多信道共用技术论文（精选4篇）
多信道共用技术论文 篇1
Ad Hoc网络是一种自治的无线多跳网络,由于终端的无线覆盖范围的有限性,两个无法直接通信的用户终端可以借助于其他节点进行分组转发。这就要求移动节点不仅具有移动终端的功能而且还要能完成发现和维持到其他节点路由的功能以便能转发数据[1]。
在Ad Hoc网络中,无论是移动IP[2]整合方案,还是AODVPlus[3]互联方案都需要进行定期的消息广播以维护路由链接,这都将消耗掉大量网络资源。通过修改移动节点结构模型,可以为移动Ad Hoc网络的多信道模拟研究提供了一种灵活简便的方法,从而改善网络互通的性能。
1 协议概述
1.1 多信道多接口模型
修改的移动节点(Mobile Node)都有许多原始实体链的副本。只有传播模型(Propagation Model)没有重复,节点可以使用多个信道,但是使用单一传播模型。所有的信道都在链路层(Link Layer)汇合。对于输入数据流,跟原来的模拟模型操作区别不大,对于输出数据流,选择合适的接口是文中的讨论的重点,其对应着不同的信道分配策略。
由于NS2[4]采用的是Tcl/C++分裂模型,所以对模型的修改涉及到Tcl和C++应用实例的修改两个部分。
在构建多信道多接口的移动节点结构时,要为每个新增的信道构建一套链路层到传播模型的副本,包括地址转换协议(ARP)、排队接口(Interface Queue),MAC层协议(MAC protocol)。地址转换协议、排队接口不是信道或接口的衔接点,所以只要通过修改ns-mobile.tcl中的增加接口函数(add-interface procedure)实现。
通过Tcl文件的修改就可以为每个节点添加信道副本,ns-mobilenode.tcl负责节点信道的配置、修改该文件中函数、增加链路层(Link Layer)、地址转换协议(ARP),排队接口(Interface Queue)如下所示:
接口部分,由路由代理(Routing Agent)与链路层(Link Layer)进行链接。由于不同的路由代理对应不同的路由算法实现,故对路由实现文件的修改,要根据不同的信道分配策略来进行具体的修改。
信道部分,MAC层协议与传播模型(Propagation Model)进行链接,需要修改本文中使用的IEEE802.11协议的实现的文件mac-802_11.cc,信道实现文件channel.cc,mobilenode.h也需要进行修改。
通过对Tcl文件的修改,可以通过Tcl文件的修改就可以为移动节点配置多个链路层与传播模型之间的传输信道。模拟器通过两个指针控制节点的单个信道使用情况。Mobilenode.h原始的指针值为两个简单的变量如下所示:
MobileNode* nextX_;MobileNode* prevX_;
因为一个节点只有一个信道。由于引入了多信道,节点需要为每个信道分配一个信道管理器,本文通过初始化了两个数组,为信道分配了一定数量(MAX_CHANNELS)的信道管理器。如下所示:
节点的信道管理器需要对分配的多信道进行管理,因此需要修改channel.cc文件,当分配信道时,信道指针需要放入移动节点的信道管理器以便于信道管理。如下所示:
xListHead_->nextX_[this->index()] = NULL;xListHead_->prevX_[this->index()] = NULL;
这边的this->index()表示当前信道的索引值。原始的实现只需要nextX_ = NULL,因为只有一个信道和一个对应的信道管理器,不需要为每个信道进行设定。
1.2 AODVPlus中的信道分配策略
在修改的按需路由协议AODVPlus中,被利用多信道的特性和AODVPlus与Internet互联实现机制将数据传播,网络状态检测更新消息,广播消息分别放到不同的信道中进行处理,以此来提高移动Ad Hoc网络的整体性能。本文中通过修改AODVPlus路由协议的实现文件aodv.h和aodv.cc文件,为不同的数据包分配不同的信道。如下所示:
当包类型为网关广告信息(AODVTYPE_ADVERTISEMENT)时为其分配信道0,如果信息为Hello消息(AODVTYPE_HELLO)时分配信道1,其它消息为数据包分配剩余信道,如图1所示。
2 仿真
2.1 仿真环境设置
表1中给出了一些环境配置信息。
图2是对传输率、丢包率和传输延时比较。
2.2 仿真结果分析
多信道的情况下面传输率虽然抖动比较多,但是总体性能要比单信道好些。多信道的抖动比较多,与多信道情况下各信道之间的协调策略的不完善有关,需要做进一步研究。
丢包率值越大网络性能越差。通过分析,可以判定在300.0 s的时候存在网关切换,故无论是否应用了多信道,都出现明显的丢包情况。由于缺少信道协调机制,导致应用多信道的AODVPlus协议在网关切换的时候更严重。
端到端的时延参数是路由重建时延和网关切换的总体反映。文中的多信道是通过增加信道传输副本的方式实现的。在传输数据率不变的前提下,相对单信道协议多了数据处理服务源,减少单个独立信道的负载,所以数据的处理速度得到提高,传输时延相对平稳。
3 结束语
文中主要介绍了多信道多接口模型的设计与实现。通过网络仿真发现,多信道的引入能够提高网络的性能,但是多信道之间的协调也即多信道分配策略将成为移动Ad Hoc网络多信道节点接入Internet网的关键问题。下一步可以研究多信道对于网络能量损耗的影响,以进一步提高这些路由协议和策略的实际应用价值。
参考文献
[1]王金龙,王呈贵,吴启晖,等.Ad Hoc移动无线网络[M].北京:国防工业出版社,2004.
