新一代传输技术（通用8篇）
新一代传输技术 篇1
许多国家正在进行下一代数字地面广播的研究,以便提高大容量内容服务,如超高清。本文设计了译码算法的LDPC码,它重复使用双极化MIMO传输信道响应,进行对数似然比(LLR)的计算,并在计算机中进行仿真测试,验证为可行。
许多国家正在进行下一代数字地面广播的研究,以便提高大容量内容服务, 如超高清(SHV)。在本文中,提出了大容量传输技术,使用超多层(例如, 1024QAM或4096QAM)正交频分复用 (OFDM)技术和双极化多输入多输出技术(MIMO)。
MIMO(多输入多输出)系统通过在发送端和接收端使用多个天线分别完成信号的发送和接收,实现了分集增益和空间复用增益,大幅度地提高了信道容量和频带利用率。MIMO系统中,同一时刻不同天线发送不同的信息比特, 它们在每一根接收天线上叠加,相互形成干扰,当符号周期小于信道的多径时延扩展,即出现信道的频率选择性衰落时,接收信号会产生严重的码间干扰。因此,克服来自多天线和多径的干扰成为MIMO系统检测的主要问题。
在过去的研究中发现,接收到的水平极化和垂直极化波的能量是不同的, 这是因为它们不同的传输特性,这样降低了BER(误码率)特性。为了解决这一问题,需要使用LDPC码(低密度奇偶校验)方案和多维交织方法。在本文中,我们提出了一种LDPC码的译码方法,使用双极化MIMO传输信道响应进一步改善误码率性能。信道衰落的失真引起了载波符号之间的功率差,这降低了误码率性能。我们使用信道响应评估噪声方差,不仅可以得到OFDM信号中的所有载波符号噪声方差的平均值, 而且可以得到每个载波符号噪声方差的值,并将这提供给LDPC码的译码方案。该方法是基于LLR(对数似然比)的和积译码算法的迭代计算的过程。LLR迭代计算考虑到每个载波符号的噪声方差。这些措施使LLR计算更准确,并可以提高译码性能。
解码方法
1.和积算法
常规的和积算法中,第i个LLR由公式(1)给出:
公式1
在这里,是一个条件概率密度函数。发射信号x和接收信号y由公式(2) 和(3)给出:
公式2
公式3
LDPC码的长度为n。和积算法是工作在LDPC码的Tanner图(LDPC的校验矩阵)的信息传送算法。重复此操作, 直到满足一个奇偶校验或者迭代次数达到最大值。和积算法中有详细的说明, 图1显示了传统方法的框图。
2.和积算法和伪随机LLR
和积译码算法的第t次迭代产生初次排列c,见公式(4)。
公式4
伪随机LLR的使用公式5可以得到。向量和可以通过在c中置换为0和1来获得,公式分别为(6)和(7)。这些向量生成副本的符号。“伪”用来表明该对数似然是不是真正的对数似然。
公式5
公式6
公式7
接下来,向量和在(8)和(9)中被定义。μ是每个符号的比特数。有复制的符号,它在或中有第i位数据。向量和相差只有一位,如果使用灰度映射方案他们在I-Q图的位置一个挨着一个。此外,在和中,副本符号除向量和外, 都是相同的。结果,伪LLR变成公式 (10)。在这里是中的一个载波符号, 包含第i位数据符号。是所有载波符号的平均噪声方差。伪LLR变成和积算法中t+1轮的输入。图2显示了伪LLR的解码方法框图。
= 公式8
= 公式9
公式10
3.提出的方法
在迭代计算LLR中,我们替代的不是所有载波符号平均噪声方差,而是每个载波的符号的噪声方差。每个载波符号的噪声方差从MIMO信道响应H的矩阵和经过MIMO检测的所有载波符号的平均噪声方差中获得。这些值表明每个载波符号的CNR(载波噪声比)。噪声的方差是恒定的,见公式(10)。根据每个载波的符号的方差噪声,我们得到的伪LLR更准确地在双极化MIMO传输, 解码的结果要优于传统的方法。因此, 公式(11)用于获得伪LLR的第i个数据点。每个载波的符号噪声方差伪LLR是和积算法第t+1个输入。图3显示了提出的方法的方框图。
公式11
验证
我们在计算机中模拟验证了所提出的方法。奇偶校验矩阵和比特交织方案与在DVB-T2系统相同。输入数据流分为两个流(一个水平极化,另一个垂直极化)与多元交织方法,载波调制方案64QAM或4096QAM。图4显示计算机仿真方框图,表I显示参数表。
响应的差异。在这里,我们假设水平极化和垂直极化之间没有交叉极化分量。所需的CNR的定义在LDPC解码后假定BER小于1E-7。图6和图7标记了仿真所需的水平和垂直极化波的CNRs。比较所需的CNRs,显然所提出的方法的改进, 增加了接收功率的差异。此外,我们可以看到,改进双极化MIMO传输后, 即使接收功率没有区别,4096QAM比64QAM变化更大。
有两个原因。第一,接收功率的差异信息包括在解码过程中。在OFDM符号中,伪LLR能获得每个载波的符号的更精确的噪声方差,而不是所有载体的平均噪声方差。这意味着,如果在两种极化下所有载波符号的CNRs不是相同的水平,该方法将强于传统的方法。第二,一个复合载波调制方案将使OFDM符号中的载波符号模糊。图8显示了在I-Q图64QAM信号排列。图8有的信号点(称为“环绕信号点”)被别的信号(被称为“边缘信号点”)所包围。在一般情况下,如果采用QAM方案,被包围的信号点容易生成误差点。环绕信号给所有信号点的误差率的比例是36/64 = 56.3%。在另一方面,4096QAM比64QAM还有更多的环绕信号点,在这种情况下,比率是3844/4096=93.8%。这些值表明,复合载波调制方案降低了误码率性能。请注意所提出的方法产生两个副本的符号,伪LLR与他们进行迭代计算。如果他们与接收到的载波的符号相同,伪LLR计算会更准确。此外,伪LLR复制符号更准确。如果有许多环绕信号点, 迭代方法使用两个并排符号来缓解误码率降低。
出于这个原因,明确的是,当使用双极化MIMO技术和超多的OFDM技术时,使用LDPC码的译码方法运行良好。
结论
这种LDPC码的译码方法,它使用双极化MIMO传输的信道响应进行LLR迭代计算,从实验决定中产生了复制符号,通过0或者1取代相关的位数。在那之后,伪LLR迭代计算接收到的信号与噪声方差,接收到的数据进行精确解码。我们进行了双极化MIMO传输下不同信道响应的计算机仿真,发现所提出的方法优于传统的方法。这种方法将对下一代数字电视传输技术起到积极的推动作用,为大容量数据传输打下基础。
新一代传输技术 篇2
西北师范大学计算机类专业课程教学大纲
《新一代网络技术》课程教学大纲
一、说明
（一）课程性质
《新一代网络技术》是计算机科学与技术专业的一门重要的专业必修课。
（二）教学目的
通过本课程的学习使学生掌握计算机网络的基础知识和基本应用，并熟悉网络技术的相关概念，了解网络新技术的发展方向，能够根据自己的需求选择合适的网络应用。尽快掌握网络新技术的重要内容，跟踪网络学科的新发展，全面了解网络前沿技术，培养掌握计算机网络基本理论和基本技能，具有计算机网络硬件组网与调试，网络系统安装与维护，以及网络编程能力的高级技术应用性专门人才。
（三）教学内容
本课程介绍当前使用广泛并有发展前景的网络新技术，内容包括计算机网络及新技术概述；计算机网络体系结构；宽带网络及其技术；无线接入技术；移动互联网及3G通信技术；新一代网络协议IPv6；三网融合技术；互联网应用新技术展望。
（四）教学时数
54学时。，其中讲授36学时，实验18学时。
（五）教学方式
采用课程讲授、阅读论文和课堂讨论等
二、本文
第1章 计算机网络及新技术概述
教学要点：
掌握计算机网络通信技术的发展趋势，了解接入网的发展和光通信技术的发展方向以及网络的总体演变。了解信息时代计算机网络技术，掌握网络新技术体系和三网融合技术与构建。教学时数：
建议学时：4学时 教学内容： 1.1 计算机网络发展
计算机网络发展，网络通信技术的发展趋势，接入网的发展，光通信技术的基本发展方向以及网络的总体发展趋势与演变。1.2 计算机网络新技术概述
计算机网络新技术，最新的网络技术，未来网络的发展方向。
西北师范大学课程教学大纲
主要教学方法：
讲授法、分组讨论法等，主要的教学手段：多媒体教学
第2章
自动识别技术与RFID计算机网络体系结构
教学要点：
掌握目前常用的自动识别技术，了解RFID的历史和现状；掌握RFID的技术分析；理解RFID的历史和在物联网中的地位。了解网络的层次化体系结构与协议，掌握OSI/RM与TCP/IP的基本概念。
