数据通信系统（精选12篇）
数据通信系统 篇1
摘要：本文介绍了数据链系统的基本特征, 探讨了数据链与无线数字通信系统的区别与联系。从实际应用的角度对数据链和无线数字通信系统不同的应用模式以及发挥作用进行了分析。
关键词：数据链,无线通信系统
1数据链系统的基本特征
1.1信息格式化
数据链一般具有一套相对完备的消息标准, 对包括指挥控制、侦察监视、平台协调、联合行动等静态和动态信息的参数规定进行描述。信息内容格式化是指固定长度或可变长度的信息编码, 数据链网络成员对编码的语义具有相同的理解和解释, 达到信息共享。
1.2传输组网综合化
数据链主要采用无线传输信道, 针对一些应用平台具有高机动性高灵活性的特点, 综合数字化技术进行处理, 具备跳频、扩频、猝发等通信方式以及加密手段, 使其具有抗干扰和保密功能。传输信息资源按照需求进行共享是数据链在组网过程中关注的重点, 每个网络节点既能接收也能共享网络中其他成员节点发送出的信息, 也能根据实时信息的缓急程度分配总的信息发送带宽和发送时间。
1.3传输介质多样化
数据链一般可以采用多种传输介质和方式, 能够适应各种应用平台的不同信息交换需求, 既有点到点的单链路传输, 也有点到多点和多点到多点的网络传输, 而且网络结构和通信协议都可以具有多种形式。数据链可采用短波通信、超短波通信、微波通信、卫星通信以及有线信道, 或者是组合信道传输信息以适应应用环境和应用需求的不同。
1.4链路对象智能化
数据链链接具有较强的数字化能力和智能化水平, 链接对象担负信息的采集、加工、传递等重要功能, 它们之间通过数据链形成紧密的关系, 实现信息的自动化流转和处理从而较好完成任务。紧密链接主要体现在两个层面:一是数据链的各个链接对象之间形成信息资源共享关系;二是各个链接对象内部功能单元信息的综合。
1.5信息交换实时化
数据链实时传输信息采用多种技术设计:一是设计始终把握传输可靠性稳定性要服从于实时性原则;二是采用相对固定的网络结构和快捷的信息传输路径, 而不采用繁杂的路由选择方案;三是选用高效实用的交换协议, 将有限的无线信道资源优先分配传输等级高的信息;四是综合考虑信道传输特性, 进行整体优化设计信号波形、通信控制协议、组网方式和消息标准等环节。
2 数据链系统与无线数字通信系统的关系
数据链的重要技术基础包括无线数字通信技术, 两者不是完全相等的。数据链一般要完成数据传送功能, 同时还要对数据进行处理, 提取出信息。并且, 数据链的组网方式与应用密切相关, 根据情况变化应用系统可以适时地调整网络配置和模式与之匹配。无线数字通信的主要功能仅仅是按一定的要求将数据从发端送到收端的透明传输, 通常只完成承载任务, 不关心所传输数据表征的信息。
2.1 与应用需求的关联程度不同
数据链网络设计是根据特定的任务, 决定每个具体终端可以访问的数据、传输的消息, 什么数据被中继。数据链的网络设计方案是根据任务确定的, 从预先规划的网络库中挑选一种设计配置, 在初始化时加载到终端上。数据链的组网配置直接取决于当前面临的任务、参与单元和使用区域。数据链的实际应用直接受指挥控制关系、平台系统控制要求、信息提供方式等因素的制约, 与应用的需要有着高度关联。而无线数字通信系统的配置和应用与这些因素的关联度相对较低, 相对于应用需求关系不紧。
2.2 实际使用中的目的不同
数据链用于提高指挥控制、态势感知及平台协同能力, 从而实现对平台的同步控制和提高平台应用的实时性。而无线数字通信系统则是用于提高数据传输能力, 达到实现传输数据的目的, 无线数字通信技术是数据链的主要技术基础之一。
2.3 信息传输要求不同
数据链传输的是应用单元所需要的实时信息, 要对数据进行合理的整合、处理, 提取出具有价值的信息;而无线数字通信一般是比较透明的传输, 总体上是为了保证数据传输质量, 对数据所包含的信息内容不作识别和处理。另外, 无线通信系统一般不考虑用户的绝对时间基准与空间位置的关系, 其相对时间同步解决传输的准确性问题。
2.4 具体使用的方式方法不同
数据链直接与指挥控制系统、传感器、平台链接, 可以实现“机一机”方式交换信息, 而无线数字通信系统一般以“人一机一人”方式传送信息。无线数字通信终端通常为即插即用方式, 在通信网络一次性配置好后一般不作变动。但是, 数据链设备的使用针对性很强, 在每次参加行动前都要根据当前的任务需求, 进行比较复杂的数据链网络规划, 必须使数据链网络结构和资源的规划与该次任务达到最佳匹配。
3 结束语
无线数字通信系统是解决各种用户和信息传输的普遍性问题, 而数据链是有针对性地完成用户使用时的实时信息交换任务。无线数字通信系统涉及传输信道、传输规程和信息交换, 但不关心信息内容等, 可形象地比喻成商品流通中的集装箱运输环节。数据链要求严格得多, 除了涉及这些内容以外, 还涉及到信息格式、信息内容、链接对象和实时性等。
参考文献
[1]骆光明.数据链[M].国防工业出版社, 2008.07.
数据通信系统 篇2
高速公路系统是关系到旅客生命安全的系统,高效的数据通讯对于旅客的生命安全和道路管理来说至关重要.在本文中,我将对高速公路数据通讯系统的`特点、组成和通信方式进行具体的论述.
作 者：胡梦龙 作者单位：中达电通股份有限公司刊 名：中国科技博览英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW年，卷(期)：“”(13)分类号：U412.36+6关键词：高速公路 通信 数字 信息
数据通信系统 篇3
关键词：数据通信工程 应用分析 管理深化 研究总结 应用前景
中图分类号：TN711文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0068-01
1 关于数据通信环节的分析
数据通信就是通过通信系统的内部各个环节的运行，促进其数据信息的有效应用，通过对其信息技术的应用，以有效满足实际需要。数据通信技术经历了一个比较长的发展时期，它伴随着计算机通信技术的发展而发展，实现了计算机技术及其通信技术的相关环节的有效结合，它是一种应用范围比较广泛的通信模式，被社会各个行业所应用，满足了当今知识经济时代的发展需要。
电缆通信，就是我们常说的双绞线通信及其同轴电缆通信等，比如比较常见的长途通信、市话通信等，其主要的调制方式有FDM模式及其SSB模式，随着科学技术的发展，其PCM传输技术不断得到深化应用。所谓的微波中继通信具备周期短、投资小及其架设简便等的特点，得到了一定范围的应用，模拟电话微波通信技术通过其FDM及其SSB调制模式的应用，确保其现实工作的稳定开展。光纤通信也是一种比较普遍的通信模式，其实现了现实生活中的有效应用，它通过激光实现光纤内部的远距离信息传输，其具备大容量的通信资源、高强的抗干扰性，超常距离的通信应用，无论是长途传输还是本地传输，它都实现了有效的通信传输作用。
随着通信模式的深化应用，其单模光纤及其长波激光器不断得到应用，实现其了每路光纤通话路数的优化，促进了其光纤的通信纤力的提升。随着光纤通信技术的深入发展，其实现了对传输设备、交换设备、接入设备等的有效应用，确保其网络设备的健全，确保其光纤通信设备的有效应用。其光纤通信设备主要包括数字信号处理单元及其光电转换单位。卫星通信的发展确保了人们日常通信生活的质量效率，其具备远距离通信、大容量传输储存、高覆盖范围等的特点，具备通信的稳定性等特点，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。
数据通信模式分为两种、数字数据网络及其有线数据通信。DDN网络模式的应用，离不开其数字传输电路及其数字交叉复用设备组的应用，其通过对光缆的传输电路的应用，保障其数字传输的质量效率的提升，通过对其数字交叉连接复用设备的应用，实现数字电路的有效应用，保证了现实通信工作模式的健全。通过对DNN模式的应用，实现其数字数据传输网络的健全，通过对其光纤及其数字微波等数字信道的应用，利用数字交叉复用设备进行数字通信模式的健全。促进其光纤通信技术、数字通信技术等的综合应用，促进其相关网络速率的提升，确保人们日常网络生活的质量效率的提升。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。