[2]Charles E Perkins.IP Mobility Support for IPv4.RFC3220,Internet Engineering Taskforce[S/OL].http://www.faqs.org/rfcs/rfc3220.html,(2002-11-6)[2008-04-14].
[3]Perkins C E.Ad Hoc On-demand Distance Vector(aodv)Routing[EB/OL].IETF:Internet-Draft,draft-ietf-manet-aodv-04.txt,(1999-08-28)[2008-04-11].
[4]NSNAM.The University of Southern California′s Informa-tion Sciences Institute(ISI)[EB/OL].http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/Main_Page,(2006-11-10)[2008-04-02].
[5]Raman B.The Enhanced Network Simulator(Release Ver-sion1·2)[EB/OL].http://www.ecsl.cs.sunysb.edu/multichannel,(2006-05-08)[2008-03-12].
[6]Chiueh T,Raniwala A,Krishnan R,et al.Hyacinth:An IEEE802.11-based Multi-channel Wireless Mesh Network[EB/OL].http://www.ecsl.cs.sunysb.edu/multichannel/,(2006-12-28)[2008-05-01].
多信道共用技术论文 篇2
1 无线传感网络模型
无线传感网络在海上通信、航空通信等各个方面都有着重要的应用, 无线传感网络模型一般分为物理感知单元、数据获取单元、数据传输单元以及能量单元等四个组成部分: (1) 物理感知单元:物理感知单元的主要功能是获取目标物体的相关感知数据, 其以无线传感器为基础能够对目标物体的温度、图像等数据进行感知; (2) 数据处理单元:传感器在收集目标物体的感知数据之后会通过数据处理单元对相关感知数据进行预处理, 例如图像数据的预处理、温度数据的预处理等等; (3) 数据传输单元:目标物体的感知数据在经过处理后需要进行传输或接收, 数据传输单元的主要功能是与多信道无线通信相互配合, 从而实现目标物体感知数据的传输或接收[1]; (4) 能量单元:无线传感器网络中的无线传感器等设备是需要能量支持的, 能量单元的主要作用就是为无线传感器网络供给能量, 从而保证无线传感器网络的正常运行。
就目前来看, 当前的无线传感器网络中的节点只有部分能够实现通信移动, 其余的节点则保持静止, 因此, 无线传感器网络呈现出以下特征: (1) 资源有限:对于无线传感器网络的数据处理设备来说, 其数据处理能力通常要依赖于嵌入式芯片的开发, 因此无线传感器网络的数据存储和数据处理能力受到一定的限制, 呈现出资源有限的特征; (2) 自组织体系:无线传感器网络中各个节点之间是不可预知的, 各个节点之间是相互影响的, 一旦一个节点的通信失效, 而可能会影响其他节点的通信链路, 从而对整个无线传感器网络的结构造成影响; (3) 结构以数据为中心:传统的无线网络结构以IP地址为中心, 而无线传感器网络的结构以数据为中心, 对发送数据的节点并不重视。
2 多信道通信概述
