网络实时通信（精选9篇）
网络实时通信 篇1
摘要：MES, 作为当前信息化社会发展和存在的主流技术, 网络通信技术已经在各个各业得到广泛应用。而在实际的应用中, 多通信网络的实时性能和服务质量的研究更是人们研究重点。所以, 文中也围绕该问题, 在对计算机网络实时通信技术的特点进行分析的基础上, 从系统应用的角度对计算机网络通信的时间约束条件进行分析, 并针对互联网和广域网中的实时性能进行分析评价, 得到了具有较高实用价值的结果。
关键词：实时通信技术,解决方案
1 引言
在现代计算机网络技术不断发展的推动下, 人们对网络的功能和性能需求也不断提高, 其中最主要的就是基于多媒体通信和专用工业测控实时通信的综合服务质量。从传统的计算机网络构成体系中可以发现, 其主要采用分组交换的技术, 可以认为是一种面向非实时通信的数据通信技术, 比如我们现在常用的FTP以及E-mail等, 最具代表性的TCP/IP协议, 也是为了能够对整个网络的数据吞吐量进行优化, 同时为数据的通信提供一种尽力而为的服务。但是, 现在发展火热的多媒体通信需求, 以及各种工业领域中的测控网络对实时通信提出了更高的要求, 因为这些典型应用不仅需要传递传统的文本信息, 更重要的是, 还会频繁的传送音频和视频信息, 在这些数据中, 还包括了对时间要求非常严格的工业测量、控制信息和数据。针对计算机网络实时通信中的服务质量的提高, 很多研究机构和学者也都进行过深入的研究。但是, 人们现在所设计的诸多方案中还是存在或多或少的缺陷, 没有能够从互联网整体的角度对这些问题进行考虑, 只是针对某个方面的具体问题进行局部的改进和优化。
论文站在广域网的角度, 对网络性能进行分析, 首先对此类网络在通信过程中的特点进行深入讨论, 然后再将各种计算机网络详细划分成资源子网和通信子网的基础上, 针对通信子网的特点分析了计算机网络通信系统中所采用的时间约束条件;接着, 对互联网环境中的网络实时性能进行分析和评价。
2 网络实时通信的特点分析
在以太网中, 其采用的CSMA/CD算法对于每个站点而言, 所发送的数据在发送操作之前都会对网络信道中存在的其他站点情况进行监听, 如果没有任何其他站点占用信道, 则会执行数据发送操作。但是, 由于网络中所存在的传播延迟, 如果仅仅采用这种基于实现检测信道的方法, 则难以绝对避免网络冲突的发生。所以, CSMA/CD算法就要求每个站点能够边发送边监听, 这样, 在监听到冲突的情况下, 则上方会首先终止发送;接着, 站点会向网络上发送一个强干扰信号, 及时通知网络上的其他站点, 接着, 就需要等待下一个随机时间后重复上述过程。此外, 在各种数据和信息的发送过程开始后, 还会对碰撞情况进行检查, 如果发生了, 则会退出重发。
现有的以太网环境, 普遍存在实时性较差, 以及不确定性等问题。这里, 所提到的确定性主要指网络中的任何节点, 在任何负载前提下都能够在规定的时间内获得数据包发送机会, 且任何的网络站点都不能够独占所有的传输媒介;实时性则主要通过响应时间来衡量。如果要在以太网中传输实时数据和非实时数据, 考虑到实时数据和非实时数据对各种网络传输节点的竞争, 以及那些来自其他节点的数据碰撞情况, 则会造成实时数据可能经历难以预见的延时, 甚至还有可能出现长时间等待的情况。在现有的以太网传输体制中, 还缺少能够及时发现某个网络节点故障然后加以隔离的有效措施, 所以, 如果出现某个节点故障, 则会由于其对总线的独占而导致其他节点的传输失效, 使得网络通信的实时性得不到满足。
3 时间约束条件分析
前面提到, 可以将计算机网络分成资源子网和通信子网。其中, 资源子网主要指能够独立完成特定任务的设备、计算机、工作站点等;而通信子网则主要指各种通信媒介、接口设备、网络连接设备等。对于计算机网络而言, 其各个站点之间所交换的信息, 必须通过通信子网来实现, 所以, 通信子网就成为各个站点的共享资源。所以, 在实际应用中, 对通信子网的使用分配与调度是否合理, 也就决定了各个站点所提出的通信任务请求的响应快慢, 从而给整个网络的实时性产生决定性影响。为了实现各种通信任务的控制和管理, 有效避免通信数据的碰撞与冲突, 可以通过介质存储和控制的方式来对通信任务进行管理。
对于常用的MAC方式, 也就是介质访问控制方式, 其控制的对象就是各个站点访问通信子网媒介的时机。所以, 通信子系统中的使用权分配调度算法是整个存取控制方法的核心, 而这也给通信子网的通信实时性产生重要影响。
而站在整个计算机网络的层面, 其整个系统的实时性则可以从通信任务、站点、子网等三级进行综合考虑, 如果某个实时任务的实时性得到满足, 则说明其响应时间能够小于规定的时限;如果某个站点的实时性符合要求, 则说明该站点所提出的所有通信任务都能够在制定的时限内得到网络响应;对于整个通信子网, 其实时性能够符合网络需求, 则说明分布在整个通信子网上的站点所承担的所有任务, 其实时性都能够得到保证, 这其中就包括网络紧急任务的实时性也能够得到满足。
4 时延分析
在具体的网络通信过程中, 又可以分为广播式通信和点到点的通信。我们现在常用的局域网就属于一种典型的广播室通信体制, 这种网络中仅仅包含一条通信媒介, 且该媒介成为所有站点的共享资源。在各种通信任务的实时过程中, 就可以通过具体的格式来实现整体任务的划分, 并将通信内容利用通信子网中的一个站点向其他站点发送;而通信子网中的站点, 则主要根据分组的地址字段, 对数据包进行结婚或者丢弃处理。相反, 在广域网中, 则采用点到点的通信方式, 数据分组从数据源到目的地, 需要通过多个中间节点来实现, 所以, 在此过程中其关键就在于寻径算法的确定。
对于局域网中的通信实时性, 其性能的高低主要体现在端到端的通信时间延迟, 其这种时延又包括了基于资源子网的时延和通信子网的时延, 所以在实际的通信中必须确保在限定的时间限制内能够及时传输数据分组。比如, 如果控制执行器节点所发出的信息, 没有能够及时送到, 则就有可能造成整个网络系统性能的恶化, 从而使得网络性能欠佳。
5 结束语
文中针对计算机网络通信的应用环境, 对互联网和局域网中的通信特点进行分析, 并从网络通信子网的角度对实时通信中的时间约束条件等进行了深入分析。从系统应用的角度对计算机网络通信的时间约束条件进行分析, 并针对互联网和广域网中的实时性能进行分析评价, 得到了具有较高实用价值的结果。
参考文献
[1]吴晓东, 王鹏.Html5的通信机制及效率的研究[J].长春理工大学学报, 2011.
[2]陈洛资编著.计算机网络软件设计.开发与编程.科学出版社, 2004.
