数据传输通道（精选8篇）
数据传输通道 篇1
0 引 言
随着信息技术的发展,以智能化小区为代表的一批计算机及网络领域的新技术得到了充分的应用,让人们的生活更加便捷舒适。而这些技术的核心内容就是远程通信控制。目前,人们采用的通信方式不外乎以下几种:RS-232异步串行通信标准、RS-485异步串行通信标准、光纤、远红外线、USB等。其中,RS-485接口标准采用平衡发送和差分接收,具有抑制共模干扰的能力,而且灵敏度高,所以传输信号能在千米以外得以准确恢复;并且以此标准只用一根双绞线就可以实现多站联网,构成分布式系统的设备简单、价格低廉,故在工程项目中得到广泛的应用。但是,当通信距离较近时,系统的站间通信大多采用异步串行通信方式的RS-232C接口标准。通常在实际中,一个远程通信系统往往采用多种通信方式,信号经常要在几个不同的接口标准间切换。这样,如何解决信号在不同的接口标准间的问题就凸现出来了。
传统的通信接口转换器的功能只是单一地将2个不同的标准进行转换,缺乏灵活性。例如进行RS-232/485的切换,就只能固定地将RS-232标准的信号转换成RS-485标准的信号,或反之将RS-485标准转换成RS-232标准的信号。一旦实际中需要直接传输RS-232或RS-485或是其他标准的信号时,就不得不另行增加器件。不仅增加了成本开销,而且给用户的使用增添了许多不便。基于这样的考虑,本文设计了一种智能转换器,其特点是只要加入一些简单的控制信息,即可选择不同的接口标准。同时,该转换器的扩展性较强,可根据个人用户的不同需求自行添加与其他接口的转换功能。
1 总体设计
在远程数传系统中,转换器主要用于连接下位机与上位机的数据交换,本方案采用了一块AT89C51作为转换器的控制器。当收到自定义的协议命令时,就打开不同的接口,从而实现信息的自动转换。
该转换器功能框图如图1所示。
信号进入转换器后,先由控制器AT89C51读取控制信息。根据自定义的协议信息,AT89C51将判断出该信号打算从哪种接口传输出去。如果是以RS-232标准传输的话,就打开RS-232的开关,同时让RS-485接口关闭;如果打算以RS-485的标准传输,则关上RS-232开关,将RS-485接口置于接通状态。
2 电路设计
2.1 RS-232接口电路
由于IBM-PC的串行口配置为RS-232C标准接口,输入、输出均采用TTL电平的MCS-51系列单片机,从电气特性上讲是很不一致的,所以,要想实现两者之间的通信,必须先解决微型机与单片机接口问题,通常采用如图2所示的最简单的电路,此时只需要采用接口芯片即可。
2.2 RS-485接口电路
RS-485驱动部分主要由MAX485完成,该芯片是具有静电放电(ESD)保护功能的RS-485收发器。收发器的主要特性为半双工通信方式,波特率可高达2.5 Mbit/s,通信总线可挂接32个收发器,±15 kV静电放电保护。驱动部分的电路如图3所示。
2.3 AT89C51驱动电路
AT89C51是Atmel公司生产的一款完全兼容MCS51系列产品的8位微处理器,引脚如图4所示。
其主要性能如下:4 kB的在系统可重复编程闪存;内部128字节RAM;32个可供编程的I/O线;2个16位的定时器/计数器;可编程的串行通信口;低功耗与省电模式。其工作电路如图5所示。
2.4 RS-232开关电路
此处采用2输入4与门的74LS08作为RS-232接口的开关电路,该器件价格低廉、引脚简单。其引脚定义为:3=1*2、6=4*5、8=9*10、11=12*13、7=GND、14=VCC。
2.5 总体电路
给出转换器总体电路图,如图6所示。
3 软件设计
3.1 AT89C51控制程序
在本接口转换器中,AT89C51主要负责侦听数据传输线上的信号。一旦发现有效信号,就分析其控制字,从而决定该开启哪个通道。在复位初始态时,P0.0至P0.3都置于0(其中P0.0、P0.1控制74LS08;P0.2、P0.3控制MAX485),即RS-232接口与RS-485接口开始都关闭。AT89C51接收外部数据,当收到00H时,置位P0.0,P0.1打开RS-232通道;当收到的数据是01H时,置位P0.2,P0.3打开RS-485通道;当收到0FFH时,则复位关闭通道。注意:每当接收到00H或01H,即要求打开某通道的请求时,AT89C51都要返回数据以指明已接受请求。
此外,AT89C51还有较多空闲I/O线,故还可以有较大余地进行扩展,相应扩展其对应的控制字。
以下为单片机控制主程序:
3.2 主机程序界面设计
为了能够较好地观测本接口转换器的结果,用Visual Basic6.0设计主机程序,如图7所示。
首先在下拉选择框内选择想要的通道接口;接着点击“连接”按钮,与AT89C51进行通信。当收到成功返回的信号后,就在“输入数据”栏中输入想要发送的数据,然后点击“发送”按钮即可。
4 系统测试
为了能够更好、更方便地观察测试结果,特添加了显示子系统。主要由AT89C2051和一些7段数码管组成,其详细结构在此不赘述。
4.1 RS-232通道测试
首先将主机测试程序打开,在下拉选择框选择“RS-232接口”,然后单击“连接”按钮,可看到图8所示画面。这表明与AT89C51的通信已建立。这时再在“输入数据”框内输入想要在子机显示的字符。再点击“发送”按钮,然后可看到7段发光数码管的显示。
4.2 RS-485通道测试
当打开程序后,选择“RS-485接口”,单击“连接”按钮。其他与RS-232通道测试相同。
5 结束语
经过上述的系列测试,可知本转换器是一种智能接口,可在几个不同的接口标准间切换,它的扩展性较强,能根据个人用户的不同需求自行添加与其他接口的转换功能,灵活地在各种接口间传输数据信息。
参考文献
[1]张洪润,等.单片机应用技术教程[M].北京:清华大学出版社,1997.
[2]易波.数字通信原理实验与仿真[M].长沙:国防科技大学出版社,1997.
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[5]卫晓娟,蒋兆远.基于AT89C51的数据采集通信系统设计[J].工业控制计算机,2004,17(12):43-44.