在多信道通信技术没有被研发并应用之前, 无线传感器网络中各个节点的通信在一个信道之内, 这就使得节点在发送和接收数据的过程中容易受到其他节点的干扰, 同时还容易受到外界噪声的干扰, 从而导致整个无线传感器网络在数据传输的过程中易出现误码, 严重影响了通信质量。在应用多信道通信技术之后, 无线传感网络中的节点能够在不同的信道内进行数据的传输, 这就降低了各个节点之间的信号干扰, 此外, 由于节点分散在不同的信道内, 单一信道的容量也会增加, 这就降低了外界的干扰, 从这两个方面来看, 多信道通信技术在无线传感网络中的应用能够有效提升通信质量[2]。
多信道通信虽然能够提升无线传感器网络通信的可靠性, 但这种通信模式也会提升通信协议以及通信结构的复杂性, 相较于单通道通信来说, 多信道通信技术的无线传感器网络的多信道广播以及资源负载均衡等方面的问题还有待优化。
3 无线传感网络多信道广播问题的分析
多信道通信虽然能够提升无线传感器网络通信的可靠性, 但这种通信模式也会提升通信协议以及通信结构的复杂性, 相较于单通道通信来说, 多信道通信技术的无线传感器网络的多信道广播以及资源负载均衡等方面的问题还有待优化。
3.1 多信道广播通信的问题分析
在无线传感器网络中, 多信道广播通信是一种十分重要的通信形式, 其在同步时间、数据及路由的查询等各个方面都有着重要的应用。对于单信道通信的无线传感器网络来说, 其无线传感节点在一个通道内实现分布, 这就可以借助无线电波的广播作用来接受或传递相关的广播信息, 从而实现广播通信。但对于多信道通信的无线传感器网络来说, 由于传感器节点在多个通信通道内分布, 因此不同信道内节点的苏醒时间有着一定的差异性, 而节点的数据传输是需要能量的, 为了节省能量, 在不同信道内节点可能会处于睡眠状态, 这就使得处于睡眠状态的节点无法接受通信信号, 这就给多信道广播带来了一定的困难, 从而衍生为多信道通信的相关问题, 具体主要体现在以下三个方面: (1) 覆盖率小:为了避免能量消耗, 不同信道内的节点可能处于沉睡状态, 这就降低了多信道广播的覆盖率, 针对这个问题, 可以采取节点转接的方式来解决, 即如果一个沉睡节点接收信息, 则可以将其转接到其他节点上, 从而提升节点接收信息的效率, 扩大通信范围; (2) 广播冗余:多信道广播通信中, 节点转播会导致多信道广播通信的冗余问题[3]; (3) 通信延迟:由于多信道广播通信中, 无线传感网络的节点为了节省能量处于沉睡状态, 这就需要对广播信号进行转接和转播, 而在转接和转播的过程中势必会影响到信号的传输效率, 从而导致多信道广播通信的延迟, 严重时可能导致整个无线传感网络的瘫痪。
3.2 创建分布式树形广播协议
上文中对多信道广播通信的问题进行了分析, 针对这些问题可以建立一个分布式树形广播协议, 以此来优化多信道广播通信。通过树形广播协议可以将节点的广播包进行发送, 这就能够有效提升多信道广播通信的效率及覆盖率。分布式树形广播协议采取的是动态分配方式, 采用分布式方法, 集中式算法更加简便, 在无线传感器网络的应用中对节点要求不高, 这就有效降低了节点能量消耗, 从而实现对多信道广播通信的优化。
4 结语
本文简要研究了无线传感网络模型和多信道通信在无线传感网络中的作用, 并分析了无线传感网络多信道广播问题, 并提出了具体的优化方法, 旨在提升多信道通信技术在无线传感器网络中的应用水平。
参考文献
[1]秦绍华.无线传感器网络多信道通信技术的研究[D].山东大学, 2014.
[2]王明飞, 慈林林, 詹平, 徐勇军.多信道无线传感器网络容量分析模型研究[J].通信学报, 2008, 11:50-61.