帧中继网也是一种比较重要的通信网络模式，其实现了对帧中继存取设备及其公共帧中继服务网络的应用，有助于其数据通信模式的健全，通过对其分组交换技术的深化应用，有助于帧中继网模式的发展，保证其帧中继技术的深入应用，满足网络数据信息传输的质量效率的需要。无线数据通信模式实现了有线数据通信模式的深入应用，方便日常通信生活的质量效率的提升。有线数据通信依赖于有线传输，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。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。
2 关于数据通信的应用环节分析
有线数据通信模式是数据通信系统的一个重要组成部分，其数字数据电路的应用范围是比较广泛的，比如其公用数字数据通信网的组件，保证其无线寻呼系统、公用数据交换网、可视图文系统的应用，保证其数据传输到质量效率的提升，确保其计算机网络系统的深化应用，保证其中继及其数据信道模式的深入发展，有助于数据通信应用模式的深化利用。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；利用DDN实现大用户局域网联网；如我区各专业银行、教育、科研以及自 治区公安厅与城市公安局的局域网互联等。提供租用线，让大用户自己组建专用数字数据传输网；使用DDN作为集中操作维护的传输手段，实现公安机关的统一指挥。
随着通信网络模式的深化，计算机应用技术的成熟，其可视图文业务不断得到深化应用，实现了对电信网络的有效应用，实现了信息服务系统的健全。其可视图文的业务系统主要分为专用数据库业务及其公用数据库业务等。随着帧中继技术的不断成熟，其帧中继业务得到了实际应用，实现了对分组交换机的应用，保证其虚拟宽带业务的发展。在专用网络中，通过对相关设备的应用，保障其通信设施系统的健全，确保其广域网及其局域网之间的有效连接。LAN与LAN的互联，远程计算机辅助设计、制造文件的传送、图像查询以及图像监视、会议电视等。
无线数据通信的应用。移动数据通信的基本数据业务的应用有电子信箱、传真、信息广播、局域网接人等。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。
移动数据通信模式随着科学技术的发展而健全，实现了社会各个行业的广泛普及，其固定式应用就是通过对固定式应用系统的应用，保证实际工作的开展。移动式应用是指野外勘探、施工、设计部门等为发布指示或记录实时事件，通过无线数据网络实现业务调度、数据收集等均需采用移动式数据终端。
3 结语
数据通信系统 篇4
信息化战争是21世纪战争的显著特点, 如何打赢一场信息化条件下的局部战争是我军当前及今后一段时间以内需要认真研究的课题。在信息化战争条件下, 谁拥有信息的主动权, 谁就能在战争中取得主动。因此最大限度地发挥各种信息装备的作战效能, 为各种作战信息提供安全、快捷、准确的传输通道成为摆在从事信息专业人员面前的一个重要训练课题。应用于现代战争的信息系统强调的是体系作战能力, 不再是单独的某个专业、某个电台的训练, 要想充分发挥平时训练的最大效果, 需要各种信息系统的配合。如果在训练某些装备时采用实装训练, 需要动用多个部队多种信息装备参演, 在时间、场地、人员及经费保障上都会受到各种限制。因此, 为解决上述矛盾, 通行的做法是研制模拟仿真训练系统, 使用模拟仿真训练系统训练, 不需动用任何实际装备即可进行训练, 可节约人力、物力和财力资源。
信息系统的模拟仿真训练系统综合性较强, 不仅要模拟不同信息装备之间的互联互通, 整个仿真系统自身的管理控制也较复杂。目前通用的作法是用嵌入式系统仿真各信息单元, 用PC机构建一个管理服务器, 这样服务器与各信息单元间就需要进行各种信息的交互。此类信息的交互可采用串口、局域网、CAN总线等作为传输通道。嵌入式系统支持局域网的能力较弱, 而串口的传输速率较低, 且大多局限于点对点传输, 因此采用CAN总线进行数据通信是一种经济可行的方案。本文主要研究实现信息系统模拟仿真训练系统数据通信的技术内容, 硬件实现基于吉阳光电GY8508的USB接口CAN总线适配器及STM32F107VCT bx CAN总线接口。
1 硬件设计
图1是信息系统模拟仿真训练系统CAN总线连接图。如图1所示, 一个模拟仿真训练系统主要由服务器和若干信息单元构成。信息单元使用STM32F107VCT嵌入式平台的bx CAN作为CAN接口设备。服务器 (PC机) 使用GY8508 USB-CAN总线适配器作为PC机CAN接口设备。
bx CAN (Basic Extended CAN) 是STM32F107V CT6芯片的一种扩展CAN外设, 它支持CAN协议2.0A和2.0B。它的设计目标是:以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求 (优先级特性可软件配置) 。STM32F107VCT6芯片的bx CAN有2路CAN通道, 分别是CAN0和CAN1, 每个CAN通道都有一个发送端TX和一个接收端RX, CAN1 RX和CAN1 TX位于芯片的GPIO引脚PD0和PD1上, CAN2 RX和CAN2 TX位于芯片的GPIO引脚PB5和PB6上。
GY8508是吉阳光电公司生产的带有USB2.0接口和2路CAN接口的USB-CAN适配器, 可进行CAN总线数据与USB通道数据的双向传送。在应用案例中, GY8508 USB-CAN总线适配器一般作为标准的CAN节点, 使PC通过USB接口连接一个标准CAN网络。
2 信息单元CAN软件设计
信息单元采用的是bx CAN, 关于bx CAN的软件使用设计已经有专题讨论过, 限于篇幅, 在此仅给出相应软件设计的文字说明。
(1) RCC初始化。由于节能的需要, 在系统加电复位时GPIO引脚是不工作的, 所以要想正常使用CAN, 必须配置复位时钟控制RCC, 为引脚加电。
(2) GPIO初始化。对bx CAN对应的GPIO引脚进行初始化, 主要是配置GPIOD引脚的针脚、输入输出状态、数据速率等, 之后还要进行重映射。
(3) NVIC初始化。如果使用CAN中断, 还要配置嵌套向量中断控制器NVIC。
(4) CAN单元初始化。首先为了防止其它操作会更改特定寄存器的内容, 在进行传输特性参数配置前一般会对CAN接口去初始化, 使与CAN有关的寄存器恢复到加电复位状态;其次要修改CAN控制寄存器CAN_MCR的参数;此外还要对CAN的操作模式MODE以及波特率特性SJW、BS1、BS2等参数进行相应设置。
(5) 滤波器初始化。在CAN总线通信中, 没有地址的概念, 即收发双方不会向其它通信方式一样在通信前需要指定收发双方的地址, 而是对每个发送的帧附加一个标识符, 当发送方发出一个帧后, 在总线上的用户都能收到此发送帧, 采用的通信方式是一点对多点的通信方式。如果接收方只对特定标识符的数据帧感兴趣, 而忽略其它标识符的帧, CAN总线协议提供了一种称为过滤器的选择方式来实现上述要求。STM32F107x芯片的bx CAN提供28个位宽可变/可配置的标识符过滤器组, 通过软件对它们编程, 从而在引脚收到的报文中选择需要的报文, 而把其它报文丢弃掉。在进行滤波器设置过程中, 需要对滤波器号码、滤波器初始化模式、过滤器位宽、过滤器标识符、过滤器屏蔽标识符、过滤器输出FIFO、过滤器使能等参数进行配置。
(6) CAN信息帧收发。CAN信息帧收发的代码比较简单, 只要将发送信息帧的数据结构填充好, 就可以利用CAN_Transmit发送数据, 当有数据到达CAN接口时, 在接收中断中可以从接收的数据帧中接收数据。
3 服务器CAN软件设计
服务器采用的是GY8508 USB-CAN适配器, 产品配套光盘提供了与该适配器配套的DLL动态连接库文件, 用户可采用VC/VB软件编写自己的应用程序, 完全不需要了解复杂的USB接口通讯协议, 就可进行CAN系统应用软件产品的二次开发。本文案例采用VC软件编程。
