相关信息进行配置。网络参数部分包括拨测终端的IP分配模式选择、IP地址、子网掩码、默认网关以及DNS列表配置。本体相关信息部分包括对拨测终端本体标识名和所属服务器的设定。
2)拨测探针发现。配置完成的拨测终端连入网络后会自动连接中心服务器,在完成一系列数据交互之后,中心服务器将该拨测终端注册到拨测系统内,此时该拨测终端已处于可管理与监控状态下。整个注册过程对用户透明化,完全由拨测终端和服务器在后台完成。
3)拨测探针指标监控。拨测终端完成与中心管理服务器初始化注册过程后,用户可以在管理系统中查看该拨测终端的相关信息。拨测终端周期性的向系统汇报当前运行状态,系统也会对拨测终端进行完全实时的监控。
4)拨测探针异常告警。当中心管理服务器发现某个拨测终端出现异常情况时,会立即修改该拨测终端的工作状态并产生告警,使得用户可以及时找出出现问题的拨测终端。
5)拨测探针地理管理与分组管理。系统支持对已经建立管理关系的拨测探针进行地理位置标记,通过拨测探针地理位置拓扑可以方便地监控其当前的地理位置所在信息。整体拓扑以节点颜色标记各个探针的当前实时运行状态。拨测探针拓扑可以按照需求改变设备的显示方式(名称、IP)节点比例以及文本颜色等显示属性。拨测终端管理支持对拨测终端进行分组管理,用户可以按照自己的需求设定分组并将拨测终端添加到以地理位置或其他方式标记的分组中,方便在探针进行日常监控以及添加任务等操作时快速进行探针的定位和筛选。
2.3.4 拨测任务统计结果分析
拨测系统记录了每个任务每次执行的结果,每个结果关联执行时参数,用户可以随时在系统内查看历史执行结果。系统提供了按照时间段等条件对历史结果进行筛选的功能。同时,用户也可以将历史结果导出为Excel文件进行查看分析。拨测系统将会对任务当前已有结果进行统计分析并绘制相应图表:纵向对比趋势图、横向对比条形图、正常工作时长占比的饼图等。历史结果饼图如图7 所示,历史结果趋势图如图8 所示。
采用的拨测探针具有体积小、安装简单、功能齐全的特点,体积不超过10 cm×15 cm×3 cm,安装时,直接通过网线接入到拨测点的网口即可,拨测探针主要支持网络时延及丢包率的测量、分布式业务路由测量、DNS解析测量、HTTP仿真测量、网络性能测量、用户自定义业务测量。这在很大程度上降低了建设难度,缩短建设周期,避免进入技术误区,进而降低投资风险,提高投资收益。
3 结语
为了解决电力数据通信网管在设备监控、运行保障等方面的局限性,本文提出一种基于分布式探针的电力数据通信网综合监测方法。根据冀北电力数据通信网的运行特点、承载业务的特定需求,利用分布式探针的主动测量技术提高电力数据通信网业务质量的监控能力,同时,从安全监控的要求出发,该技术通过netfilter保证了探针和传感器的安全性。经模拟测试,该方法达到了预期效果,为冀北电力公司电力数据通信网管理系统提供技术基础和实现依据。
摘要：冀北电力数据通信网承载业务具有多样性、流量突发性、调整频繁等特点,通过网管接口获取管理信息进行管理的传统方式已经无法保证对电力数据通信网业务质量的有效监控。文章根据冀北电力数据通信网的运行特点以及承载业务的特定需求,利用分布式探针的主动测量技术提高电力数据通信网业务质量的监控能力,以实现主动对数据通信网的时延、丢包率、分布式业务路由、域名系统(Domain Name System,DNS)解析测量、HTTP仿真测量、网络带宽等网络性能的监控和测量。经分析,该方法全面提高了电力数据通信网管理的科学化、精细化水平。
关键词：电力通信网络,运维管理,分布式探针,业务质量
参考文献
[1]王继龙,吴建平.大规模计算机网络性能监控模型的设计与实现[J].计算机研究与发展,2000,37(4):443-452.WANG Ji-long,WU Jian-ping.A n In ternetper for mance monitoring model:design and implementation[J].Journal of Computer Research and Development,2000,37(4):443-452.
