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1通信系統傳輸手段

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

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

光纖通信:光纖通信是利用激光在光纖中長距離傳輸的特性進行的,具有通信容量大、通信距離長及抗干擾性強的特點。目前用于本地、長途、干線傳輸,并逐漸發展用戶光纖通信網。目前基于長波激光器和單模光纖,每路光纖通話路數超過萬門,光纖本身的通信纖力非常巨大。幾十年來,光纖通信技術發展迅速,并有各種設備應用,接入設備、光電轉換設備、傳輸設備、交換設備、網絡設備等。光纖通信設備有光電轉換單元和數字信號處理單元兩部分組成。

衛星通信:通信距離遠、傳輸容量大、覆蓋面積大、不受地域限制及高可靠性。目前,成熟技術使用模擬調制、頻分多路及頻分多址。數字衛星通信采用數字調制、時分多路及時分多址。

移動通信:GSM、CDMA。數字移動通信關鍵技術:調制技術、糾錯編碼和數字話音編碼。

2數據通信的構成原理

數據終端(DTE)有分組型終端(PT)和非分組型終端(NPT)兩大類。分組型終端有計算機、數字傳真機、智能用戶電報終端(TeLetex)、用戶分組裝拆設備(PAD)、用戶分組交換機、專用電話交換機(PABX)、可視圖文接入設備(VAP)、局域網(LAN)等各種專用終端設備;非分組型終端有個人計算機終端、可視圖文終端、用戶電報終端等各種專用終端。數據電路由傳輸信道和數據電路終端設備(DCE)組成,如果傳輸信道為模擬信道,DCE通常就是調制解調器(MODEM),它的作用是進行模擬信號和數字信號的轉換;如果傳輸信道為數字信道,DCE的作用是實現信號碼型與電平的轉換,以及線路接續控制等。傳輸信道除有模擬和數字的區分外,還有有線信道與無線信道、專用線路與交換網線路之分。交換網線路要通過呼叫過程建立連接,通信結束后再拆除;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。計算機系統中的通信控制器用于管理與數據終端相連接的所有通信線路。中央處理器用來處理由數據終端設備輸入的數據。

3數據通信的分類

3.1有線數據通信

數字數據網(DDN)。數字數據網由用戶環路、DDN節點、數字信道和網絡控制管理中心組成。DDN是利用光纖或數字微波、衛星等數字信道和數字交叉復用設備組成的數字數據傳輸網。也可以說DDN是把數據通信技術、數字通信技術、光遷通信技術以及數字交叉連接技術結合在一起的數字通信網絡。數字信道應包括用戶到網絡的連接線路,即用戶環路的傳輸也應該是數字的,但實際上也有普通電纜和雙絞線,但傳輸質量不如前。

分組交換網。分組交換網(PSPDN)是以CCITTX.25建議為基礎的,所以又稱為X.25網。它是采用存儲——轉發方式,將用戶送來的報文分成具用一定長度的數據段,并在每個數據段上加上控制信息,構成一個帶有地址的分組組合群體,在網上傳輸。分組交換網最突出的優點是在一條電路上同時可開放多條虛通路,為多個用戶同時使用,網絡具有動態路由選擇功能和先進的誤碼檢錯功能,但網絡性能較差。

幀中繼網。幀中繼網絡通常由幀中繼存取設備、幀中繼交換設備和公共幀中繼服務網3部分組成。幀中繼網是從分組交換技術發展起來的。幀中繼技術是把不同長度的用戶數據組均包封在較大的幀中繼幀內,加上尋址和控制信息后在網上傳輸。

3.2無線數據通信

無線數據通信也稱移動數據通信,它是在有線數據通信的基礎上發展起來的。有線數據通信依賴于有線傳輸,因此只適合于固定終端與計算機或計算機之間的通信。而移動數據通信是通過無線電波的傳播來傳送數據的,因而有可能實現移動狀態下的移動通信。狹義地說,移動數據通信就是計算機間或計算機與人之間的無線通信。它通過與有線數據網互聯,把有線數據網路的應用擴展到移動和便攜用戶。4網絡及其協議

4.1計算機網絡

計算機網絡(ComputerNetwork),就是通過光纜、雙絞電話線或有、無線信道將兩臺以上計算機互聯的集合。通過網絡各用戶可實現網絡資源共享,如文檔、程序、打印機和調制解調器等。計算機網絡按地理位置劃分,可分為網際網、廣域網、城域網、和局域網四種。Internet是世界上最大的網際網;廣域網一般指連接一個國家內各個地區的網絡。廣域網一般分布距離在100-1000公里之間;城域網又稱為都市網,它的覆蓋范圍一般為一個城市,方圓不超過10-100公里;局域網的地理分布則相對較小,如一棟建筑物,或一個單位、一所學校,甚至一個大房間等。

局域網是目前使用最多的計算機網絡,一個單位可使用多個局域網,如財務部門使用局域網來管理財務帳目,勞動人事部門使用局域網來管理人事檔案、各種人才信息等等。

4.2網絡協議

網絡協議是兩臺計算機之間進行網絡對話所使用的語言,網絡協議很多,有面向字符的協議、面向比特的協議,還有面向字節計數的協議,但最常用的是TCP/IP協議。它適用于由許多LAN組成的大型網絡和不需要路由選擇的小型網絡。TCP/IP協議的特點是具有開放體系結構,并且非常容易管理。

TCP/IP實際上是一種標準網絡協議,是有關協議的集合,它包括傳輸控制協議(TransportControlProtocol)和因特網協議(InternetProtocol)。TCP協議用于在應用程序之間傳送數據,IP協議用于在程序與主機之間傳送數據。由于TCP/IP具有跨平臺性,現已成為Internet的標準連接協議。網絡協議分為如下四層:網絡接口層:負責接收和發送物理幀;網絡層:負責相鄰節點之間的通信;傳輸層:負責起點到終端的通信;應用層:提供諸如文件傳輸、電子郵件等應用程序要把數據以TCP/IP協議方式從一臺計算機傳送到另一臺計算機,數據需經過上述四層通信軟件的處理才能在物理網絡中傳輸。

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網絡編碼在網絡數據通信中具有十分明顯的優勢，其理論研究價值和應用前景都是不言而喻的。世界上一些高等學府和科研機構都展開了對網絡編碼的研究，并且在多個方面取得了不小的成果。

2.1網絡協議結構

當前網絡編碼研究中涉及到的主要部分還是在網絡層方面，特別是如何有效地將路由協議與網絡編碼有機結合，是基于網絡編碼的網絡結構研究的重要方面。有一部分研究已經深入到網絡編碼如何有效結合協議結構中其他協議層，例如網絡編碼與MAC層協議或者與傳送層TCP協議等等的結合問題。因為網絡編碼的特性與傳統網絡數據通信的方式有很大的區別，所以為了不更改已普遍應用的傳統網絡協議，將網絡編碼與其融合將會遇到各種各樣新的問題，例如，它們之間的兼容性、網絡編碼對網絡協議結構是否會產生不利的影響。這些問題都是后來研究者需要解決的問題，同時也為研究基于網絡編碼的網絡協議結構提供了框架性借鑒，使得網絡編碼能夠與傳統的網絡協議有機融合，提高網絡通信性能。

2.2數據傳送模型

網絡編碼具有的最重要的功能之一就是將數據智能化處理，這主要是通過對編碼策略的設計來實現，而碼構造算法是編碼策略設計的基礎。碼構造算法主要是針對網絡中間結點的編碼方式，它需要保證目的結點能夠有效識別出傳遞的編碼信息并進行正確解碼。所以碼構造算法包含了編碼和解碼兩個內容，并且要求其算法復雜程度低，易于實施應用。碼構造算法主要有三種：代數型、線性型、隨機型。線性網絡編碼能將中間結點接受的各路信息進行線性組合，這種編碼運算較簡單，所以得到了普遍應用。

2.3路由協議

基于網絡編碼的路由協議的優化設計能夠有效提高網絡數據的傳遞效率和性能，它是能夠將網絡編碼應用到實際中的重要基礎，而且將路由協議與網絡編碼進行更高層次的融合是十分重要的研究課題，可以為以后開發新的網絡提供借鑒和指導。基于網絡編碼的路由協議研究主要有兩個方面：獨立路由協議和編碼感知的路由協議，它們主要的不同點是路由協議產生的過程中能否主動編碼，也就是說路由協議是否能夠提高編碼的利用效率。