使用动态链接库进行CAN系统应用软件产品的二次开发的方法比较简单。GY8508 USB-CAN适配器随机光盘中会提供开发用库文件:VCI_CAN.lib, VCI_CAN.DLL, Si Usbxp.DLL, VC用函数声明文件:Control CAN.h。在VC环境下编程时, 只要把Control CAN.h添加进应用工程, 再将动态链接库文件拷贝到开发软件目录, 就可使用封装在动态链接库中的CAN接口函数了。
使用GY8508 USB-CAN适配器进行CAN收发通信的过程可以归结为以下几个步骤。
(1) 连接设备
VCI_Open Device (m_Dev Type, m_Dev Index, Reserved) ;
VCI_Open Device库函数用于连接设备, 该函数有三个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, Reserved。m_Dev Type为具体设备类型的宏定义, 包括USB、RS232、NET以及PCI等接口的适配器种类, 本例使用的USB接口的CAN适配器的宏定义参数是3;m_Dev Index、Reserved为采用RS232接口时用于标明串口号及波特率的参数, 本例不用, 可填0。
(2) 初始化CAN接口参数
VCI_Init CAN (m_Dev Type, m_Dev Index, CANIndex, Init Info) ;
VCI_Init CAN库函数用于初始化CAN接口参数, 该函数有四个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, CANIndex, Init Info。前两个参数含义及取值同上。CANIndex为适配器的CAN通道数, 本例只使用一个通道, 故可填0, Init Info为VCI_INIT_CONFIG结构体指针类型变量, 用于初始化CAN的配置参数, 在调用VCI_Init CAN函数之前需要填充该结构, 填充实例代码及说明如下。
(3) 启动CAN控制器及中断
VCI_Start CAN (m_Dev Type, m_Dev Index, CANIndex) ;
VCI_Start CAN库函数用于启动CAN控制器及中断, 该函数有三个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, CANIndex。三个参数含义及取值同上。
(4) CAN消息帧发送
VCI_Transmit (m_Dev Type, m_Dev Index, Can Index, sendbuf) ;
VCI_Transmit库函数用于CAN消息帧的发送, 该函数有四个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, Can Index, sendbuf。前三个参数含义及取值同上。Sendbuf为VCI_CAN_OBJ结构体指针类型变量, 在调用VCI_Transmit函数之前需要填充该结构, 填充实例代码及说明如下。
(5) CAN消息帧接收
VCI_Receive (m_Dev Type, m_Dev Index, Can Index, recvbuf) ;
VCI_Receive库函数用于CAN消息帧接收, 该函数有四个参数:m_Dev Type, m_Dev Index, Can Index, recvbuf。前三个参数含义及取值同上。recvbuf为VCI_CAN_OBJ结构体类型变量, 当CAN接口有消息帧到达时, 会填充该结构, 在接收中断中可从该结构中获取接收数据。
接收实例代码及说明如下。
(6) 关闭连接
VCI_Close Device (m_Dev Type, m_Dev Index) ;
VCI_Close Device库函数用于关闭与设备的连接, 该函数有两个参数:m_Dev Type, m_Dev Index。参数含义及取值同上。
4 结束语
本文结合信息系统模拟仿真训练系统数据通信的实际需求, 给出了一种将PC机服务器软件与嵌入式平台软件通过CAN总线进行互联互通的技术实现方案, 详细分析研究了GY8508的USB接口CAN总线适配器及STM32F107VCT bx CAN总线接口的软件设计方法, 文中的代码稍加改造就可用于实际系统的应用开发, 对于进行信息系统模拟仿真训练系统研发的技术人员具有一定的指导作用。
参考文献
[1]胡洪坡, 梁书剑, 郑振华, 等.STM32F107VCT6平台下的bxCAN总线技术研究[J].单片机与嵌入式系统应用, 2012, 12 (9) :39-41.
[2]胡洪坡, 梁书剑, 杨华, 等.STM32F107VCT6平台的bxCAN标识符过滤技术与应用[J].单片机与嵌入式系统应用, 2012, 12 (10) :16-18.
[3]武汉吉阳光电科技有限公司.GY8508 USB-CAN200 USB转CAN总线适配器 (双CAN) 使用说明书[EB/OL].http://glinker.cn.china.cn/.
[4]张培仁.CAN总线设计及分布式控制[M].北京:清华大学出版社, 2012.
综合应用系统与通信系统接口 篇5
应充分利用通信平台提供的CTI和其它形式的接口，在应急值守与指挥调度系统中，用户在应用系统的前台界面进行的操作，应用系统直接调用通信平台提供的接口，使用通讯系统的通讯能力完成诸如电话呼入业务响应、电话呼出、电话会议以及短信、传真、邮件等功能，为用户提供一体化的“一点通”应用解决方案。相应的接口主要包括：
电话呼入（应答、转接、会议）
电话呼出（单呼、会议）
短信（发送、接收）
传真（发送、接收）
备份系统和数据 篇6
在Windows 7中我们可以通过控制面板打开备份和还原功能，对系统和数据进行备份，而微软目前也已经在Windows 10中实现了该功能，通过“设置|更新和安全”，并选择“备份”，我们可以选择“使用文件历史备份”功能，通过将文件备份到另外的驱动器来保护文件。其次，单击下方“正在查找较旧的备份？”下的“转到备份和还原（Windows 7）”链接，我们可以打开Windows 7的备份还原工具，导入旧系统和数据备份。对于从Windows 7和Windows 8升级的用户来说，升级后一个月内可以通过“设置|更新和安全|恢复”中的“回退到Windows 8.1”（根据原系统版本不同，选项相应变化）回到原来的系统。另外，从Windows 8开始，可以在“设置|更新和安全|恢复”中单击按钮完全初始化系统，或者在不影响数据的情况下恢复系统到刚安装的状态，在Windows 10中也将让用户选择保留或删除个人数据，如果保留则在刷新系统后保持数据完好，但已安装的程序将被删除。
分散的系统备份功能
Windows 10仍然有系统恢复功能和支持文件快照的文件系统。如果需要备份单独的文件夹，则可以通过“设置|更新和安全|备份”选择“使用文件历史备份”功能，将指定的文件夹备份到USB硬盘驱动器之类的外部存储介质。该功能可以自动备份用户的个人文件夹，例如在固定的时间间隔备份文档、图片和音乐。如果用户使用微软的云存储服务，那么激活OneDrive将可以同步OneDrive文件夹。如果需要调整OneDrive文件夹的配置，则除了可以在资源管理器中右键单击OneDrive文件夹设置，也可以通过任务栏上的OneDrive图标配置和打开OneDrive文件夹以及查看同步设置。
数据通信系统 篇7
数据流 (data stream) 应用的出现引起了国内外专家和学者的关注, 数据流管理技术作为一种新兴的技术已经被广泛的研究, 目前通用的DSMS (data stream management system) 包括Telegraph CQ[1], Aurora[2]和STREAM[3]。
数据流的查询过程是持续的查询 (continuous query) [4], 持续查询所关心的并不是全部的数据, 而是近期最近到达的部分数据, 所以数据流中的持续查询采用滑动窗口 (moving window) 机制, 基于滑动窗口的查询。