腾讯通RTX:实时通信凸显优势 篇2
随着互联网的飞速发展，适应越来越强烈的企业沟通需求，ICQ、AOL Instant Messenger、MSN Messenger、Yahoo Messenger、RTX等实时通信软件不断出现并广泛应用，使企业面对的沟通效能问题迎刃而解，给企业带来的竞争优势正日渐凸显。
沟通效能，企业致胜关键
对现代企业而言，日新月异的技术、全球化的市场、众多的合作关系、对突发事件快速反应，都需要有效的沟通来解决。谁能强先一步，谁就能把握住市场的先机。因此，适应新的经济形势，现代企业的沟通越来越快，对效率的要求也越来越高。一些大、中企业不断加快了信息化建设的步伐，大力建设跨区域、多层级、分隶属的多层次的网络系统结构。然而，在沟通方式变得多样化的同时，沟通成本在企业总成本中占的比重也不断增大，这势必给现代企业的决策者们带来了一系列难题。
从某种意义上说，沟通的效能是整个企业生存发展的关键。那么，如何在这样不同的层级的网络中实现统一、全面、高效的实时通信管理，如何使企业在保证沟通效能的前提下节约成本，已经成为现代企业的当务之急。
于是针对企业用户的即时通信（Enterprise Instant Messenging，以下简称EIM）产品应运而生，其易于管理的特性和相对“严肃”的风格有理由使公司的老板们相信趋利避害是可能的。
EIM，提升沟通效能的武器
EIM市场的巨大潜力，吸引了国内外一些即时通信软件厂商专门致力于企业信息的实时沟通，纷纷推出了企业级实时通信产品，这不仅为企业架起了实时“沟通”的桥梁，也有力推动了企业迈入实时信息化的进程，提升了企业的核心竞争力。
首先，企业时常需要面对内部员工发布一些信息。传统的文件方式需要先打印出来，然后人工分发，若要收集员工的反馈信息则还要另外准备，因此效率比较低。使用EIM之后，向员工发布信息通知则变得相当简单，同时还可以即时得到反馈信息。
此外，召开内部会议是企业经常性的事务。有了EIM，利用其网络会议功能，可以方便的在员工电脑前召开或者参加会议。随着手机的普及，收发短信已经成为企业一种重要的联系方式。因此手机短信功能也被集成到企业IM之中，让信息传达变得非常方便快捷。
正由于EIM拥有丰富的功能特性，因而大受企业用户的广泛青睐。美国著名IT市场研究机构Gartner Group 的一份研究报告显示，美国大约有70%的企业使用实时通信软件作为重要但非正式的企业内部沟通工具，例如：跨国企业部门间的讨论。
腾讯通RTX，引领企业沟通新时尚
尽管IM市场竞争愈发激烈，但目前各类的即时通讯软件及服务针对企业的都存在不少局限，最突出的缺陷是功能雷同、缺乏特色，操作方式繁琐、界面不友好，有的产品和服务稳定性较差，因此大多数产品还不能得到迅速推广。目前来看，只有国内起步最早的腾讯通RTX表现出与众不同的优势。
据了解，RTX是腾讯专门针对企业级用户设计的，从2002年开始研发，到2003年9月正式发布，RTX针对用户的要求和用途进行了不断的完善。目前RTX已具有成熟的产品和成熟的用户群。目前为止，已有超过20万家企业用户使用，行业范围覆盖政府机构、电力、电信、制造业、IT业、食品饮料业、教育业、旅游业等各行各业。目前已有陕西高科、武汉健民、正大集团、IT168、武汉国测、北京林业局、交大铭泰、联邦家私、江门外海运输、新西部实业、中石化西北公公司等企业陆续成为RTX的忠实用户。
另外，在腾讯通RTX 3.31版本中增加了一个邮件助手的新功能，能支持对MS Outlook、Outlook Express、Fox-mail、IBM Notes等传统邮件工具的集成，真正打造成了实时邮件系统。其中，腾讯通RTX，以丰富的沟通方式、高度可管理、低成本、易部署等特点，成为企业实时通信的佼铰者。
“现在开会非常方便，而且都是提前半个小时临时通知就行了，RTX 在与短信的结合这一点上非常实用和方便，只要点一个键，开会通知就会以即时通讯或短信的方式，到达需要通知的群体”，其公司负责人表示，“这两年来，无论是每周例会、党委会还是业务会，我们都是依托RTX来进行的，RTX系统为公司节省了大量的沟通成本、差旅费以及租用会议场地的费用，同时，每次使用 RTX召开会议能够快速传达一些相关的精神，也提高了公司政策的执行效率。”
除了重点行业、政府部门采用RTX作为主要沟通平台之外，RTX还广泛应用于国内一些大企业。
在项目实施之后，正大天晴的相关负责人谈到RTX使用体会时说，“RTX具备实名制特性，这样有效地杜绝了不负责任的言语，这是我们这种大型企事业单位中很注重的一点；同时，RTX改变了传统IT系统的管理模式，使用RTX可以直接将信息推送到客户端或者手机上，管理效率得到了大大提高……”
嵌入式实时网络通信技术 篇3
1.1 嵌入式操作系统的优点分析
利用嵌入式的操作系统的目的在于其有一定的实时性, 这在自动化的控制过程中是非常有价值的。就以航空的领域作为一个例子, 这个领域对于嵌入式的自动化要求是非常高的, 而且对于整个系统的运行质量以及运行的效益也是有很高的要求的, 这就需要嵌入式操作系统可以在非常短的时间里面完成对应的指令, 并及时作出反馈, 并且保证做出的对应动作的正确合理, 对于这种要求, 只能使用实时性比较高的嵌入式操作系统。而且, 嵌入式操作系统相对比较复杂, 对于技术人员的专业程度要求比较高, 无论是在进行硬件的配置上, 还是在软件的设计上, 都需要相关的设计人员根据其嵌入的对象进行不同程度的合理调整, 只有这样才能够确保其可以在所需要的环节上发挥其应有的效能。
1.2 嵌入式操作系统的缺点分析
首先需要认识到的一点是嵌入式的操作系统处理的数据比较繁杂, 对于嵌入式的要求是需要在特定的时间或者环节内实现相应的数据信息的接收, 然后分析这些数据信息, 得出需要的分析结果, 然后将这些结果反馈给系统, 这样才能实现嵌入式操作系统的价值。然后, 事实上嵌入式操作系统的运行并不是这么理想的, 由于整个系统比较大, 所以可能出现bug的地方也比较多, 如果过度地关注嵌入式系统的应用性, 而忽视运行的环境, 嵌入式操作系统很有可能在外部的干扰下, 出现错误。
2 嵌入式实时网络通信技术
2.1 嵌入式实时网络运行要具有及时性和可靠性
在进行嵌入式实时网络的设计和编程的时候, 必须要将每一个子系统的信息进行一个耦合。在达成耦合的过程中, 会对整个嵌入式系统的运用过程有初步的要求, 同时需要这个系统要具备一定的实时性。对于整个网络的实时性控制方面, 可以使用一些网络的协议进行必要的控制, 在进行控制的时候, 对于嵌入式实时系统的反应时间和反馈时间也有着更高的要求。
如果一个嵌入式的网络系统运行的不是很好, 会大大影响整个嵌入式系统的效率。如果整个工作环境的电磁出现不稳定的情况, 嵌入式网络系统在这种电磁环境下进行运作, 就必须自行开启抗干扰的探测模块, 搜寻嵌入式系统在运行的过程中出现的问题, 当搜寻到必要参数并进行数据分析后, 采取一定的措施进行克制, 让系统可以在一定的时间里面恢复到正常的水平。
2.2 嵌入式实时网络要具有通信效力
每一个嵌入式的实时网络里面都存在一定数量的子系统, 在整个嵌入式的实时网络进行运行的时候, 也需要这些子系统可以利用程序里面对于其自身功能的控制将有效的信息进行实时传递。然而这些子系统在进行信息的传递时所含的长度必须是有效的。为了解决传输过程中的问题, 可以利用一些短帧的结构。这些短帧的结构可以帮助嵌入式系统有效地利用带宽, 从而提高整个系统的信息传输效率。
2.3 嵌入式实时网络要具有开放性
为了让整个嵌入式的网络系统进行高速或者是高效的运行, 就必须让整个运行环境变成一个开放式的网络运行环境。在这种相对开放的网络运行环境里面, 嵌入式的网络系统才可以进行快速的运行。相关的企业会将嵌入式的实时网络和互联网进行必要的连接。对于连接了外网的嵌入式系统而言, 信息的交互更加快捷而且方便了, 这样就能够让企业在对管理平台进行操作和具体管理的时候, 更加便捷和有效。
3 提高嵌入式实时网络通信技术水平的措施
3.1 提高关注度
第一是要在一定规模上对于我国的整个嵌入式行业的实时网络通信技术进行管理和监督, 提高有关部门的重视程度。只要从国家的层面上去提高关注程度, 给予一些相关的先进企业一定的支持和鼓励, 就可以很快地建立和健全我国对于嵌入式实时网络通信技术这一块的综合管理机制, 同时还需要辅之以有效而且合理的政策法规, 并且要注意加强对于整个嵌入式网络通信行业的实践考核, 只有定期对嵌入式实施通讯技术进行必要的技术检测, 才能在一定程度上达到我国对于嵌入式实时网络通信实效性的基本要求, 加强嵌入式系统的应用能力。
3.2 进行创新和改革