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数据传输通道 篇2
关键词：DSPFPGA数字存储数据采集
1 概述
数据采集卡有别于传统的模拟数据采集，它是将采集到的模拟电压信号转换为数字信号，由内部的微处理器进行分析、处理、存储、显示或打印等操作。这类采集卡通常具有程控和遥控能力，通过GPIO接口还可将数据传输到计算机等外部设备进行分析处理。随着大规模集成电路的不断发展，功能强大的DSP数字信号处理器的实时性越来越强。DSP凭借其强大的数字信号处理能力，为数字采集卡的数据采集系统的实现提供了一个可靠而又实用的平台，并且提高了数据采集卡的采样速率、存储深度、波形捕获能力等指标。
本文描述的数据采集卡是一种基于DSP的双通道数据采集卡。该采集卡采用的是TI公司的TMS320F2812芯片，它具有高速的数字信号处理能力和滤波功能以及实时、大容量波形存储、快速的信号处理等特性。并且本数据采集卡具有便携、操作简单、精确度高、采样速率大等优点。
2 总体设计
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数据采集卡主要由前端稳压处理电路、AD转换电路、集成于FPGA芯片的NIOS系统及各种控制电路和SDRAM、各种键盘和LCD接口等组成。其中DSP芯片作为后端处理的核心使用的是TI公司的TMS320F2812。它是32位定点DSP芯片，内含128K*64位的片内Flash存储器18K*16位的数据/程序存储器以及4K*16位的Boot Rom，FPGA芯片作为前端采集控制处理器，使用的是Altera公司的EP2C5Q208，它是Cyclone系列的一款低成本FPGA芯片拥有多达119808bit的内部RAM,4608个逻辑单元，支持Altera公司的NIOSII及SOPC，可满足设计要求。
如图1所示，被测信号首先从通道1或通道2，由于两个通道接收到的模拟信号的幅值处于不稳定状态，必须经过调理电路处理成A/D转换电路可以接收的电压范围，否则会引起非常严重的后果。A/D转换电路可以把调理后的模拟信号经过采样、保持、量化、编码等过程后转换成数字信号，在SDRAM控制器的作用下送入FPGA芯片。在FPGA内置的NIOS的总体控制下，利用内部的FIFO进行缓冲和相应的数据处理。
在本设计中，DSP是整个采集卡数据处理和显示的核心，进行主要的数据处理，并且输出处理结果和相应的控制信号。FPGA在DSP发出的控制信号的作用下进行工作。DSP是一种高速的数字信号处理器，经过FPGA处理并保存于缓冲存储器中的数据，在DSP控制信号作用下，将数据送入SDRAM中的原始缓冲区中。再经过DSP各种差值和滤波等算法的处理后，送入采集卡的显示缓冲区，用于在LCD屏上的波形显示。
2.1 前端调理电路和A/D采样的设计
一般A/D芯片允许输入的电压幅度都是固定的(-0.5
V~+0.5V)，由各种信号的衰减和放大以及电压偏置网络组成的预处理电路，负责把前端接收到的不稳定的模拟信号经过方法和衰减之后，稳定在允许输入的电压范围内。总体来说，前端预处理电路由两部分组成，一是由继电器和RC共同组成的衰减网络，既可以避免信号的失真又可以方便采集卡的基准调节；二是由两片运放AD8008组成的阻容匹配网络和驱动放大电路。AD8008是具有双通道、高性能、电流反馈型放大器，其具有超低失真和噪声特性，带宽为650MHz，并且具有宽电源电压范围(5V~12V)。
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数据采集的核心是A/D转换功能。虽然DSP芯片本身具有A/D转换的功能，但是为了提高其工作速度，本设计采用两片AD9288完成模数转换的工作。在采样时钟的控制下，构成180度相位差，满足200MS/s采样速率。AD9288是一款双核8位单芯片采样模数转换器，内置片内采样保持电路，具有低成本、低功耗、小尺寸和易于使用等特性。AD9288采用100MSPS转换速率工作，在整个工作范围内都具有出色的动态性能。AD9288的输出为二进制码，送入FPGA存储模块后，可直接存储。每个通道均可以独立工作，最高可达475MHz模拟带宽，可以使双通道并行工作。
2.2 供电电路的设计
数据采集卡的电源主要分三部分，一部分给高速A/D转换器供电，第二部分给FPGA供电，第三部分是给DSP芯片供电。考虑到成本和实用性等因素，使用比较常见的可调电源LM1117为A/D转换器和FPGA供电。A/D转换器需要的额定供电电压是+3.3V，单片A/D转换器在正常工作的情况下的功率是689mV，故耗费的电流在210mA左右，LM1117的额定供电电流800mA，使用两片可较好满足要求。FPGA供电分为内核供电和I/Ｏ端口供电。内核供电电压为1.2V，由LM1117供电；I/O端口可以进行包括1.5V、1.8V、2.5V、3.0V和3.3V等多种配置，其电源也同样由LM1117来提供。（见图3）
DSP需要工作在更稳定的电压下，在采集卡的设计中用到了由TI公司生产的双电压输出芯片TPS70151。该芯片可以同时提供两路不同的电压，并且可以通过人为控制去改变上电顺序。如图3所示，两路输入VIN1和VIN2都被接到VDD5，VOUT1和VOUT2输出3.3V和1.8V。SEQ可以用来控制上电顺序，接地说明被置为低电平，那么VOUT1先输出3.3V，直到VOUT1输出电压达到2.7V左右时，VOUT2才开始有输出电压。MR1和MR2被用来人为地设置输入电压1和输入电压2，可用于控制RESET的输出电平，当两个引脚的任何一个输入电平为低时，那么RESET输出低电平。其他的控制端与DSP芯片连接，那么我们可以通过在DSP中编写C语言程序的方式达到对电源电压的控制。
2.3 LCD显示的设计
在本设计中，采用的LCD是FY43-4827-65K，具有480*272 的高分辨率的彩色TFT显示屏。采用16位标准8080总线接口方式、色彩支持65536色彩图像。超高的24MHz无等待总线读写速度，单点读写周期高达42ns，无需任何等待，可以和任何高速系统接口。独有显存更新窗口设定功能，用户可任意指定读写区域。
如图4所示，DSP通过数据总线与SDRAM的数据交换，把处理后的数据送入显示缓冲区中。同时DSP也可以通过控制总线向ILI9230发送指令，使其从SDRAM中读取数据，并送入LCD显示，这样就完成了一个显示的过程。
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3 结束语
本文采用DSP与FPGA相互配合的方案，设计出了一种嵌入式数据采集卡。在无操作系统的情况下，实现波形处理和显示以及键盘控制，提高了CPU的运行效率。在本方案中，FPGA作为前端的电路逻辑控制的核心，并做前期的一些数据处理；而DSP作为本设计中整个系统的核心，数据的滤波、差值过程以及显示和控制功能均在DSP芯片上完成，数据采集卡的实时反映速度得到提高。通过实际的测试和使用，该采集卡已基本达到了初期的设计要求，各项性能也达到了预定指标。
参考文献：
[1]包可佳.基于FPGA的高速实时数字存储示波器设计[D].南京航空航天大学，2007.
[2]郭海丽，王紫婷.数字存储示波器的研究与设计[J].电子元器件应用，2007，07：47-48+51.
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[5]周金宏，王建国，安世奇.数字存储示波卡的软硬件设计[J]. 包头钢铁学院学报，2010.02.