本文基于通用流数据库[5,6], 构建一个空间数据流系统模型。在此过程中, 借鉴交通导航应用开展工作。这里的空间流数据库模型系统的主要工作仅包括增加空间数据类型、空间滑动窗口和空间谓词, 为了实现简单易懂的空间连续查询语言, 本文在设计时, 尽量和原有的空间数据库查询语言和连续查询语言做到统一。本文依据标准SQL和CQL设计空间数据类型和空间谓词, 并参考OGIS标准, 尽量不修改原有查询语言的结构, 采用通用的空间数据类型表示方法, 通过增加通用的关键词的方式, 扩展连续查询查询语言。
2 空间数据类型扩展
我们考虑交通导航LBS (Location Based Service) 应用, 在这种应用中, 需要知道移动对象前方道路的交通状况, 根据交通状况选择合适的运行路线。假定每个移动对象每隔30秒向导航服务中心报告移动对象当前的速度和位置信息。前方的交通状况由运行在前方的一定范围的移动对象数量和这些移动对象的平均速度来决定, 数量多并且平均速度小于40km/h就表示交通状况差, 否则交通状况良好。随着移动汽车位置的改变, 其维持的空间查询窗口也在不断的改变位置, 如果设计一种空间滑动窗口, 使之能够随着移动对象的改变而改变, 就可以解决这个问题。
根据例子应用的需要, 拟增加的空间数据类型有Poin和SSwin两种。Point用来表示一个移动对象, 而SSwin用来表示一个空间滑动窗口。
(1) Point[x:float, y:float], 在这里Point表示某个移动对象, 它的值为移动对象的二维空间坐标;
(2) SSwin[Point1, Point2], 表示某一空间滑动窗口, 为了简化问题, 此处的SSwin, 仅表示一个矩形的空间滑动窗口, 由两个Point标识。
3 增加空间滑动窗口查询函数
为了支持空间查询, 需要增加空间谓词和空间函数, 本文需要增加空间函数Inside, 用来判断空间移动物体是否在空间滑动窗口内。
(1) Inside (Obj, SSwin)
这里的SSwin表示空间滑动窗口, Obj表示移动对象位置, 此运算符的结果为整型, 当Obj在SSwin的内部时, 其值为0, 否则, 返回值为1。
(2) 空间滑动窗口的连续查询
通过以上增加了空间数据类型和空间谓词以后, 流数据库可以支持空间滑动窗口的连续查询。粗体字部分表示本文增加的空间谓词:
4 空间滑动窗口查询的实现
本文的空间流数据库模型的实现工作是基于STREAM流数据库管理系统, 通过修改此系统的代码, 实现空间流数据库系统。此系统是斯坦福大学开发的一个的通用的流数据管理模型。此数据库管理系统模型是开放源代码的。它能够处理对多个连续的数据流和存储关系的连续查询。它提供大量的复杂流查询, 用来处理高容量和高突发性的数据流。它提供丰富的连续查询语言, 有良好的交互操作界面。
本文的实现是要在流数据库管理系统的基础上进行扩展, 虽然仅是对原有系统的扩展, 但是需要做的工作仍然涉及到整个数据库管理设计的全过程。一个数据库管理系统的设计包括一系列的阶段, 一般遵循以下的顺序。同时以下这些步骤也是实现此空间流数据库的过程中, 主要的工作:
(1) 生成词法分析树:由抽象的查询语言生成词法分析树, 这个过程是数据流管理系统实现的最初阶段。根据上节定义的空间连续查询语法, 在本文的空间数据流系统中, 用Yacc生成查询语言的语法分析树。
(2) 语义分析:对词法分析树进行语义分析, 将词法分析树转换为系统能够识别的内部表示。这一步生成的语义表示仍然不是一个操作符树。这个过程的设计主要是将空间数据类型和空间谓词转换为系统能够识别的形式, 具体的实现类似于算术表达式的语义转换。
(3) 生成逻辑计划:将查询的内部表示转换为逻辑查询计划。逻辑查询计划由逻辑操作符组成。逻辑操作符大多是关系代数操作符 (比如选择、投影、连接等) , 当然也有一些连续查询特有的操作符 (比如滑动窗口操作符) 。逻辑操作符不需要和查询执行中的操作符有关, 它仅仅是一种关系代数的抽象表示。
(4) 生成物理计划:将逻辑查询计划转换为物理查询计划。物理查询计划中的操作符是直接和在查询执行期间执行的操作符相关的。之所以要生成一个单独的逻辑查询计划, 是因为逻辑查询计划更加容易生成, 而物理查询计划涉及到底层细节。
(5) 查询执行:组织存储空间的分配, 物理操作符的执行等。
5 实验
5.1 LBS运动模型
构造如图1所示的导航应用, 移动汽车每30秒向导航中心报告当前位置信息和行驶速度并且进行空间滑动窗口的聚集查询, 这里我们主要涉及count和avg聚集查询, 分别计算滑动窗口内汽车数量和平均速度。移动汽车根据查询结果了解前方路况, 以起到交通导航的作用。
5.2 输入设计
(1) Mov Car
Mov Car的结构如表1所示。
(2) Spa Sli Window
空间滑动窗口 (Spa Sli Window) 数据流, 该数据流包含空间滑动窗口标志信息和空间滑动窗口位置信息如表2所示。
5.3 空间滑动窗口查询设计
上一节中构造了两个输入数据流, 分别模拟移动汽车信息数据流和空间滑动窗口数据流, 下面编写空间滑动窗口查询的脚本语言, 该查询脚本基于前面分析的简单的交通导航应用以CQL (持续查询语言) 编写, 脚本文件如图2所示。
5.4 结果输出
注册了输入数据流, 并且定义了空间滑动窗口查询之后, 经过我们设计的空间流数据库模型的处理得出图3和图4所示的结果。图3所示导航查询结果, 可以看出, 在61时刻的滑动窗口3内有6辆移动汽车, 汽车平均速度为34.1667km/h, 小于40km/h, 满足查询条件, 由此汽车A得知此刻前方路段交通状况差, 可以采取积极的应对措施, 绕过此拥挤的路段。图4所示每个查询时刻对应空间滑动窗口内的汽车信息, 可以看出, 1时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C、D、E, 31时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C、D, 61时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C、D、E、F, 91时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C, 121时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、C。
6 小结
本文结合交通导航应用对数据流系统进行空间扩展, 扩展了空间点和空间滑动窗口, 及基于空间滑动窗口的查询操作, 并依据数据库的设计步骤, 实现了空间数据流系统。以导航应用为例, 构造了一个基于空间滑动窗口的运动模型, 通过试验分析, 输出的结果均符合我们设计的运动模型。
摘要：数据流系统以连续查询为特点, 连续查询的处理机制能够保证数据处理做到实时处理。但是现有的通用的数据流系统没有对空间数据处理的支持, 而基于位置服务显然是一种需要空间数据处理的应用。本文从支持位置服务的后台数据处理出发, 提出用基于数据流系统的流数据库来支持基于位置服务的数据处理的思想, 并结合当今数据流系统的发展和基于位置的服务的需求, 对数据流系统进行空间扩展, 提出一种空间数据流系统的模型。
关键词：数据流,空间连续查询,LBS
参考文献
[1]Sirish C, Owen C, Amol D, Michael JF, Joseph MH, Wei H, Sailesh K, Samuel RM, Fred R, Mehul AS.TelegraphCQ:Continuous dataflow processing[R].In:Alon YH, ed.Proc.of the2003ACM SIGMOD Int’l Conf.on Management of Data.New York:ACM Press, 2003.668—668.