如果想要让我国的网络通信技术达到更高的水平, 就必须衡量我国当前的网络发展水平, 然后把嵌入式的网络通信技术与之进行有机地结合, 在这整个基础上, 需要进行必要的创新和对重要部分的改革, 做到不断的自我完善。除此以外, 为了能让我国的嵌入式系统技术水平得到一个整个提升, 需要对相关的技术人员进行专业技术的培养只有这样才能保证我国网络通信技术进行保证。
3.3 互联网技术的支持
要充分地利用互联网带来的便捷性和高效性, 这样才能促进整个嵌入式网络通信技术的有序快速发展。国家的政策给了我国的网络通信技术发展一个不可忽视的机会。如果想要让我国的网络通信技术可以大踏步的发展, 就必须要让我国嵌入式系统和个人计算机系统进行优势的相互配合和利用, 从而更有效地发挥互联网的作用。
3.4 加强人才培养
为了加强整个国家对嵌入式网络通信相关技术专业的对口人才进行培养, 需要相关部门进行统筹和安排, 对某些关键部门的人员进行定期的培训, 以便提高这些工作人员的技术和水平。对于国家而言, 源源不断涌现出来的人才才是整个国家进行竞争的根本动力。
4 结束语
对于嵌入式实时网络通信技术而言, 必须要有一套具有科学性的管理方案来与之相结合。针对我国当前使用的嵌入式网络通信技术分析, 可以得出以下结论, 必须要在整个国家和社会的共同奋斗和努力过程中, 不断地对嵌入式的实时网络通信技术进行创新和改造, 才能满足我国日益发展的实际要求。
参考文献
[1]徐桢迪, 蒋志豪.实时网络通信系统的分析和设计[J].通讯世界, 2015 (06) :3.
网络实时通信 篇4
关键词：XML技术；OPC技术；S7-300；实时通信
中图分类号：TP273 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011)05-0000-01
Application of XML Technology in the OPC Client and S7-300 PLC in Real-time Communication
Shi Hui,Liu Tao
(Xinyu Steel Special Steel Co., the new company,Xinyu338013,China)
Abstract:Through OPC XML technology combined with PC and Siemens S7-300 real-time communication in industrial control platform to address the concentration of field data collection and monitoring the production delay and data disruptions.
Keywords:XML technologies;OPC technology;S7-300;Real-time communication
随着社会的进步，冶金设备的自动化层度也在逐步提高。出于对自动化控制设备的稳定性和性能等多方面的要求，冶金行业越来越多的自动化控制系统都选择了西门子S7-300工业控制平台作为自动化控制的核心。OPC(OLE for Process Control，用于过程控制的OLE)技术是与自动控制设备建立通信的一种方法，由于西门子的S7系列平台均支持OPC技术，因此采用OPC技术可以实时的读取S7-300 PLC数据。通过对比以数据库为存储介质的OPC客户端数据实时更新情况发现，使用了XML技术的OPC客户端可以更快地存取S7-300 PLC平台的数据，提高了公司的数据采集和监控系统的实时性并且数据中断现象明显减少。
一、主要技术
（一）OPC技术
OPC是一个工业标准，包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。OPC为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。在OPC技术出现之前为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多，且产品的不断更新换代，给用户和自动化人员带来了巨大的工作负担，通常这样也不能满足工作的实际需要，有了OPC技术就可以解决上述难题。OPC是一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。
（二）XML技术
XML（Extensible Markup Language）即可扩展标记语言，它与HTML一样，都是SGML(Standard Generalized Markup Language，标准通用标记语言)。XML是依赖于内容的技术，是当前处理结构化文档信息的有力工具。XML也可以作为一种新的数据库形式，广泛应用于计算机、自动化等多个行业中。
二、建立与S7-300的通信连接
（一）软件与硬件环境
建立OPC服务器与S7-300PLC的S7连接，需要的软件与硬件环境为：SIMATIC NET PC SOFTWARE V6.2 SP1，STEP 7 V5.3 SP1，普通网卡，S7-300 CPU 315-2DP，CP343-1(6GK7 343-1EX20-0XE0)
（二）建立连接的方法
建立OPC服务器与S7-300控制平台连接，需要配置OPC服务器。首先，通过Station Configuration Editor 配置窗口配置 PC 站的硬件机架，将OPC Server组件和IE General添加到相应的插槽中。然后在STEP 7中组态PC站，打开SIMATIC Manager软件，在硬件组态中，从硬件目录中选择与Station Configuration Editor窗口中配置相对应硬件插入到硬件机架的插槽中，在NetPro网络配置窗口中插入新连接。配置相应参数后，已建好的S7连接就会显示在连接列表中。
三、在OPC客户端中使用XML
OPC客户端的开发使用VB.NET 2005，客户端的开发分为与S7-300实时通信和参数数据存储两个部分。OPC客户端的配置与数据存储全部采用XML文档的形式。为了方便的使用XML技术，因此在.NET的代码段中首先添加了对XML命名空间的引用：Imports System.Xml以下操作XML的代码实现了将网络上的OPC服务器列表存储到OPCServerList.xml文档的功能：在通用代码段中声明一个新的XML文档。Private MyXMLDoc As New XmlDocument()读取程序根目录下用于存储OPC服务器列表的XML文档。MyXMLDoc.Load(Application.StartupPath & "OPCServerList.xml")声明xml文档的头，并将头文件添加到XML中。Dim OPCDeclare As XmlDeclaration
OPCDeclare = MyXMLDoc.CreateXmlDeclaration("1.0"， "GB2312"， "no")
MyXMLDoc.AppendChild(OPCDeclare)添加XML文档的根元素，即0级结点，一个XML文件必须至少有一个根元素。
Dim OPCServer As XmlElement
OPCServer = MyXMLDoc.CreateElement("OPCServerList")
MyXMLDoc.AppendChild(OPCServerList)
Dim OPCServerList(10) As XmlElement
For i As Integer = LBound(OPCServerList) To UBound(OPCServerList)
OPCServerList(i) = MyXMLDoc.CreateElement("OPCServer")
OPCServerList(i).SetAttribute("ServerName"， AllOPCServer(i))
XlServer.AppendChild(XlOPCServer(i))
Next
保存OPC服务器列表。MyXMLDoc.Save(Application.StartupPath & "OPCServerList.xml")
四、连接测试
将PC机与OPC服务器和一个带有以太网通讯模块的S7-300 PLC通过以太网交换机连接到一起。在OPC服务器中建立一个“OpcServer”的PC站。在OPC客户端中，点击“搜索OPC服务器”按钮搜索网络上存在的OPC服务器，之后向活动的OPC服务器中添加组"连铸公用"，添加变量"S7:[S7 GY]DB52，REAL4"，此时变量列表中的"S7:[S7 GY]DB52，REAL4"这个点的数据每3秒变化一次，说明与S7-300站的通讯成功。打开程序根目录的OPCServerList.xml文档，可以看到如下所示的文档结构：