作者简介：刘佳（1982-），男，河北保定人，助理工程师。
数据传输通道 篇3
从互联网诞生阶段开始, Web服务就是互联网上最重要、最广泛的应用之一。而HTTP协议作为Web服务数据的传输通道, 也成为互联网上最常见, 最重要的应用层协议之一。随着网络交易、网络支付、网络银行等的兴起, 以及最近WEB2.0的发展, 拓展了WEB应用的领域, Web服务的安全性问题日益突出。因此, 对最为传输通道的HTTP协议的安全性要求, 也达到了前所未有的高度。在这里, 我简单介绍一下当前的HTTP协议和HTTPS协议的安全方面的缺陷, 以及进行安全增强的措施。
1 Web服务器安全概述
1.1 服务器入侵
攻击者直接通过漏洞或者人为的疏忽, 比如远程溢出, SQL Injection, 以及社会工程学等手段入侵到服务器内部。这种攻击最具危害性, 因为攻击者可以获取所有用户的保密信息。
1.2 传输信息截取
攻击者在客户端的旁路或者服务器端的旁路, 通过DNS Spoof或者ARP Spoof等手段配合sniff, 中途截取或者篡改客户端和服务器端之间的通信。这种攻击在截取到管理员登录等情况下, 有可能导致直接入侵服务器的后果。
1.3 攻击客户端
对客户端的攻击, 主要可以由XSS (跨站脚本) 漏洞引起。当服务器把用户输入没有进行严格的HTML标签过滤就保存到数据库, 并直接回显时, 就会造成持久的XSS攻击。这种攻击可能导致客户端被重定向到恶意网站, 被植入木马或者被钓鱼。
1.4 拒绝服务
拒绝服务攻击是攻击者最无奈, 但是也是最容易发起, 最有效的一种攻击手段。通过大量傀儡机发送特殊的报文, 或者直接通过代理发送需要严重消耗服务端C P U的查询请求, 达到服务端停止响应的目的。
上述四种最常见的安全问题, 均可由于HTTP协议先天固有的安全缺陷所导致。
2 HTTP协议的缺陷
HTTP协议虽然使用极为广泛, 但是却存在不小的安全缺陷, 主要是其数据的明文传送和消息完整性检测的缺乏, 而这两点恰好是网络支付、网络交易等新兴应用中安全方面最需要关注的。
关于HTTP协议的明文数据传输, 攻击者最常用的攻击手法就是网络嗅探, 试图从传输过程当中分析出敏感的数据, 例如管理员对WEB程序后台的登录过程等等, 从而获取网站管理权限。即使无法获取到后台登录信息, 攻击者也可以从网络中获取普通用户的隐秘信息, 包括手机号码, 身份证号码, 信用卡号等重要资料, 导致严重的安全事故。
进行网络嗅探攻击非常简单, 对攻击者的要求很低。使用网络发布的任意一款抓包工具, 一个新手就有可能获取大型网站的用户信息。
另外, HTTP协议在传输客户端请求和服务器响应时, 惟一的数据完整性检验就是在报文头部包含了本次传输数据的长度, 而对内容是否被篡改不做确认。因此攻击者可以轻易的发动中间人攻击, 修改客户端和服务端传输的数据, 甚至在传输数据中插入恶意代码, 导致客户端被引导至恶意网站被植入木马。
攻击者通过ARP Spoof欺骗被攻击者所在网络的网关 (或直接在网络上发布所谓的免费HTTP代理) , 将本应直接传输的HTTP数据发送给了中间人攻击者, 攻击者开始代理整个过程, 可随意篡改插入数据。攻击者劫持并修改了数据, 但是由于缺乏数据完整性检测能力, HTTP协议感觉不到任何的异常。
由于上述两种缺陷, 是在设计HTTP协议的时候没有足够的安全性方面的考虑导致的, 因此没有好的改进的办法。为了加强Web服务的安全性, 最初由Netscape提出了HTTPS协议, 用来提供安全可靠的数据传输。
3 HTTPS协议对HTTP的改进
针对HTTP协议的安全缺陷, HTTPS通过在TCP层与HTTP层之间增加了一个SSL (Secure Socket Later) 来加强安全性, 数据传输过程中, 加密解密均由SSL进行, 与上层的HTTP无关, 对HTTP来说是透明的。HTTPS增强的安全性主要表现在下述几个方面。
3.1 双向的身份认证
客户端和服务端在传输数据之前, 会通过基于X.509证书对双方进行身份认证。具体过程如下:
(1) 客户端发起SSL握手消息给服务端要求连接。
(2) 服务端将证书发送给客户端。
(3) 客户端检查服务端证书, 确认是否由自己信任的证书签发机构签发。如果不是, 将是否继续通信的决定权交给用户选择。如果检查无误或者用户选择继续, 则客户端认可服务端的身份。
(4) 服务端要求客户端发送证书, 并检查是否通过验证。失败则关闭连接, 认证成功则从客户端证书中获得客户端的公钥。
到此, 服务器客户端双方的身份认证结束, 双方确保身份都是真实可靠的。
3.2 数据传输的机密性
客户端和服务端在开始传输数据之前, 会协商传输过程需要使用的加密算法。客户端发送协商请求给服务端, 其中包含自己支持的非对称加密的密钥交换算法 (一般是RSA) , 数据签名摘要算法 (一般是SHA或者MD5) , 加密传输数据的对称加密算法 (一般是DES) , 以及加密密钥的长度。服务端接收到消息之后, 选中安全性最高的算法, 并将选中的算法发送给客户端, 完成协商。
客户端生成随机的字符串, 通过协商好的非对称加密算法, 使用服务端的公钥对该字符串进行加密, 发送给服务端。服务端接收到之后, 使用自己的私钥解密得到该字符串。在随后的数据传输当中, 使用这个字符串作为密钥进行对称加密。
3.3 数据完整性检验
S S L使用一种很健壮的信息验证码, 例如M D 5, 或者SHA-1算法来对数据进行签名, 验证码被放在数据包的后部, 并且和数据一起被加密, 这样在数据被篡改时会由于HASH值的改变而被发现。
3.4 防止数据包重放攻击
SSL使用序列号来保护通信方免受报文重放攻击。这个序列号被加密后作为数据包的负载。在整个SSL握手中, 都有一个惟一的随机数来标记这个SSL握手。这样防止了攻击者嗅探整个登录过程, 获取到加密的登录数据之后, 不对数据进行解密, 而直接重传登录数据包进行攻击的手法。
可以看到, 鉴于电子商务等安全上的需求, HTTPS对比HTTP协议, 在安全方面已经得到了极大的增强。总的来说, HTTPS的改进点在于创造性的使用了非对称加密算法, 在不安全的网络上, 安全的传输了用来进行对称加密的密钥, 综合利用保持了非对称加密的安全性和对称加密的快速性。
4 HTTPS协议的缺陷
上文讲到, 在客户端检查服务端的证书时候, 如果证书是不被的机构颁发的, 客户端程序就将是否进行连接的选择权交给了用户。遗憾的是, 对于常见的HTTPS应用大多数用户会忽略证书检验警告。这样, 就出现了针对HTTPS最严重的攻击手法——SSL中间人劫持。SSL中间人劫持的目的, 主要是为了获取加密之后的数据, 具体原理和HTTP的劫持类似, 惟一不同的是对中间人程序要求较高, 使用Open SSL库进行开发, 大致的攻击步骤如下:
(1) 使用Open SSL来生成签署证书, 其中可伪造字段均能够模拟需要劫持的网站;
(2) 运行劫持工具;
(3) 通过DNS Spoof将被攻击者引导至攻击者的机器。
攻击者在接收到来自客户端的请求时, 伪装成服务器使用自己伪造的证书完成与客户端的认证以及密钥交换工作。这里在用户端会出现证书检验失败的提示, 但是一般没有用户真关心这里。随后, 攻击者冒充客户端与真实服务器完成认证以及密钥的交换工作。此时, 攻击者同时具备自己和客户端之间的密钥, 以及自己和真实服务器之间的密钥, 整个传输对于攻击者来说, 已经和明文没有区别了。
对于SSL中间人劫持这种攻击, 除了提醒用户增强警惕性, 仔细检查服务端证书检验信息, 并尽量用IP地址访问重要站点外, HTTPS协议本身没有好的解决办法。
此外, HTTPS协议还存在一个小的缺陷, 那就是性能问题。在进行HTTPS加密传输时, 服务端需要对传输的大量数据进行对称加密, 增大了服务器CPU的负担。以Free BSD和A p a c h e为例, 使用H T T P S传输的负载能力大概只有使用HTTP协议时候的50%—70%左右。另外, 客户端的每次请求, 都要和服务端进行协商传输密钥的过程, 大大增加了Web服务的响应速度。
5 HTTPS协议的改进措施
5.1 对HTTPS安全性的加强
HTTPS协议使用非对称加密的方式, 传输了对称加密使用的密钥, SSL中间人发起攻击取得此密钥, 使得整个传输过程的加密失去了意义。那么, 解决问题的办法就是在SSL之前, 先对需要传输的敏感数据做一次对称加密, 而此次加密的密钥不进行传输, 而是直接同时保存在服务端和客户端。这样, 就可以保证即使SSL的对称加密密钥被截获, 也不会让攻击者截获明文信息。但是这引出了部署客户端的问题, 如何才能方便的在客户端实施这种传输前的加密。
在客户端使用JS程序, 对需要发送数据进行加密是一个简单的办法。这种方法部署比较简单, JS代码存在于服务端, 但是在客户端执行, 可以保证数据在SSL传输之前进行一次自定义的加密。但是由于JS代码攻击者可以直接查看, 比较容易破解加密算法, 因此只可以使用在安全需求不是特别高的场所。而且JS进行加密, 效率比较低, 难以在大型的项目中实施。
在高要求的环境下, 比如电子商务或者网上交易等场所, 使用Active X或Applet是一个比较好的选择。通过在客户端执行的控件, 在用户输入数据之后, 马上进行一次加密, 随后通过HTTPS协议传输数据。即使被中间人劫持, 解开SSL加密层, 看到的只是无关紧要的数据, 而关键的数据还是处于Active X的加密保护之下。
Active X控件加密的方法目前国内银行使用较多, 主要是开发容易部署方便, 但是java applet具有更好的跨平台性, 可以使用的范畴更为广泛, 目前国外的银行使用得比较多。使用这两种办法, 都需要事先在服务端和客户端的控件之间协商好一种加密算法, 以便于服务端在接收到SSL解密之后的数据, 能够进行再次解密。
5.2 对SSL损失性能的补救
SSL损失性能主要是两部分:第一, 每次请求客户端和服务端都要往返的协商、确认, 增大了网络流量, 对网络设备造成一定的负担;第二, 尽管对称加密解密效率比较高, 可是仍然要消耗过多的CPU。如果CPU是效率瓶颈, 服务器性能将会降低到原来的40%, 即使CPU很强劲, 性能也只能达到原来的80%左右。对于这两个问题, 目前还没有足够好的解决办法。其中网络方面的损失, 基本可以承受。关键性的CPU损失, 最常用的解决方案是使用硬件设备, 增加专用的SSL加密芯片等, 让影响CPU性能的加密解密直接使用硬件进行。
6 结束语
目前来讲, HTTPS的应用主要有两个方面:SSL VPN和Web服务器。SSL VPN提供接入服务中, 由于使用的HTTPS协议基本属于上层的应用层, 只能访问有限的服务, 在病毒感染、蠕虫传播等方面, SSL VPN的安全性较传统的IPSec VPN更好。在Web服务器上使用的HTTPS, 主要是用来保护传输中的数据不被截获, 可应用在内部的OA系统中传输需要保密的重要资料。可以预见, 随着硬件的发展, WEB理念的发展, HTTPS协议将会逐步进化, 发挥越来越大的作用。
摘要：随着网络交易、网络支付、网络银行等兴起, Web服务的安全性问题日益突出。本文介绍了作为Web服务数据的传输通道:HTTP协议和HTTPS协议的安全方面的缺陷, 以及进行安全增强的措施。
关键词：网络安全,Web服务,HTTP协议,HTTPS协议
参考文献
[1]刘添添.安全电子支付协议有待改进.中国计算机报.2006.2.