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EPA系统周期数据通信时延分析 篇8
关键词：EPA,工业以太网,周期报文,通信,时延
1 引言
为了达到控制与监控的要求, EPA (Ethernet for Plant Automation) 系统中的信息在网络上传输时, 应有确定的时延, 即信息传输必须具有实时性[1,2]。尤其是周期报文, 由于其承载的数据都是为周期任务服务的, 因此对于通信实时性要求较高。本文从理论角度对EPA周期数据的通信时延特性进行了研究。
由文献可知, EPA系统的通信时延包括产生时延、排队时延、发送时延和接收时延4个部分。其中最关键的是排队时延d, 即报文发送前在队列中等待发送的时间。由于EPA系统的周期报文必须在预定的时间片内发送, 所以排队时延由等待时间片到达的待片时延Fp和等待其他报文发送的待发时延Dp组成, 即d=Dp+Fp。
2 模式1
模式1指的是周期报文在周期数据发送时间片到达之前进队, 如图1所示。图中Tr是报文的进队时间;Ts是报文的发送开始时刻;T1、T2、T3是宏周期的开始时间;Te为周期数据发送开始时间 (MOD (Tei, T) =Ai, Ai指的是设备i的周期数据发送时间偏离量) ;Td为非周期数据发送声明报文 (N报文) 开始发送的时间。如果设备本宏周期共发送n个周期报文, 且有m个周期报文
先其进队, 则该模式具有如下特征:
式 (2) 两边取模后为:
该模式下, 设备进入周期数据发送时间片时, 会在发送完这m个报文后发送该报文。则Fp即为这m个报文的发送时间, 而Dp则为从报文进队到设备周期数据发送时间片开始的时间段。分别如下面两式表示:
3 模式2
模式2是报文在周期数据发送时间片开始到N报文发送开始的时间段进队, 报文进队时, 设备的周期数据发送时间片已经开始, 报文已经开始发送, 但是由于N报文的发送还未开始, 报文仍能在本宏周期发送, 则该模式具有如下特征:
式 (7) 两边取模后为:
因为在该模式下, 报文进队时该设备周期数据发送时间片已经到达, 所以待片时延Dp为0。而Fp如下式所示:
4 模式3
模式3是周期报文在设备开始发送N报文之后进队, 报文在N报文开始发送之后进队, 设备已经不再发送周期报文, 则该报文在本宏周期没有发送机会, 只能延迟到下一宏周期发送, 则该模式具有如下特征:
将式 (11) 代入式 (12) 并取模后为:
由于报文延迟到下一宏周期发送, 则Dp如下式所示:
由以上分析可知, 模式1和模式2报文是在进队宏周期发送, 而模式3则延迟到下一宏周期。因此通信调度参数和报文的进队时间是决定其通信时延的两个关键因素。如果一个周期报文在设备开始发送N报文之前进队, 它就可以在本宏周期发送;否则如果它在N报文开始发送之后进队, 那么它就延迟到下一宏周期发送从而导致通信时延增加。因此, 对报文的进队时间和通信调度参数进行协调是提高周期数据通信实时性一个方法。
5 结语
本文研究了EPA周期数据的通信实时性, 根据报文的进队时间建立了3个模式, 分析了3个模式的调度特征和通信延迟, 建立了理论模型, 提出了提高EPA通信实时性的方法。
参考文献
[1]谢昊飞, 李勇, 王平, 等.网络控制技术[M].机械工业出版社, 2009.
计算机网络数据通信系统构建技术 篇9
关键词：计算机网络,数据通信,办公自动化
0 引言
在现代, 计算机技术飞速发展, 各行各业也开始进行了电脑化办公, 逐渐地取代了有纸化办公方式, 朝着无纸化办公的方式转变, 而人们也渐渐习惯了这样的办公方式。
对于现代企业来说, 或者是事业单位, 如果没有网络, 就不能进行信息交换, 没有网络, 内部人员也不能快速的进行内部通信, 这样, 会给工作人员带来很大的不便, 传统的在一个单位内的员工通信都是在一个局域网内, 通过网上邻居的计算机组进行通信, 员工们只能看到计算机名字, 不能认清到底哪一台机器属于哪一个人, 而且有的员工对例如改计算机名字的操作不是很熟悉, 他们并不是一些计算机专业人员, 只需要懂得一些基本呢的计算机知识就可以, 因此, 员工想通过计算机进行点对点通信很困难, 也很不方便。
在企业内部, 人们有时候也愿意借助一些常用的软件进行即时通信, 这些软件安装比较方便, 可以很好地解决内部员工通信问题, 这些软件给员工提供了便利, 即时对方的信息接收人员不在线, 那么等他下一次登录软件时, 仍然可以接收到信息, 这种方式是离线式接收信息, 这种软件在通信技术的历史上占有一席之地, 在一段时间之内, 甚至是主流方式。
随着计算机技术的不断发展以及计算机新兴技术的不断出现, 现代的计算机网络数据通信技术也在发生着深刻的变革, 基于客户端/服务器这种模式越来越受到人们的普遍重视, 即B/S模式。
计算机网络系统对于一个企业来说, 是至关重要的, 现在办公模式正在朝着无纸化办公方式转变, 现在企业的一些重要数据都开始以数据库的形式存在于软件或者系统之中, 成为企业获取数据的主要方式。
计算机网络技术不断发展, 为普通家庭之间的通信也提供了便利。家庭使用计算机, 个人使用计算机以及公司使用计算机进行工作的方式不是相同的, 各有各的特点。
例如:家庭或者是个人使用计算机的数量有限, 大体上都是通过调制解调器或者是拨号上网然后进行信息交换的, 而且家庭和个人跟公司相比, 要求得到的信息更加多样化, 而不像公司那样, 数据必须是和业务相关等等。
1 功能需求
每一个系统, 后者是每一个人物都有特别的功能需求, 通信技术也是这样, 我们总有一些经常联系的人, 对这些人有一些特殊的操作, 把他们加入到远端通信目标之中。自己的状态可以及时反馈到远端通信目标, 而且远端通信目标的状态也可以及时反馈到自己这一方软件之中, 功能同样要求, 双方进行即时的文字信息交换, 就是在线的文字聊天方式, 除了进行信息交换以外, 还要起要有文件的传输功能, 双方可以进行文件传输, 上传, 下载等等。
2 现代数据传输方式比较
在现代数据传输中, 两种最常用的技术是最常见的, 也是传输层最常见的两种技术即TCP协议和UDP协议, 这两种协议分别为不同的应用程序所采用, TCP提供可靠性的服务, UDP提供的是尽最大努力的交付, 即提供不可靠的服务, 这两种协议结合起来, 共同构成了传输层的数据传输的最常用的协议。为应用层提供服务。
Net Msg这种软件使用TCP协议来对他提供服务, 看中的就是TCP协议的可靠性服务这个优点。
在进行重要的数据通信的时候, 使用TCP协议来进行负责, 保证数据可靠性交付, 客户端之间可以使用UDP协议进行服务, 因为UDP协议不一定能保证数据一定能够接收到, 其他的处理交由服务器来处理。
2.1 双方消息通信方式
短消息通信是现代网络通信中最常用的一种方式, 这种方式一般都是在线方式, 一方发送, 一方接受, 然后转换角色, 互相发送消息, 这种短消息都是基于窗口方式的, 双方都是在各自的窗口中进行消息编辑的。
2.2 文件传输服务
文件传输也是现代网络通信的重要组成部分, 文件传输也是分为两种方式, 一种是在线传输方式, 另外一种是离线方式, 这两种方式, 在线的方式是直接传输的, 而离线传输的方式是通过服务器的方式, 通过暂存的方式进行的, 这种方式和邮件系统很类似。
3 传输层协议对比
3.1 TCP协议
TCP协议和UDP协议两个主要也是最常用的传输层协议, TCP协议提供的是可靠性交付, 是面向连接的, 提供的是点到点即p2p的服务, UDP协议提供的是不可靠的服务, 是面向无连接的。
如果数据在传输的过程中遇到错误, 在TCP协议中, 这些数据便会丢弃, 不会将错误的数据传送, 而是要将正确的数据重新发送, 确保每一次握手的成功, TCP协议很形象的三次握手, 保证了数据的可靠性交付。
3.2 UDP协议
UDP协议提供的不是点到点的通信, 而是多对多的通信, UDP协议提供的是不可靠的交付, 不可靠的服务, 是尽最大努力进行交付, 当遇到错误的时候, UDP协议不会自动重新发送, 而是继续发送, 尽最大努力将报文发送出去, 这期间, 保温可能是错误的, 可能是重复的, 因此, UDP协议报文的边界对于报文是特别重要的。