[2]张文杰,钱德沛,张然,等.互联网应用性能测量系统的研究实现[J].计算机研究与发展,2003,40(1):60-67.ZHANG Wen-jie,QIAN De-pei,ZHANG Ran,et al.Research and implementation of network performance mesurement of Internet applications[J].Journal of Computer Research and Development,2003,40(1):60-70.
[3]张黎明.网络测量探针定制机制及探针执行环境研究[D].北京:北京航空航天大学,2004.
[4]王红剑.基于DNMAI和SNMP的网络测量与管理技术研究[D].西安:西安电子科技大学,2007.
[5]谢高岗.IP网络性能测量技术研究[D].长沙:湖南大学,2004.
[6]MCGREGOR T,BRAUN H,BROWN J.The NLANR network analysis infrastructure[J].IEEE Communication Magazine,2000,38(5):122-128.
数据通信网 篇11
关键词 电力通信；电力数据；数据处理；数据压缩技术；数据压缩方法
中图分类号 TN915 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0160-01
随着现代计算机处理技术与通信技术的快速发展，最初的信息传输方式已经远远不能满足电力系统通信的传输，人们开始探究其他的技术应用，其中数据压缩技术的发展很快在电力系统通信的领域中崭露头角，这种技术的应用不仅给电力通信的传输带来了革命性的改变，而且现在各种压缩算法也存在差异，所以要想在应用中得到良好的综合压缩性能，还是必须针对各种因素进行比较分析而确定哪一种算法适合在电力系统通信中的应用。
1 数据压缩的原理
数据压缩不仅要求降低数字化的信息冗余，而且还要能保证信号的质量。数据压缩技术主要是依据信号源的特征及特性来进行处理，其中必须拥有三个方面的特性才能进行数据压缩处理。
1）信息量。并不是所有的信号都需要进行压缩处理，一般针对于占用空间较大的数据才采用这一技术处理来完成所需要的转换过程。主要将占用空间较大的数据进行切块压缩编码，到最后处理占用较少的带宽而完成数据的传输，不仅保证了信号的质量还提高了系统的稳定性。
2）冗余度。若信号源的实际熵小于信号源编码的熵，那么这种信号源中存在冗余度，冗余度包括时间冗余、空间冗余、视觉冗余和听觉冗余等等。压缩技术就是利用这些冗余量，将信号整合得到一种占用较小的空间里，而满足用户的更多需求。
3）编码模型。熵编码模型是整个压缩技术的狠心部分，只有拥有这种编码模型才能进行数据的处理。
2 数据压缩技术的分类
目前数据压缩主要有两大分类，无损压缩与有损压缩两种种类，下面就两种类型进行简要的分析说明，便于后期我们选择
使用。
2.1 无损压缩技术
无损压缩技术，主要利用数据冗余进行压缩而成，而且将信号进行压缩达到没有损失的，使信号具有高保证的效果。目前无损压缩方法主要有HUFFMAN编码、LZW编码、霍夫曼编码、游程编码和算术编码等等。这种压缩技术具有以下几大特点。
1）信号保存完整，没有任何信号的损失。
2）不守信号源的干扰，而且音质高保真。
3）信号转换方便，不需要二次转换。
4）整体压缩占用空间大，效果比例不高。
5）硬件支持较少。
2.2 有损压缩技术
有损压缩技术，主要是针对图像以及声波中的一些不敏感的特性作出压缩处理，这种技术不能完全对原始信号源进行恢复，但是却拥有较大的压缩比。目前这种压缩技术有两种机制。第一种，变换编解码；第二种，预测编解码。前者主要是将图像与声音进行采集，然后进行切块分类重新变换一个新的空间与量化，最后进行量化值的熵编码。而后者主要是利用先前的数据和后来解码的数据进行预测当前的声音、图像帧，根据预测数据与实际数据之间的误差，然后对于重现的预测信息量化编码。在实际应用中主要常见有预测编码、统计编码、变换编码、矢量量化和子带编码等几种方法。有损压缩技术具有以下几个特点。