2.4數據傳輸性能保障機制

實際應用中，網絡環境復雜多變，數據傳輸的突然性和網絡拓撲結構不穩定都可能導致數據傳輸出現不穩定的狀況，例如造成數據丟失或者傳輸延遲等。所以基于網絡編碼的數據傳輸技術的開發應該結合實際的網絡環境，研究出能確保數據正確傳輸的保障機制和編碼策略，尤其需要盡可能減少數據傳輸的延遲時間和保證數據可靠傳輸。所以，基于網絡編碼的數據通信中，利用QoS保證機制是當前研究的重要課題之一。當前已研究出來幾個解決方案，比如建立數據延遲時間的模型，從模型中找出延遲的解決方案；利用多速率編碼器來分析各路中傳輸速率不同的數據，從而減小數據在編碼器中的傳輸時間。

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1.2　信噪比

在長距離通信系統中，光放大器在放大光信號的同時，會產生一定程度的自發輻射放大噪聲，由于線路的長度較長，因此會產生較大的損耗，信號衰減十分嚴重，在經過放大器放大之后，這種放大噪聲很可能與信號能量非常接近，導致接收端無法正常的分辨信號，影響系統的正常運行。針對這類問題，一般在前置放大器中加裝濾波器，這樣能夠過濾掉信號光周邊的部分噪聲信號，從而提高信噪比。

1.3　功率

在超長距離通信系統中，光纖信號在傳輸時，由于光波與傳播媒介之間的相互作用會導致光能發生一定程度的衰減，當能量衰減到一定程度之后，接收端無法從噪聲中正確的辨識出光信號，限制正常的光通信。針對這些問題，一般通過功率補償的方式來降低信號衰減所產生的損耗。目前在超長距離通信系統中采用的最主要手段是EDFA。EDFA分為功率放大器和前置放大器，其中功率放大器通常配置在傳輸系統的發射端后，以最大限度提升發射功率，前置放大器通常配置在接收端前，主要作用是提高接收靈敏度。當通信線路的長度達到一定距離后，僅僅采用功率放大器和前置放大器很難保證接收端正常的接收信號，此時需要在該方法的基礎上對光源進行附加調制或采用外接調制器進行附加調相，從而增大入射光的譜寬。目前，該方法在國家電網以及南方電網的超高壓輸電公司中得到了較好的應用。

二、超長距離通信技術在電力系統中的應用方案

我國的超長距離通信從2007年開始試驗，最初是由光迅科技與南方電網超高壓輸電公司進行合作所進行的長度為345km的2.5Gbit/s的超長距離無中繼通信工程，該段線路中配置了FEC、EDFA、RFA及光柵型DCM，系統保持了3個月的試運行，其整個運行過程的測試結果均十分良好。南方電網在“十一五”黔電送粵施秉——賢令山500kV輸電工程中，對上述技術進行了廣泛的使用，在該輸電工程中，采用超長距離通信技術的線路跨度長達318km。系統從2008年7月開始運行以來，一直保持十分穩定的工作狀態，此系統也是我國到目前為止唯一沒有設置中繼站而傳輸距離超過300km的實際工程。根據設計中的預算，相對于實際已建成的系統而言，采用中繼站將會增加約200萬元的成本。由此也可以看出，通過超長距無中繼通信技術在電力系統中的運用，能夠使電力通信系統的經濟性及運行可靠性大大提升，同時也使得通信系統的維護難度大幅度降低。此后，該技術在多項電力通信工程中得到廣泛應用。

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1.2有線通訊弊端

滑觸線碳刷滑動取電技術雖然已經非常成熟，但使用上存在先天不足，碳刷與滑線之間的可靠緊密接觸依賴碳刷組件上的彈簧壓緊機構來實現。碳刷彈簧機構的調整，不宜過松，更不宜過緊，很難達到一個理想的平衡狀態，只能周而復始地定期檢查、調整、更換碳刷和滑線。環形空中自行小車通過集電器上的碳刷在滑觸線上采集/傳輸控制信號。自行小車抓取工件升降的過程中會產生抖動，碳刷隨之也會發生抖動，造成信號丟失、通訊中斷，使系統的可靠性降低。另外，自行小車在環行線軌道上左右擺動和上下晃動極易導致滑線與碳刷接觸不良，經常造成總線通訊信號掉線，產生通訊中斷、信號丟失、網絡報警等故障，故障率一直很高。環線空中自行小車長期運行后，碳刷和滑觸線磨損，導致碳刷破裂、接觸不良，也會使控制信號丟失。此外，碳刷長期和滑觸線摩擦，大量碳粉會滯留在滑觸線分段處或滑觸線上，造成信號的誤傳輸，使系統的可靠性降低。另外，這種碳刷滑動通訊方式極易導致碳刷磨損、拉壞，需頻繁更換大量碳刷和滑線，維修成本很高。

2無線通信方案設計

2.1無線解決方案的構想

自行小車線控制系統改造是在仍生產使用的老線原有基礎上進行升級改造，改造難度大，而且改造時間很短，改造還受到原有老系統的限制，風險很大。我們的方案規劃始終圍繞著：確保可靠性，減少現場施工量，減少編程調試時間，并且實現全信息采集的出發點進行。我們的改造原則是：保持原控制系統硬件主體結構不變，在此基礎上，在控制系統局部增加、配置新的模塊和電路，從而實現無線通信功能，以較低成本投入，達到高的效益和產出，有利于維護系統的穩定、可靠和安全，最終達到改造的目的。我們選用最先進的無線網絡通信技術,通過無線網絡通信來解決滑觸線數據通信受限非常適合，無線的優勢特點也很好地滿足了我們此次改造的需求。經過測試無線通信覆蓋區域、信號強度、抗干擾、實時性及數據交換量對網絡速度的影響等多方面性能指標，通過后，最終我們確定采用邦納電氣的ModbusRTU無線技術和產品。

2.2ModbusRTU無線技術特征

近年來，隨著控制技術、計算機技術、通訊技術、網絡技術的飛速發展，自動化控制領域開始出現了基于網絡通訊的開放型無線通信控制技術，其特點是可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強、通訊速度快、數據傳輸量大、維護成本低。無線控制技術打破了傳統有線控制系統的結構形式，在適用范圍、可擴展性、可維護性以及抗故障能力方面，較之現場總線控制系統和計算機控制系統都有明顯的優勢。無線通訊是未來自動化發展的趨勢之一，應用越來越廣泛。ModbusRTU是為PLC設計的一種通信協議，可以很方便地進行Modbus網絡組態。DataRadio是美國邦納公司最新開發出來的系列無線產品，是一種工作在2.4GHzISM頻段的工業無線串口通訊設備，遵循ModbusRTU傳輸協議，用于工業無線局域網的通訊，用于擴展Modbus工業網絡或串行通訊網絡的通訊距離，具有安全、可靠、耐用、高速、高效的特點，可以替代有線和傳統通訊中所使用的硬接線，實現可靠的通信連接。它采用ModbusRTU傳送模式，可與Modbus串行網絡實現無縫連接。

2.3新無線方案的總體構思

新無線方案中，可以完全取消2極信號滑線、2個主導軌放大器、6個小車放大器和24片小車信號碳刷，取而代之的是主站DataRadio無線模塊和從站DataRadio無線模塊。在主控系統DP主站一側設置協議轉換器，將DP主站發送給DP從站的通訊數據轉換為Modbus協議，通過主站DataRadio，將數據發送給小車上的從站DataRadio，從站DataRadio接收到數據以后，通過從站上的協議轉換器，將無線MODBUS協議的數據再轉換為PROFIBUS總線數據，傳送給小車ET200SDP從站。ET200S接收到此數據后就可進行處理和調用。

3無線通信系統的實現

3.1地面主控系統

地面主控系統以S7-300PLC為主控核心，以CPU315-2DP為profibus-DP總線網絡的主站，處理所有地面與小車、小車與小車之間以及輸送系統與工藝設備的數據交換及生產線的所有信息采集與監控。由于PROFIBUS總線協議無法實現無線傳輸，要實現無線通信，必須將PROFIBUS總線協議轉換為ModbusRTU協議，而邦納的DaTaRadio無線產品支持ModbusRTU無線協議。因此，我們在主控系統中，配置了一個NT50-DP-RS協議轉換器和一個邦納DataRadio無線收發器。NT50轉換器用于將S7-300PLC一側的Profibus總線協議轉換為ModbusRTU協議，提供給無線收發器使用。主DataRadio無線收發器遵循ModbusRTU協議，以無線方式向三個小車上的從DataRadio發送和接受通信數據。