4 传输层协议的选定
正是因为TCP协议和UDP协议的语法、语义的不同, 在进行系统设计的时候, 要充分考虑到这两种协议, 每一种协议都不是完美无缺的, 都各自有各自的特点, 无法说哪一种协议更好, 具体要根据系统的具体需求而定, 如果安全性数据要求较高, 那么TCP协议就成为首选, 如果对数据要求不是很高, 而数量比较重要的话, 那么, 提供不可靠性交付的UDP协议就成为选择, 在大部分的情况下, 都是两种方法同时进行使用, 因为, 混合方法对已系统选择来说, 是最好的, 这样才能充分发挥每个协议的特点, 为系统所使用。
参考文献
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一种空间相机的数据通信系统设计 篇10
由于其优良的性能及独特的设计,CAN总线已被广泛地应用于各种分布式控制系统中。特别是由于CAN总线具有抗干扰性强、高数据传输率、低成本等优点,在小卫星和微小卫星中得到了越来越广泛的应用。在卫星有效载荷数据控制传输中也会应用,如空间相机数据通信方面。
1 数据通信系统
一般来说,每个CAN模块能够被分成三个不同的功能块,其结构如图1所示[2]。CAN总线收发器提供CAN协议控制器与物理总线之间的接口,控制从CAN控制器到总线物理层或相反的逻辑电平信号。它的性能决定了总线接口、总线终端、总线长度和节点数,是影响整个总线网络通信性能的关键因素之一。CAN控制器执行在CAN规范里规定的CAN协议,它通常用于报文缓冲和验收滤波,对外具有与主控制器和总线收发器的接口。FGPA主控制器负责执行应用的功能,例如对空间CCD相机控制命令的发送、读取图像数据等。它通过对CAN控制器的编程控制CAN总线的工作方式、工作状态以及数据的发送和接收。
在本项目的特殊环境要求下,使用FPGA作为主控芯片,控制空间相机进行数据采集与传输,并通过CAN总线进行数据收发。较之传统设计使用的单片机,FPGA能够在速度和体积上有更好的适应性。FPGA一方面减少了电路板的复杂程度,缩短了实现周期,另一方面是FPGA具有丰富的资源、超高的性能和灵活的可编程性[3],提高了整个设备的可靠性,大大增强了电路板设计的灵活性和可扩展性。
2 通信系统接口设计
电路设计如图2所示。SJA1000的AD0~AD7地址数据复用端口、ALE地址锁存端口、读使能信号、写使能信号、片选端口,均通过双向总线收发器74ALVC164245与FPGA的I/O口相连[4]。这是因为FPGA的3.3 V的LVTTL电平不支持SJA1000的5 V TTL电平,所以利用双向总线收发器实现两器件信号的电平转换。SJA1000的中断输出信号INT连入FPGA,这样CAN通信就可以采用中断或查询两种方式。RST端口的电路实现SJA1000的上电自动复位功能。MODE模式选择端接+5 V,设置SJA1000控制器为Intel模式。SJA1000的时钟晶振采用16 MHz,频率调整电容取15 p F。设计中CAN总线的终端电阻取120Ω[5]。CAN驱动器PCA82C250的RS脚为工作模式选择位,接地工作于高速模式,接高工作于待机模式。系统通过电阻R将芯片设定于斜率控制模式,电阻值为47 kΩ,这时CAN总线应工作于低速模式,可提高CAN总线抵抗射频干扰的能力。在这种情况下,可直接使用非屏蔽双绞线作为总线[6]。
在接口设计中,有几点需要注意:(1)SJA1000的INT端口是开漏输出,所以在使用时应该加上拉电阻,不然电平一直为低,无法实现中断方式。(2)电平信号AD0~AD7必须按顺序连接在总线收发器74ALVC164245的一个8位端口上,不可分开。
3 通信系统软件设计
3.1 系统流程设计
CAN总线通信模块的控制主要包括三大部分:CAN总线节点初始化、报文发送和报文接收。主流程如图3所示。
CAN节点主程序主要包括:作为主控制器的FPGA的初始化、CAN控制器初始化、寄存器状态查询、接收发送报文以及数据处理。在此设计中,由于通信模块对接收数据的实时性要求并不是很高,因此CAN总线的接收和发送采用查询方式[7]。在整个流程实现中,主要是对CAN控制器SJA1000中的寄存器进行读写操作。
3.2 读写流程控制
SJA1000的数据和地址信号为时分复用,而FPGA中不存在地址的概念,因此在读写寄存器时,要把SJA1000中的寄存器地址当作数据写入。所以在系统的顶层模块设计中,将设计一个读写子模块来专门产生对CAN寄存器进行读写控制的时序,而核心主模块则只对通信流程进行描述。读写时序的状态机流程图如图4所示。在IDLE状态,对接口信号进行初始化,其中地址锁存信号ALE为低电平、写信号为高电平、读信号为高电平、片选信号CS为高电平、地址数据复用总线ADDR为高阻态、writeover和readover为低电平(writeover为高电平表示一个写时序的完成,readover为高电平表示一个读时序的完成)。另外对于核心主模块的控制信号start和iswr当start为低电平时继续在IDLE状态循环,反之则进入写地址状态Address0、Address1。然后根据iswr信号是高电平或低电平而进入写数据进程或读数据进程。读写数据过程均由两个状态完成,分别是RD0、RD1、WR0、WR1。当一个完整的读或写操作完成时,进入IDLE状态。每一个状态描述了ALE、、DIR1、ADDR的变化(OE0、OE1、DIR0分别为定值0、0、1,因此未列出来)。这里为了便于描述,设1为高电平,0为低电平,对以上几个信号在各个状态的值进行说明,将信号组{ALE、、DIR1}设为Ctr S。
FPGA的时钟为5 MHz,用以上状态机来实现SJA1000寄存器的读写,在设计中每个状态占用的时间是一个周期,即200 ns。按照SJA1000接口读写时序参数可知[8],片选信号必须在读写信号有效之前变为有效,并且读信号有效时存储数据总线上的数据。如此,设计的时序符合时序参数要求。其他的时序设计都要严格按照时序参数表来设计。
在编写读写模块时,需注意双向总线的编写技巧。双向口最好在顶层定义,否则模块综合时容易出错。
3.3 INOUT双向端口
芯片外部引脚很多都使用inout类型的,目的是节省管脚,即一个端口同时做输入和输出。inout在具体实现上一般用三态门来实现。三态门的第三个状态就是高阻“Z”。当inout端口不输出时,将三态门置为高阻。这样信号就不会因为两端同时输出而出错了。本设计中地址数据复用的ADDR为8位双向端口,使用时可以写为:
可见,此时input_of_ADDR和output_of_ADDR就可以当作普通信号使用了。对于双向端口的测试用例如下:
对于有inout(双向)端口的verilog程序设计,需要注意几点:(1)对于inout端口,要定义一个与之相连的“映像寄存器”。当inout端口作为输出端口时,将两者连通而当inout端口不作为输出端口时,要给i~t端口赋高阻态来断开与“映像寄存器”的连接。(2)在实例化含inou(双向)端口的模块时,与inout端口相连的只能是一个wire类型的变量。(3)不论是模块设计还是仿真,由于inout端口兼有输人端口和输出端口的功能,所以必须分别指定当inout端口作为输人端口(输出端口)时,它与其他单元的连接情况和需要完成的操作。
4 实验结果
在FPGA中利用Verilog编程产生SJA1000的片选信号CS,地址锁存信号ALE,读写信号RD、WR。这些控制信号共同驱动SJA1000进行数据接收发送,同时产生OE0、OE1、DIR0、DIR1,来控制双向总线收发器。设计选取的是Xilinx公司Virtex系列的芯片,逻辑开发在ISE平台上进行。在FPGA的调试阶段,使用Xilinx提供的在线逻辑分析仪Chip Scope pro来在线观察FPGA设计内部信号的波形,它比传统的逻辑分析仪更方便。图5就是在线进行数据传送时的波形。