教学重点，教学难点：网络协议（TCP/IP协议）教学时数：
建议学时：4学时（包含实验2学时）
教学内容：计算机网络体系结构，TCP/IP协议组成及工作过程 教学方法：讲授法、分组讨论法等。教学手段：多媒体教学，实验
第3章
无线传感网宽带网络及其技术
教学要点：
了解宽带接入网，掌握基于PSTN及无线网的接入技术，了解吉比特以太网以及宽带智能网的关键技术。了解网格计算及网络体系主要功能和结构，掌握网络存储机构和网络存储的新技术。
教学重点，教学难点：基于无线网的接入技术，网格系统结构 教学时数：
建议学时：4学时 教学内容：
3.1 宽带网络接入技术
宽带网的接入技术，吉比特以太网集智能网的关键技术。3.2 扩展的宽带网络及其应用新技术
扩展的宽带网络及新技术，网格及网络计算，网络体系主要功能、关键技术和网络结构，网络存储机构和网络
教学方法：讲授法、分组讨论法等。教学手段：多媒体教学
第4章
无线接入技术
教学要点：
了解无线接入技术特点、无线接入技术类型，了解无线接入接口技术。掌握无线接入技术系统的结构及其功能，掌握无线接口技术
教学重点，教学难点：无线接入技术类型，无线接入系统接口技术 教学时数：
西北师范大学课程教学大纲
建议学时：4学时（包含实验2学时）教学内容： 4.1 无线接入技术
模拟调频技术，数字直接扩频技术，数字无绳电话技术，蜂窝通信技术 4.2 无线接入系统
无线接入系统，无线接入技术系统的结构，包括：控制器，操作维护中心，基站，固定终接设备和移动终端。
教学方法：讲授法、分组讨论法等。教学手段：多媒体教学，实验
第5章
智能信息设备无线互联网及3G通信技术
教学要点：
了解智能设备发展新趋势。了解无线互联网组成、基础和发展状况以及无线互联网应用。了解3G技术的定义、起源和发展历程，掌握3G技术的应用及标准参数，了解开源的WiMax项目。
教学重点、难点：无线互联网的应用，开源的WiMax项目。教学时数：
建议学时： 6学时（包含实验4学时）教学内容： 5.1 无线互联网
无线互联网组成、基础和发展状况，无线互联网在各行各业的应用。5.2 3G通信技术
3G通信技术起源及发展历程，3G通信技术的应用领域，3G通信的应用及标准参数及开源的WiMax项目。
教学方法：讲授法、分组讨论法等。教学手段：多媒体教学，实验
第6章
无线宽带网络新一代网络协议Ipv6
教学要点：
了解无线网络的基本组成元素，无线网络的类别，无线宽带网络的难点。掌握WiFi:无线局域网如IEEE 802.11 协议发展简史，IEEE 802.11 架构，IEEE 802.11 介质访问控制协议。了解 WiMAX：无线城域网。了解因特网新协议Ipv6的应用，掌握Ipv6数据头标格式、Ipv6中的地址结构、Ipv6路由协议、Ipv6安全技术。
教学重点、难点：IPv6协议中的地址表示、Ipv6路由协议、Ipv6安全技术和相关技术的实现。
教学时数：
建议学时： 18学时（包含实验10学时）教学内容：
西北师范大学课程教学大纲
6.1 IPv6概述
计算机网络体系结构，IPv4的局限性，IPv6的局限性，IPv6技术标准研究，IPv6技术的推广和部署。6.2 IPv6结构
IPv6分组结构，IPv6的扩展首部，IPv6与相邻层协议的关系，IPv6的特性。6.3 IPv6地址技术
IPv6地址技术概述，IPv6地址分类，IPv地址配置技术。6.4 ICMPv6及相关协议
ICMPv6概述，ICMPv6格式，邻居发现协议，IPv6地址解析技术，多播监听者发现协议。6.5 IPv6路由技术
IPv6路由协议概述，RIPag，IPv6的OSPFv3，IPv6的BGP-4。6.6 IPv6安全技术
IPv6安全问题，Internet的安全技术，IPv6的安全要素，IPv6中的认识，IPv6中的加密，密钥交换协议。
教学方法：讲授法、分组讨论法等。教学手段：多媒体教学，实验
第7章
无线低速网络
教学要点：
了解低速网络协议。掌握红外线通，蓝牙技术，802.15.4/ZigBee，体域网如物理层，网络架构，传感器，体域网应用。容迟网络如网络体系结构，DTN网络应用。
重点是低速网络协议，蓝牙技术，802.15.4/ZigBee，体域网，容迟网络。难点是：蓝牙技术，802.15.4/ZigBee，体域网，容迟网络。
教学时数：
建议学时： 4学时 教学内容：
7.1 低速网络协议概述
7.2 红外线通信
红外通信技术利用波长为875nm米左右的红外线来传输数据。7.3 蓝牙
蓝牙技术的物理层采用跳频扩频结合的调制技术，频段范围是2.402~2.480GHz,通信速率一把能达到1Mbps左右。7.4 802.15.4/ZigBee 7.5 体域网
物理层；网络架构；传感器；体域网应用。7.6 容延网络
网络体系结构；DTN网络应用。
教学方法：讲授法、分组讨论法等。
西北师范大学课程教学大纲
教学手段：多媒体教学
第8章
无线宽带网络
教学要点：
了解无线网络的基本组成元素，无线网络的类别，无线宽带网络的难点。掌握WiFi:无线局域网如IEEE 802.11 协议发展简史，IEEE 802.11 架构，IEEE 802.11 介质访问控制协议。了解 WiMAX：无线城域网。
重点是无线网络的基本组成元素，无线网络的类别，无线宽带网络的难点和WiFi:无线局域网。难点是WiFi:无线局域网。教学时数：
建议学时：4学时 教学内容： 8.1 无线网络简介
基本组成元素；无线网络的类别；无线宽带网络的难点。8.2 WiFi:无线局域网
IEEE 802.11 协议发展简史；IEEE 802.11 架构；IEEE 802.11 介质访问控制协议。8.3 WiMAX：无线城域网
WiMAX概述及架构；WiMAX介质访问控制原理简介。8.4 无线物联世界
教学方法：讲授法、分组讨论法等。教学手段：多媒体教学
第9章 三网融合技术
教学要点：
了解三网融合技术概念及三种网络融合的应用范围，掌握三网融合技术解决方案。教学重点，教学难点：三网融合技术解决方案。教学时数：
建议学时：4学时 教学内容：
三网融合技术概念及应用范围；三网融合技术解决方案。教学方法：讲授法、分组讨论法等。教学手段：多媒体教学
第10章 互联网应用新技术展望
教学要点：
综合了解互联网应用新技术，结合当前网络发展态势做出有依据的展望。
西北师范大学课程教学大纲
教学重点，教学难点：预测未来网络的发展方向。教学时数：
建议学时：2学时 教学内容：
互联网应用新技术展望，利用图书馆、互联网了解最新的网络技术并预测未来网络的发展方向。
教学方法：讲授法、分组讨论法等。教学手段：多媒体教学
三、参考书目
《现代网络新技术概论》，敖志刚编著，人民邮电出版社，2009年，第1版。《IPv6技术：新一代网络技术》，王相林 著，机械工业出版社，2008年，第1版。《计算机网络安全（第2版）（高等学校教材·计算机科学与技术）》，刘远生，辛一主编，清华大学出版社，2009年，第2版。
《计算机网络技术与应用》，安淑芝编著，清华大学出版社，2009年，第1版。
《计算机网络技术实用教程（第2版）》，褚建立编著，清华大学出版社，2009年，第2版。
大纲制定人：郝占军
新一代传输技术 篇3
为应对数据业务爆炸式的增长以及大颗粒带宽业务的涌现, OTN技术在过去几年得到高速发展, 目前已经初步成熟, 在国内三大运营商得到部署。
6月1日, 中国联通在公布的招标计划中提出将进行OTN电交叉设备集采, 进一步推进其光网络建设, 参与企业包括华为、中兴通讯、烽火三家公司。实际上, 从2009年开始, 中国联通就致力于40G/100G WDM/OTN技术的跟踪研究, 在OTN进一步发展和应用上做出了贡献。
“未来OTN技术的发展主要体现为多业务客户信号接入、大容量光电交叉、多粒度业务调度、长距离传输、分组化演进等方面。”持续跟踪OTN技术发展的中国联通光传输与光接入工程师张沛博士告诉记者。
国内运营商电交叉OTN组网占主流