以上文档内容表明，通过OPC客户端建立XML文档成功，数据点"S7:[S7 GY]DB52，REAL4"的值通过更新XML文档的方式实现实时刷新，同样可以通过读取XML文档的方式实时读取。
五、结语
同采用数据库为存储介质的OPC客户端相比，以XML文档的方式与S7-300实时交换数据传输稳定，可以有效的减少数据延时并且设计简单。适用于为生产管理系统和统一的实时监控系统提供更高效率的生产现场数据的相关项目。
参考文献：
[1]孙伟.XML数据库查询优化及相关技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2006
[2]邹光华.基于XML的PLC数据描述[J].计算机工程,2006,32(1)
网络实时通信 篇5
关键词：网络实时通信,军事应用系统,信息化
随着时代的发展及科技的进步, 计算机网络了广泛应用, 在军事上更是引发了一场以“信息化”为核心的军事革命, 改变了作战指挥方式。实时通信 (R T C, R e a l-T i m e Communication) 已成为现代作战指挥的前提条件, 成为部队战斗力的决定性因素。本文将就如何依托军事网络, 综合应用计算机网络、多媒体通信、网络安全等多种技术建立我军的网络实时通信系统, 以加强部队的信息化建设, 进而提高我军的现代作战指挥能力。
1 网络实时通信的原理剖析
实时通信 (RTC, Real-Time Communication) 早期是一种在设备与设备之间实现的同步、实时的信息传递、数据交换的通信技术, 主要专用于一些工业自动控制系统中。本文所研究的“网络实时通信”是指基于计算机网络实现的人与人之间的实时通信方式。
网络实时通信的基本原理就是基于TCP/IP和UDP达成网络通信, 前者是以数据流的形式, 将传输数据经分割、打包后, 通过两台机器之间建立起的虚电路, 进行连续的、双向的、严格保证数据正确性的文件传输协议。后者以数据报的形式, 对拆分后的数据的先后到达顺序不做要求的文件传输协议。
进行网络实时通信时, 信息量较少时, 如:文字信息, 主要使用UDP协议进行发送和接收“消息”, 首先登录联接到提供实时通信的服务器上, 如打开QQ软件连接到“腾讯”的主服务器上, 在主服务器上查看在线用户名单, 选定用户通信时, 如果你和对方的连接比较稳定, 通信内容以UDP方式在计算机之间实时地传送。如果连接不是很稳定, 主服务器会进行存贮转发, 实现近实时的传送[1]。当信息量较大时, 如语音、图像信息, 主要使用TCP/IP数据流方式, 建立相应的数据链路达成稳定、顺畅的通信。
2 基于网络实时通信的军事应用系统
着眼理论联系实际, 为开发利用网络资源, 提高网络应用效能, 服务保障部队的各项工作, 促进部队的信息化建设, 为了使网络实时通信能够真正为军事工作、为部队建设服务, 为了增加其可行性、可操作性, 基于以上研究与分析, 本文详细设计了网络实时通信的军事应用系统。
2.1 系统的结构
系统主要依托现行的军网环境, 由本地和远程两部分构成, 本地由系统服务器组与内部用户组成局域网 (或内联网) , 远程为外部用户, 通过全军网联入本地局域网进入本系统。本地局域网联入网络安全中心, 通过网络安全中心进行网络安全管理。如图1所示。
2.2 系统的工作方式
系统主要采用C/S (Client/Server, 客户机/服务器) 有中心模式和P-P (Peer-toPeer, 点对点) 无中心模式, 既增加系统的可靠性, 又方便用户使用。
C/S为主要模式, 该模式为综合服务、强管理模式。由服务器提供多种功能服务与管理。用户须首先提出申请, 经管理部门批准后, 通过服务器设置用户信息。用户启动后, 通过服务器进行身份认证, 而后进入软件, 操作各种功能。P-P为辅助模式, 该模式为简易应用、弱管理模式, 当无服务器、服务器不工作或特殊情况下不宜使用服务器时, 用户可直接进入软件, 在网络上搜索同类用户, 达成通信[2]。
此外, 系统大量功能与服务由服务器端提供, 服务器端由指挥自动化的专业人员 (或指定的专门人员) 安装、操作、管理和维护, 用户无需关心。
2.3 系统的TCP/IP实时通信方式
在TCP/IP网络环境下, 基本的通信方式有两种:虚电路和数据报。前者支持点对点可靠通信, 每次可传送0~64k甚至更多, 但它的处理速度较慢;后者处理速度快, 每次可传送0~512字节数据, 但不能保证信息的安全到达。
因此, 考虑到要实时传送多媒体的数据量较大, 系统实时性要求较高的因素, 拟采取下面方案:对控制、命令、简要文本信息, 采用数据报方式, 并增加应答/超时重发机制, 以保证数据的安全到达;对于数据量较大的信息, 以虚电路方式传送, 虽然要经历虚电路建立、拆除等过程, 对速度有一定影响, 但一旦建立, 就能连续使用这条虚拟链路, 而且较大的分组长度使得传输次数减少, 再加上能够实现多条链路共存, 使得整体的传输效率较高。
2.4 RTP/RTCP实时传输协议
基于TCP/IP协议的实时传输协议RTP (Real-time Transport Protocol) 被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作, 提供时间信息和实现流同步。RTP通常使用UDP来传送数据, 也可以在TCP或ATM等其它协议上工作。
当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口:一个给RTP, 一个给RTCP。RTP不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制, 也不提供流量控制或拥塞控制, 它依靠RTCP提供这些服务。通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现, 而是作为应用程序代码的一部分。实时传输控制协议RTCP (Real-time Transport Control Protocol) 和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。在RTP会话期间, 各参与者周期性地传送RTCP包[3]。RTCP包中含有已发送的数据包数量、丢失的数据包数量等统计资料, 因此, 服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率, 甚至改变有效载荷类型。
2.5 系统的安全性
本系统为军事应用系统, 所传输、存贮、处理的信息有较高的安全保密要求, 拟对系统采取如下安全性设计。
(1) 软件开发按照安全保密要求的不同, 设“作战指挥”、“日常办公”、“个人交流”等不同版本, 按不同的权限在不同的时机场合使用。
(2) 联入全军网、编有指挥自动化工作站的单位, 将系统服务器设在指挥自动化工作站;没有自动化站的单位自建网的应建立相应的网络安全环境, 将服务器设在相应的网络安全环境中。
(3) 限定网络范围, 单位内部使用应限制在与外部网隔离的局域网中。需要跨网使用时, 网络信息传输要进行相应的加密处理, 网络上要使用军队专用的网络密码机、防火墙、反病毒等安全措施。
(4) 用户必须经申请、批准后方能使用, 且必须限定使用期限。在部队作战、演习及重大活动时可通过配发IC卡进行身份识别, 在IC卡中设有固定的用户编组、功能权限及使用期限等。
(5) 对用户实施系统内与系统外多重身份验证, 系统可按设置记录、跟踪、监测用户活动, 对用户操作的一些系统所限制、禁止的功能操作可发出告警。
(6) 通过网络安全中心, 基于现有全军网络安全管理平台, 实施对系统实施全面安全管理。
(7) 所有操作使用、维护、管理人员, 必须经专门的网络信息安全方面的培训。
(8) 建立相关安全管理制度, 加强安全管理教育, 提高官兵的安全管理意识, 严格按制度管理。与部队的管理工作结合起来, 常抓不懈。
3 结语
总之, 利用网络实现文本、图表、语音、图像实时传递及多方资源共享给网络通信技术带来了一场新的革命。网络实时通信已经在互联网上形成了与信息浏览、电子邮件等到主流业务, 而在军队网络业务中, 仍然是以信息浏览、电子邮件为主, 网络实时通信这项新业务无论是从相关的理论研究、制度规定, 还是实际应用都很难找到。因此, 我们就更有必要对于网络实时通信在军事的应用加以研究, 开发利用这项技术为军事服务。
参考文献
[1]徐小岩.通信部长在全军通信与指挥控制系统建设发展研讨会上的讲话[C].军队指挥自动化, 2004, 5:3～4.