3.2車載控制系統

六臺小車的車載控制系統以ET200SPLC為核心，以IM151-7CPU為Profibus-DP總線網絡的從站，完成小車啟動、停止、前進、后退，吊具的上升下降、夾緊松開及各工序工藝時間的控制，實現小車的智能化。我們在車載控制系統中，同樣配置了一個NT50轉換器和一個從DataRadio無線收發器。小車從DataRadio用于接收來自主DataRadio以ModbusRTU協議方式發送過來的無線通信數據，再將此無線數據以ModbusRTU協議有線方式傳送給NT50轉換器，NT50轉換器對收到的數據進行處理轉換，將ModbusRTU協議轉換為Profibus-DP協議，再將數據以Profibus協議有線方式傳遞給小車的ET200SPLCDP從站進行處理，從而實現車載PLC與地面主控PLC的數據交換。

3.3無線通信網絡架構的建立

我們根據兩條環行線分布特性，首先分段布控，先建單網，再建雙網，最后雙網聯控，建立“一控三雙向同步收發”機制，開發出“自行小車—控三雙向同步收發Modbus-RTU無線通訊雙網絡控制系統”。我們在總裝環形線和底板環行線各自分布特點的基礎上，建立兩個各自獨立的網絡，分別控制總裝環形線三臺自行小車和底板環行線三臺自行小車。這樣，信號通信強度大大增強，信號的抗電磁干擾能力也大大提高，這種雙網絡無線架構大大提高了通信的穩定性和可靠性。兩個網絡在內部各自獨立，單獨控制，互不干擾，互無影響，但在外部都在S7-300PLC的統一控制之下，又是互相聯系的，即單控又聯控，各有職責分工，在主控PLC的統一控制和調度下協調、有序、順暢地工作。總裝無線網絡和底板無線網絡在結構上完全相同，只是網絡參數和地址設定有所不同，下面以底板無線網絡為例進行說明。

4通信程序的開發

我們在主控系統DP主站的CPU和小車DP從站的CPU中分別開發編制了通信控制程序，二者的通信程序基本相同，只是雙方的輸入地址區和輸出地址區正好顛倒，主控系統的輸入區連接自行小車的輸出區，主控系統的輸出區連接自行小車的輸入區。我們首先將主控系統DP主站所有要發送給小車DP從站的數據打包，集中存儲在CPU的DB12數據塊中，再在程序中調用系統標準功能塊SFC15數據寫入程序，CPU在PLC主站的過程映像地址區分配輸出地址W#16#34，即24字節輸出映像區PQB52-PQB75。在SFC15寫數據命令下，CPU將程序中DB12數據塊中的數據先打包，再通過主站的PQB52-PQB75輸出映像區集中發送出去。在小車PLC程序中，需要調用系統標準功能塊SFC14數據讀出程序，在小車PLC從站的過程映像地址區分配輸入地址W#16#40，即24字節輸入映像區PIB64-PIB87，用來接收主站發送過來的數據。在SFC14讀數據命令下，CPU將輸入地址區PIB64-PIB87接收到的打包數據再集中解包，存儲到CPU程序中的DB27數據塊中，可供主控系統PLC各程序調用。同理，自行小車將發送給主控系統的數據先集中打包到DB11數據塊中，在小車CPU的SFC15寫數據命令下，CPU為地址映像區分配輸出地址W#16#D，即24字節輸出映像區PQB13-PQB37，指定此接口用來發送數據。在主控系統一端，CPU在SFC14讀數據命令下，為地址映像區分配24字節輸入地址區PIB13-PIB37，指定該接口接收數據。輸入地址區接收到來自小車的數據后，先解包再存儲到DB13數據塊中。

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無線網絡技術涵蓋的范圍很廣，既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數據網絡，也包括為近距離無線連接進行優化的紅外線技術及射頻技術。通常用于無線網絡的設備包括便攜式計算機、臺式計算機、手持計算機、個人數字助理(PDA)、移動電話、筆式計算機和尋呼機。無線技術用于多種實際用途。例如，手機用戶可以使用移動電話查看電子郵件。使用便攜式計算機的旅客可以通過安裝在機場、火車站和其他公共場所的基站連接到Internet。在家中，用戶可以連接桌面設備來同步數據和發送文件。

二、無線網絡的標準

為了解決各種無線網絡設備互連的問題，美國電機電子工程師協會(IEEE)推出了IEEE802.11無線協議標注。目前802.11主要有802.11b、802.11a、802.11g三個標準。最開始推出的是802,11b，它的傳輸速度為lIMB／s，最大距離室外300米，室內約50米。因為它的連接速度比較低，隨后推出了802.11a標準，它的連接速度可達54MB／s。但由于兩者不互相兼容，致使一些早已購買802.11b標準的無線網絡設備在新的802，11a網絡中不能用，所以IEEE又正式推出了完全兼容802.11b標準且與802.11a速率上兼容的802.11g標準，這樣通過802.11g，原有的802.11b和802.11a兩種標準的設備就可以在同一網絡中使用。IEEE802.11g同802.11b一樣，也工作在2.4GHz頻段內，比現在通用的802.11b速度要快出5倍，并且與802，11完全兼容，在選購設備時建議弄清是否支持該協議標準。選擇適合自己的，802.11g標準現在已經開始普及。

三、無線網絡類型

(一)無線廣域網(WWAN)。無限廣域網技術可使用戶通過遠程公用網絡或專用網絡建立無線網絡連接。通過使用由無線服務提供商負責維護的若干天線基站或衛星系統，這些連接可以覆蓋廣大的地理區域，例如若干城市或者國家(地區)。目前的WWAN技術被稱為第二代(2G)系統。2G系統主要包括移動通信全球系統(GSM)、蜂窩式數字分組數據(CDPD)和碼分多址(CDMA)。現在正努力從2G網絡向第三代(3G)技術過渡。一些2G網絡限制了漫游功能并且相互不兼容；而第三代(3G)技術將執行全球標準，并提供全球漫游功能。ITU正積極促進3G全球標準的指定。

(二)無線局域網(WLAN)。無線局域網技術可以使用戶在本地創建無線連接(例如，在公司或校園的大樓里，或在某個公共場所，如機場)。WLAN可用于臨時辦公室或其他無法大范圍布線的場所，或者用于增強現有的LAN，使用戶可以在不同時間、在辦公樓的不同地方工作。WLAN以兩種不同方式運行。在基礎結構WLAN中，無線站(具有無線電網卡或外置調制解調器的設備)連接到無線接入點，后者在無線站與現有網絡中樞之間起橋梁作用。在點對點(臨時)WLAN中，有限區域(例如會議室)內的幾個用戶可以在不需要訪問網絡資源時建立臨時網絡，而無需使用接入點。

(三)無線個人網(WPAN)。無線個人網技術使用戶能夠為個人操作空間(POS)設備(如PDA、移動電話和筆記本電腦等)創建臨時無線通訊。POS指的是以個人為中心，最大距離為10米的一個空間范圍。目前，兩個主要的胛AN技術是“Bluetooth”和紅外線。“Bluetooth”是一種電纜替代技術，可以在30英尺以內使用無線電波傳送數據。Bluetooth數據可以穿過墻壁、口袋和公文包進行傳輸。“Bluetooth專門利益組(SIG)”推動著“Bluetooth”技術的發展，于1999年了Bluetooth版本1.0規范。作為替代方案，要近距離(一米以內)連接設備，用戶還可以創建紅外鏈接。

為了規范無線個人網技術的發展，IEEE已為無線個人網成立了802.15工作組。該工作組正在發展基于Bluetooth版本1.0規范的WPAN標準。該標準草案的主要目標是低復雜性、低能耗、交互性強并且能與802.11網絡共存。

無線個人網和無線局域網并不一樣。無線個人網是以個人為中心來使用的無線個人區域網，它實際上就是一個低功率、小范圍、低速度和低價格的電纜替代技術。但無線局域網卻是同時為許多用戶服務的無線網絡，它是一個大功率、中等范圍、高速率的局域網。

最早使用的WPAN是1994年愛立信公司推出的藍牙系統，其標準是[EEE802.15.1[w-BLUE]。藍牙的數據率為720kb／s，通信范圍在10米左右。為了適應不同用戶的需求，無線個人網還定義了另外兩種低速WPAN和高速WPAN。

