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關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)通信;原理;分類

數(shù)據(jù)通信是以“數(shù)據(jù)”為業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)是預(yù)先約定好的具有某種含義的數(shù)字、字母或符號以及它們的組合。數(shù)據(jù)通信是20世紀(jì)50年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展,以及兩者之間的相互滲透與結(jié)合而興起的一種新的通信方式,它是計(jì)算機(jī)和通信相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛普及與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程信息處理應(yīng)用的發(fā)展,數(shù)據(jù)通信應(yīng)運(yùn)而生,它實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間,計(jì)算機(jī)與終端之間的傳遞。由于不同業(yè)務(wù)需求的變化及通信技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)通信經(jīng)過了不同的發(fā)展歷程。

1通信系統(tǒng)傳輸手段

電纜通信:雙絞線、同軸電纜等。市話和長途通信。調(diào)制方式:SSB/FDM。基于同軸的PCM時(shí)分多路數(shù)字基帶傳輸技術(shù)。光纖將逐漸取代同軸。

微波中繼通信:比較同軸,易架設(shè)、投資小、周期短。模擬電話微波通信主要采用SSB/FM/FDM調(diào)制,通信容量6000路/頻道。數(shù)字微波采用BPSK、QPSK及QAM調(diào)制技術(shù)。采用64QAM、256QAM等多電平調(diào)制技術(shù)提高微波通信容量,可在40M頻道內(nèi)傳送1920~7680路PCM數(shù)字電話。

光纖通信:光纖通信是利用激光在光纖中長距離傳輸?shù)奶匦赃M(jìn)行的,具有通信容量大、通信距離長及抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。目前用于本地、長途、干線傳輸,并逐漸發(fā)展用戶光纖通信網(wǎng)。目前基于長波激光器和單模光纖,每路光纖通話路數(shù)超過萬門,光纖本身的通信纖力非常巨大。幾十年來,光纖通信技術(shù)發(fā)展迅速,并有各種設(shè)備應(yīng)用,接入設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。光纖通信設(shè)備有光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)字信號處理單元兩部分組成。

衛(wèi)星通信:通信距離遠(yuǎn)、傳輸容量大、覆蓋面積大、不受地域限制及高可靠性。目前,成熟技術(shù)使用模擬調(diào)制、頻分多路及頻分多址。數(shù)字衛(wèi)星通信采用數(shù)字調(diào)制、時(shí)分多路及時(shí)分多址。

移動通信:GSM、CDMA。數(shù)字移動通信關(guān)鍵技術(shù):調(diào)制技術(shù)、糾錯(cuò)編碼和數(shù)字話音編碼。

2數(shù)據(jù)通信的構(gòu)成原理

數(shù)據(jù)終端(DTE)有分組型終端(PT)和非分組型終端(NPT)兩大類。分組型終端有計(jì)算機(jī)、數(shù)字傳真機(jī)、智能用戶電報(bào)終端(TeLetex)、用戶分組裝拆設(shè)備(PAD)、用戶分組交換機(jī)、專用電話交換機(jī)(PABX)、可視圖文接入設(shè)備(VAP)、局域網(wǎng)(LAN)等各種專用終端設(shè)備;非分組型終端有個(gè)人計(jì)算機(jī)終端、可視圖文終端、用戶電報(bào)終端等各種專用終端。數(shù)據(jù)電路由傳輸信道和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DCE)組成,如果傳輸信道為模擬信道,DCE通常就是調(diào)制解調(diào)器(MODEM),它的作用是進(jìn)行模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換;如果傳輸信道為數(shù)字信道,DCE的作用是實(shí)現(xiàn)信號碼型與電平的轉(zhuǎn)換,以及線路接續(xù)控制等。傳輸信道除有模擬和數(shù)字的區(qū)分外,還有有線信道與無線信道、專用線路與交換網(wǎng)線路之分。交換網(wǎng)線路要通過呼叫過程建立連接,通信結(jié)束后再拆除;專線連接由于是固定連接就無需上述的呼叫建立與拆線過程。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的通信控制器用于管理與數(shù)據(jù)終端相連接的所有通信線路。中央處理器用來處理由數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。

3數(shù)據(jù)通信的分類

3.1有線數(shù)據(jù)通信

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)由用戶環(huán)路、DDN節(jié)點(diǎn)、數(shù)字信道和網(wǎng)絡(luò)控制管理中心組成。DDN是利用光纖或數(shù)字微波、衛(wèi)星等數(shù)字信道和數(shù)字交叉復(fù)用設(shè)備組成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。也可以說DDN是把數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、光遷通信技術(shù)以及數(shù)字交叉連接技術(shù)結(jié)合在一起的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字信道應(yīng)包括用戶到網(wǎng)絡(luò)的連接線路,即用戶環(huán)路的傳輸也應(yīng)該是數(shù)字的,但實(shí)際上也有普通電纜和雙絞線,但傳輸質(zhì)量不如前。

分組交換網(wǎng)。分組交換網(wǎng)(PSPDN)是以CCITTX.25建議為基礎(chǔ)的,所以又稱為X.25網(wǎng)。它是采用存儲——轉(zhuǎn)發(fā)方式,將用戶送來的報(bào)文分成具用一定長度的數(shù)據(jù)段,并在每個(gè)數(shù)據(jù)段上加上控制信息,構(gòu)成一個(gè)帶有地址的分組組合群體,在網(wǎng)上傳輸。分組交換網(wǎng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是在一條電路上同時(shí)可開放多條虛通路,為多個(gè)用戶同時(shí)使用,網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)路由選擇功能和先進(jìn)的誤碼檢錯(cuò)功能,但網(wǎng)絡(luò)性能較差。

幀中繼網(wǎng)。幀中繼網(wǎng)絡(luò)通常由幀中繼存取設(shè)備、幀中繼交換設(shè)備和公共幀中繼服務(wù)網(wǎng)3部分組成。幀中繼網(wǎng)是從分組交換技術(shù)發(fā)展起來的。幀中繼技術(shù)是把不同長度的用戶數(shù)據(jù)組均包封在較大的幀中繼幀內(nèi),加上尋址和控制信息后在網(wǎng)上傳輸。

3.2無線數(shù)據(jù)通信

無線數(shù)據(jù)通信也稱移動數(shù)據(jù)通信,它是在有線數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。有線數(shù)據(jù)通信依賴于有線傳輸,因此只適合于固定終端與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)之間的通信。而移動數(shù)據(jù)通信是通過無線電波的傳播來傳送數(shù)據(jù)的,因而有可能實(shí)現(xiàn)移動狀態(tài)下的移動通信。狹義地說,移動數(shù)據(jù)通信就是計(jì)算機(jī)間或計(jì)算機(jī)與人之間的無線通信。它通過與有線數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián),把有線數(shù)據(jù)網(wǎng)路的應(yīng)用擴(kuò)展到移動和便攜用戶。

4網(wǎng)絡(luò)及其協(xié)議

4.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(ComputerNetwork),就是通過光纜、雙絞電話線或有、無線信道將兩臺以上計(jì)算機(jī)互聯(lián)的集合。通過網(wǎng)絡(luò)各用戶可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享,如文檔、程序、打印機(jī)和調(diào)制解調(diào)器等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按地理位置劃分,可分為網(wǎng)際網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、和局域網(wǎng)四種。Internet是世界上最大的網(wǎng)際網(wǎng);廣域網(wǎng)一般指連接一個(gè)國家內(nèi)各個(gè)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)一般分布距離在100-1000公里之間;城域網(wǎng)又稱為都市網(wǎng),它的覆蓋范圍一般為一個(gè)城市,方圓不超過10-100公里;局域網(wǎng)的地理分布則相對較小,如一棟建筑物,或一個(gè)單位、一所學(xué)校,甚至一個(gè)大房間等。

局域網(wǎng)是目前使用最多的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),一個(gè)單位可使用多個(gè)局域網(wǎng),如財(cái)務(wù)部門使用局域網(wǎng)來管理財(cái)務(wù)帳目,勞動人事部門使用局域網(wǎng)來管理人事檔案、各種人才信息等等。

4.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是兩臺計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對話所使用的語言,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議很多,有面向字符的協(xié)議、面向比特的協(xié)議,還有面向字節(jié)計(jì)數(shù)的協(xié)議,但最常用的是TCP/IP協(xié)議。它適用于由許多LAN組成的大型網(wǎng)絡(luò)和不需要路由選擇的小型網(wǎng)絡(luò)。TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn)是具有開放體系結(jié)構(gòu),并且非常容易管理。

TCP/IP

實(shí)際上是一種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,是有關(guān)協(xié)議的集合,它包括傳輸控制協(xié)議(TransportControlProtocol)和因特網(wǎng)協(xié)議(InternetProtocol)。TCP協(xié)議用于在應(yīng)用程序之間傳送數(shù)據(jù),IP協(xié)議用于在程序與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)。由于TCP/IP具有跨平臺性,現(xiàn)已成為Internet的標(biāo)準(zhǔn)連接協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為如下四層:網(wǎng)絡(luò)接口層:負(fù)責(zé)接收和發(fā)送物理幀;網(wǎng)絡(luò)層:負(fù)責(zé)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的通信;傳輸層:負(fù)責(zé)起點(diǎn)到終端的通信;應(yīng)用層:提供諸如文件傳輸、電子郵件等應(yīng)用程序要把數(shù)據(jù)以TCP/IP協(xié)議方式從一臺計(jì)算機(jī)傳送到另一臺計(jì)算機(jī),數(shù)據(jù)需經(jīng)過上述四層通信軟件的處理才能在物理網(wǎng)絡(luò)中傳輸。

目前的IP協(xié)議是由32位二進(jìn)制數(shù)組成的,如202.0.96.133就表示連接到因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)使用的IP地址,在整個(gè)因特網(wǎng)上IP地址是唯一的。

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關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)通信;原理;分類

 

 

數(shù)據(jù)通信是以“數(shù)據(jù)”為業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)是預(yù)先約定好的具有某種含義的數(shù)字、字母或符號以及它們的組合。數(shù)據(jù)通信是20世紀(jì)50年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展,以及兩者之間的相互滲透與結(jié)合而興起的一種新的通信方式,它是計(jì)算機(jī)和通信相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛普及與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程信息處理應(yīng)用的發(fā)展,數(shù)據(jù)通信應(yīng)運(yùn)而生,它實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間,計(jì)算機(jī)與終端之間的傳遞。由于不同業(yè)務(wù)需求的變化及通信技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)通信經(jīng)過了不同的發(fā)展歷程。 

 

1通信系統(tǒng)傳輸手段 

 

電纜通信:雙絞線、同軸電纜等。市話和長途通信。調(diào)制方式:SSB/FDM。基于同軸的PCM時(shí)分多路數(shù)字基帶傳輸技術(shù)。光纖將逐漸取代同軸。 

微波中繼通信:比較同軸,易架設(shè)、投資小、周期短。模擬電話微波通信主要采用SSB/FM/FDM調(diào)制,通信容量6000路/頻道。數(shù)字微波采用BPSK、QPSK及QAM調(diào)制技術(shù)。采用64QAM、256QAM等多電平調(diào)制技術(shù)提高微波通信容量,可在40M頻道內(nèi)傳送1920~7680路PCM數(shù)字電話。 

光纖通信:光纖通信是利用激光在光纖中長距離傳輸?shù)奶匦赃M(jìn)行的,具有通信容量大、通信距離長及抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。目前用于本地、長途、干線傳輸,并逐漸發(fā)展用戶光纖通信網(wǎng)。目前基于長波激光器和單模光纖,每路光纖通話路數(shù)超過萬門,光纖本身的通信纖力非常巨大。幾十年來,光纖通信技術(shù)發(fā)展迅速,并有各種設(shè)備應(yīng)用,接入設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。光纖通信設(shè)備有光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)字信號處理單元兩部分組成。 

衛(wèi)星通信:通信距離遠(yuǎn)、傳輸容量大、覆蓋面積大、不受地域限制及高可靠性。目前,成熟技術(shù)使用模擬調(diào)制、頻分多路及頻分多址。數(shù)字衛(wèi)星通信采用數(shù)字調(diào)制、時(shí)分多路及時(shí)分多址。 

移動通信:GSM、CDMA。數(shù)字移動通信關(guān)鍵技術(shù):調(diào)制技術(shù)、糾錯(cuò)編碼和數(shù)字話音編碼。 

 

2 數(shù)據(jù)通信的構(gòu)成原理 

 

數(shù)據(jù)終端(DTE)有分組型終端(PT)和非分組型終端(NPT)兩大類。分組型終端有計(jì)算機(jī)、數(shù)字傳真機(jī)、智能用戶電報(bào)終端(TeLetex)、用戶分組裝拆設(shè)備(PAD)、用戶分組交換機(jī)、專用電話交換機(jī)(PABX)、可視圖文接入設(shè)備(VAP)、局域網(wǎng)(LAN)等各種專用終端設(shè)備;非分組型終端有個(gè)人計(jì)算機(jī)終端、可視圖文終端、用戶電報(bào)終端等各種專用終端。數(shù)據(jù)電路由傳輸信道和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DCE)組成,如果傳輸信道為模擬信道,DCE通常就是調(diào)制解調(diào)器(MODEM),它的作用是進(jìn)行模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換;如果傳輸信道為數(shù)字信道,DCE的作用是實(shí)現(xiàn)信號碼型與電平的轉(zhuǎn)換,以及線路接續(xù)控制等。傳輸信道除有模擬和數(shù)字的區(qū)分外,還有有線信道與無線信道、專用線路與交換網(wǎng)線路之分。交換網(wǎng)線路要通過呼叫過程建立連接,通信結(jié)束后再拆除;專線連接由于是固定連接就無需上述的呼叫建立與拆線過程。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的通信控制器用于管理與數(shù)據(jù)終端相連接的所有通信線路。中央處理器用來處理由數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。 