据张沛介绍, OTN设备形态主要包括四种, 第一种具有OTN接口的波分复用设备 (OTM) , 这种设备客户侧提供OTN接口, 但不包括光电交叉功能, 仅仅支持长途传输能力;第二种基于ODUk粒度的电交叉设备, 这种设备以第一种设备为基础, 在交叉能力上可支持ODUk粒度的电交叉功能, 第三种基于波长级的光交叉设备, 即ROADM, 这种设备可支持波长级别的光交叉功能, 目前大部分厂家均可以实现九个维度的光交叉调度;最后一种是电交叉和光交叉混合的OTN设备, 其特点是集合了第二类设备和第三类设备的所有特点。
“从OTN场景上分析, 目前在国内三大运营商网络中, 大部分还是应用基于电交叉的OTN设备。”张沛表示, 当前OTN在运营商网络的应用场景主要集中在省内二干和本地网层面, 对2.5G、10G颗粒的业务进行调度和管理;在省级干线网络中, 大多还是部署传统的波分复用设备, 如果在某些站点需要交叉时, 采用背靠背OTU方法进行波长调度。
另外, 目前OTN光交叉组网在功率控制、性能管理 (OSNR、色散、PMD) 等方面还存在一些限制, 需要后续进行深入的研究和分析。
联通参与多项OTN标准制定
从2009年开始, 中国联通致力于40G WDM/OTN技术的跟踪研究, 关注下一代OTN技术的发展。
张沛介绍, 在国内标准方面, 中国电信与中国联通共同牵头于2010年年底成功申请了《支持多业务的光传送网 (OTN) 设备技术要求》项目。该项目是目前国内第一个描述下一代OTN技术设备要求的标准化项目, 按照计划该标准将会在今年9月份的CCSA TC6 WG1中间会议上进行讨论。此外, 中国联通还作为主要参与单位, 参与到《N×100Gbit/s DWDM系统技术要求》 (行标) 的撰写工作中, 该项目预计将在今年年底完成。在2010年CCSA TC6WG1厦门会议上, 中国联通还积极参与讨论了由中国电信和华为技术牵头完成的《OTN多业务承载技术报告》。
在国际标准方面, 结合网络发展现状, 中国联通在OTN设备长距客户侧接口、OTN应用场景、OTN接口互联互通等方面先后提交多篇ITU-T文稿, 希望在OTN/WDM国际标准上反映中国联通的现实需求。
基于前期的技术跟踪, 中国联通对OTN研究的下一步重点将集中在三个方面。
其一, OTN设备的长距客户侧接口模型。目前大部分OTN设备客户侧接口仅仅支持2km, 但很多联通本地网规划过程中, 5km甚至10km的客户侧接口需求很普遍;
其二, 25dB传输模型的研究。长途传输是OTN设备的基本能力, 在去年CCSA TC6 WG1正式发布的《N×40G光波分复用 (WDM) 系统技术要求》中, 主要针对22dB传输模型进行了规范, 但在中国联通干线网络中, 很多传输跨段的衰减超过25dB, 因此, 在未来即将发布的《N×100Gbit/s DWDM系统技术要求》 (行标) 中, 中国联通也希望将25dB传输模型写入到国内行标中;
其三, 40G/100G DWDM/OTN网络的性能评估。随着WDM/OTN网络进入到40G时代, 在网络建设和运维过程中, 受到色散、PMD和非线性效应影响非常大, 在一些情况下甚至会影响业务的正常开通和运行, 这个问题在未来100G WDM/OTN网络中会更加严重。
OTN顺应分组化潮流
随着业务和网络分组化的发展, 传统以TDM交换为内核的OTN技术也需要顺应分组化的潮流, 向着下一代OTN方向演进。在过去几年, 业内各方面的专家均对于下一代OTN技术进行了广泛探讨, 不同的专家对于下一代OTN技术的理解各不相同, 因此也引出了MS-OTN、E-OTN、P-OTN等诸多概念。
“从设备角度分析, 与传统的OTN设备相比, 下一代OTN技术需要在以下两个方面体现分组化的思想。”张沛介绍, 首先OTN分组化应体现在客户接口方面, 下一代OTN设备需要提供多业务支持的客户侧接口, 包括SDH业务、OTN业务、以太网业务、CPRI业务、FC业务等等, 适应接口以太化和分组化的发展趋势。其次, OTN分组化应体现在交叉功能方面。众所周知, 传统OTN设备的交叉功能以TDM交换为内核, 未来OTN设备除了可以提供TDM交换以外, 还需要支持分组交换功能, 将TDM交换和分组交换同时集中于一台OTN设备中是未来OTN技术发展的另外一个趋势, 也是顺应传送承载网分组化潮流的发展方向。
LINK
OTN技术的发展三个阶段
新一代传输技术 篇4
新一代智能变电站以“结构布局合理、系统高度集成、技术装备先进、经济节能环保、支持调控一体”为技术特征，遵循“功能集约、信息集成、设备智能、设计优化”的建设原则，以高度可靠的智能设备为基础，以协调互动的测控技术为支撑，以高效便捷的运维模式为保障，实现全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、应用功能互动化，满足高可靠性，高智能化，易施工，便扩展，轻维护的建设、运行与检修的要求，全面支撑调控一体，助力电网发展方式转变。在此背景下提出了110 kV及以下电压等级系统过程层智能终端和合并单元装置集成，SV(Sampled Value,SV)直采报文和本间隔GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event,GOOSE)报文传输共享网口。220kV及以上系统处于安全性考虑仍要求过程层智能终端和合并单元独立配置。因此，在110 kV及以下电压等级系统中，需要在原SV直采链路上增加GOOSE报文的传输，由于SV直采对过程层设备的报文发送时刻和间隔层设备的报文接收时刻都有很高的要求[1,2]，在SV直采链路中再进行GOOSE报文传输会对间隔层设备和过程层设备都带来新的技术挑战。
本文分析SV直采方案和GOOSE传输机制，并对SV和GOOSE通信模型及报文进行了进一步的研究，在不改变硬件结构的基础上提出了一种SV直采和GOOSE共口传输方案。
1 SV直采方案
智能变电站采用电子式互感器，其输出的数字量采样信号经过合并单元数据同步之后供保护装置使用。SV可采用组网模式[3]，也可采用点对点直采模式。当SV采用直采模式传输时，合并单元输出的数字量采样值直接发送至保护装置，采样同步在间隔层完成，而合并单元需要将前端的采样延时标记在数字采样值报文中。
1.1 SV直采时序分析
为了分析SV直采方案的关键技术，首先对SV采用点对点直采方式时整个采样环节的时序进行分析[4,5]。SV直采方式时序如图1所示。
由图1可知，SV采用点对点直采方式时包括三个环节，电子式互感器、合并单元和间隔层IED设备。电子式互感器、合并单元在传输采样值环节都会引入一定的延时，电子式互感器带来的延时为Td1，合并单元带来的延时为Td2。延时Td1由电子式互感器标记在其发送的采样值报文中，合并单元将自身造成的延时Td2与电子式互感器的延时进行累积，所以合并单元发送采样值报文中的额定延时数值应为Td1+Td2。
电子式互感器和合并单元之间传输规约固定采用FT3，和后端采用直采和组网方式无关[6]，本文不再对电子式互感器进行展开分析。
1.2 合并单元SV处理
SV采用直采方式时，合并单元输出采样额定延时，额定延时数值为从一次模拟量产生时刻到合并单元对外接口输出数字量的时间。因此合并单元SV处理的关键在于发送时刻和采样报文中额定延时数值的准确性。
为了保证SV发送时刻的准确性，合并单元一般采用“提前采样，定时发送”的方法。合并单元内部采样处理时序如图2所示[7,8,9]，完成重采样后不立即发送，在距重采样时刻一个采样间隔后的时刻将提前准备好的采样值报文发送出去，采样值报文中所带额定延迟数值为重采样时刻延时+一个采样间隔时间。工程应用中为了提高发送时刻的准确性，采用FPGA来控制以太网控制器的发送，可以保证SV报文发送时刻误差小于1μs。
1.3 间隔层SV处理
当间隔层IED设备同时接收多组SV时，需要根据各组采样值报文的接收时刻和报文中所带额定延迟数据进行采样同步，间隔层IED设备采样同步时序如图3所示。
由于额定延迟数值仅取决于合并单元，所以为了提高采样精度，SV接收方需要准确地获取采样值报文的接收时刻。为了提高接收时刻的准确性，工程应用中使用FPGA记录SV报文的接收时刻[10]，具体做法为通过配置以太网控制器的工作模式，可以实现每收到一帧完整的以太网报文以太网控制器会给出一个中断信号，FPGA检测到中断信号时记录下当前时刻作为SV报文的接收时标。CPU根据SV报文接收时标和报文中额定延迟数值完成采样同步。按此做法可以保证SV报文的接收时标误差小于1μs。