多信道共用技术论文 篇3
1 LVDS技术原理及设计
LVDS (Low Voltage Differential Signaling) 是以低摆幅为主要特征的差分信号技术, 能够以数百Mbps的传输速率稳定工作在平衡电缆上, 并且可以保持良好的低压幅以及低电流输出, 并且保证噪声和功耗控制在一定范围内。
近几十年的发展, 使得逻辑电路接口不断调整, 以适应越来越高的传输速率要求, 使低压供电成为可能。供电电压的降低有诸多好处, 除了可以大幅度削减功率消耗以外, 还可以促进芯片的散热, 使集成度的提高成为可能。LVDS就是实现低供电电压和小电压摆幅最为明显的例子, 低压差分信号的物理接口采用的是1.2V偏置偏置供应400m V摆幅的信号, 最大程度消除噪声。LVDS可以在任意供电电压下工作, 驱动对供电电压的依赖程度较低, 能够更加方便地实现性能稳定性, 随供电系统变化小。
通常LVDS的定义中规定了其电特征, 对SCI协议里包交换的编码进行了详尽的定义。定义和特定的物理媒质无直接关联, 也指代说明了只要接口可以正常运行, 就应当使媒质控制在噪声边缘以及歪斜容忍度之内将信号传递至接收器。LVDS的优点众多, 其中最主要的是良好的终端适配性能、功耗极低、可靠性高、成本控制良好和传输速率大。正是这些优点使得LVDS技术在通讯、计算机等多个行业得到广泛的应用。
LVDS接口连接图由驱动器、互连单元和接收器三部分构成, 这采用的是单工方式, 但是部分情况下也能采用半双工、多点配置的方式, 限制条件是噪声小、距离足够短。点与点之间的连接由上述三部分组成, 其中驱动器和接收器实现TTL和LVDS两种不同信号之间的转换。LVDS接收器阻抗相当高, 所以输出电流大多流经100欧姆的电阻。驱动器发生翻转的时候, 会改变电流在电阻中的流动方向, 通常根据逻辑状态“1”和“0”进行区分。LVDS技术的采用, 使PCB板的功效最大程度发挥, 从某种意义上讲削减了成本。
LVDS技术可以实现高速驱动, 一般而言, 实现点对点的连接, 数据传输速率超过800Mbps, 如果采用的是多点互连的FR4背板, 将十块卡当成负载接入的总线, 可以实现400Mbps的数据传输速度。由于LVDS产生的是差分信号, 在传输过程中有更多优势。例如具有更强的噪声抵抗能力, 然而单线数据传输噪声抵抗能力很弱。两条差分信号线上的电流流动方向相反, 产生的噪声将会保持共模的方式, 并耦合至两条线上。LVDS技术中的接收端更多考虑的是两个信号差值, 从而确保噪声微小。两条反向的信号线将会产生相互抵消的电磁场, 相比以往的单线信号传输具有更小的电磁辐射, 噪声控制更加科学合理。不依赖供电电压的特性使LCDS在2~4V的广阔范围内表现良好。LVDS不受电磁辐射的干扰, 提供优质上乘的信号质量。但是LVDS技术对空间跨度的要求较高, 传输距离一般大于20m时才能取得良好效果。
2 LVDS典型结构及主要应用范围
当前我国采用的LVDS产品大多来自美国与德国的半导体公司, 这两个产地的LVDS产品相比更加成熟, 可以较好地实现点至点结构、点至多点结构、多点与多点结构和矩阵开关这样四种结构, 性能稳定, 各方面优势明显。
2.1 点到点结构与点到多点结构的应用
点到点以及点到多点结构的产品由LVDS驱动、接收器以及解串器等组成。在进行多通道、动态响应频繁的数据传输过程中表现出优良特性, 其中解串器是有效的解决方案。在雷达系统中, 各个分系统按照不同的传输方式进行数据传输, 不同系统均凭借背板完成传输, LVDS技术的引入对简化电缆及相关接插件有促进作用, 并且可以大大降低PCB背板的复杂程度。点对点与点对多点的结构可以广泛适用于雷达系统, 表现出优良的使用特性。
单点到多点的结构通常用于数据分配业务, 以发送广播的形式向多个接收器发送信号, 采用广播式的总线结构, 保证数据高传输速率、稳定性和安全性。
2.2 多点到多点结构的应用