 

3 數(shù)據(jù)通信的分類 

 

3.1 有線數(shù)據(jù)通信 

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)由用戶環(huán)路、DDN節(jié)點(diǎn)、數(shù)字信道和網(wǎng)絡(luò)控制管理中心組成。DDN是利用光纖或數(shù)字微波、衛(wèi)星等數(shù)字信道和數(shù)字交叉復(fù)用設(shè)備組成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。也可以說DDN是把數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、光遷通信技術(shù)以及數(shù)字交叉連接技術(shù)結(jié)合在一起的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字信道應(yīng)包括用戶到網(wǎng)絡(luò)的連接線路,即用戶環(huán)路的傳輸也應(yīng)該是數(shù)字的,但實(shí)際上也有普通電纜和雙絞線,但傳輸質(zhì)量不如前。

分組交換網(wǎng)。分組交換網(wǎng)(PSPDN)是以CCITTX.25建議為基礎(chǔ)的,所以又稱為X.25網(wǎng)。它是采用存儲——轉(zhuǎn)發(fā)方式,將用戶送來的報(bào)文分成具用一定長度的數(shù)據(jù)段,并在每個(gè)數(shù)據(jù)段上加上控制信息,構(gòu)成一個(gè)帶有地址的分組組合群體,在網(wǎng)上傳輸。分組交換網(wǎng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是在一條電路上同時(shí)可開放多條虛通路,為多個(gè)用戶同時(shí)使用,網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)路由選擇功能和先進(jìn)的誤碼檢錯(cuò)功能,但網(wǎng)絡(luò)性能較差。 

幀中繼網(wǎng)。幀中繼網(wǎng)絡(luò)通常由幀中繼存取設(shè)備、幀中繼交換設(shè)備和公共幀中繼服務(wù)網(wǎng)3部分組成。幀中繼網(wǎng)是從分組交換技術(shù)發(fā)展起來的。幀中繼技術(shù)是把不同長度的用戶數(shù)據(jù)組均包封在較大的幀中繼幀內(nèi),加上尋址和控制信息后在網(wǎng)上傳輸。 

3.2 無線數(shù)據(jù)通信 

無線數(shù)據(jù)通信也稱移動數(shù)據(jù)通信,它是在有線數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。有線數(shù)據(jù)通信依賴于有線傳輸,因此只適合于固定終端與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)之間的通信。而移動數(shù)據(jù)通信是通過無線電波的傳播來傳送數(shù)據(jù)的,因而有可能實(shí)現(xiàn)移動狀態(tài)下的移動通信。狹義地說,移動數(shù)據(jù)通信就是計(jì)算機(jī)間或計(jì)算機(jī)與人之間的無線通信。它通過與有線數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián),把有線數(shù)據(jù)網(wǎng)路的應(yīng)用擴(kuò)展到移動和便攜用戶。

4網(wǎng)絡(luò)及其協(xié)議 

 

4.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(ComputerNetwork),就是通過光纜、雙絞電話線或有、無線信道將兩臺以上計(jì)算機(jī)互聯(lián)的集合。通過網(wǎng)絡(luò)各用戶可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享,如文檔、程序、打印機(jī)和調(diào)制解調(diào)器等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按地理位置劃分,可分為網(wǎng)際網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、和局域網(wǎng)四種。Internet是世界上最大的網(wǎng)際網(wǎng);廣域網(wǎng)一般指連接一個(gè)國家內(nèi)各個(gè)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)一般分布距離在100-1000公里之間;城域網(wǎng)又稱為都市網(wǎng),它的覆蓋范圍一般為一個(gè)城市,方圓不超過10-100公里;局域網(wǎng)的地理分布則相對較小,如一棟建筑物,或一個(gè)單位、一所學(xué)校,甚至一個(gè)大房間等。 

局域網(wǎng)是目前使用最多的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),一個(gè)單位可使用多個(gè)局域網(wǎng),如財(cái)務(wù)部門使用局域網(wǎng)來管理財(cái)務(wù)帳目,勞動人事部門使用局域網(wǎng)來管理人事檔案、各種人才信息等等。 

4.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 

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關(guān)鍵詞：ATM；IP；數(shù)據(jù)分析；交換技術(shù)

中圖分類號：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 02-0015-01

數(shù)據(jù)通信是以“數(shù)據(jù)”業(yè)務(wù)為主的一種通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)是預(yù)先約定好的具有含義的數(shù)字以及字母和符號等。計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)據(jù)通信應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的傳遞。電信技術(shù)的發(fā)展，使其數(shù)據(jù)交換的技術(shù)也隨之出現(xiàn)。

交換即轉(zhuǎn)接，是交換通信網(wǎng)中不可缺少的技術(shù)。交換是指按照某種方式對傳輸線路的資源進(jìn)行分配，交換技術(shù)主要包含了報(bào)文的交換、分組的交換、線路的交換以及分組的交換等幾個(gè)方面。

目前的寬帶數(shù)據(jù)通信網(wǎng)出現(xiàn)了兩種不同的技術(shù)，即IP與ATM，IP的網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)為太位路電器；ATM的網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)為ATM交換機(jī)，其目的為了實(shí)現(xiàn)信元的高速交換。

一、目前數(shù)據(jù)通信的幾種交換方式

（一）電路交換：能為任意一個(gè)入網(wǎng)的用戶提供一條臨時(shí)使用的物理信道，這種方式被稱為電路交換，是由通路的各節(jié)點(diǎn)內(nèi)部早空間上完成的信道接續(xù)而形成。這條物理信道始終被用于信息的傳輸，因此不允許被用于其他的計(jì)算機(jī)。

（二）分組交換：分組交換，同時(shí)也被稱作為包交換。它的主要作用是將用戶發(fā)來的數(shù)據(jù)分割成相同長度的數(shù)據(jù)包，因此被稱為打包或者分組。分組交換是指在每個(gè)數(shù)據(jù)包前面加一個(gè)分組頭，作為將發(fā)往何處的地址標(biāo)志，然后分組交換機(jī)會根據(jù)不同的地址標(biāo)志對其轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。

（三）報(bào)文交換：報(bào)文交換，同時(shí)也被稱為信息交換方式。報(bào)文交換是將用戶之間不直接存在的信息進(jìn)行接收以及發(fā)送的特殊物理信道。同時(shí)還將用戶正在進(jìn)行交換的報(bào)文進(jìn)行存儲，當(dāng)輸出電路出現(xiàn)空閑的情況時(shí)，再將報(bào)文發(fā)送到需要接收的交換機(jī)。

二、DDN

（一）DDN的工作方式：DDN作為高質(zhì)量、高寬帶的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信網(wǎng)，數(shù)字信道為信息傳輸?shù)闹饕诺溃虼瞬痪哂薪粨Q的功能。用戶的數(shù)據(jù)信息應(yīng)該根據(jù)之前約定好的協(xié)議，采用同步轉(zhuǎn)移的模式對數(shù)字進(jìn)行分復(fù)用的技術(shù)，所以必須在固定的時(shí)間內(nèi)對通信寬帶和速率傳輸進(jìn)行事先設(shè)定。

（二）DDN提供的業(yè)務(wù)：DDN網(wǎng)作為全透明的網(wǎng)絡(luò)，因此可以為分組交換網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)提供中繼電路；不僅可以對一點(diǎn)對提供多量的業(yè)務(wù)；同時(shí)還可提供圖像、G3傳真以及語音和智能等多種業(yè)務(wù)來滿足用戶的要求。

三、FR

（一）FR的工作方式：FR的主要任務(wù)是將在原來的交換基礎(chǔ)上進(jìn)行分組交換做出相對簡化數(shù)據(jù)傳輸新技術(shù)。它在OSI第二層主要采用簡化的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和交換。因?yàn)镕R僅完成OSI的物理層與核心層的功能，將控制流量以及糾錯(cuò)等任務(wù)留給終端來完成，因此不僅使節(jié)點(diǎn)機(jī)之間的協(xié)議簡化，同時(shí)還提高了傳送的效率。

（二）FR的特點(diǎn)：1.傳輸效率高。2.產(chǎn)生的費(fèi)用低。3.兼容性好以及組網(wǎng)的功能性強(qiáng)。4.網(wǎng)絡(luò)資源的使用率高。

（三）FR提供的業(yè)務(wù)：FR主要使用的面向連接交換技術(shù)，雖然能夠提供需要交換的PVC和SVC，但目前只能采用交換虛電路的方式。

四、IP

（一）IP的工作方式：IP交換是一種高效的IPoverATM技術(shù)，同時(shí)也被稱為三層交換技術(shù)。簡單來講，三層交換技術(shù)即“二層交換技術(shù)加上路由轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。”IP只對數(shù)據(jù)流中的第一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由地址的處理，由路由轉(zhuǎn)發(fā)，繼而按照已經(jīng)計(jì)算好的路由在ATM網(wǎng)建立虛電路VC。這樣的處理方式使數(shù)據(jù)包在今后不用經(jīng)過路由器，可以直接沿著VC的方式進(jìn)行傳輸，提高傳輸?shù)男省?/p>

（二）IP的交換的特點(diǎn)：1.因?yàn)楸舜酥g不存在連接建立時(shí)延，因此IP在進(jìn)行交換的時(shí)候不需要事先建立通信線路，可以隨時(shí)將信息發(fā)送出去。2.通信的雙方可以不使用固定的通信線路，因此，提高了對通信線路的使用率。

（三）IP提供的業(yè)務(wù)：適合多種業(yè)務(wù)的環(huán)境，目前主要使用于寬帶以及IP骨干的傳輸。

五、X.25

（一）X.25的工作方式：X.25的交換方式主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)儲存轉(zhuǎn)發(fā)方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)而發(fā)展的一種新型交換方式。X.25的主要工作是將用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，每個(gè)分割后的分組都有一個(gè)分組頭，而分組頭的主要目的是為了指明將要發(fā)往的地址，最后按照地址的排列順序挨個(gè)進(jìn)行交換網(wǎng)的發(fā)送。

（二）X.25的特點(diǎn)：因?yàn)閄.25的交換動態(tài)主要為分配線路資源和傳輸?shù)男矢撸虼四転椴煌N類的終端提供互通的便捷。其具體內(nèi)容如下：1.交織傳輸。2.統(tǒng)計(jì)時(shí)分可復(fù)用：采用動態(tài)的方式對線路資源進(jìn)行分配。3.邏輯信道：在分組的交換方式中，每條邏輯信道在一次呼叫過程中都有相應(yīng)的邏輯信道號。因此被用于用戶的區(qū)分。4.虛電路：虛電路是根據(jù)報(bào)文的需要，以及占用多個(gè)時(shí)隙相應(yīng)的緩沖空間而來的，因此，進(jìn)行呼叫時(shí)不需要建立固定的物理通道。5.分組多路的通信：因?yàn)槊總€(gè)分組都有控制信息，所以分組型的終端可以做到與多個(gè)用戶終端同時(shí)通信。

（三）X.25提供的業(yè)務(wù)：分組交換可以提供永久虛電路，同時(shí)還能開發(fā)以及提供增值的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

六、ATM

（一）ATM的工作方式：ATM的轉(zhuǎn)移模式是立于電路交換和分組交換的基礎(chǔ)上，主要目的是將數(shù)據(jù)分解成固定長度53B的信息，目前將這樣的分組叫做信元。而ATM主要以信元為單位進(jìn)行復(fù)接、交換等工作。復(fù)用的時(shí)候只要具備信元就可以進(jìn)行信息的發(fā)送工作。

（二）ATM的特點(diǎn)：1.不僅可以建立虛電路來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)支持無連接的業(yè)務(wù)。2.因?yàn)椴捎玫臄?shù)據(jù)包屬于固定長度的模式，因此有利于寬帶的交換。3.采用異步術(shù)同時(shí)能夠采用服用技術(shù)。4.ATM技術(shù)使其協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)功能得到簡化。

（三）ATM提供的業(yè)務(wù)：ATM常用于局域網(wǎng)互聯(lián)、互聯(lián)網(wǎng)以及虛擬局域網(wǎng)，還可用于電視領(lǐng)域。其主要優(yōu)點(diǎn)在使用的過程中可以提高速度。

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關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)通信技術(shù) 原理 應(yīng)用

Abstract: With the rapid development of new technologies are emerging and our country economy, communication technology and communication industry in recent years have made great achievements, application and development of computer network technology, has injected new vitality to the communication industry in our country to make our country better able to meet people's communication and the exchange of needed.