(四)無線城域網(WMAN)。無線城域網技術使用戶可以在城區的多個場所之間創建無線連接(例如，在一個城市或大學校園的多個辦公樓之間)，而不必花費高昂的費用鋪設光纜、銅質電纜和租用線路。此外，當有線網絡的主要租賃線路不能使用時，WWAN還可以作備用網絡使用。WWAN使用無線電波或紅外光波傳送數據。為用戶提供高速Internet接入的寬帶無線接入網絡的需求量正日益增長。盡管目前正在使用各種不同技術，例如多路多點分布服務(MMDS)和本地多點分布服務(LMDS)，但負責制定寬帶無線訪問標準的IEEE802.16工作組仍在開發規范以便實現這些技術的標準化。

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三取二安全計算機邏輯運算模塊的運行周期為600ms，該模塊按照周期進行數據接收、數據處理、數據輸出。在第n個周期，MPU上的控制邏輯運算模塊從雙口RAM接收到數據后，放到邏輯接收緩沖區；從邏輯接收緩沖區取出n－1個周期的數據并進行邏輯處理；將n－2個周期的邏輯處理結果，從邏輯發送緩沖區中取出，放到雙口RAM中。MPU上的控制邏輯運算模塊對安全數據進行邏輯處理的時間不超過300ms，如果超過，就會影響MPU接收或者發送數據。同樣，MPU上的控制邏輯運算模塊接收、發送數據超過300ms，也會影響邏輯處理功能。在接收發送處理階段，300ms中的280ms被分為20個發送接收子周期，每一個子周期的時間為14ms。在HCU中，也是按照同樣的運行節拍從雙口RAM中寫入或讀出數據。MPU與HCU之間交互的數據，按照預先定義的雙口RAM交換數據幀進行。數據幀定義略———編者注。

1．2數據接收

HCU通過網絡接口接收到數據后，對數據進行預處理，按照交換數據幀進行數據組包。根據當前周期號設置“cycle”，同時確定該數據包需要被放到D、E、F三個區塊中寫入區塊角色標志“role”，將“flag”設置為1（即為輸入），并交換數據幀的其他字段，按照源網絡數據包中的信息進行設置。HCU根據當前周期號確定在接收環形緩沖區中的寫入區塊后，將組包之后的交換數據幀放到寫入區塊中。MPU根據當前周期號確定在接收環形緩沖區中的讀出區塊后，從讀出區塊中獲取交換數據幀，然后對數據幀進行解包，并通過“cycle”、“role”、“flag”、“safety”、“crc”等信息來驗證數據幀的唯一性和正確性，正常的數據幀被放到邏輯接收緩沖區，異常的數據幀被丟棄。同時MPU根據當前周期號，確定在接收環形緩沖區中的測試區塊，利用內存檢測算法對測試區塊進行雙口RAM內存區塊檢測。

1．3數據發送

在當前周期的600ms內，MPU進行邏輯運算處理在300ms內完成后，MPU從邏輯發送緩沖區中讀取上個周期的邏輯處理結果數據，并對結果數據進行預處理，按照交換數據幀進行數據組包。根據當前周期號設置“cycle”，同時確定該數據包需要被放到A、B、C三個區塊中寫入區塊角色標志“role”，將“flag”設置為1（即為輸入），并交換數據幀的其他字段，按照源網絡數據包中的信息進行設置。MPU根據當前周期號，確定在發送環形緩沖區中的寫入區塊后，將組包之后的交換數據幀放到寫入區塊中。HCU根據當前周期號，確定在接收環形緩沖區中的讀出區塊后，從讀出區塊中獲取交換數據幀，然后對數據幀進行解包，并通過“cycle”、“role”、“flag”、“safety”、“crc”等信息來驗證數據幀的唯一性和正確性，驗證數據幀的正確性。異常的數據幀被丟棄，正常的數據幀按照網絡數據幀進行組包，并通過網絡發送給軌旁設備或者車載控制器。同時HCU根據當前周期號，確定在發送環形緩沖區中的測試區塊，利用內存檢測算法對測試區塊進行雙口RAM內存區塊檢測。

1．4區塊角色輪換

雙口RAM的發送與接收環形緩沖區的3個區塊，在任意一個周期都只能處于讀出、寫入、測試3種中的某一種角色，而且這3個角色進行周期輪換，區塊角色輪換表略———編者注。MPU與HCU通過雙口RAM區塊角色進行數據交互的步驟略———編者注。MPU與HCU通過相同的外部時鐘中斷來驅動數據處理軟件模塊的運行，MPU與HCU在對雙口RAM進行訪問時可以做到同步、流水線作業。在同一個處理周期內，發送環形緩沖區或者接收環形緩沖區中任何一個區塊都有明確固定的角色，MPU板和HCU板不會同時訪問操作相同區塊，只有一個板卡對特定區塊進行訪問，從而解決了雙口RAM的訪問沖突問題，不需要另外采取硬件仲裁、軟件仲裁或者信號量交互等手段。

1．5雙口RAM檢測

應用在三取二安全計算機中雙口RAM可能存在一些功能性缺陷。無論門級電子元件的制造缺陷，還是板卡電路級的設計錯誤，都可能導致雙口RAM的存儲功能性故障，從而降低其功能完整性和可靠性。雙口RAM存儲單元具有多種類型的故障略———編者注。實際項目應用中，開發人員需要關注雙口RAM存儲功能的完整性和可靠性，可以通過存儲器檢測算法來對其進行檢測和診斷，能夠及時地發現和定位雙口RAM的存儲功能故障，并及時采取相應的措施，避免因雙口RAM存儲單元的數據錯誤導致的嚴重后果。本文采用硬件BIST架構（HBIST），在硬件電路中設計專門的硬件邏輯部件來對內存進行測試，其圖形測試向量有專門的硬件電路模塊生成，自動對內存的各種功能故障進行測試，硬件架構內建測試的內存故障測試覆蓋率高，而且測試速度快，設計選取的圖形測試向量主要用于覆蓋高層次的內存故障，如NPSF、CF、DRF。HBIST利用March－TB內存測試算法對系統的內存進行測試，使用硬件HBIST電路來生成圖形測試向量，并由硬件HBIST電路來進行測試，HBIST測試電路模型略———編者注。在硬件BIST處于非工作狀態時，會拉低BIST的時鐘信號，BIST電路進入休眠狀態。當系統在夜間進入非繁忙狀態，會產生BIST＿MODE信號，來激活BIST電路的BIST模式控制器，并拉高時鐘信號，BIST模式控制器發出控制信號，會接管對整個RAM的訪問控制，并對RAM開始進行測試。BIST模式控制器控制測試向量產生器、地址與數據生成邏輯工作，產生相應的測試向量對RAM進行測試。同時，并將測試結果在BIST結果比較器中進行比較，如果發現異常，退出BIST＿MODE模式，通知MPU測試異常，MPU產生相應的告警和錯誤處理。HBIST在進行內存檢測時一共具有4種狀態：idle、test、error、wait。idle表示處于等待測試數據進行測試的空閑狀態；test表示獲得測試向量對相應內存單元進行測試；error表示檢測到內存單元出錯；wait表示處于休眠狀態，等待CPU模塊激活HBIST。HBIST狀態機的狀態轉移圖略———編者注。HBIST狀態機的VHDL程序略———編者注。在測試的過程中，通過植入內存故障，并用邏輯分析儀獲取出錯信號，硬件BIST模塊檢測內存出錯圖如圖3所示。圓圈里面的測試結果與期望結果不一致，內存檢測出錯。

1．6數據交互軟硬件設計

雙口RAM是雙端口SRAM芯片，本設計采用CY7C028V－15AXI，讀寫速度最高為15ns，數據容量為64K×16位。雙口RAM連接HCU板的一端為MPC8247的LO－CALBUS總線，連接MPU板的一端為CPCI總線橋接芯片的LOCALBUS總線，HCU可以直接通過LOCALBUS總線訪問雙口RAM，而MPU板通過PCI總線訪問，其中還有控制信號，如片選、讀寫、中斷、BUSY信號等。雙口RAM交互電路圖略———編者注。在MPU和HCU中，通過設計的軟件模塊，來完成雙口RAM的訪問操作。雙口RAM的MPU上軟件交互關鍵代碼略———編者注。