由上述分析可知，SV采用直采模式时采样精度主要取决于发送方发送时刻和接收方接收时标的准确性，采用FPGA精确控制报文发送时刻和记录报文接收时刻并可达到很高的精度。但由于通用以太网控制器无法区分以太网报文的类型，所以接收方只能接收一组SV报文，否则会造成接收时标混乱，对SV重采样同步造成影响，所以在SV直采链路上无法传输其他数据。
2 GOOSE传输机制
IEC61850-7-2定义的GOOSE服务模型使系统范围内快速，可靠地传输输入、输出数据值成为可能。其特殊通信服务映射使用一种特殊的重传方案以获得合适级别的可靠性。图4为GOOSE重传机制示意图。
图4中，T0为稳态重传延时，T1为突变重传延时1时限，T2为突变重传2时限，T3为突变重传3时限。工程应用中一般取T0=5 s,T1=2 ms,T2=4 ms,T3=8 ms。正常情况下GOOSE报文每5 s重传一次，产生的数据流量很小，但在故障时，可能多个开关量信号变位，会产生较大的数据流量。
3 SV和GOOSE报文分析
对SV和GOOSE的通信模型、传输机制和报文长度进行分析。图5为IEC61850规定的通信模型，图中GOOSE和SV通信模型完全相同。表1为SV和GOOSE链路层报文帧格式，表中SV和GOOSE的报文结构也完全相同。SV的采样值和GOOSE的事件按照ASN.1编码在APDU中填充[11]，因此SV和GOOSE报文长度是可以根据工程配置计算出来的。
SV仅传输模拟量采样值类型数据，其报文的格式很固定，报文长度仅和配置的采样值通道个数有关，对于1个线路间隔SV报文最大长度=基本长度50 bytes+APDU内部标识长度93 bytes(最大)+采样数据长度17×8 bytes=279 bytes。
GOOSE报文传输数据类型可以为：状态信号(1 bytes)、整形数值(4 bytes)以及浮点数值(5bytes)，同时每个数据还可以带品质(2 bytes)和时标(8 bytes)，所以GOOSE的长度根据传输数据的不同报文长度差别很大。一帧含32个状态信号的GOOSE最大报文长度=基本长度50 bytes+APDU内部标识长度255 bytes(最大)+32×3 bytes=401bytes，如果每个状态信号都带时标，则GOOSE报文的最大长度为721 bytes。
4 SV直采和GOOSE共口传输方案
SV报文和GOOSE报文使用同一以太网口传输，可将通道看为一个全双工高速串行通道，对其进行时分复用。由于SV采用直采模式时对发送和接收时刻都要求非常精确，因此必须在保证SV传输的基础上合理安排GOOSE的传输时刻。
4.1 过程层设备处理方案
过程层设备需要在同一个网口上发送SV报文和GOOSE报文，同时还要接收GOOSE报文，因SV采用直采方式对发送时刻精度有着极高的要求，因此过程层设备以发送SV报文为最高优先级，其次发送GOOSE报文，最后是接收GOOSE报文。考虑到过程层设备需要上送的状态量很多，GOOSE发送按5组考虑，接收GOOSE考虑间隔层设备为保护测控装置集成，按2组考虑。
工程应用中直采SV采样率为4 kHz，因此将每250μs作为一个时隙，分析每个时隙的传输能力。以太网报文长度范围为64～1522 bytes，通信速率为100 Mbit/s，传输一帧最长的以太网报文需要121.76μs，每个时隙可最少传输2帧以太网报文。
过程层设备根据配置文件可以获取在一个以太网口发送GOOSE报文帧数，并且可计算出每帧GOOSE报文的最大长度，装置上电初始化过程中根据配置文件计算出在两帧SV报文中间插入的GOOSE报文帧数。
SV以一个线路间隔为例，最大报文长度为279bytes，传输时间为22.32μs;发送GOOSE以32个带时标状态量为例，最大报文长度为721 bytes，传输时间为57.68μs，因此每个250μs的时隙最多可发送1帧SV报文和3帧GOOSE报文，考虑可靠性每个250μs发送1帧SV报文和2帧GOOSE报文。同时发送5帧GOOSE，最大发送延时为750μs，考虑智能终端上送信号均带有变位时标，所以GOOSE的发送延时并不对间隔层设备的遥信分辨率造成影响。GOOSE重传机制中变位发送间隔一般设置为2 ms，所以两帧SV之间插入2帧GOOSE发送不会造成报文的积累问题。
图6给出了过程层设备内部处理时序。仍采用原合并单元的任务调度机制。在FPGA设置250μs定时器，定时器计时到立即执行FPGA发送任务并触发CPU的中断任务，FPGA接收任务始终执行。
CPU中断任务流程：
1)重采样;
2)检查是否有GOOSE报文发送，如果有，将GOOSE报文下发至FPGA发送缓存区，最多下发2帧GOOSE报文;
3)将SV报文下发至FPGA发送缓存区;
4)检查FPGA报文接收缓存区，有报文读取并处理。
FPGA发送任务流程：
1)立即向以太网控制器写发送命令，发送上一帧SV报文;
2)实时监视以太网控制器发送，发送完毕立即将FPGA发送缓存区下一帧报文拷贝至以太网控制器发送缓存区;
3)检查FPGA发送缓存区是否为空，非空就向以太网控制器写发送命令，否则，最后一帧报文为下一个间隔要发送的SV，不再写发送命令。
FPGA接收任务：
FPGA实时检测以太网控制器的接收，当有GOOSE报文接收时，读入FPGA开设的接收缓存区。
实际工程中过程层设备有多个以太网口，可以将多个以太网控制同时打开，一次性将发送报文写入多个以太网控制器。
4.2 间隔层设备处理方案
间隔层设备需要在同一个网口上接收SV报文和GOOSE报文，同时还要发送GOOSE报文。因SV采用直采方式对报文接收时标精度有着极高的要求，因此间隔层设备就需要优先处理以太网报文接收，其次考虑GOOSE报文发送。
以太网控制器配置为仅接收产生中断信号，根据以太网控制器的内部机制，使用FPGA控制以太网控制器，当FPGA收到接收中断后记录当前时刻作为以太网报文接收时标，立即清以太网控制器的中断状态寄存器接收标志位，确保下一帧以太网报文接收完成后可以触发中断信号，然后将报文读入FPGA开设的接收报文缓存区，并将报文接收时标附在报文的尾部。
CPU定时查询FPGA的报文接收缓存区，有报文就全部取走，判断是SV报文就将时标保存作为重采样时标，判断是GOOSE报文就将时标丢弃，因此FPGA不需要识别接收报文类型，仅需要将所有接收的以太网报文均打上时标即可。因一帧最短的以太网报文为64 bytes，传输延时为5.12μs，足够FPGA完成记录时标并清以太网控制器中断标志寄存器操作。为减小FPGA内部缓存，设置CPU每70μs查询一次。间隔层设备GOOSE发送策略为在每次任务的最后将需要发送的GOOSE报文全部提交给FPGA,FPGA检测以太网控制器的发送，以太网控制器发送空闲就立即发送GOOSE报文。
图7为间隔层设备内部处理时序。CPU需要设置定时器任务，每次进任务就查看FPGA接收报文缓存区是否有数据，有数据就将其读空，然后执行报文解析、重采样和下发GOOSE报文。而FPGA仅需要实施接收报文、打时标、清中断状态寄存器接收标志和发送报文即可。
5 实际应用
采用上述SV直采和GOOSE共口传输方案开发了合并单元智能终端集成装置和间隔层保护测控集成装置。过程层设备采用1块CPU插件完成合并单元和智能终端功能，间隔层设备单独采用1块CPU插件用于SV和GOOSE的收发。过程层设备CPU插件和间隔层接口CPU插件采用相同的设计。CPU采用Freescale的MPC8377，以太网控制器采用DAVICOM的DM9000C,FPGA采用Xilinx的Spartan-6 XC6SLX45，其硬件结构如图8所示。以太网控制全部交由FPGA控制，FPGA通过数据总线操作各以太网控制器，CPU不直接访问以太网控制器。每块板卡装7个DM9000C,FPGA对每个DM9000C开5 kbytes接收缓存区和5 kbytes发送缓存区。