Keywords: data communication technology; principle; application;

中圖分類號：TS801.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

引言

數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方式。要在兩地間傳輸信息必須有傳輸信道，根據(jù)傳輸媒體的不同，有無線數(shù)據(jù)通信與有線數(shù)據(jù)通信之分。但它們都是通過傳輸信道將數(shù)據(jù)終端與計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)起來，而使不同地點(diǎn)的數(shù)據(jù)終端實(shí)現(xiàn)軟、硬件和信息資源的共享。

1.通信系統(tǒng)傳輸

1.1電纜通信

主要有雙絞線通信，基于同軸的PCM時(shí)分多路數(shù)字基帶傳輸?shù)募夹g(shù)。它具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、布線容易、價(jià)格低廉之優(yōu)勢。

1.2微波通信

分為模擬微波通信和數(shù)字微波通信。微波通信由于其頻帶寬、容量大、可以用于各種電信業(yè)務(wù)的傳送，如電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)、傳真以及彩色電視等均可通過微波電路傳輸。還具有良好的抗災(zāi)性能，對水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)以及地震等自然災(zāi)害。

1.3光纖通信

光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域是很廣泛的，主要用于市話中繼線，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)在這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應(yīng)用。還用于長途干線通信過去主要靠電纜、微波、衛(wèi)星通信，現(xiàn)以逐步使用光纖通信并形成了占全球優(yōu)勢的比特傳輸方法；用于全球通信網(wǎng)、各國的公共電信網(wǎng)(如中國的國家一級干線、各省二級干線和縣以下的支線)；它還用于高質(zhì)量彩色的電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)視和調(diào)度、交通監(jiān)視控制指揮、城鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)、共用天線(CATV)系統(tǒng)，用于光纖局域網(wǎng)和其他如在飛機(jī)內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

1.4衛(wèi)星通信

利用人造衛(wèi)星作為中轉(zhuǎn)站實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)之間信息的傳遞，應(yīng)用在一些高端領(lǐng)域。其特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，通信容量大，覆蓋面積大，不受地域限制、不受大氣層的影響，具有很高的可靠性。

1.5移動通信

涵蓋多個(gè)通信頻段，能夠應(yīng)用在陸、海、空移動通信中。它采用了頻分多址(FDMA)，時(shí)分多址(TDMA，碼分多址(CDMA)技術(shù)。數(shù)字移動通信關(guān)鍵技術(shù)有多址接入技術(shù)、信源編碼技術(shù)、信道編碼技術(shù)、數(shù)字調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)、時(shí)域均衡技術(shù)、分集技術(shù)。

2.數(shù)據(jù)通信的原理

通信網(wǎng)是由一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)和連接這些節(jié)點(diǎn)的傳輸系統(tǒng)有機(jī)地組織在一起，按約定的信令或協(xié)議完成任意用戶間信息交換的通信體系。

常見的終端節(jié)點(diǎn)有電話機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)、視頻終端、智能終端和PBX等。它主要實(shí)現(xiàn)用戶信息的處理(包括信息的發(fā)送和接收)、信令信息的處理(處理連接建立、業(yè)務(wù)管理等控制信息)。

交換節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)通信的核心設(shè)備，如電話交換機(jī)、分組交換機(jī)、路由器、轉(zhuǎn)發(fā)器等。它負(fù)責(zé)集中、轉(zhuǎn)發(fā)終端節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的用戶信息。除了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的集中/接入、交換、信令控制外，它還負(fù)責(zé)路由信息的更新和維護(hù)管理等功能。

業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)包括業(yè)務(wù)控制節(jié)點(diǎn)(SCP)、智能外設(shè)、語音信箱系統(tǒng)、Internet上的各種信息服務(wù)器等。它主要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的執(zhí)行和控制、呼叫建立的控制和提供智能化、個(gè)性化、有差異的服務(wù)。

傳輸系統(tǒng)為信息的傳輸提供信道，并將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接在一起。目前，傳輸系統(tǒng)都采用頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用等技術(shù)提高物理線路的利用率。

3.數(shù)據(jù)交換技術(shù)

數(shù)據(jù)交換技術(shù)主要包括線路交換、報(bào)文交換和分組交換。

線路交換是通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)站點(diǎn)之間建立一條專用的通訊線路。適用于系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。

報(bào)文又稱為包交換，報(bào)文是信息的一個(gè)邏輯單位。報(bào)文交換不事先建立物理電路，當(dāng)發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，它將把要發(fā)送的數(shù)據(jù)當(dāng)作一個(gè)整體交給中間交換設(shè)備。中間交換設(shè)備先將報(bào)文存起來，然后選擇一條適合的空閑輸出線將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)交換設(shè)備，如此循環(huán)往復(fù)直至將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)。采用這種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)就是存儲轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)。

分組交換方式兼有報(bào)文交換和線路交換的優(yōu)點(diǎn)。其形式上像報(bào)文交換。在分組交換網(wǎng)中用戶的數(shù)據(jù)被切分成一個(gè)個(gè)分組(Packet)，而且分組的大小有嚴(yán)格的上限。這樣使得分組可以被緩存在交換設(shè)備的內(nèi)存而不是磁盤中，同時(shí)由于分組交換網(wǎng)能夠保證任何用戶都不能長時(shí)間獨(dú)占某條傳輸線路，因而它非常適合于交互式通信。

4.數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用

4.l 有線數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用

（l）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)的應(yīng)用范圍有：

① 為分組交換網(wǎng)、共用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)等提供中繼電路；

② 提供點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)的業(yè)務(wù)適用于金融證券公司、科研教育系統(tǒng)、政府部門租用DDN專線組建自己的專用網(wǎng)。

③ 提供幀中繼業(yè)務(wù)，擴(kuò)大了DDN的業(yè)務(wù)范圍。用戶通過一條物理電路可同時(shí)配置多條虛連接。

④ 提供語音、G3傳真、圖像、智能用戶電報(bào)等通信。

⑤ 提供虛擬專用網(wǎng)業(yè)務(wù)。大的集團(tuán)用戶可以租用多個(gè)方向、較多數(shù)量的電路，通過自己的網(wǎng)絡(luò)管理工作站，進(jìn)行自己管理，自己分配電路帶寬資源，組成虛擬專用網(wǎng)。

（2）分組交換網(wǎng)的應(yīng)用

分組交換是為適應(yīng)計(jì)算機(jī)通信而發(fā)展起來的一種通信手段，它以X.25建議為基礎(chǔ)，可以滿足不同速率、不同型號終端與終端、終端與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)間以及局域網(wǎng)間的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫資源共享。

① 電子數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)。電子數(shù)據(jù)交換(EDI)是計(jì)算機(jī)、通信和現(xiàn)代管理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。EDI用電子單證代替了紙面單證，由傳統(tǒng)的多點(diǎn)對多點(diǎn)的聯(lián)系變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)信息傳遞。EDI技術(shù)是未來商業(yè)發(fā)展主要的工具。現(xiàn)在國內(nèi)外都得到廣泛的應(yīng)用。

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關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)通信；應(yīng)用背景

中圖分類號：TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）24-0003-02

1 數(shù)據(jù)通信的概念和構(gòu)成原理

1.1 數(shù)據(jù)通信的概念

數(shù)據(jù)通信實(shí)際上是通信技術(shù)同機(jī)技術(shù)相互融合產(chǎn)生的一種新型通信方式。要實(shí)現(xiàn)在不同地區(qū)之間的信息傳輸必須設(shè)置傳輸通道，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸媒介的不同，可以分為有限數(shù)據(jù)通信方式和無線數(shù)據(jù)通信方式兩種。但是，兩種數(shù)據(jù)通信方式的基本原理是相同的都要采用數(shù)據(jù)通道將數(shù)據(jù)信息終端同計(jì)算機(jī)相連接，最終在不同區(qū)域之間的數(shù)據(jù)終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的軟件和硬件以及信息資源的共享和應(yīng)用。

1.2 數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用原理

數(shù)據(jù)通信在數(shù)據(jù)終端的類型方面可以分為分組型終端和非分組型終端兩大類型。分組型的數(shù)據(jù)終端通常包含計(jì)算機(jī)、數(shù)字傳真機(jī)、用戶智能電報(bào)終端和交換機(jī)以及圖文接入設(shè)備等。而非分組終端包含的設(shè)備相對較少，只有部分的計(jì)算機(jī)終端和圖文終端和用戶電報(bào)終端等專用終端類配置。數(shù)據(jù)信道和數(shù)據(jù)終端設(shè)備組成數(shù)據(jù)電路，傳輸通道通常為模擬信道，利用調(diào)制解調(diào)器將收到的模擬信號進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，如果收到的是數(shù)字信號則可以直接對線路進(jìn)行控制管理。數(shù)據(jù)傳輸形式方面既包括模擬信道和數(shù)字信道之外，還包括有線信道和無線信道以及專用型線路和交換網(wǎng)絡(luò)型線路。專業(yè)型線路在建立連接后不需要經(jīng)過交換網(wǎng)絡(luò)型線路的拆線過程，計(jì)算機(jī)設(shè)備可以通過信息控制器控制和管理數(shù)據(jù)終端連接的所有通信線路，而重要處理器則是數(shù)據(jù)信息處理的核心場所。

2 數(shù)據(jù)通信的交換形式和適用范圍

2.1 電路交換形式和適用性

電路交換通常指的是當(dāng)兩臺計(jì)算機(jī)或者數(shù)據(jù)終端在互相通信的狀態(tài)下，可以使用同一條物理鏈路，并且該物理鏈路將作為這兩個(gè)計(jì)算機(jī)或者數(shù)據(jù)終端的專用信道，不會被其他的計(jì)算機(jī)或者數(shù)據(jù)終端占用以及共享。這種交換形式具有接通率高、工作效率明顯、降低用戶用線距離和實(shí)現(xiàn)線路均衡性的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公用電話網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中。

2.2 報(bào)文交換形式和適用性

報(bào)文交換方式是通過將用戶的報(bào)文存儲在交換機(jī)的內(nèi)存或者外存上，當(dāng)系統(tǒng)電路有空閑時(shí)，再將報(bào)文信息發(fā)送到數(shù)據(jù)終端。這種數(shù)據(jù)通信方式可以充分利用線路，提高電路的利用率。主要應(yīng)用在需要不要傳輸速率、不同執(zhí)行協(xié)議以及代碼數(shù)據(jù)終端，作為一點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)用。但是，因?yàn)檫@種方式對于線路中交換機(jī)的內(nèi)存和外存空間占用較大，安全性要求高的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，不宜采用該種交換方式。

2.3 分組交換方式及適用范圍

數(shù)據(jù)通信中的分組交換通常是將用戶的整個(gè)報(bào)文文件進(jìn)行有序的分割成若干等份數(shù)據(jù)塊進(jìn)行分組存儲，不同的用戶都可以對線路中的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行地址標(biāo)識進(jìn)行傳輸和應(yīng)用，可以提高通信線路的利用率。分組交換方式的數(shù)據(jù)通信具備電路交換和報(bào)文交換兩種數(shù)據(jù)通信方式的優(yōu)點(diǎn)，主要適用于數(shù)據(jù)庫檢索、圖文信息的存儲和計(jì)算機(jī)之間的郵件傳遞和通信等領(lǐng)域，其數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高，成本較低。

3 數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用背景及發(fā)展趨勢

3.1 數(shù)據(jù)通信在移動通訊業(yè)務(wù)方面的應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)以來，數(shù)據(jù)通信技術(shù)得到了跨越式發(fā)展，移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)以及無線通信技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用將數(shù)據(jù)通信技術(shù)的應(yīng)用推向了巔峰。數(shù)據(jù)通信在移動通訊業(yè)務(wù)方面的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)移動式的圖文傳輸、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接入和遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)信息互聯(lián)。傳統(tǒng)式的數(shù)據(jù)通信對于網(wǎng)絡(luò)終端端口的要求較高，一旦端口使用用戶過量，就會出現(xiàn)擁堵問題，造成數(shù)據(jù)連接的終端無法順利傳輸或者接收數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。使用移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)就可以很好的避免這種問題的產(chǎn)生，通常情況下，移動終端都是具有個(gè)性化定制的應(yīng)用特點(diǎn)的，一個(gè)終端只負(fù)責(zé)一個(gè)用戶，很大程度上提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量。同時(shí)，移動數(shù)據(jù)通信還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)互聯(lián)，在用戶端工作繁忙的時(shí)候，可以方面用戶在任何地點(diǎn)和區(qū)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸和應(yīng)用，節(jié)約了用戶時(shí)間，提高了工作效率。

3.2 幀中繼數(shù)據(jù)通信技術(shù)的應(yīng)用

通常講的幀中繼數(shù)據(jù)通信技術(shù)實(shí)際上就是采用光纖作為主要的傳輸介質(zhì)的一項(xiàng)新型數(shù)據(jù)通信技術(shù)。幀中繼數(shù)據(jù)通信技術(shù)的誤碼率低，差錯(cuò)率較少，受到了用戶的廣泛應(yīng)用。同時(shí)，幀中繼技術(shù)也是當(dāng)前寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的數(shù)據(jù)入口，主要作為數(shù)據(jù)信息傳輸應(yīng)用，對于語音和視頻信息等對于延時(shí)要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)信息傳輸不適用。幀中繼數(shù)據(jù)通信技術(shù)可以檢測到傳輸信息中的錯(cuò)誤，但是無法進(jìn)行更正，在實(shí)際的應(yīng)用中主要作為特定的終端接點(diǎn)和服務(wù)技術(shù)應(yīng)用。