篇7

1.2.1數據分割

協議從應用程序接口獲取應用程序提供的數據并以流式數據寫入發送方數據緩沖區；然后以事先設定的數據分割長度取數據，長度不足的部分則全部取出，取數據指針移動相應距離。

1.2.2報文組裝

報文的組裝過程如下：

（1）計算取出數據的長度，填入報文第1、2字節；

（2）報文第3~6字節全部置0；

（3）計算報文序號GH；

（4）計算校驗和，從第1字節開始，每兩個字節為一個單元進行分割，末尾不足兩字節則在其后補0，再將這些單元進行二進制反碼求和，結果存在檢驗和字段中第3、4字節；

（5）將取出的數據接在報文頭部后面，將整個報文寫入報文緩沖區。

1.2.3報文拆分

報文拆分的具體步驟如下：

（1）從報文緩沖區按報文長度獲取報文數據；

（2）計算校驗和，方法同報文組裝里的計算方法：如果校驗和不為0xFFFF，則傳輸過程中發生差錯，丟棄此報文；如果校驗和為0xFFFF，取出報文長度及報文序號，計算數據部長度，取出數據。

1.2.4數據拼接

將從報文取出的數據填入接收方數據緩沖區，寫數據指針移動相應距離；接收完最后一個數據后，協議將數據緩沖區中的數據提供給上層應用程序，寫數據指針恢復初始值。

1.3數據報傳輸過程

數據報傳輸情況分為考慮定時器超時和不考慮定時器超時兩種，定時器超時處理應屬于中斷調用。

1.3.1傳輸過程數據報傳輸過程如下：

（1）在進行數據報傳輸前，發送方將數據分割并裝進報文，ACK置為0x0000，計算報文序號，再將報文送入報文緩沖區。

（2）開始發送時，串口按已經設定的工作方式和波特率工作，從報文緩沖區獲取報文數據并發送。

（3）發送方發送完畢一個數據報后，停止發送，啟動定時器計時，準備接收響應。

（4）接收方串口接收數據并填入報文緩沖區。

（5）接收方從報文緩沖區獲取報文數據，進行校驗：

①若接收方校驗結果為正確，則取出數據；若接收的ACK=0x0011并且收到的序號等于前面一個報文的序號，則將數據覆蓋到前一塊數據，否則將數據填入數據緩沖區；記錄報文序號，發送數據部為空、ACK=0x1111的報文。

②若接收方校驗結果為錯誤，則丟棄數據報，發送數據部為空、ACK=0x1110的報文，通知發送方重發。

（6）接收方每次處理完數據報均初始化并啟動定時器計時，剛收到數據報時關閉定時器。

（7）發送方收到響應報文，校驗通過則關閉定時器，獲取ACK，若ACK=0x1111，則發送下一個數據報；若ACK=0x1110，則重發當前數據報（ACK置0x0011）。如果校驗不通過就丟棄此數據報，仍保持定時器計時。

（8）雙方重復以上步驟直到最后一個報文發送完畢。

（9）發送方發送最后一個報文完成后，發送數據部為空、ACK=0x0001的報文提示數據傳輸完畢，若此報文發送后收到重傳響應，則重發此數據報（ACK仍置0x0001）。

1.3.2定時器超時處理

若發送方定時器達到發送方超時等待時間仍未收到響應報文，則重傳當前數據報（ACK置0x0011），連續超時三次還沒收到應答則停止發送數據報，清空報文緩沖區和數據緩沖區，并向應用程序返回通信失敗。若接收方定時器達到接收方超時等待時間仍未收到報文，清空報文緩沖區和數據緩沖區，關閉定時器，并向上層應用程序返回通信失敗。

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玩具書的形態不同于普通圖畫書，其造型奇特，可翻轉掀拉，挖洞拼貼；有輪子可轉動，按鍵可發聲，觸摸可發光；還可以加上聲、光、電裝置，能立體再現故事場景。因其能和兒童互動，充分滿足兒童的好奇心理，探索精神，是最佳的智力開發玩具。

一、玩具書的發展歷史

玩具書在國外曾被稱為movablebooks、mechanicalbooks、pop-upbooks等，至今已有幾百年的歷史。沒有人知道世界上第一個發明玩具書的人是誰，但據記載最早的是l3世紀的西班牙神秘主義學者和詩人RamonLlullofMajorca，他在書中使用了一個可以轉動的圓形插圖來說明他的理論。直到l8世紀，這種書中的特殊裝置被用于兒童圖書，逐漸發展成現在新奇古怪的pop-up。1810年，倫敦出版商S.&J.Fuller出版一種新穎的手工制作的玩具書“PaperDollBooks”(娃娃書)，此系列玩具書成為19世紀早期的典型作品，但其售價昂貴，只有貴族家的孩子才玩得起。

真正開始大批量生產玩具書的是Dean&Son公司，這是成立于倫敦的一家出版公司，他們在186O至1900年期間，出版了大量的movablebooks，并改革了玩具書的生產模式，成立了專門的紙工程部門，來設計制作書中的紙機械裝置。他們還運用了新的技術，書中的多個人物可隨著故事情節諧調一致的活動；書中的插圖能呈現三維立體的效果；還有的書中有可以活動的百葉窗，可變換顏色和內容。

真正開始使用“POP-UP”(玩具書)一詞的是1930年代美國的BLUERIBBON出版社，他們為迪斯尼的卡通角色們制作玩具書時，就用了“POP-UP”一詞。此后，大部份英語系的兒童立體書，也都會冠上“POP-UP”來區別一般的兒童圖畫書。20世紀50年代末，捷克首都布拉格的Artia公司對玩具書進行了一系列引人注目的革新。他們的玩具書大量銷往歐洲市場。20世紀60年代中期，GraphicsInternational公司的總裁，WaldoHunt，受到捷克人的啟發，在美國的玩具書市場出版了許多圖書。此后，玩具書市場又開始復興起來，直到現在，全世界的玩具書市場一片繁榮，光英國每年就有二三百本玩具書出品。20世紀60年代以后，玩具書制作得越來越精美復雜。打開書本，就象打開了個立體舞臺，機關驚奇巧妙，書中還加入音樂、燈光、香味、聲音、玩偶等裝置。

現階段的玩具書己不同于上個世紀的立體書，翻翻書的樣子，它已越來越向益智類玩具所靠攏，并且有的已形成一類單獨的玩具品牌，如早教機，是一個翻開的書本形狀的底盤，書的內頁是可更換的卡片，觸動卡片的相應部位，就能發出人聲朗讀的詞語，兒歌，故事等。現在的玩具書在材質上更是推陳出新，如布制的小汽車造形的玩具書，內頁可以翻閱。如運用了草，麻，動物皮毛等多種材質栩栩如生的再現可愛的小貓在籃中的形象。此外還有塑料制成的，不怕浸水，不怕撕、咬，在小孩洗澡時也可以玩的洗澡書。

二、兒童玩具書的設計方法

一個人的一生成長中，幼年的感性體驗對其一生具有重要影響，由于玩具可促進兒童感覺器官發育、智力發展，寓教于樂，尤其是玩具書更受到家長和兒童的歡迎，它能提高兒童的認知理解能力、創造思維能力、想象能力及注意力等，同時能開擴視野，激發兒童的歡樂情緒，培養良好品德，更能在潛移默化中培養兒童的閱讀興趣，為良好學習習慣打下基礎。

兒童玩具書的設計同樣要考慮產品的品牌、造型、色彩、材料、包裝等因素，更要考慮兒童玩具應具有的安全性、適齡性、啟發性、娛樂性、生動性、激勵性、藝術性等特點。同時，因為兒童玩具書還具備書籍的某些特征，設計時也要借鑒書籍裝幀設計的某些方法，如文字編排、插圖繪制、色彩搭配等。重要的是找到“玩具”與“書”的結合點，兼顧娛樂性與教育性。此外，兒童因年齡、性別、性格、環境、喜好的不同，設計應具有多樣性和個性。

1.兒童的心理、生理特點是創新的基礎

兒童各階段的生理發育特點、心理發育狀況是創新設計的基礎。人機工程學是工業設計的重要課題，人性化設計更是玩具設計人員的必備素養。兒童的生理發育迅速，手的靈活程度，手、腦的協調程度，語言能力的發展、心理特點等，各年齡段差別很大。這就要求玩具書設計人員充分了解各年齡段兒童的需求，周密考慮，設計出有針對性的玩具書。