搭建如图9所示的测试系统对采用该方案开发的过程层设备SV进行校验。由于SV报文流量固定，所以采用GOOSE报文频繁变位方式模拟网络负荷，对设备在较大网络负荷下长期工作稳定性进行验证。间隔层IED通过点对点直连方式同时接入3套过程层设备。配置为：间隔层设备每个口发送2组GOOSE，过程层设备发送1组SV和4组GOOSE，链路上信息全接收。开关量频繁变位方法为：间隔层设备每隔10 ms开出分/合信号，触发2组GOOSE同时变位;过程层设备实时转发分/合信号给I/O设备，I/O设备实时反馈接收信号;过程层设备根据I/O设备反馈接点触发所有4组GOOSE同时变位。
经过72 h连续运行测试，其结果表明，过程层设备直采SV报文发送间隔的误差小于1μs，间隔层设备直采SV报文时标的误差小于2μs。
该方案已在新一代智能变电站110 kV电压等级过程层设备和间隔层设备中成功应用，其性能得到了充分的验证。
6 结论
本文提出了一种SV直采和GOOSE共口传输方案，从理论分析和实际应用可知，该方案不涉及硬件结构的改动，过程层设备在保证SV发送时刻准确性的基础上，对传输通道的时分复用，在两帧SV报文之间进行GOOSE报文的收发，并且根据具体工程配置文件可动态计算出两帧SV之间插入的GOOSE组数，最大化地利用通道的传输带宽，缩短GOOSE信号的传输延时;间隔层设备利用以太网控制器报文接收机制，通过FPGA对以太网控制器进行实时控制，解决了通用以太网控制器无法识别SV和GOOSE报文导致的重采样时标混乱问题。该方案GOOSE传输延时小、不涉及硬件改动、软件处理简单、可靠性高、易于实现，有着广泛推广的现实意义。
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新一代传输技术 篇5
1 前言
自从2006年IEEE发布802.3an基于4对双绞线传输的10GBase-T标准以来，万兆网络已经得到广泛的应用。基于万兆网络标准的布线系统(Cat.6A/Class EA)也已经被大量的新建项目所采用。网络系统正处在从千兆向万兆过渡的过程中。
伴随着分布式计算、分布式存储、云计算、虚拟化等新一代技术与新架构的推出;智能终端等基于网络服务的平台使人们在生活、工作中对于网络流量的需求不断的变大。根据明尼苏达大学的MINTS (Minnesota Internet Traffic Study)小组的研究，Internet网络流量近年来一直成指数型增长，特别是近来年高清视频的应用更是极大的推高了对于网络流量的需求，如图1所示。
为了应对这种不断上升的需求，IEEE于2010年发布了802.3ba 40G/100G以太网络标准。802.3ba标准主要针对的是基于光纤传输的骨干链路与核心层传输。新的网络传输技术出现伊始就被多个IT公司广泛应用，同时也推动了的接入层网络基础布线从Cat.6向Cat.6A的演进。
虽然40G/100G的以太网络传输标准刚刚发布，但是IEEE并没有停留在此，根据现有的规划，IEEE计划于2013年开始研究400G下一代以太网络标准，并于2016年正式发布，如图2所示。网络流量需求的增加并不是仅仅停留在核心网络上，接入层的网络也有新的需求。从2006年802.3an标准出台后，新一代的Base-T就开始讨论，并在2009年还成立了HSoTP (Higher Speed over Twisted-pair)组织。根据标准的规划，一个新的标准从开始讨论到最终颁布，至少会有3～4年的时间。所以如果在2012年IEEE能最终确定发展新的标准，预计40GBase-T将与2016年基于光纤的400G同步发布。
从图3可以看出，根据预测，到2016年开始，会有相当多的x86服务器端口采用40G网络。
既然在将来可能会有40GBase-T标准出现，那我们就需要关心将来40GBase-T可能会采用何种物理媒介作为传输的基础。本文将着重讨论在现有的物理链路上，能否支持下一代的40GBase-T标准。
2 物理链路的发展
Base-T以太网络的发展经过了几个阶段，从10M到10G，与其相对应的物理链路也从Cat.3发展到Cat.6A甚至是现在的Cat.7A。如图4所示，10Base-T与C a t.3, 1 0 0 B a s e-T与C a t.5, 1000Base-T与Cat.5e, 10GBase-T与Cat.6A基本上都是同步出现的，所以一般来说新的以太网标准也会带来新的物理链路的标准。
从支持10GBase-T以太网络的Cat.6A之后，Cat.7A先于40GBase-T标准发布。那么我们就需要关注，Cat.7A从物理性能上是否能够满足下一代的40GBase-T以太网路的传输要求，是否会导致因为某些参数不达标而无法支持的问题。另外，以10GBase-T为例，万兆不是只能采用Cat.6A类的物理链路，在Cat.6的链路上至少可以支持37m的距离，如果经过附加测试，则可以支持55m，这对于现有的物理链路意义重大，特别是在数据中心中，因为目前建设的数据中心，大量的采用Cat.6A作为服务器到接入交换机之间的物理链路，这样的链路长度并不是很长，通常小于20m，如果Cat.6A的物理性能显示其能够在短距离上支持40GBase-T，那将为数据中心将来的升级留下巨大的空间，也节省了相当多的费用。
所以Cat.6A能否在短距离上支持40GBase-T也是本文讨论的内容。Cat.6及以下的物理链路因为不能完整的在100m长度上支持10GBase-T，所以讨论能否支持40GBase-T没有意义，不在本文的讨论范围内。
3 40GBase-T技术
我们研究物理链路的性能是否能够支持下一代的Base-T网络，那么我们就必须了解两方面的内容：一是物理链路的性能极限在什么地方;二是下一代的Base-T传输系统可能会采用什么样的技术，以及这样的技术会对物理链路有什么要求。如果物理链路能够符合要求，那我们就可以推测，该物理链路在将来有可能支持下一代的Base-T系统;反之则不能支持。
我们知道物理链路能支持多大的带宽，取决于信号噪音比(SNR)、带宽两个方面。根据香农公式，我们可以根据这两个值计算出相应的极限传输速率。计算最大信息传送速率C的香农公式：C=B×log2 (1+S/N)。式中：B是信道带宽(赫兹)，S/N为信号与噪音能量的比值。
但这仅仅是极限速率，因为实际传输的时候，我们会要求系统达到一定的误码率(BER)，所以必须增加安全余量，加上冗余校验的信息，以保证链路传输的可靠性。另外传输系统本身还需要一定的流量开销，所以实际传输速率会低于极限。
通常，要将信号调制到载波上，比较主流的方式可以采用调幅、调频、调相。因为Base-T以太网主要是用于有线短距离传输(100m以内)，所以为了简化系统，降低能耗和成本，一直以来，IEEE都采用调幅的方式。
目前来看，IEEE关于40GBase-T的研究小组尚没有正式成立，关于40GBase-T的前期研究均在各大厂商实验室以及大学里独立进行，所以目前对40GBase-T并没有一个非常明确的技术定义。而各研究机构所采用的技术在细节上会有一定的差异。本文就根据IEEE一贯所采用的技术方针，参考一些研究所的技术发展，来研究Cat.6A以及Cat.7A类物理链路是否在将来支持新的传输系统。根据IEEE的会议和研究报告，40GBase-T的技术可能会是IEEE 802.3an 10GBase-T技术的一个延续和发展。我们就先以Cat.6A链路如何支持10GBase-T为例，来看一下网络与物理链路的关系，如图5所示。
10GBase-T采取全双工的方式。全双工方式虽然对于系统要求比较高，但是可以有效降低系统带宽的要求，所以被IEEE所采用。当然这种方式也一定会被40GBase-T所采用。
根据奈奎斯特抽样准则，理想低通信道下的最高码元传输速率=2×带宽。以太网络的发展过程中，码元和带宽的关系也是在不断进步，到了10GBase-T的时候，已经基本达到了极限。因为已经到达了技术上的极限，所以40GBase-T会遵循码元带宽比为2的原则。