3.3 無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的應(yīng)用

無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展對于數(shù)據(jù)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)接入方式的模塊化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一體化和應(yīng)用類型綜合化以及寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集約化的發(fā)展有著十分重要的意義。隨著硬件設(shè)備的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)同移動通信技術(shù)和結(jié)合完全打破了數(shù)據(jù)通信的物質(zhì)性和空間性，使數(shù)據(jù)信息的傳輸實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和信息化以及智能化。數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫惨虼诉M(jìn)行了不斷的優(yōu)化和創(chuàng)新，傳輸速度的提升解決了數(shù)據(jù)通信中音頻和視頻信息傳輸?shù)难訒r(shí)性問題，充分發(fā)揮出了數(shù)據(jù)通信技術(shù)的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

3.4 數(shù)據(jù)通信的發(fā)展趨勢

就當(dāng)前數(shù)據(jù)通信的發(fā)展來看，數(shù)據(jù)通信已經(jīng)成為了人們生活中不可分割的一部分，無論是在工作、學(xué)習(xí)還是在日常生活中都無法離開數(shù)據(jù)通信。隨著當(dāng)代人們對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的不斷增加，數(shù)據(jù)通信技術(shù)也得到了快速的創(chuàng)新和發(fā)展。最為明顯的就是手機(jī)移動通信技術(shù)的應(yīng)用，從最開始的信息傳輸需求，逐漸走向了語音數(shù)據(jù)通信傳輸以及視頻聊天技術(shù)。可以說需求是刺激技術(shù)發(fā)展的原動力，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平則是通過實(shí)際的應(yīng)用情況進(jìn)行反饋和評價(jià)的。

在未來的數(shù)據(jù)通信發(fā)展方向上，移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)和無線通信技術(shù)是發(fā)展的核心，隨著各種移動設(shè)備的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，移動和無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)必然進(jìn)入高速的發(fā)展階段。未來的數(shù)據(jù)通信，勢必會將有線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、無線局域網(wǎng)技術(shù)、移動通信技術(shù)和無線技術(shù)相融合，形成一種多元化的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，提高數(shù)據(jù)通信傳輸速度的同時(shí)，也提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和滿足了用戶對于數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用的需求。當(dāng)前的數(shù)據(jù)通信已經(jīng)日臻完善，在世界經(jīng)濟(jì)一體化、科學(xué)技術(shù)全球化的影響下，相信數(shù)據(jù)通信會有更大的發(fā)展和突破。

4 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)據(jù)通信的內(nèi)容涉及較為廣泛，技術(shù)應(yīng)用類型也比較豐富，不同的技術(shù)應(yīng)用有著不同的適應(yīng)性。在實(shí)際的應(yīng)用過程中還需要結(jié)合數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的目標(biāo)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行針對性的技術(shù)評估和測試，選擇適宜的數(shù)據(jù)通信技術(shù)類型和通信傳輸方式。移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)和無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展對于數(shù)據(jù)通信技術(shù)的推廣和應(yīng)用有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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篇6

地震觀測臺網(wǎng)常用的通信方式

地震觀測利用通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，在我國，遠(yuǎn)程地震觀測數(shù)據(jù)傳輸開始于1966年，最初采用電話線路，雖然傳輸能力有限，但卻將地震觀測帶入了實(shí)時(shí)的時(shí)代。隨著現(xiàn)代通信的發(fā)展，不同的通信模式，如無線短波、微波、衛(wèi)星通信、DDN專線等，在地震觀測中都發(fā)揮過重要作用(中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司，2003)。這些通信模式總體可分為兩大類，即有線通信和無線通信(紀(jì)越峰等，2002)。

1有線通信

有線通信是目前地震觀測通信的主要手段，在實(shí)時(shí)地震觀測中，SDH光纖通信已大量得到應(yīng)用。SDH光纖有線通信的優(yōu)點(diǎn)在于其強(qiáng)抗干擾性、高穩(wěn)定性、時(shí)延小、大帶寬、高傳輸速率以及保密性較好等。在“十五”期間建設(shè)的中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)中，部分臺站利用的是PSTN公用電話網(wǎng)撥號，其雖然可以滿足僅以獲取強(qiáng)震動記錄為目的的強(qiáng)震動觀測的需求，但實(shí)時(shí)性差，從使用的情況看，可靠性和效率也不高。有線通信的弊端為需要布設(shè)專門的通信線路，抗擊自然災(zāi)害能力差，易受雷擊和人為破壞。

2移動通信

移動通信技術(shù)近年來飛速發(fā)展，在我國正由2G向3G通信過渡。由于不需要鋪設(shè)通信線路，移動通信的主要優(yōu)點(diǎn)就在于架設(shè)非常方便，還能避免雷擊導(dǎo)線引入以及線路損毀導(dǎo)致的故障，降低了故障發(fā)生的幾率。在幾種通信方式中，移動通信技術(shù)使費(fèi)最低。但在2G時(shí)代，該種通信技術(shù)存在著信號穩(wěn)定性差、時(shí)延較長、帶寬窄、容易堵塞等問題。“十五”期間，2G移動通信技術(shù)也有所應(yīng)用，在一些測震固定臺和流動臺，CDMA1x被用于實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)(肖武軍等，2009)，但效果明顯差于光纖通信。在強(qiáng)震動臺網(wǎng)中，CDMA1x也有較大范圍的應(yīng)用(崔建文等，2007)，但不進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。3G通信速率、帶寬、時(shí)延等指標(biāo)有非常大提升，測試表明，3G通信(CDMA2000、WCDMA)能有效地實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。但目前3G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面還不大，限制了其在地震觀測中的應(yīng)用。3G通信雖然在性能上較2G有了很大的改善，但仍然存在著抗干擾能力弱、傳輸質(zhì)量不太穩(wěn)定等問題。

3衛(wèi)星通信

在所有通信手段中，衛(wèi)星通信的抗災(zāi)能力是最強(qiáng)的，因此，作為應(yīng)對災(zāi)難性地震的通信手段，VSAT衛(wèi)星通信在一些國家級基準(zhǔn)地震臺中得以應(yīng)用(任鎮(zhèn)，李大輝，2010)，并被用于地震應(yīng)急通信(李永強(qiáng)等，2007)。衛(wèi)星通信的優(yōu)勢為不受地理?xiàng)l件的限制，且通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠。衛(wèi)星通信優(yōu)點(diǎn)明顯，但也存在著時(shí)延長、運(yùn)行成本高等明顯的缺點(diǎn)，對于VSAT衛(wèi)星通信，采用較大尺寸的天線，需要精確對星，在遭遇強(qiáng)烈振動時(shí)，由于天線劇烈晃動，很難保證通信的正常。

地震預(yù)警和烈度速報(bào)對通信的需求

由于要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)不同，地震預(yù)警和烈度速報(bào)對通信的要求也有較大的差異，在時(shí)間尺度上，地震預(yù)警以秒計(jì)，烈度速報(bào)則可以按分鐘來計(jì)時(shí)。從可靠性來講，兩種系統(tǒng)都要求在破壞性地震發(fā)生時(shí)，臺站通信正常，以保證系統(tǒng)基本功能。對通信的需求應(yīng)從單個(gè)臺站和臺網(wǎng)系統(tǒng)兩個(gè)方面考慮。單個(gè)臺站的性能是臺網(wǎng)整體性能的基礎(chǔ)，臺網(wǎng)作為一個(gè)整體具備應(yīng)對局部失效的能力。作為一個(gè)需要長期運(yùn)行的系統(tǒng)，地震預(yù)警和烈度速報(bào)采用的通信方式除在通信質(zhì)量上滿足要求外，還應(yīng)易于實(shí)現(xiàn)、維護(hù)、且經(jīng)濟(jì)適用的。如果選擇的通信方式在通信指標(biāo)上能滿足要求，但建設(shè)難度高、成本大，或者后期難于維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用難以承受，則是不可取的。從易于實(shí)現(xiàn)、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)可承受等因素考慮，應(yīng)該基于現(xiàn)有的有專業(yè)部門維護(hù)和保障的公共通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警和烈度速報(bào)的數(shù)據(jù)通信。

1地震預(yù)警對通信的需求

地震預(yù)警對通信的基本要求是以盡可能少的時(shí)間將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心。采用小時(shí)延高速網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)行之有效的辦法，此外，在傳輸機(jī)制上，也應(yīng)盡可能減少影響通信效率的因素，如信息安全檢查、數(shù)據(jù)誤碼效驗(yàn)等。其通信的性能指標(biāo)考慮如下。在《中國數(shù)字測震臺網(wǎng)技術(shù)規(guī)程》(中國地震局，2005)中，誤碼率的測試時(shí)間為連續(xù)24h，誤碼率優(yōu)于10－7的指標(biāo)反映的是在一段時(shí)間內(nèi)允許誤碼發(fā)生的平均值，反映的是總體符合要求，但可能出現(xiàn)的情況是，誤碼集中出現(xiàn)在很短的時(shí)段內(nèi)，局部狀況嚴(yán)重惡化，如24h的誤碼集中在1s內(nèi)出現(xiàn)，這樣將影響分析結(jié)果。因此，在24h的誤碼率測試中，除規(guī)定24h內(nèi)誤碼率優(yōu)于10－7外，每個(gè)小時(shí)的誤碼率也要優(yōu)于10－7。這時(shí)在無效驗(yàn)機(jī)制下，可保障傳輸?shù)臄?shù)據(jù)仍然是可靠的。(3)時(shí)延時(shí)延是指一個(gè)數(shù)據(jù)包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一個(gè)端所需要的時(shí)間。產(chǎn)生時(shí)延的環(huán)節(jié)有很多，主要是由傳輸媒質(zhì)時(shí)延和網(wǎng)元時(shí)延組成的，可以表示為T=Ts+Tp.(1)式中，T為數(shù)據(jù)包由發(fā)出到接收的時(shí)延(耗時(shí));Tp是信號在介質(zhì)中傳播耗時(shí)產(chǎn)生的傳輸媒質(zhì)時(shí)延，與傳輸距離成正比，在地面上，Tp時(shí)延僅占總時(shí)延很小一部分，但在衛(wèi)星通信中，Tp則是不可忽略的一個(gè)部分;Ts是網(wǎng)元時(shí)延，由發(fā)送端、接收端和中間路由轉(zhuǎn)換等設(shè)備處理數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生。產(chǎn)生網(wǎng)元時(shí)延的原因很多，包括使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)數(shù)量、數(shù)據(jù)包的大小等。由于時(shí)延與數(shù)據(jù)包的大小有關(guān)，為統(tǒng)一時(shí)延標(biāo)準(zhǔn)，以Ping命令在數(shù)據(jù)發(fā)送端得到數(shù)據(jù)接收端回應(yīng)的時(shí)間的一半為通信的時(shí)延。Ping命令發(fā)送的是32bit的測試數(shù)據(jù)包。在中國地震信息網(wǎng)的測試顯示，一般情況下，省級區(qū)域內(nèi)，SDH光纖通信的時(shí)延小于10ms，跨省區(qū)范圍內(nèi)，不大于100ms。衛(wèi)星通信域而公共移動通信≤1000ms。(4)抗毀需求本文僅討論臺網(wǎng)通信抗擊地震沖擊的能力。破壞性地震也可能導(dǎo)致地面通信的中斷，要保證地震中地震波數(shù)據(jù)的正常傳輸，有效的解決辦法是配置衛(wèi)星通信。但就實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警系統(tǒng)的功能而言，是否需要配置衛(wèi)星通信系統(tǒng)，值得探討。地震對通信系統(tǒng)的破壞機(jī)制主要有兩類:一是強(qiáng)烈的振動直接導(dǎo)致通信設(shè)備損壞，二是建筑物倒塌、地形、地貌發(fā)生變化導(dǎo)致線路、通信設(shè)施損壞。從震害經(jīng)驗(yàn)看，強(qiáng)烈振動直接損壞通信系統(tǒng)的可能性較小，如在日本“3•11”地震中，雖然最大的加速度峰值近3g，但網(wǎng)絡(luò)通信基本沒有受到影響，而汶川地震中通信的大面積中斷，與建筑物的大量倒塌、大面積的山體滑坡、斷層錯(cuò)動、地表破裂密切相關(guān)(溫瑞智等，2011)。由于建筑物、山體和巖石都有一定的抗破壞能力，因此，建筑物的倒塌、山體的滑坡和地表破裂等現(xiàn)象的產(chǎn)生，需要有一定的強(qiáng)烈地震動作用時(shí)間，即在強(qiáng)破壞性S波作用一定的時(shí)間后才產(chǎn)生破壞。這一時(shí)間目前沒有相關(guān)的研究，這里假定為10s，則從地震開始，地震導(dǎo)致通信中斷的時(shí)間應(yīng)不小于12s(假設(shè)臺站位于震中，震源深度6km)，因此，在最不利的情況下，預(yù)警系統(tǒng)也有12s的獲取觀測數(shù)據(jù)的時(shí)間。如果利用12s的記錄進(jìn)行預(yù)警，考慮到近8s的數(shù)據(jù)傳輸和處理時(shí)間，則預(yù)警盲區(qū)將大于70km，從汶川地震中震害分布來看，在非破裂方向上，震中距(斷層距)大于70km后，人員死亡的數(shù)量已很少(王艷茹等，2009)。因此，就預(yù)警的功能而言，在大地震沖擊下，在最不利條件下，地面通信系統(tǒng)可維持12s的通信時(shí)間已基本可滿足預(yù)警的需要，布設(shè)具有衛(wèi)星通信功能的預(yù)警臺站，并不能實(shí)質(zhì)性地改善預(yù)警系統(tǒng)的性能，僅就實(shí)現(xiàn)預(yù)警的功能而言，預(yù)警臺網(wǎng)系統(tǒng)并非必須配備衛(wèi)星通信。綜上所述，如果不考慮其它因素，如非地震引起的滑坡、泥石流等對地震預(yù)警系統(tǒng)臺網(wǎng)通信的影響，則地震的沖擊不足以使預(yù)警系統(tǒng)喪失預(yù)警的功能。基于地面通信具備抗擊地震沖擊的能力，系統(tǒng)應(yīng)是可靠的。