数据传输通道 篇4
1 基本情况
我段管内共有82个站运用了TDCS设备。2011年一年时间里发生的不良信息近百起, 而通道原因粗略统计就50多起, 占不良信息的绝大多数。
2 原因分析
2.1 地线影响
通信机房的光端机和TDCS机房的协议转换器之间通过2Mb/s同轴电缆相连, 两个机房都有各自独立的地线。在通信机房, 同轴电缆屏蔽层接至通信综合地线;在TDCS机房, 同轴电缆的屏蔽层接至TDCS设备地线。光端机使用-48V直流电源, 而协议转换器采用的是220V交流电源, 割接后, 光端机的2Mb/s输出口的同轴电缆屏蔽层为-48V的地线, 而TDCS机房协议转换器输出口的同轴缆屏蔽层为交流220V的地线。经调查发现, TDCS机房地线接地电阻约为10Ω, 而通信综合地线接地电阻均在1Ω以下, 这样容易造成两个地线不平衡。因此, TDCS地线相对于通信综合地线表现为接地不良, 如图1右方框中虚线所示。其交流电源产生的感应电荷只能通过2Mb/s同轴电缆的屏蔽层向通信机房的综合地进行疏导, 即在屏蔽层上产生一个电压Vs, 且Vs是一个随交流信号变化而呈周期性变化的值, 其大小还和负载有关。也就是说在两个地之间存在直流电位差和交流干扰。
TDCS机房和通信机房设备的接地情况, 如图1所示:
2Mb/s数字信号采用的是HDB3 (三阶高密度双极性码) 的编码方式。这种编码方式的优点是便于正负脉冲均衡, 无直流分量, 便于直接传输。而当Vs瞬时值达到一定程度 (0.5V左右) 时, 就会对同轴电缆芯线上传送的2Mb/s电脉冲产生较大干扰, 直接影响TDCS协议转换器输出的波形, 使其产生畸变。因此, 只有协议转换器及路由器等网络设备均可靠接上地线后, 数据通信设备上的静电、感应电荷通过屏蔽层从其地线GND上得到有效疏导, 从而消除直流电位差和交流干扰, 保证正常的传输信号脉冲波, 数据通信才能得以恢复正常。
2.2 器材运行时间长
TDCS设备自从开通使用后, 整套设备就24小时不停的运转, 由于长时间的运行, 通信机、路由器、协议转换器、HUB及电源适配器接口等会出现不良现象, 也是造成系统网络数据丢包的重要原因。在镇安、红卫坝、小寨等站出现了协议转换器、HUB的死机现象, 只有复位或更换后才能使通道正常。
2.3 分析判断方法不当
为了降低设计的复杂性, 增强通用性和兼容性, 把计算机网络设计成层次结构。这种分层体系使多种不同硬件系统和软件系统能够方便地连接到网络, 每个网络层次都有相应的检测排查工具和措施。维护人员在分析和排查故障时, 应充分利用网络这种分层的特点, 快速准确地定位并排除故障。然而在实际故障排查过程中, 这种分层方法往往被忽略, 导致故障排查效率降低。
2.4 维护人员对设备相关知识掌握不足
TDCS要求维护人员具有丰富的计算机知识、网络知识, 还要求懂得一定的信号专业知识。但由于现场信号人员缺乏专业的计算机知识、网络知识, 对现场TDCS设备没有足够重视或有些匮乏, 现场维护人员对系统网络硬件不熟悉, 对路由器、HUB、协议转换器等硬件电气特性不清楚, 缺乏硬件的测试标准和有效的测试手段, 日常设备巡视检查没有针对性, 不能及时发现问题。集中检修没有目的性, 不能有计划地提高设备质量。
2.5 通信设备
TDCS机房的协议转换器和通信机房的光端机之间通过2Mb/s同轴电缆和几个光端机相连。同轴电缆与光端机是通过不锈钢普通小2兆头连接的。通信人员施工质量不高, 比如通道普通小2兆头虚焊或有毛刺, 在火车经过时产生的震动, 会使虚焊或有毛刺的地方产生虚断或短路, 造成通道传输数据丢包。通信协议转换器工作不良, 特别是电源适配器工作不良, 造成通道中断, 影响TDCS网络传输。
2.6 设备环境
TDCS设备对外部环境条件比较高, 部分车站信号机械室面积小, 室内温度高, 系统设备长时间连续运用, 电子元器件电气特性易发生变化。加之工区巡视检查容易疏漏机柜温度控制仪的检查, 机柜风扇长时间不工作, 机柜内部温度比较高, 路由器、交换机等网络器材极易出现死机等现象。
3 建议措施
3.1 学习掌握路由器、通信机、协议转换器、HUB等网络硬件的工作原理和电气特性的测试方法。
购进测试仪器, 完善测试手段, 通过实作演练提高处理故障能力。制定现场系统网络硬件设备的巡检办法, 明确巡检内容及工作标准, 提高巡检作业质量。
3.2 认真修订TDCS设备检修作业程序, 规定每一步的检修项目及质量标准, 并对维护人员进行现场培训。
利用好每月的技术业务学习, 扎实开展一次实作技能演练, 使维护人员能按标准化作业。TDCS检修作业程序及质量标准如图2所示。
3.3 改变检测方法, 在维护终端上不定期对各站通道进行PING命令检测:
1、在维护终端上利用PING网络命令进行侦测, 检测通道质量, 使通道误码率达到《维规》要求的小于10-7;2、对于检测、浏览中发现通道丢包、中断现象, 通过运用PING、TELNET等相关命令确定相应路由通道、丢包情况, 并且进行分析处理。
各端口状态表示意义
在上表中, 序号1表示通道状态良好, 2、3、4表示通道存在不同程度的故障。举例说明:甲站到乙站通信中断 (附:甲乙两站通道构成示意图)
当发生通道故障时, 应按以下步骤进行:2个站的串口状态都要查看, 优先处理串口状态级别低的车站。当出现表1中序号4所示故障时, 为人为中断通道, 可与上级TDCS部门, 技术支持部门, 配合服务部门取得及时联系, 询问通道状况及认为中断原因。当出现表1所示第2、3种状态时, 需进行打环处理, 采取分段测试方法。首先在本地进行打环, 以排除本站的设备故障或线路故障。然后, 在远端打环, 测试通信设备、对方站设备或线路是否故障。
分别远程登录到甲、乙站路由器, 查看串口状态。如果甲站为第3种状态, 乙站为第2种状态, 那么, 优先处理甲站。
在甲站协议转换器上打本地软环 (如图3标 (1) 处) 或硬环 (如图3标 (2) 处) , 判断路由器串口到协议转换器间是否故障。查看甲站本地路由器串口, 如果看不到环, 检查路由器串口和V·35线是否良好;如果看到环, 说明串口和V·35线是正常的, 但不能判断协议转换器是否故障。
在乙站协议转换器上打远端软环 (如图3标 (3) 处) , 登录甲站路由器, 如果看到环, 说明甲站协议转换器和通信通道是正常的, 但不能判断乙站协议转换器是否故障。将乙站V·35线接头断开, 用硬打环器接在V·35线缆的接头处 (如图3标 (4) 处) , 判断乙站协议转换器是否故障, 如果看到环, 说明乙站协议转换器正常。
在乙站的协议转换器上打本地环, 也可以判断乙站路由器串口到协议转换器间是否故障。如果故障点还不确定, 再在甲站打远端环以进一步确认。
3.4 建议将TDCS地线与通信设备地线进行连接, 消除TDCS地线和通信设备地线之间的电位差。