多点到多点结构主要采用Bus LVDS技术, 能较全面地满足使用需求。其中Bus LVDS是在接收器与驱动器方面做出应用拓展, 使该技术更符合多点到多点应用的要求。经过拓展的LVDS技术要求总线两端直接与电阻相连, 这种结构特点可以使其更好地运用于重负载的背板上, 等效阻抗控制在100Ω以下, 加在驱动器上的负载大约40欧姆。当遇到要求更高的通信系统需求时, 可以采用结构更复杂、构造更大的高速背板, 同样采用LVDS技术简化问题、解决问题。应用多点对多点的总线结构需要注意的是尽量简化线路, 采用最少的接线, 尽量实现双向与半双工的通讯功能, 提高传输效率以及设备利率效率。然而必须确保在同一时间仅允许一个发送器正常工作, 否则将产生冲突造成严重后果。
3 LVDS技术的设计
LVDS的高速传输能力、低噪声低电磁干扰、低功耗以及成本低的特点决定了该技术的广阔应用前景, 目前国内外相关研究人员针对不同应用场景根据LVDS理论开发出不同的LVDS产品, 充分挖掘了LVDS技术的潜在优势和技术优点, 越来越完善的系统设计也规避了LVDS的技术短板。笔者将结合实际生产运用中常见的某型号雷达系统进行LVDS技术的应用分析以及相关的设计原则和设计方法。
由于该系统总共包含数十条接收通道与数字中频接收器, 各类数据线总计500路。如果采用以往的TTL/CMOS信号用双绞线完成并行的数据传输, 相关导线将数以千计, 将直接导致系统结构混乱, 背板过于复杂, 因此而产生的噪声与低劣的EMI性能将使设计整体大打折扣, 对设计人员提出更高的挑战, 冗余的导线无疑增加功率损耗, 系统工作效率低下。笔者为了优化系统设计, 尝试性地运用LVDS串行/解串器技术实现数据传输, 可以将数量庞大的导线压缩至数十对差分线, 能够很好地适应若干型号雷达的运用。在进行系统设计时, 首先确定产品, 分析其采用LVDS技术的可行性, 然后应当将LVDS技术的实现转化为对PCB板的设计上, 抓住设计的中心环节。进行PCB布线设计时需要遵循的原则是保证良好的阻抗匹配。一旦差分阻抗出现不匹配的情形, 将会出现反射现象, 不仅削弱信号影响信号质量, 而且会产生共模噪声, 共模噪声不能与差分线路磁场产生抵消作用将会产生电磁辐射, 影响产品的使用体验和耐久性。设计时要确保信号通过IC之后的差分阻抗走向的正确性, 并尽量使尾端长度小于12毫米。
要进行PCB板差分布线的设计首先进行差分线材料的选择, 其中侧耦合的微带线是良好的材料, 也是笔者设计时采用的差分线材料, 然后接下来是重要的布线工作。布线时根据微波传输线理论, 布线应确保一旦离开IC使差分线对一起走线, 因为布线离磁场的距离越小, 共模噪声的抵消效果更好, 可以有效缓解反射产生的电磁辐射。进行差分布线时尽量不采用自动布线功能, 正确的做法是匹配出一对差分线的长度, 严格控制不同差分线之间的距离, 尽量减少线上过孔。布线中不能出现直角转弯的现象, 实际需要时可以用弧线或者45度斜线取代直角。
为了更好地实现LVDS技术应当最少采用四层PCB板, 分别对LVDS信号、地面、电源和TTL信号进行分层布局, 结构清晰。TTL信号和LVDS信号必须在不同PCB板上进行隔离, 并且应该与电源和地面分隔开。发送器和接收器与插件的距离要尽可能缩小, 采用较短的连线, 连线长度应当控制在1英尺作用, 可以有效控制PCB上的噪声, 切断其传递到差分线的途径, 还能减少电路板和电缆之间交叉EMI干扰。不论是分散式散装电容还是表贴电容都要和电源与地线引脚保持一定距离。电源与地线的PCB板上多使用宽布线, 这样阻抗较低, 其中地线的PCB回路还应尽量设计的短且宽。系统的终端负载采用98~102欧姆, 并且和接收器缩小距离以匹配差分阻抗。在实际应用中多选用双绞线平衡电缆, 为安全性和稳定性考虑在电缆外层加以屏蔽。最后要强调, LVDS技术的系统设计应当遵循以几点原则:优先进行电源和地的布线分布, 其中传输线的结构应进行科学的选取, 在实现剩余电路设计之后, 要保持观察, 及时对整体布局进行修改调整。
4 LVDS技术运用于数据传输的方案研究
笔者将根据实践经验给出三种常用的基于LVDS技术的多信道高速数据传输方案, 采用不同的链路层协议以及同步方式实现数据的传输和接收。
4.1 前面板数据口协议的LVDS数据传输
前面板数据口简称FPDP, FPDP协议可以为两个及以上的板卡实现高速数据传输, 这是一种条件较为宽松的分层协议, 如果数据传输只关注传输速度可以用FPDP协议进行极大的简化。FPDF协议经简化后将分成数据信号、控制信号和时钟信号三大类。传输数据之前首先确认就绪信号, 然后发送和STROBE一致的数据, 并给予有效信号, 一旦接收器确认该有效信号, 便可以根据SYNV信号逐帧进行数据的同步和高速传输工作。