[2]蒋丽娜.网络实时通信的实现[J].今日湖北 (理论版) , 2007 (3) .
网络实时通信在部队中的应用探讨 篇6
一、网络实时通信的基本概念
网络实时通信是建立在设备通信基础上的大范围广域通信方式, 部队网络实时通信从最早的电报与对讲机基站为雏形, 在高度利用信息化基础上, 以数字网络代替传统通信技术, 从而实现战时信息与数据的高速同步交换, 而部队网络通信技术的应用中, 比较特殊的在于部队通信的安全性与专业性。由于部队肩负着作战任务, 因此在网络实时通信中必须做到信息数据的保密, 从而确保军事情报的安全, 在当前我国部队网络实时通信技术已普遍应用的基础上, 主要从网络通信的多元化与安全化角度考虑。
二、当前部队信息化建设的主要任务
在全球军事竞争不断升级的今天, 部队信息化通信技术的革新与发展时刻备受关注, 从单兵作战信息化通信系统的应用与设计, 到大军团规模作战信息化调度平台的应用, 都需要不断完善与革新。就当前世界战争的作战模式来看, 大规模机械化作战已经达到了普遍化, 从海湾战争到阿富汗、伊拉克战争, 美军在使用大规模机械化方面占据了战争的主导地位, 而机械化作战的大规模应用, 离不开网络实时通信系统。当前我国部队根据作战环境的变化, 需要建立和设计符合我军作战资源的网络信息化通信系统, 首先需要从作战指令传达与作战数据传输方面入手, 以网络通信为直接切入点, 整合应用当前世界先进的主流无线通信技术, 除战地基站设置外, 还需要从3G, 4G通信, 北斗卫星精确定位, 风云气象卫星实时气象监测等方面加以综合利用。由于作战实时通信网络具有安全性与保密性等特殊要求, 对于网络信息安全的保护作为攻坚重点。这就需要我军不断对现有的科技通信资源加以整合与研究, 以与时俱进的思想对现有通信网络的缺点进行探讨, 并根据现有的先进通信技术逐步加以利用, 同时应当做到“内外兼修”的原则, 与西方先进国家做好科技交流, 选派专业人才进行学习, 努力吸收先进国家的科技成果。首先应当努力革新当前部队武器装备, 以网络作为指导部队作战的稳定化平台, 整合信息化通信网络, 以软件与硬件的配合, 制定标准化、专业化通信体系, 如C41SR装备网络系统, 以网络化模式增强部队通讯能力。其次, 需要对我军部队正在使用的老、旧、偏门网络设备体系进行更换与淘汰, 着力于改善网络军事指挥平台的稳定性和统一性, 所有作战通信设备都能够标准化、统一化得到应用, 从而提升我军军备革新的等级。最后, 构建综合性作战集成化网络, 其网络通信功能将包含作战指挥、战术引导、任务下达、战略传输、战况预警、战地救援等多位一体的新型多功能网络通信平台, 网络通信保持全天候各时段传输畅通, 且能够适应各类复杂的地形与气候环境, 适应各类复杂战争环境的通信要求。
三、现阶段我国部队网络实时通信建设特点
随着我国不断对军事领域增强科技投入, 我国各部队网络通信硬件建设已初步普及, 大型作战部队能够建立起一套多功能统一作战指挥网络通信平台, 通过光缆传输, 能够以10km为一个传输单位进行战地信息传输。其次, 各军事单位在局域网与军事广域网方面的建设突显成效, 各级作战部队、军事指挥院校、军事研究机构等, 通过独立联系的军事网络平台得以信息交流, 其专用网络覆盖面积形成规模化, 作战部队与军事科研、人才培养等方面形成了一个密切联系的整体, 对于部队军事理论的实时性研究, 军事人员的培训指导等都具有重要支持作用。但是, 就当前我国部队网络实时通信技术的应用也存在一些问题:首先, 与发达国家相比, 特别是美军方面, 我国部队在作战实时通信装备方面的配备仍然落后, 主要表现在通信装备的传输能力方面, 在各类复杂战场环境中或多任务协同指令下达的情况下, 通信设备的可靠性表现出明显的不足;其次, 作战指挥服务平台仍然停留在低端化水平, 其专业性不强, 通常表现在作战侦查、战术协助等方面, 缺乏人性化设计, 使用便捷性不高;第三, 在网络实时通信方面的专业人才缺乏, 由于我国对于网络实时通信能够的研发与应用起步较晚, 且很多科技成果是借鉴他国而实现的, 在科技创新的自主性方面还比较落后。
结语:随着世界战略格局的不断变化, 我国部队科技水平需要不断与时俱进得到提高, 部队科技观念也需要不断转变, 提高部队对于网络化实时通信能力的认识。在实际工作中, 我国部队应当不断关注世界军事科技的发展动向, 一方面革新和完善我国部队网络实时通信设备与网络建设, 另一方面应当大力培养军事科技人才, 重视对军事科技人才的使用, 提高自我创新意识, 从而提高我国部队作战通信水平, 提升国防战斗力。
参考文献
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网络实时通信 篇7
1 理论基础及现状
网络安全性[2], 可以粗略地分为四个相互交织的部分:保密、鉴别、抗否认和完整性控制。保密是指保护信息在存储和传输的过程中的机密性, 防止未授权者访问;鉴别主要指在揭示敏感信息或进行事务处理前必须先确认对方的身份;抗否认性要求能够保证信息发送方不能否认已发送的信息, 这与签名有关;完整性控制要求能够保证收到的信息的确是最初的原始数据, 而没有被第三者篡改或伪造。
PKI (Public Key Infrastructure, 公开密钥体系) [3], PKI技术利用公钥理论和技术建立的提供信息安全服务的基础设施, 是国际公认的互联网电子商务的安全认证机制, 利用现代密码学中的公钥密码技术在开放的Internet网络环境中提供数据加密以及数字签名服务的统一的技术框架。公钥是目前应用最广泛的一种加密体制, 在这一体系中, 加密密钥与解密密钥各不相同, 发送信息的人利用接收者的公钥发送加密信息, 接收者再利用自己专有的私钥进行解密。这种方式既保证了信息的机密性, 又能保证信息具有不可抵赖性。目前, 公钥体系广泛地用于CA认证、数字签名和密钥交换等领域。
2 模型设计方案
基于理论基础及研究现状, 本方案的重点放在对于身份验证算法安全性的研究。整个方案是基于已经成熟了的PKI公开密钥体系, PKI作为一种安全技术已经深入到网络应用的各个层面, 由于其充分利用公钥密码学的理论基础, 为各种网络应用提供全面的安全服务。因此整个方案的基础已经成熟并且得到了大规模的应用, 现在尚存的问题就是PKI体系如何推广到无线方面, 而整个PKI体系中的核心, 数字证书在计算机上已经成熟的算法, 关于证书中包含的内容, 以及证书的颁发, 撤销算法。密钥备份、恢复和更新的算法以及如何验证证书的算法。
1) 通过验证中心发送给终端的数字证书需要具备3个特点, 即不可否认性, 不可篡改性和唯一性, 可防御重放攻击、伪造攻击, 实现可信身份认证。
2) 数字证书使用公钥体制即利用一对互相匹配的密钥进行加密、解密[4,5]。每个用户自己设定一把特定的仅为本人所有的私有密钥 (私钥) , 用它进行解密和签名;同时设定一把公共密钥 (公钥) 并由本人公开, 为一组用户所共享, 用于加密和验证签名。当发送一份保密文件时, 发送方使用接收方的公钥对数据加密, 而接收方则使用自己的私钥解密, 这样信息就可以安全无误地到达目的地了。因此所面对的问题就是证书的制作和签发, 和关于数据传送的加密和解密。