2地震烈度速報(bào)對通信的需求

從烈度速報(bào)的機(jī)制、社會對烈度速報(bào)的響應(yīng)和需求來看，震后10min內(nèi)給出速報(bào)結(jié)果是合理和可行的。由于對數(shù)據(jù)的及時(shí)性要求不高，對網(wǎng)絡(luò)通信的要求也就低于地震預(yù)警系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)通信的要求，故而可以采取一些會額外增加傳輸時(shí)間的措施來提高傳輸結(jié)果的可靠性。其通信的性能指標(biāo)考慮如下:(1)速率烈度速報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信可采用兩種方式，一種是實(shí)時(shí)傳輸，另一種為事件記錄傳輸。實(shí)時(shí)傳輸時(shí)，以常規(guī)3通道、24bit、100sps的臺站觀測設(shè)備性能考慮，則其通信速率的基本要求是有≥7.2kbps的穩(wěn)定信道。對于事件傳輸，按10min給出速報(bào)結(jié)果考慮，要求地震發(fā)生后10min內(nèi)將觀測記錄傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。同樣以3通道、24bit、100sps的臺站觀測設(shè)備性能考慮，對于像汶川地震規(guī)模的地震，在強(qiáng)有感范圍內(nèi)，記錄的持續(xù)時(shí)間不超過3min，其記錄的數(shù)據(jù)量1296kbit，在記錄結(jié)束后，將有近7min的時(shí)間可用于數(shù)據(jù)傳輸，則只要有3.1kbps穩(wěn)定的通信速率，即可滿足要求。(2)誤碼率由于地震烈度速報(bào)可采用效驗(yàn)機(jī)制，對于誤碼率的要求，可低于預(yù)警系統(tǒng)，這里設(shè)定為10－6，實(shí)際應(yīng)用中還可更低。對于3通道采樣率100sps的24bit數(shù)采，其含義為在每個(gè)小時(shí)傳送的數(shù)據(jù)中，產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)量少于25.2個(gè)，這種傳輸錯(cuò)誤將通過效驗(yàn)機(jī)制糾正。誤碼率的測試與預(yù)警系統(tǒng)相同。(3)時(shí)延。時(shí)延的大小并不會影響烈度速報(bào)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。因此，對于烈度速報(bào)臺網(wǎng)的通信，時(shí)延不作要求。(4)抗毀需求。與預(yù)警系統(tǒng)僅僅只利用前10s地震記錄不同，烈度速報(bào)需要利用整個(gè)觀測記錄來計(jì)算觀測點(diǎn)的烈度值。如果地震造成通信中斷，則采用實(shí)時(shí)傳輸?shù)牧叶人賵?bào)臺僅能將通信中斷前的數(shù)據(jù)回傳，而采用事件傳輸方式的烈度速報(bào)臺，數(shù)據(jù)全部丟失，數(shù)據(jù)不完整或缺失將影響烈度速報(bào)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。因此，要保證獲取極震區(qū)烈度速報(bào)觀測數(shù)據(jù)，衛(wèi)星通信是必須的。由于衛(wèi)星通信設(shè)備的使用費(fèi)昂貴，只能有部分臺站實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信，這就需要考慮合理的衛(wèi)星通信臺站布設(shè)，以盡可能少的衛(wèi)星通信臺站滿足烈度速報(bào)系統(tǒng)基本功能的需求。造成地面通信中斷的主要原因?yàn)榻ㄖ锏牡顾⑸襟w滑坡以及地面開裂。地震烈度在Ⅷ度以上，可產(chǎn)生上述震害現(xiàn)象。因此，衛(wèi)星通信臺站應(yīng)布設(shè)在Ⅷ度以上震區(qū)。雖然我們不知道未來地震Ⅷ度以上震區(qū)的分布，但對于不同的震級強(qiáng)度，可以估計(jì)Ⅷ度以上震區(qū)的大小，衛(wèi)星通信臺站的布設(shè)應(yīng)使在發(fā)生可產(chǎn)生地震烈度大于Ⅷ度以上區(qū)域的地震時(shí)，有一個(gè)衛(wèi)星通信臺站落在Ⅷ度以上區(qū)域內(nèi)。一般而言，當(dāng)震級達(dá)到6級時(shí)，就出現(xiàn)Ⅷ度破壞區(qū)域，其Ⅷ度區(qū)的面積不大于100km2(孫繼浩，2011)，如果要使衛(wèi)星通信臺站落到Ⅷ度區(qū)內(nèi)，則衛(wèi)星通信臺站的間距應(yīng)小于10km。在我國，這實(shí)際上已超過烈度速報(bào)臺網(wǎng)可布設(shè)的密度。如果我國以20km的間距布設(shè)烈度速報(bào)臺網(wǎng)，這相當(dāng)于在云南全省布設(shè)1000個(gè)臺站，如果其中有1/4的臺站，即250個(gè)臺站采用衛(wèi)星通信，臺站的間距已達(dá)到60km，相當(dāng)于3600km2內(nèi)有一個(gè)衛(wèi)星通信臺站，但250個(gè)衛(wèi)星通信臺仍是個(gè)比較龐大的數(shù)量，且這種密度已很難滿足烈度速報(bào)基本功能的需求。因此，平均布設(shè)衛(wèi)星通信臺站是不可取的，應(yīng)該從地震發(fā)生的特點(diǎn)來尋求問題的解決方案。從以往的震害經(jīng)驗(yàn)來看，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊的一般是7級以上的地震，而7級以上地震都有明確的構(gòu)造背景，如果僅在可發(fā)生大地震的斷層帶布設(shè)衛(wèi)星通信臺站，則衛(wèi)星臺密度就可加大，能得到更好的烈度速報(bào)效果。以汶川地震為例，其斷層為龍門山斷裂帶，斷層破裂長度約300km、寬度最大30km。按40km的臺間距圍繞斷層布設(shè)衛(wèi)星通信臺站，則只需16個(gè)臺站即可將汶川地震極震區(qū)的狀況作很好的描述。因此，通過在具有發(fā)生大地震危險(xiǎn)性的斷層帶上布設(shè)衛(wèi)星通信烈度速報(bào)臺，就可以滿足在烈度速報(bào)臺網(wǎng)實(shí)現(xiàn)烈度速報(bào)基本功能、抗擊大地震沖擊的要求。

適用于地震預(yù)警系統(tǒng)和烈度速報(bào)系統(tǒng)的通信模式

1地震預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信模式

有線通信具有抗干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。在有線通信中，光纖通信已替代傳統(tǒng)的金屬線纜，應(yīng)用于通信主干網(wǎng)、各種支線通信甚至局域網(wǎng)中。經(jīng)過多年的發(fā)展，在通信技術(shù)方面，SDH技術(shù)已成為主流，以往在測震臺網(wǎng)中有較廣泛應(yīng)用的DDN專線技術(shù)已被通信公司逐步淘汰。同步數(shù)字體系(SynchronousDigitalHierarchy，簡稱為SDH)，是一種基于時(shí)分復(fù)用的同步數(shù)字透明傳輸技術(shù)。SDH對網(wǎng)絡(luò)單元接口有嚴(yán)格的規(guī)范要求，具有全球統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口。SDH網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的生存率，由于嚴(yán)格同步，保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，誤碼率低。從“十五”開始，中國地震局建立了基于SDH的全國地震信息網(wǎng)絡(luò)，許多地震觀測臺站實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸。由運(yùn)營商提供的無線通信目前有兩類，其一是還在快速發(fā)展的移動通信，其二是衛(wèi)星通信。(1)移動通信投入商用的移動通信已發(fā)展到第三代3G通信，在我國，目前3G通信還處于普及之中，2G通信仍然在大量使用。在第二代移動通信發(fā)展的GPRS、CDMA1x數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中，CDMA1x具有比GPRS更大的帶寬，最高峰值速率可達(dá)307.2kbps。從理論上講2G通信完全可以滿足地震觀測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸(7.2kbps)，但由于語音和數(shù)據(jù)共享信道，隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量增加，每個(gè)用戶可以使用的帶寬也將降低，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。但由于無線移動通信組網(wǎng)方便，在正常情況下，如沒有通信量的突然增加，利用CDMA1x基本可以滿足地震觀測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸(7.2kbps)，因此，在我國地震觀測中CDMA1x也有應(yīng)用，尤其是現(xiàn)場應(yīng)急地震流動觀測。

3G通信是工作在2GHz頻段的寬帶移動通信系統(tǒng)(紀(jì)越峰等，2002)。相比于2G移動通信，其數(shù)據(jù)傳輸速率有了大幅提升，最高傳輸速率達(dá)14Mbps。原則上，在3G信號正常的情況下，3G通信已能很好地支持地震觀測實(shí)時(shí)傳輸。但3G通信也是多用戶共享帶寬，也存在2G通信隨用戶數(shù)量增加傳輸速率降低的問題，一旦通信量突然大量增加，會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，則通信的質(zhì)量將嚴(yán)重下降。我國運(yùn)行的3G標(biāo)準(zhǔn)有3個(gè)，即中國移動運(yùn)營的TD-SCDMA、中國聯(lián)通運(yùn)營的WCDMA和中國電信運(yùn)營的CDMA2000。相比之下，中國電信運(yùn)營的CDMA2000覆蓋面最廣，信號質(zhì)量最好，實(shí)際測試顯示其具有良好的實(shí)時(shí)地震數(shù)據(jù)傳輸能力。(2)衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在2個(gè)或多個(gè)地面站之間進(jìn)行通信。目前可用于公共網(wǎng)絡(luò)通信的衛(wèi)星主要有VSAT和BGAN衛(wèi)星系統(tǒng)。衛(wèi)星通信具有通信距離遠(yuǎn)、使用成本與通信距離無關(guān)的特點(diǎn)。由于衛(wèi)星通信的電磁波主要在大氣層以外的宇宙空間傳播，而宇宙空間被認(rèn)為是無影響的均勻介質(zhì)，因此，通信信號穩(wěn)定、通信質(zhì)量可靠。但衛(wèi)星通信也存在時(shí)延長、投資大、使用費(fèi)用高等不足。①VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)VSAT衛(wèi)星通信技術(shù)是20世紀(jì)80年代興起的，我國主要是采用亞洲2號通信衛(wèi)星。“九五”期間，根據(jù)國家數(shù)字地震臺網(wǎng)建設(shè)需求，中國地震局建立了通信范圍覆蓋全國的專用VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)(中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司，2003)。地震衛(wèi)星通信網(wǎng)主站設(shè)在北京，設(shè)計(jì)能力為800～1000個(gè)遠(yuǎn)端VSAT小站，它主要承擔(dān)了國家和首都圈地震臺網(wǎng)數(shù)字地震數(shù)據(jù)的傳輸、地殼運(yùn)動基準(zhǔn)臺站(GPS臺站)數(shù)據(jù)的傳輸、地震應(yīng)急通信等。目前已有多個(gè)VSAT衛(wèi)星小站遍布全國各地，其地理位置北至黑龍江黑河，南至西沙群島，東至烏蘇里江，西至新疆塔什庫爾干。VSAT衛(wèi)星需要精確對星，天線體積較為龐大，直徑一般在1.2m。在強(qiáng)烈地震沖擊下，很難正常工作。②BGAN衛(wèi)星通信BGAN是國際海事衛(wèi)星組織所主導(dǎo)的寬頻全球區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(BroadbandGlobalAreaNetworkSys-tem)的第四代衛(wèi)星通信系統(tǒng)。它是基于IP技術(shù)的移動衛(wèi)星寬帶數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，提供可靠的、高速的數(shù)據(jù)解決方案(最高速率可達(dá)144kbps)。BGAN衛(wèi)星通信具有天線尺寸小、容易對星，采用全向天線，可實(shí)現(xiàn)動中通，因此，具有良好的抗震性能。雖然通信設(shè)備投入不高，但使用費(fèi)用高昂，僅能短時(shí)間應(yīng)急使用。