从表1中我们可以看到，从10M到10G虽然中间也发生了2对线到4对线的变化，但是单个码元能够携带的bit信息是越来越多。从最早10M的曼彻斯特编码采用1和0的跳变来代表信号“0”或者“1”，需要两个码元才能够体现一个bit，到10G的单个码元可以携带3.125bit的信息。中间的变化是因为编码的方式发生了很大的变化，比如10G采用的是PAM16+DSQ128的方式，和传统概念中数字信号只有“1”和“0”两种类型的码元不同，PAM将“1”和“0”这两个信号经过一定的规则调制到16个不同等级的电平信号上：16级脉冲调幅采用-15，-13，-11，-9，-7，-5，-3，-1, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15。这样单个码元就可以携带比传统更多的bit，但是为了让信号传输更安全，引入了DSQ 128技术。
在40GBase-T中，采用何种速率以及匹配的PAM调制技术尚没有明确的结论，现在讨论的载波调制技术也有很多种，比如OFDM、QAM、PAM等，但是采用完全新的调制方式可能会对成本和标准开发时间造成很大的影响。比如QAM技术，如果采用256 QAM技术虽然可以大幅度提高编码的效率同时还可以有很强的抗干扰能力。但是因为产品的成本和技术难度都无法接受，所以目前研究主要集中在1200MHz带宽的PAM32+DSQ 512以及1600MHz PAM16+DSQ 128。本文也将以这两种技术为例进行研究。
这两种方向各有其优点和缺点。1600MHz的PAM16+DSQ 128的方式完全延续10GBase-T的技术，所以对于信噪比要求和10GBase-T并没有变化，编码设备实现起来难度并不大。但是缺点来自于对于物理链路的要求过高，要求带宽达到至少1600MHz，再加上一些带宽的安全余量(20%)，将会达到2000MHz的水平，这样的级别对于物理链路的要求非常高，在实际的应用层面，对于产品的安装和现场测试的要求都过高，这也会对将来的应用造成不小的阻力。
1200MHz的PAM32+DSQ 512的方式优点在于物理链路性能的压力小很多，目前市场上Cat.7A类线缆已经能支持1200MHz，某手持式现场测试仪表也能够达到1600MHz的测试带宽。所以在应用方面，产品的安装和现场测试的要求是可以实现的。采用该方案的缺点在于抗干扰能力相对较弱，需要开发新的编码和规则。
前面已经知道了给定的带宽下能达到的极限传输速率取决于信噪比，但是根据信噪比计算出来的是极限速率，在实际传输过程中，需要达到一定的误码率(BER)，必须要有一定的安全余量，另外编码本身也可以通过采用LDPC等技术加入冗余校验信息，降低余量的要求，所以实际系统必须要达到的信噪比为：极限信噪比+BER所需要的余量-系统编码增益。通过计算，IEEE以太网相应的信噪比要求如表2所示。两种40GBase-T技术的编码仍然采用10GBase-T所采用的技术进行计算。
通过计算我们得到了两种不同方式所要求的最低信噪比。也可以看出，第二种方式要比第一种方式的信噪比高了6个dB，将近4倍。
4 物理链路对于40GBase-T的支持
我们已经知道了系统所要求的信噪比，目前在我们手中有两种可能选择——Cat.6A、Cat.7A。我们分别来探讨一下它们是否能够支持40GBase-T的信噪比要求。我们先来看一下Cat.6A的情况，研究物理链路的信噪比的公式为：经过衰减的信号÷接受到的干扰信号。经过衰减的信号可以通过信号原始能量-插入损耗得出。通过IEEE标准我们可以知道10GBase-T的信号发射端频谱能量分布图，在40GBase-T计算中沿用10GBase-T的公式，这样就有了信号的原始能量，插入损耗可以通过TIA 568C.2标准中的插入损耗公式进行计算。当然在TIA568C.2标准中仅定义到了500MHz的位置，我们通过标准中的公式，将其延伸到了1600MHz。通过这两个值的相减，我们就得出了计算信噪比中的信号部分。
接着我们来计算噪音干扰部分。在双绞线中，噪声信号的来源主要来自于两个方面：一是外源干扰;二是线对之间的相互干扰。外源干扰来源过于复杂，包括背景电磁噪声、设备噪声、线缆之间的相互干扰，所以无法准确预估。为了能够达到计算准确性，所以本文只研究屏蔽Cat.6A的线缆。将外源干扰的影响降低到最小(屏蔽比非屏蔽抗外源干扰的能力提高30dB以上，基本可以忽略不计)的程度。线对之间的干扰同样可以通过延伸到1600MHz的公式计算出来，当然线对之间的干扰有很多种，近端串扰、远端串扰、回波干扰，我们需要进行综合计算。
当然现代的技术可以通过DSP线对之间的串扰进行噪音抑制，在计算线对之间的噪音时需要加上噪音抑制带来的增益。根据设备的通常处理能力，本文中近端串扰抑制NEXT采用40dB，回波损耗RL采用60dB，远端串扰FEXT采用20dB。对于Cat.6A的研究，我们分成50m和100m两种长度，如表3所示。
通过Matlab仿真我们可以得出Cat.6A类物理链路在50m长度下，最高能支持50～56Gbps的传输速率，有可能满足40GBase-T的传输要求。
对于Cat.7A类物理链路，无论是测试要求带宽还是指标都要高于Cat.6A类。而且Cat.7A类均采用双层屏蔽的结构，所以对于外源干扰几乎可以忽略不计，对于线对之间的干扰也大大减弱，所以Cat.7A类物理链路的信噪比表现远优于Cat.6A类。我们同样可以根据即将发布的ISO 11801-1标准内对于Cat.7A指标要求的公式，计算Cat.7A类的能力。
根据图6计算，可以看出Cat.7A类能够支持100m长度的40GBase-T传输。
5 40GBase-T是否会被应用
探析新一代云安全技术 篇6
1 云计算与云安全
1.1 云计算
作为一种新兴的计算模式, 云计算展现出强大的应用价值。云计算通过将计算任务分布在计算机构成的资源池之上, 为各种应用系统提供所需的存储空间、计算力等。其中, 资源池称之为“云”。云是一种虚拟计算资源, 其具备自我管理等功能。在一般情况下, “云”即存储服务器或计算机服务器, 为大型服务器集群。因此, 云计算最大的特点, 在于实现对资源的有效集中, 无需人参与, 而是在软件的自动管理之下, 实现资源的有效管理及应用。
1.2 云安全
随着云计算的不断发展, 以及应用领域的不断拓展, 云安全问题随之而生。一方面, 云安全是网络信息时代, 信息安全的最新体现;另一方面, 云安全融合了当前新兴的技术和概念, 通过对网络软件异常行为的检测, 及时有效的获取有关恶意攻击行为的程序、木马, 并在自动分析、处理之后, 向客户端发送木马病毒解决的方案。因此, 面对快速发展的云技术, 杀毒软件在很大程度上无法满足现实的需求。当前, 基于互联网的安全威胁正发生着转变, 从过去的电脑病毒转而以木马和恶意程序威胁。这就说明, 依托传统的特征库判断方法, 无法满足当前网络安全的需求。在云安全技术的不断发展与应用中, 病毒的识别和查杀不仅仅以病毒库为依托, 而更多地是依托网络服务, 实现对病毒识别和查杀的实时采集、处理, 提高了病毒识别、查杀的有效性。
因此, 从中可以看出, 云安全的构建思想就是依托整个互联网, 并将其作为杀毒软件, 参与者越多, 所构建的杀毒软件功能越强大, 网络越安全。如图1所示, 是“云安全”的立体结构防御体系图。在庞大的互联网用户中, 只要某一网站出现新的病毒或木马, 就会在第一时间内在网络上被截获。当前, 在云安全技术快速发展的大背景之下, 卡巴斯基、瑞星、360、金山等, 纷纷推出了云安全解决方案, 迎接“云”时代的到来。 (见图1)
2 云安全技术
相比于传统的安全逻辑, 云安全的总体思想并未发生较大的变化, 但是在服务模式上却相差甚大。首先, 在“云”一端, 是专业团队帮助用户分析及处理安全威胁, 并在最先进的数据中心, 帮助用户保存病毒库;其次, 对于用户端, 云安全表现出更大的适应性, 尤其是对设备低要求, 提高了使用的方便性;再次, 云安全的提出与实现, 为网络安全发展带来新的契机。但在此过程之中, 应切实做好云安全技术中的核心技术, 如Web信誉服务、电子邮件信誉服务和行为关联分析技术等。
2.1 Web信誉服务
在云安全技术中, 全信誉数据库的作用在于对网站页面和可疑活动迹象等的信誉评定, 进而追踪网站可信度。随后, 采取相应的安全技术, 防止其他用户访问网站而发生感染问题。此外, 为了可信度评定的准确性, 厂商还因为网站指定信誉分值, 而非简单的拦截, 强调不同网站网页的分类处理。