因环境条件限制不能共用地线的车站, 可接入ZPW-2000综合地线 (接地电阻不大于1Ω) 。同时还将检查地线连接是否正确、接触是否良好、接地电阻是否符合标准等纳入日常维护工作中。
3.5
对室温较高的机械室, 可以加装空调器或定期进行通风, 使用有效降温手段, 减少高温对网络器材运用的影响。
4 总结
通过多次会同通信对TDCS设备的联合检查, 我们在分析和处理TDCS传输通道数据丢包问题方面积累了一定的实践经验。在今后的工作中通过实施整治地线、按标准化作业程序检修设备和强化人员培训等措施, 相信数据通道丢包故障件数会大幅减少
摘要：TDCS的通道传输数据丢包直接影响到TDCS系统信息交换, 且故障发生时影响范围大, 不易查找, 给铁路运输的安全与效率造成负面影响。本文结合实际对通道传输数据丢包的原因进行分析, 并提出维护、管理建议。
关键词：TDCS,通道,地线,故障,维护
参考文献
[1]铁科院通信信号研究所, 《调度指挥管理信息系统-DMIS分机子系统》2004年
[2]铁道部运输局, 《铁路列车调度指挥系统》, 中国铁道出版社, 2006年4月翟振远, 袁亚洲翟晓晨.
[3]《TDCS系统无线传输通道防护浅析》, 铁道通信信号, 2008年第6期
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[5]洪福庆.TDCS日常故障处理与分析[J].铁道通信信号, 2008年第2期.
[6]秦燕燕, 许伟, 曹尤振.TDCS网络维护及故障分析[J].铁道通信信号, 2007年第9期.
[7]王丽.TDCS站机系统维护、故障分析及处理方法[J].铁路通信信号工程技术, 2006年03期.
多通道温度数据采集系统设计 篇5
温度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数之一, 伴随工业科技、农业科技的发展, 它的测量需求越来越多, 也越来越重要, 在生产过程中常需对其进行监测。利用微型机对温度数据进行检测, 数据显示信息控制保存对增加生产效率和提高产品质量有重要作用, 所以温度测量系统的精确度和智能化一直受到企业的重视[1,2,3]。
但是在有些特殊的工业现场, 人们无法长时间在现场观测设备运行情况, 就需要对现场数据进行采集并传送到控制室。有线数据传输方式需要铺设电缆, 而且容易受到电磁干扰, 此时需用无线传输的方式进行数据传输[4]。
多路无线温度采集系统可被广泛应用于温度测量或相应地可转换为温度量的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中。通常需要对分布式多点温度进行监测。本设计以单片机作为控制核心构成分布式温度采集与控制系统。控制器通过温度传感器实时检测各节点的温度变化, 并依此显示各节点的温度, 从而远程实现对整个系统的温度检测。
1 系统设计
多通道温度采集系统分为温度数据采集部分和温度数据处理显示部分。温度数据采集部分由单片机、温度传感器和无线数据发射模块构成, 总体框图如图1所示。温度数据采集部分可以多个分布在测量范围内不同的地方。温度数据处理显示部分由单片机、无线数据接收模块和显示模块构成, 总体框图如图2所示。
2 硬件设计
基于无线通信的温度数据采集系统硬件电路包括:单片机、传感器、无线数据发射模块、无线数据接收模块和显示模块。下面对每个模块进行详细说明。
温度传感器采用Dallas公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20。采用寄生电源方式供电, 单片机只需一根端口线就能与DS18B20通信, 占用微处理器的端口少, 可节省大量的引线和逻辑电路[5]。单片机采用美国Atmel公司生产的低电压AT89S52单片机[6]。无线数据发射模块和无线数据接收模块采用PT2262/2272[7,8]。采用6位地址码和6位数据码, 这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1-6脚为地址设定脚, 有三种状态可供选择:悬空、接正电源、接地三种状态, 所以地址编码不重复度为729个。数据采用两次传输。PT2262将编码后的数据从输出端17引脚串行输出到F05V发射模块, 再通过天线发送出去。图3是PT2262发射原理图。为了能稳定传输数据, PT2262每次发射时至少发射4组字码。因为无线发射的特点, 第一组字码容易受平干扰产生误码, 所以2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。F05V当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号, 当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡, 所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号, 从而对高频电路完成幅度键控相当于调制度为100%的调幅。显示模块采用1602字符型LCD。用单片机的P0口作为数据线, 用P2.5、P2.6、P2.7分别作为LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿触发的片选信号, R/W是读写信号。当接收模块获取相应的数据后, 由接口P0 (D0-D7) 输入液晶显示电路, LCD1602以直观数字显示处理后的温度数据, 并由单片机进行必要的记录。
3 软件设计
整个系统由软件驱动硬件电路工作。从系统软件的功能上可以把它分为主程序和子程序两类。主程序完成温度的循环检测和驱动各部分工作。子程序完成各种功能如温度采集、温度显示、数据通讯等。主程序控制调用子程序, 实现温度数据实时读出、传输, 处理DS18B20的测量温度值、并显示。其程序流程图如图4所示。
图5-6分别是单片机控制的发射与接收模块子流程图。发射子程序包括温度传感器在单片机的控制下采集数据信息, 经过DS18B20数据转换器处理后发送给单片机进行处理转换, 同时, 温度数据输入到单片机中, 单片机对这些数据进行分组打包, 无线传输芯片PT2262进行编码, 再通过PT2262模块天线传送到PT2272接收模块进行解码。接收子程序对数据进行解码, 输入单片机中, 然后再通过单片机处理数据, 同时驱动LCD1602进行温度数据显示。
4 系统调试和测试
系统调试包括硬件调试和软件调试, 两者密不可分。硬件调试比较简单, 硬件调试分各电路模块调试和联机调试, 试验电路是否正确, 并排除一些加工工艺性错误。首先检查焊接是否有虚焊等问题, 然后可用检测仪器测试并通电被检测电路。软件调试以程序为主进行主程序、子程序的调试。软件调试到能显示和检测变换的温度。由于DS18B20与单片机采用单线串行数据传送, 因此必须严格按通信协议的时序编程才能读出正确的测量结果。