在通信的質(zhì)量、性能上，全光纖SDH技術(shù)應(yīng)該說是所有通信技術(shù)中最優(yōu)異的，完全可以滿足預(yù)警臺站的數(shù)據(jù)通信要求，是最可取的通信模式。從性能上講，DDN技術(shù)也能很好地滿足地震預(yù)警數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅S著SDH技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，通信運(yùn)營商對DDN的支持將逐漸減弱，其投入的設(shè)備面臨使用期內(nèi)淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。但SDH最小帶寬2Mbps，相對于7.2kbps的預(yù)警數(shù)據(jù)傳輸需求而言，浪費(fèi)較大。相比于有線通信，無線通信除不用鋪設(shè)通信線纜，建設(shè)簡便且使用費(fèi)低廉外，在速率、穩(wěn)定性、質(zhì)量等方面都較有線通信差。由于衛(wèi)星通信費(fèi)用高昂，在必須采用無線通信時(shí)，宜選擇3G通信中的CDMA2000或者WCDMA系統(tǒng)，臺站移動信號應(yīng)不小于－50dBm。在有線通信和移動通信都不可達(dá)到的地方，使用VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)。一般通信時(shí)采用的都是帶寬共享機(jī)制，有線通信的大帶寬保證了不易出現(xiàn)通信堵塞現(xiàn)象，對于移動通信而言，其帶寬容量按正常狀況下設(shè)計(jì)，但遇突發(fā)事件時(shí)，用戶短時(shí)間集中上網(wǎng)，大幅突破正常容量，造成每個(gè)用戶可使用帶寬嚴(yán)重下降，通信不暢。而地震就屬這種突發(fā)事件，為保障地震時(shí)預(yù)警臺站數(shù)據(jù)通信的帶寬需求，在信道上應(yīng)開辟預(yù)警臺站數(shù)據(jù)通信專門帶寬通道，為預(yù)警臺站留有足以保證地震實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)膸挕＿@種機(jī)制的安排對于移動通信尤為重要。就實(shí)現(xiàn)預(yù)警系統(tǒng)功能而言，采用衛(wèi)星通信并不能增強(qiáng)預(yù)警系統(tǒng)抗擊地震沖擊的能力，但可以增加獲取的地震信息量。為了獲取更多的地震信息，需要適當(dāng)配置一些衛(wèi)星通信臺站，但在極震區(qū)，在激烈震動下，常規(guī)的VSAT通信設(shè)備不能準(zhǔn)確對星，因此，應(yīng)采用對星更簡便的BGAN衛(wèi)星通信技術(shù)。但BGAN衛(wèi)星使用費(fèi)非常高昂，45元/分鐘，應(yīng)考慮將BGAN通信作為地面通信的一種備份使用，在地面通信正常時(shí)，通信由地面系統(tǒng)完成，當(dāng)?shù)孛嫱ㄐ胖袛鄷r(shí)，立刻轉(zhuǎn)為衛(wèi)星通信。

2烈度速報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信模式

烈度速報(bào)臺站對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求比預(yù)警系統(tǒng)要低，因此，適用于預(yù)警系統(tǒng)的通信方式都適用于烈度速報(bào)系統(tǒng)。從降低運(yùn)行成本考慮，在有3G網(wǎng)絡(luò)(CDMA2000、WCDMA)覆蓋的地方，應(yīng)考慮采用3G網(wǎng)絡(luò)。可以進(jìn)行事件傳輸?shù)耐ㄐ欧绞接泻芏啵灰獫M足能在地震發(fā)生后10min內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇行募纯桑捎迷诰€通信方式更有利于后期臺網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)。利用SDH網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)臺站事件的數(shù)據(jù)傳輸在技術(shù)上不存在問題，但在SDH網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用時(shí)，臺站數(shù)據(jù)采用實(shí)時(shí)傳輸將更直觀有效。在我國，CDMA1x已大量應(yīng)用于強(qiáng)震動臺站事件數(shù)據(jù)傳輸，且運(yùn)行狀況良好。但隨著3G網(wǎng)絡(luò)的普及，對CDMA1x的支持將會被逐漸放棄。因此，在有3G網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)，采用3G網(wǎng)絡(luò)不僅會得到越來越強(qiáng)的技術(shù)支持，而且其通信速率也高許多，利于盡快回傳事件記錄。

與地震預(yù)警僅能利用地震初始幾秒的記錄不同，要可靠地確定地震烈度，需要盡可能完整的地震動記錄。在大震導(dǎo)致地面通信系統(tǒng)破壞時(shí)，利用衛(wèi)星通信將地震觀測數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心非常必要。在地面通信中斷的情況下，采用VSAT衛(wèi)星或者BGAN衛(wèi)星通信技術(shù)來實(shí)時(shí)傳送地震動數(shù)據(jù)，或者傳送事件數(shù)據(jù)，在技術(shù)上不存在問題，但無論前期投入還是后期維護(hù)，成本都會很高，應(yīng)該尋求其它的衛(wèi)星通信方式。烈度速報(bào)系統(tǒng)通過對地震動記錄的處理，獲取了一系列用于進(jìn)行烈度速報(bào)的參數(shù)。采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸或者事件數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，一般是將這種處理的功能設(shè)置在數(shù)據(jù)中心。如果將數(shù)據(jù)處理的功能設(shè)置在臺站，將處理得到的參數(shù)傳送到數(shù)據(jù)中心，則臺站數(shù)據(jù)傳送的量將得以極大的縮減，這時(shí)，就可以利用我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的通信功能實(shí)現(xiàn)烈度速報(bào)數(shù)據(jù)的衛(wèi)星通信。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(CNSS)，該系統(tǒng)不僅具有定位、授時(shí)功能，還具有獨(dú)特的通信功能，用戶可以一次傳送200個(gè)漢字的短報(bào)文信息，能夠滿足傳輸?shù)卣鹆叶葏?shù)的要求(姚作新，2012)。對于需要配置衛(wèi)星通信的烈度臺站，同時(shí)配備地面通信和北斗衛(wèi)星雙系統(tǒng)，正常情況下，臺站的數(shù)據(jù)通信通過地面通信系統(tǒng)完成，北斗衛(wèi)星通信僅在地面通信系統(tǒng)遭受破壞時(shí)啟動。

討論

1烈度速報(bào)臺數(shù)據(jù)在預(yù)警中的應(yīng)用

雖然地震預(yù)警臺站要求盡可能密集布設(shè)，但由于臺站建設(shè)環(huán)境要求嚴(yán)、成本高，在臺網(wǎng)的密度上會比烈度速報(bào)臺網(wǎng)要小。將烈度速報(bào)臺應(yīng)用于地震預(yù)警中，可增加預(yù)警系統(tǒng)獲取地震信息的能力。烈度速報(bào)臺與預(yù)警臺最大的區(qū)別在于，烈度速報(bào)臺對數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的要求比預(yù)警系統(tǒng)低。當(dāng)然，可以參照預(yù)警系統(tǒng)的要求提高烈度速報(bào)臺網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的性能，但由此而帶來的是烈度速報(bào)臺網(wǎng)維護(hù)成本的增加。應(yīng)探討在不改變烈度速報(bào)臺運(yùn)行模式的情況下，應(yīng)用烈度臺的觀測數(shù)據(jù)。如前所述，實(shí)現(xiàn)烈度速報(bào)功能的數(shù)據(jù)傳輸可采取實(shí)時(shí)或者事件傳輸?shù)哪Ｊ健τ趯?shí)時(shí)傳輸方式，可直接應(yīng)用于預(yù)警數(shù)據(jù)的處理中。因此，需要探討的是非實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)烈度臺站數(shù)據(jù)在預(yù)警中的應(yīng)用。預(yù)警的數(shù)據(jù)處理是要從地震波中提取可用于反映地震源特征的一系列參數(shù)，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，是將這種處理設(shè)置在數(shù)據(jù)中心。如果在臺站配置數(shù)據(jù)處理終端，對地震波進(jìn)行預(yù)警參數(shù)的提取，然后發(fā)回?cái)?shù)據(jù)中心，則只要臺站與數(shù)據(jù)中心的通信聯(lián)絡(luò)不中斷，在數(shù)據(jù)中心端獲取的預(yù)警參數(shù)與由中心處理得到的參數(shù)將不存在差異。在采用移動通信CMDA1x或者3G作為事件數(shù)據(jù)傳輸方式時(shí)，臺站與數(shù)據(jù)中心的通信始終是在線的。因此，烈度速報(bào)臺站采用移動通信傳輸事件數(shù)據(jù)模式時(shí)，可利用通信信道一直在線的特點(diǎn)，在臺站配置數(shù)據(jù)處理終端，通過傳送預(yù)警參數(shù)的方式，實(shí)現(xiàn)烈度速報(bào)臺站數(shù)據(jù)在預(yù)警中的應(yīng)用。

2先進(jìn)通信技術(shù)的應(yīng)用

通信技術(shù)發(fā)展非常迅速，在進(jìn)行相關(guān)規(guī)劃時(shí)，雖然要采用成熟的技術(shù)，但也要有一定的預(yù)見性，避免采用即將過時(shí)的技術(shù)，造成投入的設(shè)備在使用期限內(nèi)就被淘汰。目前，有兩個(gè)新的通信技術(shù)值得關(guān)注，其一是IPv6，另外一個(gè)就是第四代移動通信系統(tǒng)。4.2.1IPv6技術(shù)目前網(wǎng)絡(luò)通信使用的是IPv4技術(shù)，它的最大問題是網(wǎng)絡(luò)地址資源有限，且分配嚴(yán)重不均，在總共40億個(gè)地址中，北美占了30億個(gè)，而亞洲只有4億個(gè)，到2012年，中國的IP地址資源將會枯竭。IPv6技術(shù)的提出主要就是為解決IPv4地址資源不足的問題。IPv6地址量理論上達(dá)到2128個(gè)，幾近無限。因此，從長遠(yuǎn)來看，IPv6是個(gè)完整的解決方案。但I(xiàn)Pv6從提出到現(xiàn)在已近20年，一直未能進(jìn)入實(shí)用，原因主要在于，IPv6不能兼容IPv4，要將IPv4過渡到IPv6，前期巨大的投入將被放棄，這是運(yùn)營商和廣大網(wǎng)絡(luò)使用者所不能承受的;此外，一些其它技術(shù)的應(yīng)用也較大程度地減緩了IP資源消耗的速度，如NAT。另外，也有一些新技術(shù)，如suIP(超級IP)(孫文勝等，2008)、IPv9(胡順等，2008)，能基于前期投入的基礎(chǔ)上發(fā)展，因此，IPv6最終是否能得到普及，并不明朗。但I(xiàn)Pv6已被確立為我國下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在預(yù)警系統(tǒng)和烈度速報(bào)系統(tǒng)相應(yīng)的設(shè)備中通過軟件的方法實(shí)現(xiàn)對IPv6的支持，將有利于今后網(wǎng)絡(luò)的過渡，保護(hù)投資。4.2.2第四代移動通信技術(shù)移動3G技術(shù)在我國還處于推廣階段，但移動4G技術(shù)已基本成熟，中國移動正開展大規(guī)模商用試驗(yàn)，4G的應(yīng)用也應(yīng)有所考慮，因此，在選用3G技術(shù)時(shí)，應(yīng)考慮今后的升級。

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【關(guān)鍵字】FPGA；串口通信；VerilogHDL語言；幀數(shù)據(jù)解析

一、前言

在常用的RS232通信中，可實(shí)現(xiàn)單片系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互，然而我們利用串口通信僅僅為了得到一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)就顯得太過浪費(fèi)。實(shí)際通信應(yīng)用中，在串口發(fā)送時(shí)，我們需要將一組串口數(shù)據(jù)封裝組合為一幀數(shù)據(jù)，設(shè)置一個(gè)幀數(shù)據(jù)指令約束，規(guī)定幀頭、數(shù)據(jù)長度、有效數(shù)據(jù)、校驗(yàn)信息、幀尾等可用信息。因此實(shí)現(xiàn)串口幀數(shù)據(jù)通信，在有限的串口連線上賦予更多通信信息，豐富了器件間數(shù)據(jù)交互內(nèi)容。

二、串口通信協(xié)議組成

簡單的RS232串口通信利用TXD，RXD實(shí)現(xiàn)全雙工通信。協(xié)議中規(guī)定通用字格式為：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、1位停止位組成。按位發(fā)送和接收字節(jié)。在串口發(fā)送時(shí)，主設(shè)備按照串口格式組成順序，以某一波特率產(chǎn)生TXD，主設(shè)備的TXD作為從設(shè)備的RXD,檢測RXD下降沿，以相同的波特率接收數(shù)據(jù)，操作可逆。只要保證接收與發(fā)送端各自的波特率時(shí)鐘一致，便可保證通信的順利進(jìn)行，即完成一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)交互。