在信誉分值的比对之下, 可以对网站前瞻的风险定级。一旦有用户访问网站, 便会及时的提醒或组织、引导用户安全操作, 进入安全的目标网站。因此, 在Web信誉服务之下, 不仅有效的防治恶意程序的发生, 而且对于恶意软件的下载行为也可以进行有效的预防, 提高了用户进入网络前的防护能力。
2.2 电子邮件信誉服务
具体而言, 电子邮件信誉服务就是依据信誉数据库检查IP地址, 并通过实时评估的方法对IP地址进行验证。因此, 信誉评分是对IP地址的行为进行分析与判断。如果依据发送者的IP地址, 其所发送的恶意邮件会被拦截, 进而有效的防止了僵尸网络进入用户端的计算机, 起到有效的安全保护。
2.3 文件信誉服务
该技术依据防毒特征码可以实现对服务器的每个文件的信誉检查, 构建了更加完善的文件安全服务。一方面, 为降低检查所到来的时间延迟, 在高性能的内容分发网络之下, 这一问题得到了有效解决;另一方面, 保存在云中的恶意信息, 实现了即时向用户端发送, 并在很大程度上降低了系统消耗。
2.4 行为关联分析技术
行为相关联分析技术是提高安全防护的重要举措, 旨在对威胁活动的联动分析, 强化对其恶意行为的判断。对于Web威胁而言, 多项活动的同时进行, 具有较大的危害性, 进而出现严重的安全问题。所以, 通过对不同部分的威胁进行相关联, 不仅可以提高威胁行为的准确判断, 而且强化了威胁数据库的更新与完善, 确保响应的实时性。
3 实现云安全系统所面临的问题
3.1 云安全系统的构建, 需要海量的用户端
在前面我们提到, 云安全就是把整个互联网作为巨大的杀毒软件, 用户端越多, 软件的功能越强大。对于不同的厂商, 其拥有的用户端越多、使用频率越高, 其所做出的安全反应越快。因此, 云安全系统的实现, 需要依托于海量的用户端, 这点尤为重要。
3.2 反病毒技术与专业经验的重要性
一旦探测到恶意程序, 需要在最短时间内做出准确的分析与判断。这样, 不仅强调厂商拥有良好的技术支撑, 而且强调反病毒技术与专业经验的重要性。如果缺乏技术与经验, 云安全快速、安全的探测将无法实现。
3.3 大量资金与技术的支持
云安全系统的实现是一个巨大的投入, 不仅需要在服务器等硬件上做出投入, 而且强调技术在其中的重要性。因此, 无论是对于资金还是技术, 这都将是巨大的支出。
3.4 开放的系统构建
基于当前的网络安全现状, 构建开放的云安全系统显得尤为重要。一方面, 开放的系统, 为合作提供了空间;另一方面, 与其他软件相兼容, 让用户在使用不同杀毒软件的同时, 都能够享受云安全系统所带来的保护。
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新一代传输技术 篇7
智能建筑的奇妙之处就在于其内涵随着功能、服务和管理在采用新一代信息技术的基础支撑和创新应用而不断变化,云计算、大数据、物联网、移动互联等技术的发展与结合,使建筑也能够快速有效地获取相关信息,极大地增强获取、执行、决策和流程优化的能力,智慧城市的理念和新技术的应用,促进了智能建筑在产品、应用、建设、管理和服务新理念和新模式的诞生。
2 智能建筑总体架构的变化
随着物联网、云计算、大数据、移动互联等技术的日益成熟,建筑的服务和管理也正在发生新的变化,智能建筑总体架构将从传统的树型分支结构向层次关联型架构演变,从而满足智慧化应用需求,我们将智能建筑定义为以下四层架构模型:
感知层:GIS、定位系统、传感器、RFID等技术,同时还包括音视频设备、其他智能设备等。
互联层:用互联网、物联网、有线网、无线网、移动网等技术实现人与人、人与物、物与物之间的互联。
共享层:实现数据与信息高度共享,设备共享成为共享的核心枢纽,未来智能建筑的信息一定要达到高度共享,并且设备也要达到共享,实现具体应用与感知设备的多对一技术模式。
智慧应用:充分利用采集到的海量数据,融合、分析、生成,实现智慧应用的目标。智能建筑中智慧应用的目标将实现智慧管理、智慧服务、环境智慧控制、智慧商业、建筑内外智慧交通、智慧物业等。
我们必须时刻认识到,智能建筑总体架构的变化,催生了新一代产品、应用和商业模式的诞生。
3 互联网平台对智能建筑技术和应用的影响
互联网时代是平台经济和应用经济的时代,借助于互联网络,各种平台由此迅速建立并不断扩张,人们能够突破沟通交流的空间限制,依据需求、信息基础设施和应用软件的驱动,智能建筑在平台经济时代将发生技术和应用模式的改变。
我们来看一看面向银行业的智能建筑发生变革的背景。以电子商务平台为突出代表的各类平台服务越来越深入地融入工作生活的各个方面,改变了企业的营销方式和人们的消费方式。银行业传统的“总行一分行一支行”制组织管理模式将逐步被集扁平化、信息化和集约化于一身的“总部一前台”(点对点)式组织管理模式所取代,从而实现金融服务的高信息化和低人工化。据全球最大的管理咨询和技术服务供应商埃森哲预测,美国到2020年传统银行将失去35%的份额,四分之一的银行将消失,未来银行业将朝着渠道电子化、产品个性化、功能平台化、服务智能化、业务边界无限化、盈利模式精细化、互联网金融模式“020”化方向发展。由此,银行业智能建筑将根据应用服务模式的变化而创新智能化支撑系统及其应用的新时代。
再以移动社交平台为例,它直接促进了智能建筑和智能社区的技术变革和商业模式创新,基于微信的“微生活服务平台”是通过微信公众号入口管理的系统平台,通过它自动管理与特定群友进行互动,实现与系统中自动化设备的联动、智慧生活服务等实用功能,从而改变了传统智能建筑中控制的交互手段和时空概念,更多方面应用和用户体验,以下举例说明下微生活服务平台实现的功能:
(1)微门禁
采用微信及互联网作为通讯手段,通过对微信号的认证,结合门端支持网络通讯的控制设备组成的创新型门禁系统。
例如,居民在小区单元门口,扫描二维码或点击微信客户端上的开门按钮。申请信息自动发送至微信平台;经过认证核对,权限正确时,发送开门指令至“微信门禁控制器”,同时发送给微信客户端已开门信息;系统将开门事件记录在数据库中。
(2)微监控
有权限的用户通过微信客户端进入微监控后,可随时查看安装在小区内的公共摄像,也可以通过微信查看私有监控。
(3)微景观
一种参与性互动功能的应用,例如,将小区内水景(喷泉)、水底灯、背景音乐等原来由物来开启管理的设备,允许业主参与互动和管理。
业主参与水景(喷泉)、水底灯、背景音乐这些系统的管理时,操作非常简单、自由,通过微信扫一扫功能即可以轻松实现。
(4)微气象
通过微信实时对环境信息(PM2.5、温度、湿度、噪声)采集、分析、储存并且自动发布。
数据采集,通过小型气象采集系统采集PM2.5、温度、湿度及环境噪声参数。
数据分析发布,在需要得到环境信息时,只要打开微信公众号,直接点出相应的图标(或菜单)。
(5)微物业
让传统的物业服务可以在线上实现,方便业主的同时也减少了物业公司的工作量。例如,办事指南,由物业公司发布管理,业主随时随地查看,了解常用的办事流程,如户口、业主卡、水电煤等。
物业通知,由物业公司发布管理,业主随时随地查看,了解重要通知,如停水停电通知、维修通知、通过曝光台了解业主投诉等。
便民服务,为业主提供温馨服务,如出行建议、天气情况、周边开业促销信息等。缴费,连接第三方缴费系统,方便业主在线上交水电煤以及电话费。
故障报修,由业主发布,物业公司管理,业主对设施故障及时发现并及时上报。
(6)微健康
包括健康数据、附近医院、预约挂号和查询专家。
健康数据,借助于线下的设备实时或定时获得身体数据,这些健康数据通过局域网上传到服务器,用户打开微信客户端即可随时查看。
附近医院,借助于第三方地图软件,定位成功后查看附近医院,以列表或地图的方式呈现给用户,同时提供导航功能。
预约挂号,查询专家,连接第三方医疗系统,用户通过“附近医院”进入详情页面,即可预约挂号,成功挂号后,可在第三方医疗系统以及微信客户端查询。
4 新技术对应用、建设、运营和可持续发展的要求