调试完成后进行系统测试。测试系统包含一个发射部分和一个接收部分。当按下电源开关, 启动开始键后, 可以稳定传输数据。系统预留了与计算机的接口, 可以把数据输入计算机中分析存储。
5 结束语
本文设计了基于无线通信的多路温度数据采集系统。该系统的实现功能是将来自温度传感器的信号用单片机处理后无线传输到接收部分, 由接收部分存储和驱动LCD进行显示。该系统的数据处理功能强大、显示直观、界面友好、性价比高, 可广泛应用于工业现场、农业环境温度监测等诸多领域。
参考文献
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数据传输通道 篇6
1 微波通道保护现状
微波信号传输的过程中, 必须要确保通道的畅通无阻, 倘若同道中存在着非常多的阻碍, 这样就会使得微波无法顺利的传输, 这也会在极大的程度上影响到微波传输的质量。 信号会逐渐的减弱。在当今城市化发展水平不断提高的大形势下, 高层建筑数量也呈现出了明显的增加趋势, 这也会对微波信号传输的质量产生非常明显的负面影响。 在以往的传输系统设计工作中只是考虑到了当时的建筑情况, 而当时并没有大量的高层建筑, 因此, 在高层建筑数量不断增多的情况下, 广播电视微波传输的稳定性和安全性也会受到极大的威胁。 广播电视微波出阿叔通道的安全运行存在着非常重大的意义, 在信息传输中, 其所发挥的作用是不容忽视的, 无论是在政府部门公共信息传播的过程中还是人们日常的生产和生活当中, 我们都需要将广播电视作为非常重要的一项媒介, 微波护自身的抵御能力很强, 所以在应急事件处理的过程中, 其也占据了不容忽视的位置, 因此, 我们必须要采取有效的措施对微波传输通道进行全面的保护, 不断的提升微波传输的效率, 确保信号传输的质量和水平。
2 微波传输通道的保护
在对微波传输通道予以保护的过程中, 一定要注意措施的多样化, 在对其加以保护之前, 我们一定要对系统的实际状况进行全面的了解和掌握, 之后还要制定出一个可行性非常强的方案与措施, 从而更好的确保微波安全运行的质量和水平。 在对微波传输通道进行保护的过程中, 规划部门扮演着非常重要的角色, 一定要对微波站的频率和地址做好备案工作, 同时还要重视故障检测工作。 在微波传输的过程中, 如果发现了故障, 一定要对其进行全面的定位处理, 检测出发生故障的真实原因, 同时还要采取有效的措施加以处理。 在未必传输的时候, 中间不能出现阻滞, 这主要是因为传输通道本身不具备可视性, 同时其覆盖的区域也比较大, 这样也就使得监视工作无法顺利的开展, 因此, 我们在实际的工作中, 一定要充分的借助一些比较先进的科学技术对传输通道的监视工作加以控制, 从而确保传输的质量和水平。
3 微波传输通道故障排除分析
为了能够更加科学有效的掌握广播电视微波传输通道故障排除的具体方法, 我们借助实例地对其加以分析和阐述。
最近发现A和B微波站所接受的电平指数出现了明显的下降趋势, 在适当的对发射功率进行了调整之后, 对两地的气相情况进行了全面的分析, 两地的天气状况很好, 所以也排除了天气因素的不利影响。 其次, 技术人员一定要对传播设备进行全面的检查, 如果没有出现异常, 下面就应该对天馈系统进行检查, 主要是对充气机当中的干燥剂颜色变化进行观察和判断, 如果干燥剂的颜色为蓝色, 我们基本上就可以判定是天馈系统的故障。 然后使用专业的检测仪器对其进行全面的检查, 判断故障是不是和试馈线有一定的关联, 如果是试馈线的问题, 就应该对其进行干燥处理, 或者是直接更换。 最后就是排除故障, 在故障排除中, 我们可以在天线后端的位置安装频谱仪, 这样就可以接收到电平参数, 将其和正常的数值进行比较, 如果偏差较大, 需要进行适当的调整, 如果这些原因都被排除, 则证明是微波传输受阻产生了接收电平下降的问题。
采用微波传输路由图, 我们能够非常清晰的看到微波通道所经地区的地质和地貌状况, 但是在检查的时候, 我们也必须要注意通常、田野、城市当中的信号传输是不会存在障碍物的, 所以在实际的工作中, 我们一定要充分的重视微波通道附近的高层建筑物。 为了能够更好的保证后期的计算和分析, 我们一定要对建筑物所在经度、纬度和高度加以记录, 这样就可以更好的测算出建筑的面积, 同时还能够按照计算的具体结果将建筑物展现在图纸当中。
4 微波衰落和解决方法
4.1 微波衰落的影响分析
广播电视微波传输的工作中会受到很多因素的影响, 比如地形、建筑物和气候环境等, 这样也就使得传输信号的质量受到非常重大的影响, 在传输的时候, 如果产生了非常严重的阻碍, 就可能会使得信号的终端无法稳定运行, 因此, 我们必须要采取有效的解决措施。
4.1.1 地面传输环境的影响
在地面环境建设的过程中, 影响微波传输的主导因素就是断面的反射波, 在城市、丘陵和水面等很多区域当中, 其对微波的影响存在着差异, 因此, 在微波传输当中, 我们一定要充分的对地面的传输环境加以考虑, 这样也就可以十分有效的减少其对微波产生的不利影响。
4.1.2 气象因素的影响
气相因素是影响微波传输距离的一个主要因素, 微波传播会受到一些极端天气因素的影响, 这样也就会产生非常大的能量消耗, 特别是在气相条件具有复杂性的山区, 在大雨过后还是比较容易出现微波信号多次反射的问题, 这样也就使得微波减弱的程度大大的提升, 接收信号的电平会在这一过程中受到非常重大的影响, 这样也就使得信道的误码率大大提升, 甚至还出现了中断的情况。
4.2 抗衰落采取的措施分析
采用自适应均衡技术, 利用TDAE均衡器来有效的控制微波传播时信道和时间的选择, 这样就可以对相位失真的现象得到有效的控制。 使用交叉计划干扰抵消技术, 对接受的信号进行垂直和水平处理, 这样就可以使得信号质量达到原始水平, 大大的减少了信号间的干扰, 此外采用环网自愈网, 微波电路当中如果某一个站点无法正常的运行, 就会对之后所有站点的正常运行构成不利的影响, 这也会使得电路系统无法正常的发挥其作用和功能, 所以, 我们一定要建立环网自愈网, 这样就可以确保当某个方向出现了信号减弱或者是中断的时候, 环网自愈网可以采用另外一个方向上的信号, 避免了信号中断的问题。
5 结论
广播电视在人们的生活中依然是不可或缺的, 而广播电视的信号播出质量要求也越来越高, 在微波传输的过程中会受到多种因素的影响, 因为微波传输的故障抑或是在传输通道中信号不是很强都会对信号传输的质量构成不利的影响, 我们必须要采取科学的方案对其加以处理。
参考文献
[1]苑曦.数字微波传输技术的应用[J].信息技术与信息化, 2015 (06) .