在本文空间相机通信系统的设计中,放弃了传统的基于单片机的方法,而采用以FPGA为核心控制单元,代替单片机及其外围芯片电路。通过设计整个空间相机通信系统的硬件电路,并利用Verilog硬件语言描述通信流程,快速准确地实现了相机数据的通信功能。在软硬件的联调和验证时,利用chipscope在线逻辑仪功能,方便准确地实现了预期目的。
摘要：在空间相机数据采集应用中,为了满足电路板体积重量以及可扩展性的要求,利用FPGA作为主控芯片,控制相机进行数据采集和传输。在数据通信系统中,FPGA替代了传统的单片机作为CAN总线的主控制器,并给出了详细的硬件电路设计方法。在对CAN协议控制器SJA1000进行功能及时序分析后,利用硬件语言对其通信流程进行设计。实践证明,在严格的时序逻辑下,FPGA能够控制CAN总线稳定正确地对相机数据进行收发。
关键词：空间相机,数据通信,CAN总线,FPGA
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数据通信系统 篇11
关键词：铁路；通信数据网；独立组网
中图分类号： U285.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）27-138-2
0 引言
传统的铁路通信数据网系统依托于SDH设备，在过去，这类通信数据网系统发挥了一定的作用，尤其是对客运专线的铁路运营产生了积极的影响。随着铁路运输事业的不断前行，SDH设备的缺陷逐渐显现，总体上看，SDH设备存在的短板包括容量有限、适应性相对较差等。现阶段，具备独立组网特征的通信数据网系统逐渐走进了人们的视野，强大的适应性与数据联通能力使其成了铁路数据网系统的热门之选。
1 铁路通信系统业务类型及组网关系
1.1 普速与高速铁路传输设备容量研究
鉴于车站接入层集中了大量的业务，因此有必要重点分析车站接入层传输设备。结合相关调查数据可知，国内客运专线车站接入层以ADM设备居多，传输速率通常在2.5Gb/s左右。相关通信技术标准对接入层传输系统初期通道利用率做出了规定，明确要求通道利用率需小于60%。
1.2 传统的铁路数据网组网方式
传统的数据网组网方案中，车站接入层传输设备与接入层通过GE接口相连。系统数据传输工作采用了光纤环，数据集中在各个车站的路由器之中。通过分析，不难发现该组网模式的优势，在于几乎不占用干线光纤资源，而组网方式也存在着较大的弊端，弊端在于传输设备的任务量过大，可以看到，SDH设备的带宽相对有限，因此传统铁路数据网组网模式面临着带宽资源紧张的尴尬局面。
除此之外，传统的铁路数据网组网模式中，许多数据业务共同使用一个传输设备，在此情形下，数据网中一个SDH设备的损坏将造成系统的瘫痪，直接导致铁路数据网业务的中断，从而埋下安全隐患并造成巨大的经济损失[1]。
1.3 通信带宽需求与通信业务类型
在过去，各类通信类型带宽一般不大于10Mb/s，近年来，随着科学技术的不断发展，通信带宽的速率有了大幅的提升，铁路运输功能丰富化程度不断上升，综合型的带宽业务数量与日俱增。就目前状况而言，我国铁路监控工程发展迅速，有代表性的铁路沿线中安设了大量的摄像头，流向监控业务的数据量持续增长。
2 独立的铁路数据组网
2.1 组网方式
独立的铁路数据网组网是较为先进的一类组网方式，与传统数据网有所差异的是，独立的数据网组网摆脱了对SDH设备的依赖。独立组网模式中，骨干层的OTN设备发挥了核心作用。独立数据组网不需要使用SDH设备，与SDH设备共用光纤与带宽的方案具有明显的缺陷，因此独立的数据组网模式不再使用技术方案。目前，干线光纤直接互联技术是独立组网模式的核心技术，该技术赋予了数据网系统崭新的活力。
独立组网方案中，技术人员需要在车站设置大量的路由器，我们将其定义为接入层路由器，接入层路由器与其他车站接入层路由器的连接通过光纤网络实现。独立组网模式中，区间信号的牵引变电所、中继站、基站中设有三层交换机，车站内部也设有三层交换机，交换机与交换机的互联通过干线光纤实现。数据上传的基础为车站接入层路由器与FE/GE接口的互联。就目前状况而言，我国各省铁路干线正逐渐引进独立接入层数据组网模式，从而显著地提升了通信数据传输工作的质量以及效率[2]。
2.2 新旧传统数据网系统的对比
①可靠性。可靠性是描述数据网系统性能的重要因素，强化数据网系统可靠性的工作必须引起技术部门的高度重视。上文提及，传统的数据网系统过于依赖SDH设备，数据网内部设备连接方式存在着一定的缺陷，在此情形下，数据网系统内任何一个SDH设备发生故障，则数据网业务将即时中断。独立数据网相较传统数据网而言，可靠性得到了大幅度的提升。独立数据网组网模式中，系统摆脱了对SDH设备的依赖，所以不存在SDH设备受损而影响数据传输业务的情况。需要特别指出的是，独立组网模式中，数据网还可以对SDH 设备进行有效的保护，SDH设备也能在一定程度上提升SDH设备的运行稳定性。②带宽利用。应当看到，传统的数据网组网存在着数据传送速率不佳的缺点，主要是因为数据传输速率受到SDH设备速率等级的限制，而由于技术因素的影响，SDH设备速率等级较难实现大幅度的提升，所以传统数据网组网的数据传输能力往往无法满足现实需要。独立数据网组网实现了传输网与数据网的隔离，不同的业务由不同的网络系统负责[3]。在业务分离模式下，传输网的工作压力被大幅缩小，传输网的大颗粒业务强度几乎为零，诸如车辆5T业务、视频业务等大颗粒业务由系统数据网单独承载。独立数据网组网中，传输设备存在的带宽瓶颈不再影响数据网的正常运行，数据网的运行能力得到了有效的强化。③业务种类。传统数据网组网模式中，数据网与传输网的数据传输工作较为混乱，具有混同传输的特征，业务颗粒大小与业务类型也相对杂乱。在独立数据网组网模式中，工作人员可以实现对业务颗粒大小、业务类型的有效分类，从而使得数据网与传输网的数据传递工作更加的有序高效。在独立数据网组网模式中，传输专网负责承载信号传递、自动电话以及防火减灾等业务。数据网在安保、网络管理等方面的工作上发挥了显著的作用。④光纤利用。传统的数据网组网方式对SDH设备的依赖性较强，对干线光纤资源的占用几乎为零。而独立数据网组网模式对SDH设备的依赖性较小，需要占用干线光纤资源。经验表明，不同组网方式下的独立数据组网占用的干线光纤资源比例有所差异。就目前状况而言，客专铁路的两侧均铺设了一定数量的干线光缆，通常情况下，芯数为48或者36，从这个角度来看，干线光纤空余量相对较多。
3 如何提升铁路数据网独立组网系统的研究水平
3.1 提升技术人员的综合素质
无论是何种工作，在其中发挥关键作用的因素是“人才”，铁路数据网独立组网系统研究工作也不例外。通过调查走访，发现部分研究人员的综合素质相对较低，表现为理论知识储备不足、专业技能不过关等。因此，铁路部门应当采取有效措施以提升技术人员的综合素质，办法如下：
①积极引进高素质人才。铁路部门应当与相关高校展开合作，从而实现培养专业对口、能力出众的技术人才。高校应当强化数据网独立组网专业的师资配备与硬件教学水平，从而吸引更多学生就读该专业[4]。②强化现有技术队伍的综合素质。铁路部门可以通过定期举办行业专家讲座以及组织专业技能培训活动等形式来扩充技术人员的理论知识储备、强化其专业技能，从而使其更加适应新时期铁路数据网独立组网工作的要求。
3.2 加大对数据网独立组网研究工作的投入
数据网独立组网研究工作需要大量的资金，因此政府要加大对该方面研究工作的资金与技术投入，为研发部门提供相应的技术支持与政策性优惠。研究人员需要充分了解我国铁路运输基本概况，不断地借鉴发达国家的数据网独立组网研究经验，从而实现不断完善现有组网技术的目的。
4 结语
新的发展形势下做好铁路数据网独立组网研究工作具有重要的现实意义，为此，广大技术人员应当积极学习先进的科学知识、善于总结借鉴优秀的技术经验，在实际工作中秉持认真严谨的精神，从而促进我国铁路事业的长足进步。
参 考 文 献
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便携式压力采集系统的数据通信 篇12
关键词：压力采集系统,数据通信,通信协议,硬件电路