新技术在建设、运营和可持续发展是目前智能建筑发展中应用的关键问题之一,以云计算服务为例,其应用价值和建设方式可谓见仁见智。云计算是一种新型的规划模式、建设模式和运维模式,它与大数据技术一起构成新一代信息技术的核心,通过“云”把智慧城市和智能建筑群的IT资源、数据、应用作为服务通过互联网提供给用户的新模式,正在成为智能建筑群管理和服务的优选技术。智能建筑中基于云计算所提供的服务模式可分为三类:基础架构即服务(laaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)。下面以上海真如城市副中心云计算服务平台规划建设为例,分析其价值所在。
真如城市副中心规划总建筑面积达465万平方米,其中新建面积为340万平方米,320万平方米为商业、办公、住宅,20万平方米为公建配套。将成为继陆家嘴、淮海中路、徐家汇、人民广场中心区、虹桥、南京西路静安寺以外,上海第七个中央商务区(CBD)。真如副中心的智能化设计以下一代通信网络、传感器,物联网、云计算等先进信息技术应用为前提,将智能技术广泛运用于真如的服务、管理、公共安全、环境监控、公共交通、医疗卫生、社区家居等各个领域,作为真如发展信息服务业、探索经济转型的关键举措,真如云服务平台的应用价值和建设方式具有参考意义,我们从几方面进行分析:
服务内容:真如云服务平台为区域内提供的服务内容包括:中小企业云服务、智慧城市云服务、智慧政务云服务和公共计算存储云服务。
服务方式和效果:(1)信息服务。以laaS、SaaS服务提供为主,辅以PaaS服务,真如云服务平台的建设、运营、服务模式,面向不同类型的客户,量身订制不同类型的云服务。(2)产业集聚。在新型的云服务投资、建设和服务模式的支撑下,真如云服务将集聚一大批国内外云服务相关产业和人才,形成覆盖多个关键应用领域的云服务产业生态圈。(3)招商引资。为中小企业提供公共计算存储云服务和配套设施,成为招商引资工作中的地方政府软硬件政策体系中的新亮点。
新一代信息技术带动课堂翻转 篇8
随着学校教育信息化水平的达标, 中小学先用电子白板取代传统教学中的黑板, 进而用触摸屏取代电子白板。传统教学模式面临“数字风暴”的冲击, 然而信息技术主导下的教学模式引发了许多质疑。针对现状, 笔者经过学习、体验、梳理和反思, 对教师准确理解信息技术驱动下的教学模式提出一些建议。
二、新一代信息技术对课堂转型的影响
1.教学模式的变化。
近15年来, 课堂教学模式在潜移默化中转型。从2011年起, 许多学校使用电子白板交互式教学模式, 进而建成了以平板电脑、电子书包软件、教学服务平台为主要载体的数字化学习 (简称“E学习”) 专用教室, 现在通过慕课将学习任务前置, 实施“翻转课堂”教学模式。在这期间, 笔者所在的连云港市的教学模式经历了从“三案·六环节”到“六模块建构式课堂”, 再到“建构式生态课堂”三次转型, 目前, 正在探索与数字化新学习模式相融合的有效途径。
2.学习方式的变化。
课堂转型必然会引起学习方式的变化。在接受式学习中, 教师创设教学情境, 引导学生感知、理解、应用知识, 通过练习检测巩固知识。而在探究式学习中, 教师设置问题情境, 引导学生发现、提出问题, 共同建立问题解决的模型, 然后学生以小组合作的方式, 通过交流、探究、展示和内化, 在巩固知识的同时发现、提出新问题。随着移动互联网、智能终端、大数据和云计算以及高端芯片等新一代信息技术在教学中的应用, 诞生了线上线下相结合的学习方式, 学生在知识导航地图的引导下, 在课外通过慕课学习, 到了课内则是完成对知识的内化, 教师和已经学会的学生一起帮助、辅导其他学生的不懂之处。
三、新一代信息技术嵌入课堂教学的途径
1.信息技术作为教学工具使用。
把信息技术作为教学工具使用, 主要体现在电子白板交互式教学和E学习专用教室教学两种, 前者有被后者替代的倾向。以苏科版八年级物理下册“大气压强”的E学习教学为例, 这节课使用了i Pad、触摸屏、电子书包软件。课上, 学生使用i Pad将微小、渐变的实验现象拍下来, 然后同步发布在触摸屏和每个学生的i Pad上, 学生可以清晰地看到实验细节。如果允许学生自带i Pad或智能手机, 只要课前安装好电子书包软件, 下课时学生就可以保存、带走照片、图像、习题以及板书等所有上课资料。同时, 学生在课堂上的练习情况, 教师可以当堂进行统计、分析和反馈, 对存在问题的学生进行“一对一”的辅导。
2.把信息技术作为学习载体使用。
将信息技术作为学习载体使用, 主要有美国可汗学院的微课和带有阅读工具区的网站两种方式。可汗学院的微课长度大约为10分钟, 教师不出现在微视频中, 而通过电子黑板系统把上课的板书和声音随时录下来, 及时上传到网站上。学生通过网站观看微视频、做笔记, 遇到问题时可在线与教师讨论。教师通过学习成效检测系统和反馈系统, 以及大数据支持的学习行为分析系统, 可以很轻松地了解学生的掌握情况。另外一种方式, 以上海洛川中学马晓珉老师执教的语文阅读课《生命的舞蹈》为例, 课前, 教师通过维基百科阅读工具区将“课前导学”“阅读材料”“阅读指导方法”和“阅读评价表”发送给每个学生, 学生通过维基百科阅读工具区将自己的阅读感受、阅读流程反馈给教师。课上, 教师点评学生的阅读收获, 安排学生小组讨论阅读感受, 让学生代表个人或小组交流阅读感悟, 并使用概念图展示阅读的方法与流程。
以新一代信息技术为基础的慕课除了具有可随时取用的视频库, 还可及时了解学生观看微课的情况, 更重要的是, 可以将知识传授放在课外, 而把知识内化放在课中, 实现课堂翻转。
三、信息技术驱动下的教学实施的建议
1.对PPT课件制作与使用的建议。
PPT课件是呈现微课教学内容的主要载体。PPT课件一般用“白底黑字”, 字体使用“微软雅黑”比较清楚, 通过改变字号、字体颜色强调主题, 遵循让学生长时间看了“不累”的原则。上课时, 不宜向学生通过PPT传递大量的信息, 要像传统的黑板板书一样, 让学生通过PPT跟着教师的思路学习。PPT中的图片和视频的选用, 尽可能提供真实丰富、隐含问题、跨越时空的情境, 可以从国外教科书或网站上获取, 或者为静态的图片配音, 以引发学生的认知冲突, 引导学生积极思考和探究。
2.对选用和制作微视频的建议。
随着记录、制作、观看视频的技术与工具的日新月异的变化, 教师从海量的在线视频中“淘”到合适的视频确实存在困难, 而且从网上获取的视频还要经过鉴别、筛选、评价、重组, 融入课程经验后才可以使用。那么, 教师是使用网上现成的视频还是利用免费或成本较低的视频制作软件自行制作微视频, 这取决于具体的教学内容的需求。总之, 教师在制作视频时, 要深挖教材, 对本节课的重难点做到熟记于心, 从中提炼出需要制作成视频的教学内容, 然后设计出有层次和梯度的问题, 切记视频并不一定是最好的教学工具, 文本在很多时候也非常重要。
3.谨慎看待课堂翻转对学习效果的影响。
当前, 国内外关于翻转课堂对学习效果影响的调查结论明显不一致。国内上海某所学校通过调查认为, 自开展翻转课堂的教学以后, 学业水平测试得A或B的学生人数明显增多, 学习成绩的离散率大大减少, 认为翻转课堂的魅力无穷, 建议尽快全面推行。而在国外, 哈维穆德学院的一个教授对相同的课程应用翻转课堂模式和传统模式分别教一个班级, 并尽可能使用相同的学习材料。教授们测试了学生解决问题的知识迁移能力、学习态度以及学习考试成绩等多方面数据。结论是:“没有统计学意义的差异。人们真的同心协力地推动翻转课堂, 但是没有真正的结果。”
随着信息技术的深刻变革, 课堂实现转型甚至翻转是不争的事实, 不管多新颖的形式, 多丰富的资源, 多有效的教学模式, 都需要教师亲力亲为去设计、组织和引导, 其中起关键作用的还是教师专业素养的发展水平, 以及教师角色的转变程度。教学专业研究人员要先做好顶层设计和各项培训, 然后再逐步试点推开, 切忌从一开始就自上而下大范围、快节奏地推动新数字化的教学模式。
摘要：针对当前新一代信息技术给传统课堂转型带来的机遇和挑战, 通过梳理国内外的相关课例和研究结论, 对初中教师准确理解信息技术驱动下的教学模式提供帮助, 提醒教学专业研究机构做好顶层设计和各种培训, 敦促教师自主发展专业素养和主动转变角色, 以适应数字化新学习方式的需要。
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