3) 基于目前流行的操作系统实现上述关键问题, 并可以嵌入到其它的应用系统。
2.1 设计目标
为解决网络传输中的用户传输隐私数据丢失或者被截获的事件, 新的模型需要兼顾以下两方面性能:
1) 安全性:即达到充分保护用户信息安全的目的。设计需要完成三个目标:即通信双方的互相确认身份、信息不可篡改和信息不可否认。通信双方应互相确认来保证通信目标相互没有被劫持的隐患;信息不可篡改则表示信息在传输的过程中不能够被截获并且在篡改后重新发送;信息不可否认目标为信息发出后, 通过密码学的方法使发出信息者不能够否认发出信息的事实。通过三方面来保证整个信息传输过程中的安全性。
2) 时效性:除了安全性, 加密的速度及模型运行的速度也是要考虑的因素, 如果模型运行速度过慢则失去时效性。本模型在兼顾安全性的同时兼顾时效性, 能够在保证安全的同时以最短的时间内完成加密过程以保证通信的实时性, 信息的时效性。
2.2 模型的设计与实现
2.2.1 双方通信的初始化过程
初始化过程类似于TCP传输协议中初始化的三步握手的过程[6], 不过在本模型中加入了双方交换公钥证书以及交换随机生成的双方都认可的一个随机码, 作为之后传输数据中使用的对称加密算法中秘钥的使用。同时在传输随机码的过程中, 使用了PKI非对称加密算法, 来保证安全性, 即使用对方的公钥对信息进行加密, 在对方收到后使用自己的私钥对信息进行解密。如图1所示:
2.2.2 证书分发过程
证书生成模型, 每一个需要进行通信的客户端都需要一个公钥证书, 这个证书由一个服务器进行共同管理。作为管理机构进行证书的分发, 身份认证等工作。
保证证书不被篡改所使用的算法是Hash算法, 通过比较存储在证书中的公钥的Hash码以及通过计算接收到证书的公钥的Hash码, 并将两者进行比较, 如果相等则证书得到确认, 不相等则认证终止, 如图2所示。
2.2.3 信息通讯过程的加密与解密算法
如图3, 加密过程:首先客户端对信息M进行Hash算法提取摘要数据, 之后对M使用在初始化交换得到的随机性秘钥通过对称加密算法DES进行加密, 在对M进行Hash算法提取摘要后会得到要一个固定长度的32位或者64位的摘要数据, 对摘要数据H使用签名算法 (即使用客户端的秘钥进行加密) 得到数据H’, 之后将经过DES算法加密的信息M与H’通过添加一个分隔符合并一起发送到服务器端。
解密过程:服务器端接到来自客户端的信息, 首先将加密过的M与H’进行分离, 通过分隔符来区分两者数据, 先使用客户端的公钥对H’的签名算法进行解密, 得到解密出的M信息的散列码H, 之后通过随机性秘钥对DES算法加密过的信息M进行解密, 得到信息M, 之后计算解密出的信息M的散列码H2, 比较H与H2, 如果相等则表示信息安全传送, 在数据库中记录后显示在服务器端, 如果不相等则代表数据进行过篡改。
2.3 算法分析
在初始化中使用PKI非对称加密算法, 来保证互相交换随机码的安全性。非对称加密与对称加密的效率比起来虽然安全性很高但是效率非常低, 并不适合在后来信息的传输中对有可能由大量字符组成的信息使用非对称加密。因此在一开始的初始化过程中使用非对称加密传送一组随机码作为之后信息对称加密算法的秘钥来保证信息传送中加密算法的效率。证书的分发过程需要保证证书的分发无误, 因此使用Hash算法来保证客户端得到了相应的公钥以及公钥没有被篡改。以上两个步骤保证了安全性的第一个目标, 身份互相确认。
在信息的传输过程中, 使用的Hash算法对信息提取摘要数据, 并在信息M解密后对信息重新提取摘要数据, 并将之对比。这样做的原因是防止信息在传输的过程中被认为的篡改, Hash在提取摘要数据时, 即使信息有了最微小的变动, 通过Hash算法提取出的摘要数据也会有巨大的不同。这样就保证了安全性的第二个目标, 信息不可篡改。
通过对信息提取出的摘要数据进行签名算法, 不仅能够通过签名算法自身的特性来保证安全性的第三个目标, 信息不可否认。而且由于提取出的摘要数据的位数固定 (32位或64位) 且都非常小, 因此对于签名算法这样时间复杂度比较高的算法来说, 可以保证在极短的时间内对小数据进行加密解密, 通过初始化时候使用非对称加密来传送秘钥, 以及之后信息传送使用效率极高的对称加密DES来对整个信息进行基础的加密来保证安全性的同时, 这两点也保证了信息的时效性。
经过实际实验, 数据可以在人体感知的范围之内 (0.2s) 完成所有加密解密过程, 基本不会对时效性有任何影响。
3 总结
互联网逐渐深入我们的生活, 为人们的日常生活提供了极大便利。我们现在处在一个互联网时代, 享受着它带来的好处同时也承受着数据泄露的风险。该文通过对当今的实时热点领域—网络的实时安全模型的研究, 提出了一种能够平衡安全性和时效性的模型, 能够从身份互相确认, 信息不可篡改, 信息不可否认三方面保证安全性的同时, 保证了模型的效率, 能够以极快的速度加密与解密信息, 保证了信息的时效性, 使得模型在电商、互联网金融等网络服务领域能够贡献一定的价值。
参考文献
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网络实时通信 篇8
ARM11主频为533 MHz,最高可达667 MHz,较ARM7主频提高了10倍,且拥有更丰富的片上资源,处理速度更快,功能更强[1]。基于上述特点,ARM11可完全适应实时性较强的网络终端的设计。
在以ARM11为核心的网络终端设计中,需要LCD 在终端实时显示网络通信的各项参数和设备工作状态,LCD 的显示内容依靠网络传输数据中的指令来控制,而网络终端的操作数据也要通过网络传输到计算机,因此网络通信和LCD显示需要很强的实时性才能合理使用计算机和ARM11的资源,从而提高系统的运行效率[2]。
该文以ARM11处理器S3C6410为平台,基于Linux操作系统设计了一种在ARM11内核直接控制LCD显示的方法,并采用TCP/IP协议设计了一种同时作客户端和服务器的终端工作模式。
1 ARM11网络终端实时通信特性分析
1.1 数据流分析
在计算机与ARM11 通信的系统中,计算机的处理速度比ARM11 快很多,如将数据处理等工作量大的任务分配给计算机去处理,则可大大减少ARM11 的资源消耗,ARM11就可以更快地去响应其他操作,因此为了减少ARM11 显示任务的时间,可以将ARM11要显示图片的数据处理交给计算机,计算机按照ARM11显示的数据要求处理好数据后再通过网络传到ARM11 再完成LCD 的显示。此外,ARM11网络终端还要向计算机传输设备工作状态信息,计算机则还要向网络终端传输一些控制命令。
1.2 通信协议分析