三、幀數(shù)據(jù)通信

在單字節(jié)串口通信的基礎(chǔ)上，將多個(gè)數(shù)據(jù)組合成有規(guī)律的一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行通信。利用FPGA可對通信數(shù)據(jù)靈活組合，只要保證收、發(fā)端遵從實(shí)現(xiàn)約束的幀通信協(xié)議，便能完成數(shù)據(jù)交互。我們以串口幀數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)PC對某一產(chǎn)品的各子模塊功能檢測為例，通過VerilogHDL語言，完成邏輯編寫，模塊分為接收模塊、發(fā)送模塊、FIFO緩存級模塊、波特率設(shè)置模塊。發(fā)送模塊主要實(shí)現(xiàn)單字節(jié)串口數(shù)據(jù)的組合成一幀數(shù)據(jù)對外發(fā)送，實(shí)質(zhì)是對單字節(jié)串口發(fā)送模塊的反復(fù)調(diào)用。一幀數(shù)據(jù)通信格式以幀頭單字節(jié)0xAA,幀數(shù)據(jù)長度（一字節(jié)）、檢測對應(yīng)子模塊編號（N+1個(gè)字節(jié)）、設(shè)定幀尾0x55結(jié)尾，無檢驗(yàn)位，數(shù)據(jù)格式如圖3-1所示。接收模塊主要實(shí)現(xiàn)對一幀串口指令的接收識別解析，通信解析流程如圖3-2所示。首先檢測RXD的下降沿，解析幀頭數(shù)據(jù)，同時(shí)計(jì)數(shù)器字節(jié)計(jì)數(shù)開始，判斷幀頭數(shù)據(jù)為0xaa,解析數(shù)據(jù)長度，由寄存器變量緩存（一字節(jié)），解析檢測對應(yīng)子模塊編號（N+1個(gè)字節(jié)），解析幀頭數(shù)據(jù)為0x55后通信完成，判斷計(jì)數(shù)器記錄字節(jié)個(gè)數(shù)與寄存器變量緩存的數(shù)據(jù)長度是否一致，判斷通信中是否漏掉數(shù)據(jù)，邏輯實(shí)現(xiàn)過程由狀態(tài)機(jī)完成。FIFO緩存級模塊用于幀數(shù)據(jù)緩存處理，避免數(shù)據(jù)覆蓋。波特率設(shè)置模塊用于接收、發(fā)送端通信速度的靈活把控。在正確接收完成后，接收端提取檢測對應(yīng)子模塊編號進(jìn)行對應(yīng)校驗(yàn)工作，校驗(yàn)完成后，將檢驗(yàn)結(jié)果與接收的幀數(shù)據(jù)重組，以幀頭0xAA,幀數(shù)據(jù)長度（一字節(jié)）、檢測對應(yīng)子模塊編號（N+1個(gè)字節(jié)）、檢測結(jié)果（一字節(jié)）、幀尾0x55的形式發(fā)送回PC上位機(jī)。從而完成對該產(chǎn)品指定功能模塊的校驗(yàn)工作。實(shí)際應(yīng)用中，幀數(shù)據(jù)可多加一級和校驗(yàn)字節(jié)，避免接收端將有效數(shù)據(jù)中0x55誤判斷為幀尾數(shù)據(jù)，增強(qiáng)串口通信的可靠性。

四、總結(jié)

基于FPGA的串口幀數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)，利用簡單的RS232通信協(xié)議可滿足器件之間完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)交互，通信靈活性更強(qiáng)，可用于PC對器件的復(fù)雜功能調(diào)控，操作更加直觀，人機(jī)交互良好。

參考文獻(xiàn)

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篇8

關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)RTK；水下地形測量；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)手簿；數(shù)據(jù)播發(fā)電臺

引言

傳統(tǒng)湖泊水下地形測量主要有2種：①通過利用水位站觀測水位數(shù)據(jù)內(nèi)插以時(shí)間為序列的水面高程得到水位高程模型推算測點(diǎn)測時(shí)的水面高程。該方法受到測區(qū)有無水位站、水面波動、水位高程模型是否準(zhǔn)確等因素影響，使得測區(qū)的水位變化規(guī)律與水位站的水域變化規(guī)律不完全一致，容易產(chǎn)生較大誤差。②利用自主架站的RTK無驗(yàn)潮模式獲取測點(diǎn)的瞬時(shí)大地高并利用參數(shù)轉(zhuǎn)換或似大地水準(zhǔn)面模型求得該點(diǎn)的正常高。該方法受到測區(qū)周邊是否有控制點(diǎn)，基準(zhǔn)站與流動站間距離等因素的限制。現(xiàn)行的利用網(wǎng)絡(luò)RTK的無驗(yàn)潮模式進(jìn)行水下地形測量方法無需建立水位站、觀測水位、布設(shè)控制點(diǎn)，且不受與基站距離的限制。但是，網(wǎng)絡(luò)RTK的方法也有它的弊端，最致命的弱點(diǎn)就是它受到網(wǎng)絡(luò)通信信號的限制。本文綜合分析網(wǎng)絡(luò)RTK在湖泊水下地形測量中的應(yīng)用特點(diǎn)，以江蘇省“十二五”省級基礎(chǔ)測繪五大湖泊1∶10000水下地形測量項(xiàng)目為例，提出增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)通信的可行性方法，從而達(dá)到擴(kuò)大其使用范圍的目的。

1網(wǎng)絡(luò)RTK通信原理

網(wǎng)絡(luò)RTK也稱多參考站RTK，是一項(xiàng)基于傳統(tǒng)RTK技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高精度、高可用性的實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)。其中流動站的基本原理為：流動站實(shí)時(shí)采集坐標(biāo)通過通訊網(wǎng)絡(luò)將坐標(biāo)傳輸?shù)紺ORS中心，CORS中心根據(jù)用戶坐標(biāo)，結(jié)合其自身通過參考站網(wǎng)獲取的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和參考站坐標(biāo)計(jì)算出差分改正數(shù)再經(jīng)過通訊網(wǎng)絡(luò)，將差分改正數(shù)發(fā)送給流動站；流動站利用自身的衛(wèi)星觀測值加上差分改正數(shù)，得到實(shí)時(shí)高精度的載波相位觀測值，因而計(jì)算出高精度坐標(biāo)。因此，網(wǎng)絡(luò)RTK的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要流動站接收機(jī)、參考站接收機(jī)、CORS中心系統(tǒng)軟件等協(xié)同作業(yè)，且需要多次使用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。以JSCORS為例，網(wǎng)絡(luò)RTK的通信是使用中國移動GPRS完成，用戶需在流動站端配備中國移動SIM卡進(jìn)行。由于解算的實(shí)時(shí)性，要求雙向數(shù)據(jù)傳輸持續(xù)穩(wěn)定，對移動通訊信號質(zhì)量要求較高。因此，如何解決在移動通訊數(shù)據(jù)難以到達(dá)的區(qū)域的數(shù)據(jù)通信問題（如大型湖區(qū)因湖面寬廣，湖區(qū)中心很難有穩(wěn)定的中國移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信）成為一個(gè)技術(shù)難題。

2網(wǎng)絡(luò)信號增強(qiáng)方案

2．1相關(guān)硬件

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)手簿內(nèi)置一種GNSS數(shù)據(jù)鏈組合模塊，該模塊可在定位后完成CORS服務(wù)參數(shù)、IP地址、端口號、用戶名、密碼等參數(shù)的設(shè)置。同時(shí)它具備GPRS模塊、內(nèi)插SIM卡，可通過GPRS或者WIFI與CORS中心完成通信，接收差分改正數(shù)（圖1）。數(shù)據(jù)播發(fā)電臺是一款大功率可調(diào)頻的電臺設(shè)備，傳送距離可達(dá)20km以上。它既可通過串口接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)由手簿轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)，也可通過廣播電臺的形式接收。無論使用哪種模式接收，均可將差分?jǐn)?shù)據(jù)通過廣播形式播出。

2．2工作原理

既然在大型湖區(qū)中心GPRS通信信號十分微弱，我們?nèi)钥梢圆扇∫环N方法避開在測區(qū)使用GPRS通信。我們將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)手簿放置在手機(jī)信號穩(wěn)定的岸邊，接收差分改正數(shù)。通過數(shù)據(jù)播發(fā)電臺將這些數(shù)據(jù)以廣播形式播出，傳送給湖區(qū)作業(yè)的各條測船。如果岸邊與測點(diǎn)所在區(qū)域相距過遠(yuǎn)，可以在二者之間再加設(shè)一臺數(shù)據(jù)播發(fā)電臺起到數(shù)據(jù)中繼的作用（圖2）。這樣的工作模式在保證與CORS中心進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)降低了流動站的通訊要求：它將信號傳輸從持續(xù)穩(wěn)定雙向通訊降低為單向通訊，使網(wǎng)絡(luò)RTK可以順暢無阻地在通信信號薄弱的地方使用。

3測試實(shí)例

為驗(yàn)證該方案可行性與正確性，本文以江蘇省“十二五”省級基礎(chǔ)測繪五大湖泊1∶10000水下地形測量項(xiàng)目的實(shí)測數(shù)據(jù)為例，做了以下2組測試。

3．1可行性驗(yàn)證

測試隨機(jī)抽取江蘇五大湖之一高郵湖水域部分測線4條，每條測線約4km，50個(gè)測點(diǎn)。分別用常規(guī)網(wǎng)絡(luò)RTK方法與本文敘述的改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)TRK方法進(jìn)行觀測。測試從數(shù)據(jù)連續(xù)性、固定解點(diǎn)數(shù)等方面驗(yàn)證本方法的可行性（表1）。表1中，D為測線各點(diǎn)距岸邊的平均距離，單位為km；“／”前數(shù)據(jù)為常規(guī)網(wǎng)絡(luò)RTK測試結(jié)果，“／”后為改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)RTK方法的測試結(jié)果。這可以看出改進(jìn)方法在長距離范圍數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定性有了明顯提升。

3．2正確性驗(yàn)證

選取湖區(qū)控制點(diǎn)，使用改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)RTK方法算檢測各控制點(diǎn)（表2）。從檢測結(jié)果看出，此方法的RTK成果滿足相關(guān)規(guī)范的精度要求。

4結(jié)語

（1）本文所述的網(wǎng)絡(luò)RTK改進(jìn)方法降低了數(shù)據(jù)通信要求，各模塊的協(xié)同作業(yè)可以保證差分?jǐn)?shù)據(jù)的完成性，使流動站能夠正常作業(yè)，同時(shí)并不損失精度，數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定性也大幅度的增強(qiáng)，添補(bǔ)了盲區(qū)數(shù)據(jù)通信的空白，為大型湖泊水下地形測量提供了一種可操作的方法。（2）同時(shí)，這種網(wǎng)絡(luò)RTK的通信方法不僅局限于湖區(qū)的水下地形測量，在山區(qū)的工程測量、海洋觀測、海島測量等也有極大應(yīng)用前景。

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［3］楊汀．網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度影響因子與GNSS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸研究［D］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2010．

篇9

1統(tǒng)一信息網(wǎng)空間數(shù)據(jù)通信傳輸協(xié)議研究的意義

現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)通信存在諸多的不足，主要表現(xiàn)在較高的誤碼率、非對稱信道、易中斷的通信鏈路等，為了有效解決上述問題，采用了傳統(tǒng)的TCP/IP，此時(shí)的空間通信協(xié)議，雖然控制了航天任務(wù)開發(fā)、維護(hù)的成本，保證了空間信息網(wǎng)與地面互聯(lián)網(wǎng)二者間的有效互通，但也產(chǎn)生了一系列的新問題，如：對航天器的處理能力有著較高的要求，協(xié)議未能滿足空間鏈路的需求，在此情況下，空間通信問題仍較為嚴(yán)峻，制約著我國航天航空事業(yè)的發(fā)展。因此，根據(jù)空間通信的特點(diǎn)及需求，國際組織提出了空間通信協(xié)議規(guī)范，即：SCPS。當(dāng)前，我國航天航空主要采用CCSDS協(xié)議對天地間的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與處理，對SCPS協(xié)議的使用缺少廣泛性，因此，關(guān)于SCPS協(xié)議的研究需不斷完善，以此滿足我國天空地一體化信息網(wǎng)發(fā)展的需求。

2空間信息網(wǎng)構(gòu)架

在天空地一體化信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中，最為關(guān)鍵的便是飛行器組網(wǎng)技術(shù)，目前，我國的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)主要分為三類，分別為同步軌道、中低軌道及多層軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，第一類的優(yōu)點(diǎn)為組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單、衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間位置及星間鏈路較為穩(wěn)定，第二類與第三類的網(wǎng)絡(luò)中存在兩種星間鏈路，分別存在于軌內(nèi)與軌間。根據(jù)我國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況可知，衛(wèi)星組網(wǎng)難度較大，對技術(shù)有著較高的要求。為了有效解決統(tǒng)一信息網(wǎng)中飛行器的組網(wǎng)問題，本文提出了有線等效網(wǎng)絡(luò)的空間信息網(wǎng)構(gòu)架，首先，對太空中的飛行器進(jìn)行分類處理，其處理依據(jù)為區(qū)域、軌道與功能等；其次，將一顆同步衛(wèi)星和飛行器借助無線鏈路進(jìn)行連接組網(wǎng)，進(jìn)而構(gòu)成了短期有限局部區(qū)域網(wǎng)；再次，將固定飛行器，即：同步衛(wèi)星與地面站，借助鏈路連接成網(wǎng)，進(jìn)而構(gòu)成了長期穩(wěn)定的有線網(wǎng)絡(luò)；最后，將短期有限網(wǎng)絡(luò)通過切換技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的長期有線網(wǎng)，并將長期穩(wěn)定的有線網(wǎng)絡(luò)與短期穩(wěn)定的空間局域網(wǎng)進(jìn)行連接，進(jìn)而構(gòu)成空間廣域網(wǎng)[1]。本文提出了基于有線等效網(wǎng)絡(luò)的空間信息網(wǎng)架構(gòu)，它是由基于有線等效網(wǎng)絡(luò)的空間局域網(wǎng)、空間廣域網(wǎng)及越區(qū)切換協(xié)議組成的，該信息網(wǎng)對空間飛行器進(jìn)行了分級組網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上，飛行器間借助無線鏈路實(shí)現(xiàn)了連接，進(jìn)而形成了有線網(wǎng)絡(luò)，即：有線等效網(wǎng)絡(luò)。上述研究不僅滿足了統(tǒng)一信息網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)需求，同時(shí)也適應(yīng)了知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展的需要。通過天空地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的研究，實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋通信，保證了航天星-地資源的高效利用，提高了對中低軌航天器的精密測控，延伸了通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了一體化的5W通信服務(wù)。