4.2 根据帧结构的LVDS数据传输
因为通常的数据传输控制是依靠传输信令实现, 将会产生额外的开销。使用帧结构的LVDS传输可以一定程度减小开销, 以帧结构代替传输信令对数据传输进行控制, 实现数据的同步接受。采用LVDS技术的高速数据传输以帧同步字, 在各个帧数据之前添加区别于数据内容的同步字, 这样接收器对接受的数据按照同步字进行校验, 如果是同步字, 然后才继续接下来的数据接收。除此之外, 在各个帧数据之首添加地址字, 能够实现两个以上设备间的链转发, 多信道数据传输效率将有所提升。
4.3 通过接收器高速时钟同步的LVDS数据传输
帧结构的使用对数据传输效率造成不利影响, 不含帧结构的传输将更直接更高效。如果只在发送端的数据有效时才给出发送时钟, 则能够在数据传输通道增加的情况下减少发送和接收端间的控制信号, 这种离散的时钟发射可以提高LVDS数据传输效率。
4.4 三种方案的比较
上述三种LVDS数据传输方案各自拥有自身的优点, 但也表现出其他方面的性能短板, 因此可以将三种传输方案分别用于不同的应用场景。FPDP方案的传输时钟速率高而且不需要同步字, 但是需要控制信号, 因此适用于点对点的情形与多板菊花链;帧结构方案虽然需要同步字, 但是不需要控制信号;高速时钟采样方案对同步字和控制信号均无要求, 但是传输时钟速率相比前二者略低。
5 LVDS技术在多信道数据传输中的应用
笔者根据机载SAR对LVDS的数据传输进行研究。由于机载环境较差, 并且发送和接收设备采用3m电缆进行连接, 综合考虑各项因素选用高速时钟同步传输方案, 并且采用基于FPGA的方案, 提高集成度。机载SAR处理系统将线性调频信号转变为50Mbps的I之路与Q之路, 数据率总计100Mbps。接收端接入SAR处理机, 对信号实现成像处理, 获取SAR图像。
该系统的LVDS传输接口实现LVDS发送端和LCDS接收端的连接, LVDS发送端首先进行数据的发生, 通过并/串转换通过LVDS发送端实现LVDS数据发送, 发送端和接收端之间用LVDS平衡电缆相连, 当接收器接受数据之后, 进行接受数据的同步, 然后通过串/并转换后完成接收的缓存。由于采用高速时钟同步传输方案, 没有任何控制信号和帧结构, 接收端很难明确数据到达时刻。这时就需要对发送时钟采样, 分析判断发送时钟是否存在上升沿, 通过上升沿同步信号进行数据同步, 判断过程借助VHDL代码实现。
发送端和接收端都进行了并/串转换, 发送端将低速并行数据转换为高速串行数据, 接收端则进行相反的操作。FPGA设计有利于针对不同需求进行转换, 灵活性更高。为了在Spartan IIE里采用LVDS接口, 首先应当创建管脚配置文件, 并且指明各个管脚应用的LCDS规范。在发送端和接收端采用不同的缓存, 前者需要设置LVDS正、负端的缓存, 把最初的信号首先反相然后递送至负端缓存, 实现发送过程。发送端仅仅需要给LVDS正端配置输入缓存即可实现数据接收。
完成数据传输线路的具体应用之后, 笔者总结出三个注意事项:首先, 在发送端的各个差分线上串联165欧姆的电阻, 在其间并上14欧姆的电阻, 这样就必须在接收端的差分线之间并上100欧姆的电阻;然后, 差分线之间也应存在耦合关系, 走线保证电感最小;最后, 设计PCB板时各信号务必分布在不同的信号层上。
6 小结
LVDS技术运用于多信道高速数据传输比以往RE-422等标准表现更佳, 而且可以大大简化系统设计, 减少导线的使用量, 并确保系统拥有良好的可靠性和数据传输速率。采用不同的LVDS数据传输方案将会获得不同的传输效果, 具体应用时根据实际情况进行选取。
摘要：随着集成电路的飞速发展, 其对数据速率提出更加苛刻的要求。LVDS技术的出现, 能够实现信号在差分PCB线对或者平衡电缆上通过数百Mbps的速率进行传输, 能够确保输出更加节能与安全。本文将首先介绍LVDS技术的原理以及设计过程, 并分析LVDS应用于多信道高速数据传输的效果。
关键词：LVDS技术,多信道,数据传输,应用
参考文献
[1]孟令军, 张国兵, 王宏涛, 等.基于FPGA的LVDS高速差分接口应用[J].化工自动化及仪表, 2010, 37 (5) :94-96.