网络通信必然涉及到通信协议的问题,目前普遍采用的网络协议有UDP协议和TCP/IP协议[3]。在实时性要求较高的网络通信中希望能做到想发就发,有数据就收。两个协议中UDP比较符合这个要求,但是它不能保证数据传输的有效性,当数据较多时很可能会发生严重的丢包现象,尤其是像LCD显示的图片数据这类数据较大而且传输频繁的数据,可能会严重影响液晶显示这是不能被接受的。相比之下TCP/IP协议能够保证数据传输的有效性。
在TCP/IP协议ARM11网络终端作为服务器或者客户端是不能做到随时想发就发,有数据就收的,比如作为服务器接收完来自计算机的数据后,如果计算机断开了连接,那么网络终端再想向计算机发送数据,就必须等到计算机再次作为客户端向终端发起连接才行。为了解决TCP/IP协议的这种问题,本文设计了网络终端和计算机既作客户端又作服务器的双线程工作模式,在这种工作模式下终端和计算机随时能发起和断开连接,从而做到随时想发就发,有数据就收。
2 LCD显示的软件设计
2.1 LCD的显示方法分析
(1) 基于Framebuffer驱动方式[4]。
在Linux下有完善的Framebuffer驱动程序,所以可以利用ARM11集成的LCD控制器[5]采用Framebuffer控制LCD,Framebuffer是显示设备抽象为帧缓冲区,用户通过内存映射将其映射到进程地址空间之后,就可以直接进行读写操作,而操作可以直接反应到屏幕上。该方法反应速度快、执行效率高,应用程序简单,但是底层硬件驱动复杂,硬件变更后编写难度大,不易实现。不带控制器的LCD通常采用这种方法。
(2) 直接读写GPIO驱动方式。
目前有很多类型的液晶屏自带LCD 控制器,ARM向控制器写控制指令和数据就可以完成对LCD 的初始化和内容的显示。这种显示方法软件设计相对简单,占用的代码空间小,可以通过简单的控制芯片进行驱动。针对自带控制器的LCD,本文设计了直接读写GPIO驱动LCD的方法。该方法在底层驱动[6]向LCD控制器和LCD的应用程序提供接口[7] ,LCD控制器的读写时序全部在底层驱动中完成,底层驱动向应用程序提供初始化接口和显示数据接口。该方法应用程序和内核的交互少,程序执行效率高。
2.2 LCD显示的实现
通过上述分析,本文设计直接读写GPIO驱动带LCD控制器的液晶屏,该方法的程序结构如图1所示。
在底层驱动中主要包括以下几个函数:
(1) 初始化函数s3c6410_inti。该函数包括2部分的初始化:一是对ARM11用于同LCD控制器相连GPIO口控制寄存器的初始化,核心语句是writel(tmp, S3C64XX_GPICON),其中writel是驱动层的写函数,tmp是写入控制寄存器的数据,S3C64XX_GPICON是S3C6410中第I组GPIO口的控制寄存器,如果采用别的GPIO口就改用别的控制寄存器宏定义[8];二是对LCD控制器初始化。
(2) 写数据函数s3c6410_WRData和写命令函数s3c6410_WRCommand。这2个函数按照具体LCD控制寄存器的写数据时序和写命令时序[9],完成对LCD控制器的写数据和写命令,向GPIO写数据的函数是writel(tmp, S3C64XX_GPIDAT),writel和tmp与上述相同,S3C64XX_GPIDAT是S3C6410中第I组GPIO口的数据寄存器。
(3) 显示函数s3c6410_LCDdisplay。 该函数通过调用写命令函数和写数据函数到达在液晶屏上具体位置显示具体图片或文字的效果。
(4) 系统调用接口函数s3c64xx_ioctl(struct file *file,int cmd,long int data)。该函数定义s3c6410_inti和s3c6410_LCDdisplay2个函数接口通过系统调用iotcl(fd,1,xx)和iotcl(fd,2,xx),以供应用程序调用,应用程序使用iotcl(fd,1,xx)就可初始化结晶屏,只需要向s3c6410_LCDdisplay的接口iotcl(fd,2,xx)中写数据就实现了数据的LCD显示。
3 网络通信和LCD显示的整体设计
在网络通信和LCD显示的整体设计上,从LCD显示数据的有效性和网络系统工作的实时性角度出发,本文拟采用TCP/IP协议设计服务器和客户端双线程工作模式,液晶显示用直接读写GPIO的驱动方法,显示数据由计算机处理好后发送给ARM11客户端来实现。程序设计的流程图如图2所示。软件首先通过系统调用iotcl(fd,1,xx)调用函数底层驱动的液晶屏初始化函数初始化结晶屏,然后使用pthread_create()[10]创建服务器线程和客户端线程。当线程建立后ARM11网络终端同时进入两个线程:服务器线程将一直等待客户端发起连接,当客户端有数据要发送时只要发起连接就能保证和它连接上,接收到客户端数据后用于LCD显示或者其他处理,处理完成后再回到等待客户端连接;客户端线程则一直扫描终端状态,一旦有数据需要发送给服务器就马上发起连接发送数据,数据发送完成后继续扫描。
主程序核心代码如下:
4 系统运行效果分析
在系统中网络终端和计算机的服务器线程一直处于工作状态,这样就保证了任何一端随时能作为客户端发起链接并链接成功,换个角度任何一端也能够随时收到客户端发送过来的数据,这样就实现了想发就发,有数据就收,达到了实时网络通信的实时性要求。
ARM11网络终端上,将液晶显示的图片数据交由计算机处理,大大减少ARM11的处理时间,使得响应按键、开关等的速度更为迅速。LCD显示上采用直接读写GPIO,LCD控制器的读写时序全部在底层驱动中完成,应用程序和内核的交互少,试验证明内核的执行速度在数量级上大于应用程序的执行速度,程序运行效率高。
5 结 语
ARM11嵌入式系统以其体积小、处理速度快、功能强的特点,能实现实时性要求较高的网络组网和网络通信,从而进一步开拓了嵌入式系统的应用前景。本文通过设计TCP/IP协议服务器客户端双线程工作模式和直接读写GPIO驱动LCD,并将显示图片由网络交给计算机处理,提高了实时网络通信的可靠性和实时性,充分利用了计算机和ARM11的资源。同时该设计可移植性强,可应用到其他网络终端的工作,对ARM11嵌入式系统的应用具有借鉴意义。
摘要：通过对ARM11嵌入式系统Linux下的实时网络通信和LCD显示进行研究,分析了网络通信协议和LCD驱动方式。在ARM11嵌入式系统下设计了直接读写GPIO的LCD显示程序,并实现网络终端服务器和客户端双线程的工作模式,解决了网络通信实时性和可靠性的问题。实际应用表明:该方法LCD显示速度快、网络通信实时性强可靠性好、ARM11和计算机的资源利用率高。
关键词：ARM11,实时网络通信,LCD,Linux
参考文献
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网络实时通信 篇9
给煤机是火电厂燃烧系统的重要辅助设备，耗煤量和给煤信息的远程监控和管理是火电厂监控系统的主要组成部分[1]。