压力测井是采油过程中的一个重要环节,压力数据的正确采集与获取关系到油井的工况,通过对压力数据的采集与分析可以对油井采取维护措施,提高采油效率。便携式压力采集系统是由压力传感器、微处理器和外围电路构成的,测井时可以通过测量与记录压力数据,经分析后评估油井工作状态并给出维护方法。电子压力计已逐步取代机械压力计成为井下压力采集的主流[1],寻求一种适用于油田的压力采集系统具有实际应用价值。在此,笔者给出一种便携式压力采集系统及其数据通信方案的设计过程。
1 系统构成①
采油过程中压力测井用便携式压力采集系统的构成如图1所示,包括信号处理与放大、数据存储、键盘与液晶显示操作接口。采用电池供电,软开机控制。高效率的开关式电源转换模式。压力信号采用应变式不平衡电桥测量,信号放大采用AD620差分放大器,将采集到压力传感器的模拟信号放大,通过调节与其连接的电位器阻值确定放大倍数。采集中需要设置开始时间、采样间隔和结束时间。系统用到的芯片还有MAX813、MAX735及LM2574-5.0等。
2 数据通信方案选择
由于测量地点大多在野外现场,不方便携带数据处理的主计算机,当数据采集完毕之后需要将便携式设备带到数据处理中心进行数据上传、汇总与分析。可以考虑选用两种方案:无线传输和人工带回数据。无线传输受条件限制,在有些地方网络覆盖和服务不是很好,无线信号无法使用。由于设计的便携式压力采集系统对实时性要求不是很高,采集周期一般2~3天,因此将采集的压力数据存储起来,由人工带回数据处理场所,优点是不用无线传输模块,可以节省高昂的数据传输成本;受无线电干扰的可能性降低。
3 压力数据的采集与存储
3.1 数据采集
压力传感器是将压力转换成电信号的器件,采用的压力传感器主要技术参数,量程0~20MPa、过载压力150%、供电电压5V、零点输出-0.18m V、满量程输出16.2m V、线性0.12%、迟滞和重复性0.2%、输入阻抗13.35kΩ、输出阻抗12.55kΩ。选用此传感器的优势:传感器的量程和精度符合工艺要求;供电5V容易提供;信号输出为差动信号,抗干扰能力强;器件的外形尺寸和安装方法符合工艺要求;选用AD620将压力传感器输出信号进行放大,根据工艺要求压力采集的时间间隔大于1s,数据采集采用A/D转换芯片TLC2543,TLC2543具有11路模拟输入信号,是逐次逼近式A/D转换器,具有12位分辨率的高精度,最大±1LSB的线性误差及低噪声等优点。
3.2 存储器接口硬件
数据存储器接口电路如图2所示,存储器芯片AT24C1024的容量是128KByte,需要17位地址线。写操作有字节写和页写两种方式,字节写和页写均需向AT24C1024发送设备地址字节,在设备地址字节中包含P0、A1和R/W选择,其中A1位为片选地址,即I2C总线上最多可并联两个串行EEPROM芯片;P0为存储器页地址,加上后面的两个字节组成存储器物理地址;R/W为读写控制位,“0”为写操作,“1”为读操作。值得注意的是,对存储器操作时,每读/写一个字节,单片机必须送一个应答位ACK,释放一下SDA数据线,以便存储器能继续接收数据。在读取结束后要发送一个负的应答信号NACK。
设计串行E2PROM存储器AT24C1024写程序时的地址有3个:addr_p是页地址,addr_hi是高位地址,addr_lo是低位地址。AT24C1024有页写入功能,在页写入时AT24C1024会自动增加低位地址顺序写入数据,一页256Byte;然而当数据写到AT24C1024的页尾时,如果继续写入存储器不会自动增加高位地址addr_hi,而是覆盖页首地址位置上的数据。如果不对存储地址做出调整,AT24C1024的存储空间不会连续而且会造成存储上的错误,因此必须进行地址调整得到连续的存储空间。地址调整步骤:先判断在本页内存储器是否有足够的空间写入,如果有则直接进行写入;否则将要写入的数据前半部分写入本页的剩余空间,其余部分写入高位地址增加后的存储空间,这样就可以使分页写入的存储器空间变成一个全部连续的存储器空间了。
4 数据通信程序
4.1 通信协议与功能
便携式压力采集系统的数据通信程序需要实现的主要功能包括:下位机发送采集的压力值给上位机,或者是由上位机发送系统时间给下位机(表1)。进入串口中断服务程序后,要判断检测字符是“RR”(即下位机发送数据标志符)还是“TT”(即下位机接收系统时间标识符)。在实现通信程序设计中,要使上位机和下位机的波特率和传输数据格式一致。在数据通信时上位机和下位机的初始化波特率为9 600b/s、8位数据位和1位停止位。
下位机发送数据标志符RR是上传命令字。便携式压力采集系统收到此命令字时,将压力数据上传给计算机。下位机系统会从AT24C1024EEPROM存储器中将全部数据转换成ASCII码后通过串口上传到上位机。将压力数据的BCD码数据转换为两个ASCII码数据上传,直到上传完地址00000 H到存储器中地址指针所指的数据,包含最后的0B和0E结束标志,液晶显示画面此时显示“数据上传中…”。CC是清除内存命令字,此命令把E2PROM数据指针调整回00000H,并写入结束标志0B 0E到地址00000H和00001H中,内存清除后液晶显示“内存清除完毕”。
下位机系统在收到TT命令后进行对时操作,将TT后面的时间数据转换成BCD码数据写入便携式压力采集系统的时钟存放单元,并在液晶显示器上显示当前时间。5s后返回停止状态。
4.2 上位机对上传数据的处理
上位机程序设计功能中有判断数据是否传送完毕的功能。当数据传输时每经过一段时间查询上传到数据缓冲区的字符数是否有增加,若有增加说明仍有数据在传输,需要继续等待。当数据缓冲区内的字符数没有增加了,说明已经完成上传数据,并弹出对话框显示“数据上传完毕”。
4.3 上位机发送系统时间
上位机为下位机发送系统时间。利用VB中的now函数返回系统当前的时间,利用format函数格式化这个日期和时间值。组成相应的字符串即系统时间,激活MSComm控件,将系统时间发送到下位机。发送系统时间的部分程序代码如下:
5 上位机接收数据的处理方法
上位机对上传的压力数据及采样间隔时间等数据要进行处理。根据通信协议,每个数据包都是按照协议的格式上传到上位机的,这个数据包是一个若干长度的字符串,包含井号、采样间隔时间、采集压力的最初时间和若干个压力数据。要运用字符串处理的一些函数来分割、截取数据包让这些数据段找到各自的相应属性,步骤如下:
a.判断数据包的整个长度,若长度不够说明这个数据包是错误的,则退出数据处理的程序。
b.分割字符串。接收到一个正确的字符串要将它分割并截取,再确定字头的位置。利用num1=In Str(n2,buf,"B")函数找到字头位置为这个字符串的第一位,字头后的四位为井号,截取后再放到储存井号的寄存器t0里。用类似方法把每个数据段分别存储好。
c.加工。分割好的字符数据并不带有任何意义,利用对时间函数的操作将最初采样时间的数据段合成为一个返回值作为时间属性的数据,year=t4&","&t5&","&t6 mytime=Date Value(year)取得年月日,b=t7×3600+t8×60+t9取得时分秒。同样把采样间隔时间换算成秒,c=t1×3600+t2×60+t3'间隔时间。
d.存储数据。当字符串处理到第24位时,井号、采样间隔时间和采样最初时间都已处理完毕,下面的字符都是每四位一个的压力数据了,那么判断字尾的“B”找到它的位置,只要计算好有多少个压力值就可以用for语句循环多少次,把所有的压力数据和它的采样时间一一对应,并保存到相应的寄存器里,以便在报表、数据库和曲线绘制的应用中提取这些数据。VB可以定义一个很大的数组来存储压力数据。
e.循环判断。协议规定每个数据包都以B为字头,一个字符串中可以有若干个数据包,那么就有很多个B作为字头,而且也作为上一个数据包的结尾。取数据包最后一位,设为N,取整个字符串最后一位E的位数是M。判断N+1和M的大小,如果相等那么说明已经处理完所有得数据包;若N+1<M说明还有数据包需要处理。反复以上的步骤直到所有数据包都处理完毕后,在上位机上接收到的压力数据可以以曲线形式显示,并将压力数据保存到数据库中。
6 结束语