数据传输通道 篇7
有线电视网络双向化改造主要采用HFC网络用户接入技术, HFC (Hybrid Fiber Coaxial) 网指光纤-同轴电缆混合网, 它是一种新型的宽带网络, 采用光纤到服务区, 而在进入用户的“最后1公里”采用同轴电缆。其最重要的组成部分也就是同轴电缆到用户这一段使用了电缆调制解调器 (Cable Modem) 。
1 回传系统技术原理
Cable Modem接入方式的物理基础是双向HFC网络, 双向HFC网络在单向HFC基础上进行改造, 配加回传通道形成。系统采用上、下行非对称信道的传输方式, 在HFC网络下行带宽A波段 (GY/T106-1999) 的电视频道中划分出一条到多条8MHz带宽信道 (中心频率小于858MHz) , 用于以广播形式的下行数据发送。信号采用256QAM (正交调幅) 调制方式, 每个8MHz带宽信道经REED-SOLOMON编码后最高速率可达51Mbps, 上行数据通过5～65MHz进行回传。
电缆调制解调器终端系统CMTS (Cable Modem Termination System) 作为系统的核心, 它提供对Cable Modem的SNMP接口, 对节点内所有Cable Modem进行注册登录、管理和控制。根据带宽实际消耗情况, 自动完成上行5～65MHz和下行108～862MHz数据传输频率间的转换、平衡分配。能基于信道特征自适应地调整下行发送数据和上行接收数据的调制信号及调制方式。系统基于DOCSIS标准设计, 其组成方框图如图1所示。
2 回传系统的设计指标
2.1 回传系统载噪比的确定
根据国际电信联盟 (ITU) 的相关标准, 上行信道传输数据的误码率要求:BER≤10-9。为提高上行信道的传输效率, 其载噪比门限为20d B, 考虑到上行通道中的窄带连续波干扰和冲激干扰的影响, 上行信道的C/N大于26dB, 在实际环境中, 5～18MHz的频率范围存在着短波电台的窄带连续波干扰和各种工业电器、家用电器等的脉冲干扰, 使5～18MHz的低端噪声在任何时候都比高端噪声大, 目前双向业务开展中, 主要使用18～65MHz频段, 所以回传通道的性能标准主要在于18MHz以上的性能情况。
2.2 系统指标的规划
由于双向HFC网络改造, 随着光节点用户规模变小、放大器级数减少, 网络正向指标一般能达到相关国家标准要求, 网络改造时, 应重点规划反向指标及电平参数, 上行传输通道参数如表1所示。
2.3 网络改造方案的设计
反向为主, 兼顾正向:在实施设计过程中, 认真选择高质量的电缆接头等设备及器件, 把好制作工艺关, 不能只考虑下行信号, 而要上、下行信号一并考虑, 并且当二者出现矛盾时应优先考虑上行信号的要求。
回传光发射机的选取:由于双向HFC网络支持宽带数据接入, 网络管理、小区智能化等多业务接入, 宽带数据接入也出现了多回传通道捆绑技术及高阶调制技术, 回传光发射机在NPR≥30dB时, 动态范围应大于20dB。
电平参数的设计:采用0dB增益法, 光发射机的反向输入采用每赫兹 (Hz) 功率法计算, 在用户终端到最近的有源设备之间的反向衰减为30dB左右。
在分前端, 设计从回传光接收模块出来的回传射频信号的分配、混合网络, 支持回传射频的多端口的提取, 以保障多回传业务的实施及提高网络的适应性。
作为抑制用户噪声的一种措施, 在用户终端加装高、低通滤波器。
3 回传系统的调试
3.1 回传光链路的调试
NRT-WB2HP型回传光发射机激光器的最佳工作点为Pin=41d Bm, 这是回传激光器实际工作时要求的加载总功率。系统调试前在前端机房设定C M T S的接收功率为10dBm。回传光链路的调试主要目的是:当回传激光器工作在最佳工作点41dBm时, 保证前端回传光接收机注入到CMTS的RF功率为设定值10dBm。
具体调试步骤如下:
(1) 在光站反向信号注入端口输入上行回传信号, 调整注入信号大小, 使其注入信号功率为Cable Modem业务的信道功率30dBmV。与此同时在反向监测口 (-20dB) 通过频谱仪检测注入信号大小。
(2) 目前阶段只有Cable Modem业务, 回传频带没有被完全使用, 总的加载功率较小, 因此在光站内部调整回传输入端衰减器的衰减量, 使回传信号适当放大, 直至其检测值为21dBm, 即此时回传激光器的加载功率为41dBm, 从而保证了回传激光器工作在最佳工作点。用频谱仪测量数字信号功率需要注意的是:信道功率=显示的功率+10lg (信道带宽/分辨带宽) +修正因子, 修正因子通常为1～2dB。
(3) 测得前端机房回传光接收机输出电平为22dBm, 在回传光接收机的输出端外接12dB的衰减器, 从而保证CMTS接收功率为设定值10dBm。
通过以上三步即可完成回传光链路的调试。
3.2 回传电缆系统的调试
回传电缆系统调试的主要任务是使各回传放大器的输入端口工作在基准电平的情况下, 保证CMTS接收功率恒定在设定值10dBm。为此, 首先确定单位增益点回传放大器输入端口的基准电平。
(1) 最大回传路径损耗的计算:从用户端至楼栋放大器, 回传路径最大损耗为30dB;
(2) 为提高系统C/N, Cable Modem工作在较高的电平45dBmV。
(3) 则回传放大器输入端口基准电平为15dBmV。
调试时在各回传放大器信号注入口注入回传信号, 因输入端口的基准电平是15d Bm, 测试点和注入点之间的损耗差值为20dB, 则将注入信号电平调整为35dBm, 然后选择合适的衰减器、均衡器, 使放大器的输出信号传输至前端CMTS的接收功率为设定值10dBm, 自光节点依次逐级下调。
4 结束语
有线电视HFC网络正处在升级改造的关键时期, 其正向系统的技术规范已相对成熟, 而回传系统的技术规范还需要在实践中总结完善, 尽快制定相关的技术标准与网络规范。由于双向HFC网络系统稳定性往往取决于反向通道的质量;因此, 对HFC双向改造必须从网络设计、设备选型、施工工艺、系统调试、回传噪声分段控制等方面认真把关, 精心对待每一个工作步骤, 保证回传通道的性能质量。
参考文献
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数据传输通道 篇8
关键词：TMS320DM6437,TVP5158,4通道视频采集,EDMA3
随着信息技术的飞速发展，视频信息采集系统呈现出向着数字化、小型化、高分辨率化和多路化方向快速发展的趋势。利用单路组合成多路视频采集系统所表现出硬件结构复杂、空间占用大、成本高、功耗大等缺点，已不能满足高速视频处理技术的需求，而多通道视频采集系统具有开发难度小、体积小、成本低等优良特性，其拥有较好的应用开发潜力和市场空间，得到了诸多电子设计者的青睐。而在多通道视频采集系统中，由于图像的原始数据量大以及处理的过程中会产生中间数据，对于片内存储资源有限的高速DSP芯片来说，一般需要借用外部存储空间，为了提高系统的实时处理能力，可以将数据在不同存储空间搬移的任务交给EDMA3来完成，CPU只用于专注图像数据计算[1]。
因此，采用EDMA3能够很好地满足图像数据的实时高速传输，对提升系统实时性能起到了至关重要的作用，在多通道视频采集系统中具有良好的实用前景。
1 系统整体架构
本系统利用TMS320DM6437高速数字媒体处理器以及TVP5158 4路视频解码器为核心来设计一款高性能的多路视频采集系统。本系统主要包括视频采集模块、数据处理模块、视频显示模块等几个部分，4路视频采集系统架构图如图1所示[2,3]。
4路摄像头的模拟视频信号经过TVP5158视频解码器解码后，将4路视频信号解码为16 bit的YUV 4∶2∶2行交叉模式的复合视频数据流并输入到TMS320DM6437处理器的视频前端接口VPFE,VPFE把接收到的视频数据通过EMIF接口存储到DDR2中。若得到单通道视频数据就需对复合视频数据进行处理和数据搬移，通过ED-MA3技术能对图像数据进行快速搬移实现每个通道的数据存储到单独的视频缓冲区中，经过视频后端VPBE接口将单通道视频数据送LCD显示。
2 系统硬件模块设计
2.1 视频采集模块