本文设计了一种新型控制器，采用工业以太网的自动化控制通信标准协议Modbus/TCP，将底层给煤机各种实时信息有效集成，采用以太网的物理层和数据链路层，上传至监控中心，为集控、精细化管理提供依据。国内应用开发及文献介绍中，均是对上位客户端通信软件开发思路及技术的研究[2,3,4]，下位服务端的软硬件设计及通信功能均由标准厂家生产，研制将现场信息孤岛集成到已有的成熟Modbus/TCP监控网络中的控制器具有重要的意义，也满足了集散控制系统DCS(Distributed Control System)对数据有效集成的要求[5,6]。
1 给煤监控系统架构设计
基于工业以太网的给煤监控系统如图1所示，底层为给煤机测量装置，来自于不同厂家，具有不同通信规约和通信接口。最上层为远程监控平台，采用基于工业以太网的透明协议Modbus/TCP通信协议[7,8]。本文所开发的控制器即为上下层设备数据通信、共享的桥梁，将异构设备接口通信归一化。
2 Modbus/TCP通信网络设计
2.1 Modbus/TCP协议简介
随着计算机和网络技术的迅速发展，信息技术已逐步进入工业自动化领域。以太网技术以高速率、低成本、应用广泛等优势，促进了它在工控领域的应用，形成了当前的工业以太网技术[9,10,11]。工业以太网的领先者Modbus/TCP也正逐渐成为一种自动化控制的通信协议标准，广泛应用于电力、水利、冶金、化工、机械、制造业等监控系统中[12,13]。Modbus/TCP采用以太网的物理层和数据链路层，网络实施价格低廉，可使用通用的网络部件。它利用TCP/IP协议，将Modbus消息封装成IP包，使它能在Intranet/Interne上传输[14]。
2.2 Modbus/TCP通信机制分析
Modbus/TCP基本上是用简单的方式将Modbus帧嵌入TCP帧中，这是一种面向连接的传输方式。其实质仍是以太网的CSMA/CD介质访问控制技术，监听端口号502，只是在应用层采用了确定性的Client/Server式协议Modbus，它适用于主节点和多个从节点的通信网络中，系统的主、从节点如图1所示。主节点负责控制网络的通信，采用轮询的方法逐一访问从节点。这种通信方式提高了数据通信的可靠性，且任何时刻在网络上只有一个节点发送数据，不会出现节点冲突的现象，减少网络重负载时数据传输的延迟。从理论分析看，完全能够满足工控系统实时性的要求[2]。
2.3 基于Modbus/TCP通信的实现
常用的Modbus报文格式由附加地址、功能代码、数据域和校验域组成。与通常的Modbus不同，在Modbus/TCP报文中不再需要CRC216或LRC校验域。因为TCP/IP协议和以太网的链路层校验机制保证了数据包传递的正确性(参考：SWALES A.Open Modbus/TCP specification release1.0.Schneider Electric Press,1999.)。Modbus/TCP数据帧格式如图2所示。
ADU(Application Data Unit)为应用数据单元，在Modbus/TCP ADU中，MBAP头部占7 Byte，由4个子域及交易标识符、协议标识符、长度和设备单元号组成。PDU由功能代码及数据单元组成，Data最大可达65535 Byte[15]。在基于Modbus/TCP通信过程中，电厂监控中心为客户端(Client)，控制器为服务器端(Server)。客户端发出请求(Request)报文，服务器根据请求返回响应(Response)报文。
以现场1号设备数据集成通信实现过程为例，监控中心(IP:192.168.100.222)对连接现场1号设备(皮带秤)控制器(IP:192.168.100.201;Unit ID:1)发出请求报文，报文内容Request:00 00 00 00 00 06 0103 00 00 00 0c，读取监控端所设置的12个保持寄存器(24 Byte)的数值。通信正常情况下，由本文所开发控制器会返回应答报文，将现场数据通过网络发回监控端，控制器响应Response:00 00 00 00 00 1b01 03 18 00 0b 00 dd 00 75 00 01 00 e9 00 f9 00 29 0075 00 14 00 0c 00 00 00 00。可见监控端发送请求报文，要求读取1号设备，寄存器地址从0开始，共计12个寄存器的数值。下位控制器则将从现场设备侧读到的数据按要求正确返回，即返回了读到的1号设备的12个寄存器(24 Byte)的数据，在Response包中即是从00 0b开始到结束的24 Byte的数据。将Request与Response包的16进制数据转换成十进制，监控端寄存器数值与现场测量显示数值一致，可见通信正常。
3 控制器主要硬件电路设计
3.1 主要硬件结构
双处理器MCU1与MCU2选用STC89C51RC，其主要特点是高速、可靠，且具有很强的抗静电、抗干扰性能。MCU1主要功能是通过DB9接口与现场设备实现通信，读取测量数据，并将接收到的数据发送到MCU2。MCU2主要功能是接收MCU1数据，同时将数据进行封装，通过网络转换模块发送至网络。双处理器公用一个晶振和复位电路，保证了双处理器在相互数据传输时的同步。与现场仪表通信转换模块选用MAX232/MAX485，与网络通信转换功能选用M4000模块接外围电路实现。MCU1与MCU2之间采用8位数据线并行通信，3根握手信号线分别完成读取、接收及判别忙功能。同时，为了方便检测控制器工作状态，预留RS-232测试接口，可直接连接至个人机监测。控制器主要硬件结构见图3。
3.2 双处理器电路设计
双处理器主要电路如图4所示，所有I/O端口均接上拉电阻，MCU1的P2端口与MCU2的P0端口同时接地址拨码开关，用于设置控制器设备地址，与现场设备地址编号对应，当上位监控平台发送设备单元号与其一致时以Modbus/TCP协议正常通信。公用晶振与双处理器连接方式如图4所示，主要作用是为双处理器提供外部同步时钟，保证8位并行数据线及握手信号线信息传输的同步。公用复位电路主要作用是保证双处理器上电复位的同步，提高控制器工作的可靠和一致。
当MCU2接收到网络请求信号时，P3.7(req)握手信号置零，启动MCU1向现场设备发送读指令，等待现场设备回数据。当有数据返回时，MCU1进串口中断接收数据，同时P3.2(send_ok)握手信号置零，开始传输第1个8 Byte数据，传输过程中P3.6(rec_finish)握手信号置1，表示数据传输未结束，表示忙信号。1次传输结束完成时，rec_finish置0，表示闲信号，可继续进行第2次数据传输。
4 控制器功能软件设计
主程序流程如图5所示，控制器上电双处理器初始化之后，等待网络请求信号。当监控中心针对该台控制器的IP地址及设备号发送了读取寄存器请求后，若网络链路正常，则控制器通过RJ45接口接收到Modbus/TCP协议格式的请求报文，并转换成TTL电平信号，进入串口接收中断，接收数据并判断有效性，如果网络请求指令有效，则双处理器握手通信，MCU1判别数据读取指令有效性，若指令正确，则与现场设备通信，读取数据正常完成之后，双处理器再次握手通信，通过8位并行数据线传输数据，然后进行Modbus/TCP数据封装，将TTL电平信号转换成网络信号，通过工业以太网发送至上位监控中心。
5 结语