1）在运用这种技术之后，我们就能够很好的获取比无损压缩之后更大的文件，而且还能满足系统需求。
2）如果需要进行视频或者是影像的处理，通过这种方法也可以很好的进行解决，而且它被经常的在压缩声音和图像等视频中应用。
3）对于有损压缩技术来说，它一般都具有较大的压缩比，这是它的一个显著特点。
4）相对于其他的压缩技术来说，有损压缩技术重要的就是体现在有损上，也就是说它在对原文件进行相关的解压之后，一般都会具有较大的信号损失，对此需要引起我们的注意。
2.3 对比分析
这两者都有自己的特点，而且使用的范畴也是不尽相同。如果应用的话一般根据需要来综合考虑，尤其在电力系统通信中显得尤为重要。主要从压缩性能、信号质量、比特率、数据压缩系统的复杂性以及编译码延时等几个方面来入手。
3 电力系统的硬件设计
由于电力系统不同于其他系统，所以再设计时必须满足对本身硬件的设计。目前比较成熟和传统的应用就是静态哈夫曼数据压缩方法，本方法主要采用DSP TMS320F2812的处理器，主要因为这种处理器精度高、集成度高以及速度快等特点。而且这种处理器主频达到了150 MHz，不仅功耗低，而且高度集成了128KB的Flash 存储器与4KB的引导只读内存和2KB的OTP ROM，而且大大的该变了应用的灵活性。不仅拥有128位的密码保护机制，而且还具有两个时间管理模块为电机与功率控制提供良好的运行环境，同时实现了信号双通道的采集。
对于传输方式，我们采取全双工的模式进行信号收发功能，对于网络接口芯片的选择需要选择支持以太网和IEEE 802.3，而且传输速率能达到10 Mbit/s以上，同时能支持UTP、AUI和BNC等相关性检测和自动校正功能，至少能允许4个LED的诊断引脚编程的输出。
4 电力系统的软件设计
电力系统通信的核心是软件的设计，重点是数据编译码的过程，针对于现代电力系统的发展，怎样的设计才能达到电力系统通信的要求，就这一问题进行简要的分析说明。由于电力系统通信的特殊性，哈夫曼编码是在整个电力系统中应用比较成熟的
方法。
4.1 哈夫曼编码程序
统计字符出现的概率。编码的第一步就是进行统计字符，整个编码中为了保存统计数据结果，必须要建立由256个元素的长度数组来进行统计数值，做好后面其他工作的重要依据。
二叉树的构造。首先将压缩的字符进行排序，主要按照字符的出现频率而定。然后进行概率组合相加得到新的概率，直到概率为1.0为止。最后就是对信号源符号进行排序，从而得到哈夫曼码。
生成符号代码表格进行数据压缩。这一过程需要得出每个字符所对应的编码才能进行压缩，根据树形结构，计算出所需要的代码表，然后进行整合，完成所有的代码的构造。编码需要从数据源的每一个字符进行，直到所有读取完成后才算整个数据压缩。
4.2 哈夫曼解码程序
解码首先需要读出压缩文件开头字符出现概率，然后从树根读入数据的第一位是0就进行下一分支读取，如果是1就进行上一分支读取。整个解码过程只针对字符概率做出统计，得到了与编码相同的哈夫曼树。同时需要保存数据源的大小，以保证整个解码过程准确性。
5 结论
本文主要通过介绍了目前数据压缩技术的方法与原理，简要阐述了电力系统中数据压缩技术的应用，包括从硬件到软件做出了详细的说明，做好数据压缩技术在电力系统通信的应用不仅熟悉其分类与方法，最重要还要加强这方面人才的培养。
参考文献
[1]苏奎峰,吕强,耿庆峰.TMS320F2812原理与开发[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2]陈怀琛.MATLAB及在电子信息课程中的应用[M].北京:电子工业出版社,2002.
[3]苗世洪,孙扬声,吴小辰.基于电力系统故障信息远程通信的高效数据压缩与解压技术研究[J].电力系统自动化,1996,09.
[4]苗世洪,孙扬声,伍咏红.电力系统故障录波装置的远程通信问题研究[J].1995,07.