多单位共用园区网管理模式的思考 篇4
十二五期间, 集团型公司加快了科技工业新体系建设, 很多具有上下游产业关系、合作密切的科研生产单位联合在一起形成了科研生产联合体。这些科研生产联合体发展势头迅猛, 逐步建成了以专业特色为核心的科研生产与产业化基地, 随之, 科研生产联合体将实现地域内所辖厂所集中办公, 科研生产网络也将由分布于各个地区的城域网转变成聚集于产业基地的园区网。如何构建园区网, 如何管理?园区网是由各单位原局域网的互连组成还是多单位共用, 集中建设、集中管理, 园区网是由科研生产联合体统一管理还是分块切割给各厂所管理, 一直困扰着科研生产联合体上层信息化主管部门。本文以构建多单位共用园区网这一设想出发, 以统一规划, 统一建设, 统一调配, 统一服务为原则, 就多单位共用的园区网如何建设及如何管理进行深入分析和探讨。
2 多单位共用的园区网管理模型
多单位共用的园区网管理的基本思想是:构建一个面向多租户架构的资源管理框架, 提供基础设施、系统平台、应用平台等不同类型的服务资源, 并建立相应的共享和隔离机制, 在提高资源利用率的同时, 向资源使用者屏蔽对租户敏感资源的访问细节, 简化多租户环境中逻辑资源的管理问题。
在多单位共用的园区网中, 可指定科研生产联合体内某一单位, 如科研生产联合体龙头单位院本部作为服务提供商, 提供基础设施、平台、应用及服务, 各厂所作为租户, 租用服务提供商的系统平台、应用资源、存储资源、服务资源。院本部提供基于网络层的服务, 提供机房、网络、硬件设备、统一应用系统及服务的管理和维护, 厂所单位负责系统配置的管理、专用应用系统及服务的管理和维护。建立多单位共用的园区网管理制度和管理机构规范信息系统的管理, 明确院、厂所相关部门承担的管理责任和保密责任。多单位共用的园区网管理模型如下图所示:
3 多单位共用的园区网管理规划
按照管理对象划分, 信息系统管理包括安全域管理、基础设施管理、安全保密产品、应用和服务管理、角色及权限管理、租户管理几个方面, 各部分的组成及相互关系如下图所示:
3.1 安全域管理
物理设备的集中、数据的集中都不是弱化边界的理由, 相反, 由于多单位共用的园区网结构复杂, 管理程序复杂, 安全域的划分应更加清晰明确, 边界隔离措施应进一步强化, 访问控制策略应更加细化, 边界访问审计措施应加强。不同厂所的信息系统、不同厂所的虚拟服务器均应属于不同的安全域, 应特别关注共用网络设备、共用虚拟服务器宿主机的管理和审计。
3.2 基础设施管理
本文将信息系统中的机房、网络设备、服务器、存储定义为基础设施。院信息中心负责基础设施的管理。
机房实行分区管理, 分为数据中心 (公共区) 、各厂所专用区。按照设备用途将设备安放在各自区域的不同机柜内。院信息中心负责机房的建设、验收、维护。机房位置、设备布置、环境条件、室内装饰、空气调节、电气技术、给水排水以及消防安全等满足国家相关标准的要求;机房电磁泄漏发射防护满足国家保密标准的要求。
院信息中心负责网络设备的管理。服务器、用户终端的接入和撤出由用户向本单位信息中心提出申请, 由本单位相关部门审批, 履行完审批手续后, 申请单流转到院信息中心, 由院信息中心负责具体操作和记录。
服务器硬件设备的安装、维修, 操作系统、基础软件的安装由院信息中心负责。应用程序及专用软件的安装由厂所负责。旧服务器的硬件升级、报废由原产权单位负责, 新服务器的采购、硬件升级及报废由院信息中心负责。