3空間通信傳輸協(xié)議規(guī)范

在20世紀(jì)末，空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會提出了空間通信協(xié)議規(guī)范，即，SCPS，它根據(jù)空間傳輸環(huán)境的特性，對傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行了修改與擴(kuò)展，在此基礎(chǔ)上，制定了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、安全協(xié)議、傳輸協(xié)議與文件協(xié)議，SCPS實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)為Internet，通過修改與擴(kuò)充后，有效解決了空間通信中存在的問題，提高了空間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴⒂行耘c可靠性。在國外，關(guān)于SCPS的研究與應(yīng)用均較為廣泛，但在國內(nèi)，受諸多因素的影響，我國測控和通信領(lǐng)域均應(yīng)用著CCSDS標(biāo)準(zhǔn)，而對于SCPS的研究十分匱乏，在此情況下，制約著我國航天航空事業(yè)的發(fā)展，造成了大量資源的浪費(fèi)，增加了空間系統(tǒng)的成本[2]。通過SCPS傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)，滿足了當(dāng)前或未來空間通信環(huán)境的需求，此協(xié)議修改了標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，進(jìn)而有效解決了空間環(huán)境與資源限制的相關(guān)問題，具體的問題有窗口縮放比例、往返時(shí)間測量、記錄邊界指示及高度對稱通信信道性能下的應(yīng)答機(jī)制等。針對不同的通信環(huán)境，TCP提供了擴(kuò)展的有效技術(shù)，滿足了互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)的需要，當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)主要用于地面通信環(huán)境，因此，TCP側(cè)重于優(yōu)化此環(huán)境的服務(wù)。但地面和空間環(huán)境對通信協(xié)議性能的影響存在差異，空間環(huán)境下的屬性傾向于移動和無線通信，因此，SCPS應(yīng)優(yōu)化移動和無線通信社區(qū)的服務(wù)。在通信環(huán)境不同的問題得到解決后，SCPS傳輸協(xié)議要對TCP進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)范，主要體現(xiàn)在誤比特率、RTT、連接連通性、鏈路性能及內(nèi)存性能等方面[3]。

4結(jié)論

篇10

目前,國際上大量的電子商務(wù)交易均是通過分布式證書系統(tǒng)和SSL[1,2]協(xié)議來保證敏感數(shù)據(jù)的安全傳輸。許多Web客戶端軟件,如Microsoft的IE,都能支持SSL協(xié)議,因此它們能滿足大多數(shù)Web數(shù)據(jù)通信的安全需求。但是,這些軟件往往不能滿足關(guān)鍵領(lǐng)域和部門提出的更高級別的安全需要。這些部門要求采用受控的專用算法代替IE等瀏覽器軟件中采用的國際通用算法,或者采用與SSL協(xié)議不同的安全協(xié)議來保證Web數(shù)據(jù)通信的安全。為此,針對不同的Web應(yīng)用,如果將定制的安全功能集成到每個(gè)Web客戶程序中,這不但會增加Web開發(fā)的難度和復(fù)雜度,還會增加分發(fā)這些定制客戶軟件的成本與困難。究其根本原因,是不能做到安全功能的實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)。本文針對上述問題,探討如何采用技術(shù)解決Web數(shù)據(jù)的通信安全。

1安全技術(shù)

安全技術(shù)是應(yīng)安全發(fā)展的需要產(chǎn)生的一種實(shí)踐技術(shù)。隨著Internet的發(fā)展,這種技術(shù)已逐步走向成熟。簡單地說,安全就是代替客戶/服務(wù)器一方或者雙方的身份,將原本不安全的訪問(服務(wù))和數(shù)據(jù)通信,轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩摹Ｗ钤邕\(yùn)用的安全技術(shù)出現(xiàn)在應(yīng)用級的安全網(wǎng)關(guān)上。

這種安全網(wǎng)關(guān)往往被放置在防火墻的非軍事區(qū)(demilitarizedzone,DMZ),為外部用戶訪問內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)提供安全的訪問,也為內(nèi)部用戶訪問外部網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)提供安全。與SSL相同的是,安全能客戶與服務(wù)器雙方完成身份認(rèn)證,并能建立雙方通信的安全隧道。除此之外,服務(wù)器端的安全還能提供訪問控制、審計(jì)、日志記錄與分析、流量控制等安全服務(wù)。典型的安全結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1可看出,采用安全解決Web數(shù)據(jù)通信的安全問題,比采用瀏覽器自帶的SSL更靈活。它能支持自定義的身份認(rèn)證協(xié)議、自定義的訪問控制策略和自定義的加密算法,而且能將服務(wù)器具有的部分安全機(jī)制,如日志記錄和細(xì)粒度的訪問控制集中到服務(wù)上,便于安全策略的集中管理和實(shí)施,降低了由于服務(wù)器配置不當(dāng)可能導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2安全實(shí)現(xiàn)方式比較

根據(jù)安全在Internet協(xié)議層中實(shí)現(xiàn)位置的不同,可將安全劃分為表1所示的4種類型。表中列出了它們各自具有的特性。從表1中可以看出,應(yīng)用層的安全無法做到對應(yīng)用程序的透明支持。例如:假設(shè)內(nèi)網(wǎng)客戶的WWW訪問需要通過WinGate服務(wù)器,那么客戶必須修改瀏覽器的連接選項(xiàng),將客戶服務(wù)器的地址指定為提供WinGate服務(wù)的主機(jī),而且服務(wù)器所支持的服務(wù)數(shù)量和種類有限,新型服務(wù)的無法得到支持。應(yīng)用層的管理配置也很復(fù)雜。

傳輸層的安全能保障傳輸層通信協(xié)議的安全,而且能做到對上層應(yīng)用的透明。也就是說,客戶不需要修改應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)配置,以IE瀏覽器為例,客戶不用設(shè)置其連接選項(xiàng),只需要安裝并啟動客戶程序,就能實(shí)現(xiàn)對所有采用TCP、UDP通信協(xié)議的客戶程序的安全。

IPSEC[3](IPsecurity)是典型的網(wǎng)絡(luò)層安全。它針對IP協(xié)議進(jìn)行安全擴(kuò)展,只要客戶和服務(wù)器雙方均支持IPSEC標(biāo)準(zhǔn),就能對上層所有應(yīng)用提供通信安全。目前,IPSEC只支持全局地址的主機(jī),網(wǎng)絡(luò)地址翻譯(networkaddresstranslation,NAT)必須在路由器進(jìn)行IPSEC封裝前完成,因此,應(yīng)用受特定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)限制。

鏈路層的安全,如采用加密卡,鏈路級加密設(shè)備實(shí)現(xiàn)某個(gè)通信鏈路的數(shù)據(jù)加密,是最低層的安全技術(shù)。它所支持的安全功能很簡單,而且主要采用硬件實(shí)現(xiàn)。

從應(yīng)用層到鏈路層:¹安全所提供的安全服務(wù)越來越少,是因訪問控制、審計(jì)、日志記錄分析、流量控制等安全服務(wù)與具體的應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān),因此大多數(shù)安全服務(wù)更適于在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高層實(shí)現(xiàn);º安全所支持的通信協(xié)議(也可以說是應(yīng)用程序的種類)越來越多,對應(yīng)用的透明性也越來越好;»安全與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的相關(guān)性越來越大,越是低層的,訪問控制的粒度就越粗,對安全服務(wù)的管理就越困難。基于以上分析,可得出結(jié)論:采用傳輸層安全,不但能解決Web數(shù)據(jù)通信的安全,還能提供更細(xì)粒度的訪問控制、審計(jì)、日志記錄和流量控制等安全服務(wù),并且適用于各種不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3傳輸層安全的實(shí)現(xiàn)方法

針對Windows操作系統(tǒng)平臺,有2種在傳輸層實(shí)現(xiàn)客戶安全的方法。其中一種是采用Winsock的LSP[4](layerserviceprovider)機(jī)制,在傳輸層與應(yīng)用層的接口處增加一個(gè)層,把Web客戶端對Web服務(wù)器的訪問重定向到應(yīng)用層的客戶,通過客戶與服務(wù)實(shí)現(xiàn)Web客戶與服務(wù)器之間的安全通信。其原理如圖2所示。

由于這種安全的網(wǎng)絡(luò)連接重定向機(jī)制是在傳輸層實(shí)現(xiàn),因此,與應(yīng)用層透明,應(yīng)用程序不需修改任何網(wǎng)絡(luò)配置。它同時(shí)還采用Winsock的NSP(nameserviceprovider)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部虛擬域名服務(wù)。如圖2所示,以Web服務(wù)為例,假設(shè)提供內(nèi)部Web服務(wù)的主機(jī)的虛擬域名為host1,則客戶只要在瀏覽器地址欄鍵入host1,就能通過本地的虛擬NSP,將虛擬域名轉(zhuǎn)換為內(nèi)部主機(jī)的IP地址192.168.1.1,然后通過LSP,將網(wǎng)絡(luò)連接正確重定向到客戶。

采用LSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的傳輸層安全,只支持TCP、UDP協(xié)議,不能解決Windows上基于NetBIOS協(xié)議[5,6]和CIFS[7](commoninternetfilesystem)協(xié)議的/文件共享0的通信安全。這是因?yàn)榘募蚕硇畔⒌腟MB(servicemessageblock)是通過NetBIOS仿真驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)的,不經(jīng)過Winsock的LSP,如圖3所示。因此,為了對其進(jìn)行安全,要將重定向機(jī)制實(shí)現(xiàn)在TDI[4](transportdriverinterface)中。在NT中,SMB運(yùn)行于NBT(NetBIOSoverTCP/IP)上,使用UDP137、138端口和TCP139端口;在Windows2000中,SMB可直接運(yùn)行在TCP/IP上,而沒有額外的NBT層,并且使用TCP445端口。

為保證文件共享信息的安全傳輸,客戶端的TDI過濾層要實(shí)現(xiàn)對TCP139和TCP445連接的安全,將其轉(zhuǎn)發(fā)給本機(jī)的客戶,實(shí)現(xiàn)與服務(wù)的安全通信,如圖4所示。

4Web數(shù)據(jù)安全通信的實(shí)現(xiàn)方法

利用傳輸層的安全實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于Web的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全通信解決方案,如圖5所示。SSCenter:鑒別服務(wù)器。實(shí)現(xiàn)對客戶與服務(wù)的身份鑒別,并存儲用戶的帳戶和訪問授權(quán)信息。SSAdmin:鑒別服務(wù)器管理端。遠(yuǎn)程管理鑒別服務(wù)器,包括初始化、啟動、停止服務(wù)等,實(shí)現(xiàn)對用戶帳戶的管理和訪問控制授權(quán)。SSServer:服務(wù)。與客戶、鑒別服務(wù)器一起,共同完成身份鑒別、訪問控制和安全通信隧道的建立,并提供訪問日志記錄、連接負(fù)載平衡和流量控制機(jī)制。

SSClient:客戶。客戶提交Web存儲訪問請求,并轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答,與服務(wù)一起完成身份鑒別和安全隧道的建立。在這個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中,采用了基于對稱加密體制的專用身份鑒別協(xié)議,如圖6所示。其中:KA為客戶的密鑰;KB為服務(wù)的密鑰;KTemp為由客戶臨時(shí)產(chǎn)生的加密密鑰;KA(,)為采用A的密鑰加密;NA為A產(chǎn)生的動態(tài)標(biāo)識(大隨機(jī)數(shù));IDA為A的身份標(biāo)識;KAB為由AS為A、B通信產(chǎn)生的會話密鑰;AS為鑒別服務(wù)器。

設(shè)計(jì)該協(xié)議的目的有2點(diǎn):一是在保證協(xié)議安全可靠的前提下,盡量簡化身份鑒別的步驟,提高鑒別的效率;二是使鑒別服務(wù)器對客戶透明,客戶端不需要了解鑒別服務(wù)器的位置,只需與相應(yīng)的服務(wù)器打交道,簡化客戶端的配置。從圖6中可看出,該協(xié)議僅需4步就能完成客戶端與服務(wù)器雙方對等的身份鑒別,效率很高。通過BAN(burrowsabadineedham)[8]邏輯,證明了該協(xié)議是安全可靠的(限于篇幅,本文省略了證明過程)。

為了盡可能提高整個(gè)系統(tǒng)的通信效率,降低數(shù)據(jù)加密對服務(wù)器方帶寬帶來的影響,采用多臺服務(wù)器組成服務(wù)器組,以實(shí)現(xiàn)加解密負(fù)載均衡的擴(kuò)展結(jié)構(gòu);利用分級加密機(jī)制、訪問控制信息緩存等提高系統(tǒng)效率的方法[9],使最終的系統(tǒng)更能滿足實(shí)際應(yīng)用的性能需要。