数据通信与应用 篇12
数据终端DTE:分组型终端PT和非分组型终端NPT两大类。分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端Te Letex、用户分组装拆设备PAD、用户分组交换机、专用电话交换机PABX、可视图文接入设备VAP、局域网LAN等各种专用终端设备;非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终端设备DCE组成。如果传输信道为模拟信道, DCE作用是进行模拟信号和数字信号的转换;如果传输信道为数字信道, DCE作用是实现信号码型与电平的转换, 以及线路接续控制等。传输信道除有模拟信道和数字信道外, 还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路。
2 数据通信的交换方式
2.1 电路交换
电路交换是指两台计算机或终端在相互通信时, 使用同一条实际的物理链路。电路交换方式通常应用于公用电话网、公用电报网及电路交换的公用数据网 (CSPDN) 等通信网络中。
2.2 报文交换
报文交换是将用户的报文存储在交换机的存储器中 (内存或外存) , 当所需输出电路空闲时, 再将该报文发往需接收的交换机或终端。这种存储—转发的方式可以提高中继线和电路的利用率。报文交换方式适用于实现不同速率、不同协议、不同代码终端的终端间或一点对多点的以报文为单位进行存储转发的数据通信。
2.3 分组交换
分组交换是将用户发来的整份报文分割成若干个定长的数据块 (称为分组或打包) , 将这些分组以存储—转发的方式在网内传输。分组交换适用于对话式的计算机通信, 如数据库检索、图文信息存取、电子邮件传递和计算机间通信等各方面, 传输质量高, 成本较低, 并可在不同速率终端间通信。
3 数据通信的分类
3.1 有线数据通信
数字数据网DDN利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说DDN是把数据通信技术、数字通信技术、光纤通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。
3.2 无线数据通信
无线数据通信也称移动数据通信, 移动数据通信是通过无线电波的传达来传送数据的, 因而有可能实现移动状态下的移动通信。狭义地说, 移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。通过与有线数据网互联, 把有线数据网络的应用扩展到移动和便携用户。
4 网络及其协议
4.1 计算机网络
计算机网络 (Computer Network) , 就是通过光缆、双绞电话线或有线、无线信道将两台以上计算机互联的集合。计算机网络按地理位置划分, 可分为网际网、广域网、城域网和局域网4种。
4.2 网络协议
网络协议是两台计算机之间进行网络对话所使用的语言, 网络协议很多, 有面向字符的协议、面向比特的协议, 还有面向字节计数的协议, 但最常用的是TCP/IP协议。它适用于由许多LAN组成的大型网络和不需要路由选择的小型网络。TCP/IP协议的特点是具有开放体系结构, 并且非常容易管理。
TCP/IP实际上是一种标准网络协议, 是有关协议的集合, 它包括传输控制协议和因特网协议。TCP协议用于在应用程序之间传送数据, IP协议用于在程序与主机之间传送数据。由于TCP/IP具有跨平台性, 现已成为Internet的标准连接协议。网络协议分4层: (1) 网络接口层; (2) 网络层; (3) 传输层; (4) 应用层。
5 数据通信的应用前景
5.1 有线数据通信的应用
(1) 数字数据电路 (DDN) 的应用范围有: (1) 组建公用数字数据通信网。 (2) 可为公用数据交换网、各种专用网、无线寻呼系统、可视图文系统、高速数据传输、会议电视、ISDN (23B+D信道或30B+D信道) 、邮政储汇计算机网络等提供中继或数据信道。 (3) 为帧中继、虚拟专用网、LAN, 以及不同类型的网络提供网间连接。
(2) 分组交换网的应用: (1) 电子信箱业务, 又称电子邮件。它是一种以存储—转发方式进行信息交换的通信方式。 (2) 电子数据交换业务。电子数据交换 (EDI) 是计算机、通信和现代管理技术相结合的产物, 又被称为“无纸贸易”。EDI用电子单证代替了纸面单证, 由传统的多点对多点的联系变为网络信息传递。EDI技术是商业中极为重要的工具, 在国内外都得到广泛的应用。 (3) 传真存储转发业务。传真存储转发是把计算机与通信技术结合起来, 建立智能化的传真网。存储—转发技术的核心是传真交换机。 (4) 可视图文业务。可视图文业务是一种利用现有公用电信网络开发出来的新型、公用、开放式的信息服务系统。
5.2 无线数据通信的应用
(1) 移动数据通信在业务上的应用。移动数据通信的业务, 通常分为基本数据业务和专用数据业务两种。基本数据业务的应用有电子信箱、传真、信息广播、局域网 (LAN) 接入等;专用业务的应用有:个人移动数据通信、计算机辅助调度、车船舰队管理、GPS汽车卫星定位、远程数据接入等。