数据存储由院信息中心统一规划, 逐步将厂所级的数据存储转变成院级统一存储。数据的大集中可以分步实施, 第一阶段实现将各单位备份数据统一存储, 在用数据各厂所独立存储;第二阶段实现在用数据、备份数据的集中统一存储。数据存储在系统的可扩展性、可靠性、安全性方面必须满足厂所的要求, 尤其在租户间的数据隔离、数据库连接安全、敏感数据加密和数据监控等方面加强技术实现。明确院统一数据管理的权责, 院信息中心应承担数据的管理责任, 不具有数据的使用权和所有权。
3.3 安全保密产品管理
新建、通用系统由院信息中心统一规划、统一建设、统一部署。以厂所防火墙、交换机等边界设备为界, 边界设备之外的安全保密设备由院信息中心管理, 边界设备之内 (含) 的安全保密设备由厂所独立管理, 采用多级管理方式的安全保密产品, 院信息中心统一制定并下发策略, 各单位负责保证策略的有效实施和安全审计;未采用多级管理的系统由院信息中心统一制定安全策略, 各单位分别管理。
3.4 应用和服务管理
共用应用系统由院信息中心统一测试、部署、实施和管理。专用应用系统由各单位独立建设、测试、部署、实施和管理。
建立面向全院的高性能计算服务、域服务、域名解析及时间戳服务、软件下载服务。建立Oracle、MS SQL Server基础版本的数据库服务, 各单位新建应用系统使用院信息中心提供的数据库服务, 非常用类型、常用版本的数据库服务由用户单位信息中心自建, 已有系统使用的数据库应在升级、改造的过程中逐步迁移到院数据库服务平台上。院信息中心应确保数据库服务的可靠性和安全性, 建立完善数据库访问控制机制, 防止后台数据被管理员访问, 非法拷贝及备份。
3.5 角色和权限管理
统一数据库管理模式:院信息中心为各厂所建立独立的数据库实例, 数据库实例管理权限为厂所信息中心所有。
统一应用系统管理模式:模式一:院信息中心对统一应用系统进行权限管理, 包括系统账户的创建、权限的分配、用户操作的审计。模式二:统一应用系统建立二级管理平台:第一级为院信息中心管理平台、第二级为厂所信息中心管理平台, 一级平台管理员可派生二级平台的管理员, 设置二级平台的管理范围, 二级平台可对本单位用户进行管理, 包括系统账户的创建、权限的分配、用户及管理员操作的审计等。
厂所专用数据库及应用系统由厂所自行管理。
3.6 租户管理
在高度共享的多租户平台中, 汇聚了多种类型的数据资源和应用资源, 这些资源不仅种类繁多, 使用和管理方式各异, 而且来自不同的租户, 具有不同的共享和访问控制策略。建立租户管理平台, 进行租户识别、接收租户请求, 建立业务管理流程。建立资源调度平台, 院信息中心每年根据各单位信息化工作规划制定资源分配计划, 为单位预留资源。建立服务协议机制, 各厂所与院信息中心之间签定服务协议, 规定服务内容, 双方的权力和责任。院信息中心负责租户管理。
4 残留风险分析
多单位共用的园区网仍然可能面临以下问题:
(1) 工作协同的问题
原本单位内部即可解决的问题, 需要院、厂所通力配合才能解决。会产生更多的矛盾, 暴露出更多的管理问题。需理顺各层级之间的关系, 建立良好的沟通协调机制。
(2) 数据安全的问题
管理集中, 风险集中。大量的硬件设备集中存放于中心机房, 安全、保密尤为重要, 要尽可能地采取技术措施保证设施、设备及数据的安全, 同时需要完善的制度、考核指标体系等来约束和规范管理人员行为。
(3) 管理责任的问题
需要保证系统的连续性和可用性, 同时要保证物理环境、硬件设施及数据的安全, 信息系统管理部门责任重大;大型数据中心结构非常复杂、管理也非常复杂, 信息系统管理部门工作量很大。
5 小结