2.在我國的古老文化和民間藝術中尋找靈感

本民族的傳統文化和藝術特色是玩具書設計的重要源泉。玩具書的形態具有很強的時代性，同時代的審美傾向和科技水平影響著玩具書的外部造型和內部裝置，但是玩具書的內容卻是文化的積淀，故事情節和插圖設計都帶有各民族的特色。因此，玩具書的設計具有強烈的個性特征。我國的上古神話、民間傳說、成語故事資源豐富，更有享譽世界的花木蘭、孫悟空等藝術形象，這些都為玩具書的內容和插圖設計提供了豐富的材料。我國民間美術資源豐富，老少喜聞樂見的皮影戲、木偶戲，人物造型夸張、裝飾性強，可為玩具書的造形設計提供有益借鑒。我國的年畫藝術色彩飽和、裝飾性強、視覺沖擊力強，受到兒童的喜愛，也可以為玩具書的色彩設計提供借鑒。

3.天然材質更適宜兒童使用

天然材質的應用手法可為玩具書的材質創新提供借鑒。紙、竹、麻制品在我國的使用歷史悠久，結繩、捆扎、烘烤、上漆等應用形式多樣，《考工記》和《天工開物》中有大量記載，這些自然材料的使用已出現在兒童玩具書的設計中，它們正是適用于兒童的綠色環保材料。

參考文獻:

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1.3移動天線射頻移動天線射頻技術中的設備根據俯仰角度不同，分為全向天線與定向天線兩種類型。全向天線由于覆蓋范圍大，發射功率低，所以容易受到大氣層中電磁波的干擾，使傳輸的數據信號失真，這種設備多用于油田空曠地區。定向天線覆蓋范圍小，傳輸距離遠，但是發射的功率信號只能朝一個傳播方向，如果在大型油田建筑群體設立單獨的定向天線，發射的信號就會被障礙物吸收，因此每個建筑通常設立3個天線，每個定向天線覆蓋的范圍為120°，組成一個全向覆蓋范圍區域。每個定向天線的俯仰角度控制在15°范圍內，定向發射的頻率為8000Hz。在發射射頻功率過程中，發揮主要功能的設備為耦合器，其結構組成為直流耦合端、輸入端、隔離端及耦合輸出端。

2TD—LTE技術的應用

2.1數據傳輸信道TD—LTE無線通信系統的傳輸信道分成等間隔的32個信道，其中上行信道16個，下行信道16個。上行信道負責數據的編碼，下行信道負責數據的傳輸。上行信道具有數據信息編碼和譯碼功能，可以在數據編碼過程中添加冗余碼和糾錯碼。在數據字符串間添加冗余碼的過程中，上行信道會根據冗余碼的排列順序進行翻譯，若對等的字符串沒有得到有效的翻譯，編碼器便會重新接收冗余碼，再一次進行翻譯表達，直到油田數據終端設備接收到的數據信息與信源設備輸出的信息一致，才會完成對數據信息的譯碼。

2.2油田數據傳輸系統無線局域網無線局域網的組建要根據不同的IP地址進行劃分，以達到共享石油專網內的數據資源的目的。IP地址段分為4個區域段，A類IP地址段為0~127，B類IP地址段為128~191，C類IP地址段為192~223，D類IP地址段為224~239，每個區域段之間的主機設備都能夠實現遠端控制功能。

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數據通信技術融合了通信技術和計算機技術，是21世紀發展最快、影響最深遠的技術。隨著數據通信技術的應用深入到社會經濟的各個領域，網絡基礎設施建設、管理和維護的人才需求也在不斷增加。高職院校為國家培養基層技術人才，在數據通信網絡領域變得更為緊迫，因而掌握數據通信的理論原理和實操技術對高職網絡通信類專業的學生更為重要。

由于該課程是校企合作專業承上啟下的專業支撐課程，其教學目標是在確定本門課程針對的崗位群之后，根據崗位群對學生專業技能和能力素質的需求，與企業專家共同討論而制定的，并圍繞企業實際的工作項目來設置教學內容，實現學習與實踐的無縫銜接。課程使用中興通訊NC教育系列教材《IP網絡技術》，針對學生基礎薄弱、喜歡動手實踐的特點，校企合作配備了中興公司開發的ZXR10交換機、路由器實訓設備以及Cisco仿真軟件，解決了以往教學過程中，缺乏有效的信息化手段，僅通過知識內容講解，學生無法掌握交換機、路由器的內部結構和開通交換設備的問題。根據實際工作項目的復雜程度，筆者設計出局域網搭建、網絡間互連、網絡擴展技術及應用、交換技術典型案例分析等典型項目，每個項目包含了一系列循序漸進的小任務，配合中興ZXR10系列交換機、路由器及Cisco仿真軟件等實訓設備進行理實一體化教學。學生通過對數據通信課程的學習，能夠掌握數據通信技術的基本構架、原理及組網方式，掌握數據配置和業務調試、設備故障排查、故障處理及設備維護的基本技能，具備IP網絡分析和IP網絡優化與維護的基本技能。經過2年多的項目化教學實踐，不但強化了學生在團隊溝通協調能力、方案設計技能，同時還提升了學生職業素養，取得了良好的教學效果。但由于本門課程理論性強，知識點枯燥，重點難點多，筆者也發現學生在課堂上雖然動手實踐能力得到充分發揮，但學習主動性和創新思維能力還有待進一步增強。

二、信息化教學資源在數據通信課程中的運用

近年來，在信息技術推動職業教育改革創新的大背景下，國內多所高職院校（包括深圳職業技術學院、北京工業職業技術學院等）校企合作專業都相繼開展了信息化教學研究及實踐，取得明顯效果。為提高課程教學水平，強化教學效果，筆者以現代教學理念為指導，以信息技術為支撐，應用現代教學方法，將信息技術、數字資源進行有效融合，充分運用到教學中去，突出教學重點，解決教學難點，系統優化教學過程，最大限度地激發學生的學習主動性。

在教學過程中，筆者借助信息技術將課程教學與實踐教學進行有機融合設計，創造逼真的職場環境和氛圍，基于學生的學習能力、習慣、基礎、層次等特征，以信息技術為支持，充分應用中興ZXR10系列交換機、路由器實訓設備，綜合運用多媒體課件、個人電腦、在線視頻會議系統、中興數據通信助理工程師認證題庫、Cisco仿真教學軟件、“快樂Study11”微信公眾號平臺等信息化資源，將課前預習、課堂學習、課后復習三大過程有序結合，營造出真實的信息化環境，搭建師生、生生高度互動的信息化教學平臺，突出課程教學重點，解決教學難點，系統優化教學過程，最大限度地激發學生的學習興趣，提高學習主動性。

課前，筆者通過公眾微信號推送電子教學任務書，提出了教學目標、教學內容以及本節知識重難點供學生預習，激發學習興趣。課上，在理實一體化教學法的基礎上，綜合運用1+N、團隊合作、角色扮演、競賽角逐等教學方法（如圖1），利用多媒體課件講解分析理論知識，并借助中興ZXR10系列交換機、路由器進行實操演練，Cisco仿真軟件輔助練習。課堂上，筆者作為主講教師負責課程的講授，引導學生去思考，提出項目設計目標，引導學生思考并設計方案。學生運用網絡、實操設備、仿真軟件等信息化手段，根據項目要求，進行個人項目方案設計，小組項目方案設計環節，鍛煉學生分析、解決問題的能力，強化溝通能力。助理教師則輔助學生完成項目設計方案，幫助同學解答疑難問題。當同學設計完成以后，通過在線視頻會議系統，將設計方案上傳給企業老師，通過與實踐經驗豐富的企業教師進行互動，學生的學習興趣明顯提升，企業教師也給予學生更為專業的指導，形成1+N的教學模式。通過項目分組實戰競賽，充分鍛煉學生的團隊合作能力，溝通交流能力，以及未來工作中的可持續發展能力，強化學習效果。

課后，學生可通過公眾號鞏固知識點，查看課后小結，完成章節練習，了解行業資訊，反饋留言，預習新課等，充分利用碎片化時間，隨時隨地進行學習。此外，學生還可免費使用Cisco仿真軟件進行課后拓展提高，復習實操配置任務，鞏固實操技能。在同學們課后提出疑難問題時，教師還可通過QQ群為同學解答，或通過網絡在線直播平臺為有定期開設在線直播課程，學生可通過直播平臺實時提問，教師及時解答。