TVP5158视频解码器是TI公司推出的一款多通道、高品质NTSC/PAL视频解码芯片，拥有4个独立的视频解码通道，支持复合视频信号和伪差分视频输入，可将基带模拟视频信号解码为数字视频信号，输出端口支持多种嵌入式同步模式的的数据流。此外，还可以通过对TVP5158解码器相关寄存器的配置，来自动控制其对比度、饱和度、亮色度，有效降低噪声，提高压缩比和整体视频的质量。本系统中TVP5158视频解码器对4路模拟视频信号解码成4-CH D1格式的视频数据流。但在传输过程中受到TMS320DM6437视频处理前端VPFE接口(CCD控制器)的限制，如VPFE只有16位数据总线和像素采样时钟频率最高可达75 MHz等条件的制约，则需要设计出一条合理的视频数据传输方案。本系统采用16位数据总线及像素时钟频率为54 MHZ的行交叉模式的输出格式，即可满足4路视频信号同时采集的设计要求，如图2所示为TVP5158和TMS320DM6437的硬件接口连接图。
在视频信号采集之前，首先TMS320DM6437处理器通过I2C总线对TVP5158解码器中的寄存器进行初始化设置，使输入的4路模拟视频信号经TVP5158同步解码后封装成1个16位YUV4∶2∶2格式行交叉模式的复合视频数据流，并将复合视频数据流输入到TMS320DM6437的前端VPFE,VPFE模块对该数据进行相应的格式处理，丢掉每行中的行场消隐数据，剩下SC标志位和有效视频数据，然后存储到DDR2存储器，以便于DSP处理器对复合数据进行分离处理。
2.2 视频数据处理模块
为了能正确地显示各通道的视频图像，需将存储在DDR2中的复合视频数据进行分离并搬移到各通道对应的视频缓冲区中。TVP5158解码后的复合视频数据是以行为单位对单路视频数据进行编排和组织的，为了能够正确和有效地区分每行视频数据，TVP5158视频解码器在每行数据的前面安插了8个字节的开始代码位SC,8个字节的编排顺序为SC[3]SC[3]SC[2]SC[2]SC[1]SC[1]SC[0]SC[0],SC的分配信息如图3所示[4]，每行的SC中都含有通道标签CH_ID、行号LN_ID、奇偶场F、视频检查VDET等相关信息，这使得TMS320DM6437处理器在分离行数据的时候能够显著减低代码的复杂程度和后端的处理要求。
需要注意的是，TVP5158接收的模拟视频信号并非同步，输出行的通道顺序也并不是一次性的均匀交错，如果在某一特定的时间，解码器没有准备好输出数据，就输出一个虚拟行，并在SC中产生相应的标志信息，表示此行没有信息量，在SC中会产生对应的标识。利用开始代码位SC中的标志信息，可将复合数据搬移到各通道对应的缓冲区中。这个过程存在大量的数据搬移，可以采用DSP库函数memcpy()以及EDMA3数据传输方式来完成图像数据的搬移及分离工作，下面分别对这两种数据搬移方法做简单的介绍。
2.2.1 dsplib库函数数据传输方式
通过DSP库函数memcpy来进行每行图像数据搬移，函数格式为void*memcpy(void*dest,const void*src,size_t n)，用来拷贝src所指的源地址内容的前n个字节到dest所指的目的内存地址上，源地址和目的地址利用SC位中的有效信息得出。
2.2.2 EDMA3数据传输方式
TMS320DM6437拥有第三代增强型EDMA3，是数字信号处理中用于快速数据交换的重要技术，具有独立于CPU的后台批量数据传输能力。能够满足实时图像处理中的高速数据传输的要求，能快速实现数据的搬移及适应更为复杂的数据传输格式。EDMA3它包括64个DMA通道和8个QDMA(快速DMA)通道，每个通道均由传输队列(4个传输队列，每个队列有16个事件入口)控制器控制，共有128个参数RAM，其中存放每个EDMA3通道需要的各个传输控制参数。如图4所示给出了1个EDMA3传输参数的内部结构，1个参数RAM的长度为32 byte，参数RAM中4 byte的通道选项参数(OPT)主要包含事件链接、传输结束代码、链传输使能等控制选项，用户可根据实际需要选择设置该参数;SRC/DST用于存放EDMA3访问起始的源地址和目标地址;ACNT/BCNT/CCNT表示数据传输中阵列的字节数/帧的阵列数/块的帧数目;SRCBIDX和DSTBIDX用于二维传输中两阵列之间的字节数目;SRCCIDX和DSTCIDX用于三维传输中两帧之间的字节数目;BCNTRLD则是用在每帧最后一个数据元素传输之后，重新加载传输计数值;LINK表示传输完成后重新加载的参数RAM地址，若是特定值0xFFFF，则为空连接[5]。
本系统在完成复合数据搬移的过程中，采用CPU来强行触发EDMA3通道的启动，利用链式EDMA3方式来进行每行数据的搬移，即一个通道传输完成时自动触发下一通道的传输，这需要对多个通道中的参数RAM寄存器进行配置。通过CPU来读取每行数据的SC位，提取有用信息以供加载到参数RAM中，由于EDMA3的通道数目有限，不能一次完成参数RAM的更新，利用多次循环来完成复合数据流中SC位的读取和数据的搬移操作。其EDMA3数据传输方法主要步骤如下:
1)CPU每次读取N行数据中的SC位，提取通道号、奇偶场、行号、视频检测等信息。
2)初始化EDMA3传输通道，利用SC位信息来配置多个通道参数RAM，在OPT中主要设置TCCHEN链传输使能位和传输结束代码TCC来触发下一个EDMA3通道;SCR/DST设置每行数据传输的源地址/目的地址;ACNT/BCNT/CCNT设置数据字节/数据单元/数据帧寄存器的数据传输尺寸;其索引寄存器中都配置为0。
3)CPU通过向ESR事件寄存器置位，启动EDMA3通道传输数据，读取链接的最后一个传输通道，中断标志寄存器IPRH/IPR，数据传输完成时会对应通道的IPRH/IPR置位，否则等待数据传输完成。
4)清除中断标志位，返回第1步继续执行下N行数据的传输，直到一个超级帧的有效行数据搬移完毕。
2.3 视频显示模块
视频处理后端(VPBE)是视频输出模块，它由屏幕显示处理器OSD和视频解码器VENC组成，OSD能显示视频图像和静态图像的叠加，支持8种视频窗口数据与OSD窗口数据混合的方式[6];VENC支持4路54 MHz的DAC转换，可以把16位YUV 4∶2∶2、ITU-R BT.656,24位RGB数字视频信号转换为NTSC/PAL制的模拟视频输出信号。通过对后端VPBE寄存器的配置，把DDR2缓冲区中的单路视频数据通过VPBE接口，驱动显示器LCD显示图像，视频数据流能够达到实时的效果。
3 系统测试与分析
为了能够比较图像数据搬移的实时性能，使用C代码在DSP(硬件系统中TMS320DM6437的CPU时钟为594 MHz)上进行在线仿真测试，通过CCS clock工具可以测量出两种搬移方法所需CPU周期数如表1所示。从表1中的数据可知:EDMA3传输方式的实时传输速度明显高于memcpy()库函数的数据传输方式，图像实时显示速度可达到23.2 f/s(帧/秒)，使系统实时性能方面提升了22.5%,EDMA3传输方式更加适合视频图像数据的快速传输。
4 结束语
本文用TMS320DM6437处理器来实现4路视频信号的采集，把采集到的4路模拟视频信号解码后压缩成复合数据输入到DDR2存储器，采用EDMA3的传输方法能快速有效地把复合数据分离并搬移开来，完成单通道数据图像恢复并显示。该方案具有硬件布局空间小、成本低廉、稳定性能好、图像显示清晰、实时速度快、延时性小等优点，可广泛应用于电视会议、视频监控等多通道视频采集系统领域，具有很好的科研价值和市场前景。
参考文献
[1]陈振华,邓少芝,许宁生.EDMA数据传输方式在基于DSP的视频信号处理系统中的应用[J].液晶与显示,2007,22(6):719-723.
[2]文武,吴勇,张杰.基于TMS320DM6467的视频采集系统设计[J].电视技术,2011,35(17):38-41.
[3]张伟,贺德强.基于TMS320DM6467的机车视频监控系统设计[J].制造业自动化,2011,33(7):54-57.
[4]彭明霞.基于TVP5158的多路DVS设计[J].工业控制计算机,2012,25(3):92-95.
[5]耿磊,吴晓娟.EDMA在实时图像处理系统中的应用[J].国外电子元器件,2006(1):8-11.