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一、紅外通信的基本原理

紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發送端將基帶二進制信號調制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發射管發射紅外信號。接收端將接收到的光脈轉換成電信號，再經過放大、濾波等處理后送給解調電路進行解調，還原為二進制數字信號后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實現信號調制的脈寬調制（PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現信號調制的脈時調制（PPM）兩種方法。

簡而言之，紅外通信的實質就是對二進制數字信號進行調制與解調，以便利用紅外信道進行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調制解調器。

二、紅外通訊技術的特點

紅外通訊技術是目前在世界范圍內被廣泛使用的一種無線連接技術，被眾多的硬件和軟件平臺所支持：

⑴通過數據電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉換實現無線的數據收發；

⑵主要是用來取代點對點的線纜連接；

⑶新的通訊標準兼容早期的通訊標準；

⑷小角度（30度錐角以內），短距離，點對點直線數據傳輸，保密性強；

⑸傳輸速率較高，目前4M速率的FIR技術已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術已經。

三、紅外數據通訊技術的用途

紅外通訊技術常被應用在下列設備中：

⑴筆記本電腦、臺式電腦和手持電腦；

⑵打印機、鍵盤鼠標等計算機設備；

⑶電話機、移動電話、尋呼機；

⑷數碼相機、計算器、游戲機、機頂盒、手表；

⑸工業設備和醫療設備；

⑹網絡接入設備，如調制解調器。

四、紅外數據通訊技術的缺點

⑴通訊距離短，通訊過程中不能移動，遇障礙物通訊中斷；

⑵目前廣泛使用的SIR標準通訊速率較低（115.2kbit/s）；

⑶紅外通訊技術的主要目的是取代線纜連接進行無線數據傳輸，功能單一，擴展性差。

五、紅外通信技術對計算機技術的沖擊

紅外通信標準有可能使大量的主流計算機技術和產品遭淘汰，包括歷史悠久的調制解調器。預計，執行紅外通信標準即可將所有的局域網(LAN)的數據率提高到10Mb/s。

紅外通信標準規定的發射功率很低，因此它自然是以電池為工作電源的標準。目前，惠普移動計算分公司正在開發內置式端口，所有擁有支持紅外通信標準的筆記本計算機和手持式計算機的用戶，可以把計算機放在電話機的旁邊，遂行高速呼叫，可連通本地的因特網。由于電話機、手持式計算機和紅外通信連接全都是數字式的，故不需要調制解調器。

紅外通信標準的廣泛兼容性可為PC設計師和終端用戶提供多種供選擇的無電纜連接方式，如掌上計算機、筆記本計算機、個人數字助理設備和桌面計算機之間的文件交換；在計算機裝置之間傳送數據以及控制電視、盒式錄像機和其它設備。

六、紅外通信技術開辟數據通信的未來

目前，符合紅外通信標準要求的個人數字數據助理設備、筆記本計算機和打印機已推向市場，然而紅外通信技術的潛力將通過個人通信系統(PCS)和全球移動通信系統(GSM)網絡的建立而充分顯示出來。由于紅外連接本身是數字式的，所以在筆記本計算機中不需要調制解調器。便攜式PC機有一個任選的擴展插槽，可插入新式PCS數據卡。PCS數據卡配電話使用，建立和保持對無線PCS系統的連接；擴展電纜的紅外端口使得在PCS電話系統和筆記本計算機之間容易實現無線通信。由于PCS、數字電話系統和筆記本計算機之間的連接是通過標準的紅外端口實現的，所以PCS數字電話系統可在任何一種PC機上使用，包括各種新潮筆記本計算機以及手持式計算機，以提供紅外數據通信。而且，由于該系統不要求在計算機中使用調制解調器，所以過去不可能維持高性能PC卡調制解調器運行所需電壓的手持式計算機，現在也能以無線方式進行通信。紅外通信標準的開發者還在設想在機場和飯店等地點使用步行傳真機和打印機，在這些地方，掌上計算機用戶可以利用這些外設而勿需電纜。銀行的ATM(柜員機)也可以采用紅外接口裝置。

預計在不久的將來，紅外技術將在通信領域得到普遍應用，數字蜂窩電話、尋呼機、付費電話等都將采用紅外技術。紅外技術的推廣意味著膝上計算機用戶不用電纜連接的新潮即將到來。由于紅外通信具有隱蔽性，保密性強，故國外軍事通信機構歷來重視這一技術的開發和應用。這一技術在軍事隱蔽通信，特別是軍事機密機構、邊海防的端對端通信中將發揮出重要的作用。正如前面所述，它還將對計算機技術產生沖擊，對未來數據通信產生重大影響。

參考文獻：

[1]蔣俊峰.基于單片機的紅外通訊設計[J].電子設計應用，2003，11.

[2]曾慶立.遠距離紅外通訊接口的硬件設計與使用[J].吉首大學學報(自然科學版)，2001，4.

[3]鄧澤平.一種多用途電度表的紅外通訊問題[J].湖南電力，2003，4.

篇12

數據通信技術是近年來通信技術發展最快的的一個分支。一般地說，只要是以編碼的方式表示信息，用某種信號形式在信道上傳送這些編碼的通信都叫做數據通信。數據通信所傳送的信息可以是數據、文字、圖象、聲音等各種內容，可以通過電話網、分組交換網、專用數據網等各種通信信道進行通信。

計算機通信主要指計算機之間和計算機與終端之間的數據通信。廣義而言，數據通信也就是計算機通信，為通信而構成的網絡也就是計算機網絡，只是計算機網絡側重于解決計算機資源的共享和負荷的分擔，而數據通信網則側重于傳輸和交換。

1.2 電力數據網

隨著各級電網調度自動化系統的建立和運行，各級系統之間信息交互的需求已經越來越迫切。傳統的解決方法是用所謂“轉發”方式，即采用與RTU 通信相似的規約，通過點到點信道在兩個主站系統之間傳遞信息。這種方法不夠靈活，更不便于多個主站之間相互共享信息。因此，建立電力數據網，通過計算機網絡在各級調度中心的主站系統之間共享信息，是必然的趨勢。

1996年，原國家電力部已經在國家電力調度中心和全國各大網調和獨立省調之間建立了電力數據一級網。96年以后，各大網調到省調之間的電力數據二級網也基本建立起來。目前，各省到地區/市之間的三級網也正在建設中。

電力數據網可以支持實時和非實時的各種網絡應用。為了在各級電網調度自動化系統之間共享實時信息，原國家能源部于1992年了“電力系統實時數據通信應用層協議”，作為國家電力行業標準，即DL 476-92。遵照這個標準，國家電力調度中心和各大網調/獨立省調已經實現了調度自動化系統之間的實時數據通信。

截止到1997年，IEC TC57委員會已經制定了有關標準，即遠動應用服務元素（TASE.2）協議，也稱控制中心間通信協議ICCP，可使電網控制中心與其它電網控制中心、區域控制中心、獨立發電廠等通過廣域網（WAN）進行數據交換。今后電力數據網上的實時信息交換將逐步向這些國際標準過渡。

1.3 分站的各種通信方式

目前，電力數據網絡分站和主站之間的通信方式主要有兩種：一種是循環式，適用于點對點的遠動通道結構，其主要特點是以廠站端為主動方，循環不斷地向調度端發送遙測、遙信等數據。另一種是問答式，它的主要特點是主站掌握通信的主動權，主站可以按需要指定分站傳送某一個或某種類型的遠動數據，傳送中有差錯時主站可要求重傳。問答式遠動的分站為了準備遙測、遙信等數據，和循環式一樣需要相應的硬件和軟件，以一定的掃描速度來采集遙信和遙測等數據，并判別是否有遙信變位，遙測越閾值等情況發生。和循環式不同的是這些數據采集之后并不立即發送，而是先行存儲，等主站需要時才將它們按規定的格式組裝發送。可見問答式遠動中分站的工作，對遙信、遙測而言可分為兩步，一是數據準備，以一定的掃描頻率采集實時數據，適當處理后存儲待用，二是按主站的要求組裝發送。問答式遠動主站的工作主要是輪流詢問各個分站，并接收分站送來的信息加工處理。和循環式相比主要是增加了主動輪詢各分站的任務。至于遙控、遙調，在循環式中主動權也在主站，因此問答式和循環式沒有什么差別。

當用計算機通信技術實現遠動功能時，分站和主站的硬件部分，無論是按循環式或按問答式工作，都必須提供數據采集、處理、存儲、發送、接收以及輸出執行等的物質條件，因而硬件部分對于循環式或問答式并沒有實質性的差別。問答式和循環式的主要差別在于軟件，即在于主站和分站之間的對話方式。

廠站端遠動裝置遙測、遙信部分的主要功能是組織好遙測、遙信等遠動信息發往調度端。遠動數據的傳送應按約定的格式進行，收發兩端應事先對傳送速率、同步方式、數據結構等相互約定，共同遵守。這些約定稱為通信規約。發送端按通信規約的規定及時組織好要發送的遠動字，然后按字節逐一遞交給串行通信接口，再經調制器發往信道。調度端經解調器解調按規定格式逐一接收。

1.3.1 電力數據網循環式遠動通信

循環傳送方式的幀結構和字結構

循環式遠動系統中，廠站端按約定的規則循環不斷地向調度端發送遠動數據。基本的幀格式見下圖，每幀由若干遠動字組成，以同步字SYN開頭。一幀結束后再按規約規定傳送下一幀，如此不斷循環。以微機構成的遠動裝置通常以8位的字節作為基本單位，例如一個遠動字占用6個字節，共48位，同步字可采用三組EB90H，也是48位。

上圖循環式遠動的幀結構

遠動字基本結構見下圖，其中第1個字節為地址字，用以識別各個遠動字。地址字也稱點號或功能碼。最后一個字節為校驗碼，用作抗干擾保護。中間的4個字節為遠動數據。如為遙測遠動字則可傳送2個遙測量，每個遙測量占2個字節共16位，其中12位為遙測量的數值，另4位用作標志位，表明遙測量的數值是否有效等。如為遙信遠動字，則可傳送2組遙信數據，每組2個字節16位，總共4個字節32位，可以傳送32個開關量的狀態。

8 8 8 8 8 8

上圖循環式遠動的字結構

1.3.2 電力數據網問答式遠動通信

目前問答式遠動裝置的分站端大多采用模塊式結構，一般按功能劃分，以模塊為單位。遙測量、遙信量等分別存放在指定的模塊中。每個模塊都有自己的地址。一個模塊包含若干個字，例如8個字，每個字有16位，需要訪問有關數據時可直接指定模塊地址、字地址。傳送的報文以8位字節為單位，附加起始位和停止位，但不帶奇偶校驗位。其報文格式、各種信息類型以及主站與分站之間的應答過程，此處就不再加以詳述。

1.3.3 遠動中的一般幀格式

遠動中的信息，不論循環式或問答式，通常都以幀為單位進行傳輸。為了保證可靠、快速和高效率地傳送信息，對于遠動中幀格式的安排，一般要考慮如下一些基本問題。

（1）明確區分一幀的首尾，例如設置幀分界符，幀開始標志、幀長信息。幀的結束標志等。

（2）標明源站或目的站的地址。

（3）明確各種命令／響應幀的功用，規定相應的功能代碼。

（4）采用抗干擾保護，確定發生差錯后的重發以及防止幀丟失或重復的措施。

（5）保證用戶數據的透明性，對用戶數據應不加限制。

（6）根據接收站的緩沖器容量，為避免接收的數據過量而造成溢出，設置數據流控制。

（7）規定信息的數據格式。

（8）減少無效信息，提高傳輸效率。

各個遠動設備的制造廠，對于上列問題的技術觀點不盡相同，因而所采取的措施亦各有差異。需要傳送的用戶數據有各種具體情況，長短不一。幀的長度可按實際情況而定的，稱為可變幀長。某些幀的長度可事先確定不再改變的，稱為固定幀長。一般的幀結構格式如下圖所示，圖中幀分界符F表明一幀的開始；幀長字段L表明本幀的長度；控制字段C表明本幀信息的特征；地址字段A表明源站或目的站的地址；信息字段I安排用戶信息；幀校驗碼字段FCC按抗干擾要求可以配置不同的校驗碼。

上圖一般幀結構格式

上圖中的這些字段并非每一幀都必須備齊，對于固定幀長的幀就毋需幀長字段。有的響應幀，如肯定確認和否定確認幀，有時會沒有信息字段和校驗碼字段。

參考文獻

[1]陽憲惠.工業數據通信與控制網絡.清華大學出版社,2003,(6).

[2]劉斌.電力線通信技術與實踐.機械工業出版社,2011,(6).

篇13

1短距離無線通信技術簡介

近年來，由于數據通信需求的推動，加上半導體、計算機等相關電子技術領域的快速發展，短距離無線與移動通信技術也經歷了一個快速發展的階段，WLAN技術、藍牙技術、UWB技術，以及紫蜂(ZigBee)技術等取得了令人矚目的成就。短距離無線通信通常指的是100m以內的通信，分為高速短距離無線通信和低速短距離無線通信兩類。高速短距離無線通信最高數據速率>100Mbit/s，通信距離<10m，典型技術有高速UWB、WirelessUSB;低速短距離無線通信的最低數據速率<1Mbit/s，通信距離<100m，典型技術有藍牙、紫蜂和低速UWB。

2藍牙(Bluetooth)技術

“藍牙(Bluetooth)”是一個開放性的、短距離無線通信技術標準，也是目前國際上最新的一種公開的無線通信技術規范。它可以在較小的范圍內，通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網絡互聯，使得近距離內各種通信設備能夠實現無縫資源共享，也可以實現在各種數字設備之間的語音和數據通信。由于藍牙技術可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中，因此特別適用于小型的移動通信設備，使設備去掉了連接電纜的不便，通過無線建立通信。

藍牙技術以低成本的近距離無線連接為基礎，采用高速跳頻(FrequencyHopping)和時分多址(TimeDivisionMulti-access—TDMA)等先進技術，為固定與移動設備通信環境建立一個特別連接。藍牙技術使得一些便于攜帶的移動通信設備和計算機設備不必借助電纜就能聯網，并且能夠實現無線連接因特網，其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網絡。打印機、PDA、桌上型計算機、傳真機、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數字設備都可以成為藍牙系統的一部分。目前藍牙的標準是IEEE802.15，工作在2.4GHz頻帶，通道帶寬為lMb/s，異步非對稱連接最高數據速率為723.2kb/s。藍牙速率亦擬進一步增強，新的藍牙標準2.0版支持高達10Mb/s以上速率(4、8及12～20Mb/s)，這是適應未來愈來愈多寬帶多媒體業務需求的必然演進趨勢。

作為一個新興技術，藍牙技術的應用還存在許多問題和不足之處，如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問，藍牙技術已成為近年應用最快的無線通信技術，它必將在不久的將來滲透到我們生活的各個方面。

3超寬帶(UWB)技術

超寬帶(Ultra-wideband—UWB)技術起源于20世紀50年代末，此前主要作為軍事技術在雷達等通信設備中使用。隨著無線通信的飛速發展，人們對高速無線通信提出了更高的要求，超寬帶技術又被重新提出，并倍受關注。UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%的無線通信方案。與常見的使用連續載波通信方式不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數據傳輸速率可以達到幾百分之一。在高速通信的同時，UWB設備的發射功率卻很小，僅僅是現有設備的幾百分之一，對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲，因此從理論上講，UWB可以與現有無線電設備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數據通信方式，它有望在無線通信領域得到廣泛的應用。UWB的特點如下(1)抗干擾性能強：UWB采用跳時擴頻信號，系統具有較大的處理增益，在發射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設備產生的噪聲。

(2)傳輸速率高：UWB的數據速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s，有望高于藍牙100倍。

(3)帶寬極寬：UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個GHz。超寬帶系統容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統同時工作而互不干擾。

(4)消耗電能少：通常情況下，無線通信系統在通信時需要連續發射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發送出去，并且在需要時才發送脈沖電波，所以消耗電能少。

(5)保密性好：UWB保密性表現在兩方面：一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發送端擴頻碼時才能解出發射數據;另一方面是系統的發射功率譜密度極低，用傳統的接收機無法接收。

(6)發送功率非常小：UWB系統發射功率非常小，通信設備可以用小于1mW的發射功率就能實現通信。低發射功率大大延長了系統電源工作時間。

(7)成本低，適合于便攜型使用：由于UWB技術使用基帶傳輸，無需進行射頻調制和解調，所以不需要混頻器、過濾器、RF/TF轉換器及本地振蕩器等復雜元件，系統結構簡化，成本大大降低，同時更容易集成到CMOS電路中。