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2我國電力數據通信網現狀
在我國，電力數據通信網是國家電網公司綜合性的廣域網絡傳輸平臺，電力數據通信網是我國電網公司進行內部計算機應用系統實現互聯的基礎，同時電力數據通信網也是我國電力公司自身電力信息基礎設施的重要的組成部分。最近幾年，我國電網公司在各個省公司中都建立了數據通信網絡，例如在我國華北、西北、河南、河北等許多省市都建成并開始使用。對于數據通信網絡來說，其覆蓋的范圍主要包含的是電業局公司進行管轄的電廠變電所。電廠變電所中的數據網絡許多都是綜合性的業務網絡，其中對設備的選取一般都是異步轉移模式設備。我國早在2009年時就對電網進行了要求，要保證國家電網能夠具有一定的支撐作用，能夠支撐起信息通信平臺，這就要求我國的通信網絡能夠更快的發展。在現代我國經濟快速發展的今天，我國各項新業務也在不斷發展，電力綜合數據通信網絡是以后電力通信網絡發展的必要條件。
3軟件定義網絡的實現方式
在當前情況下，對于軟件定義網絡的實現方式來說一般可以分為三種。（1）以專用接口作為基礎，并以網絡設備廠商作為主導，進而實現網絡設備的專用性開放應用，此方式發展到現在已經成為了較為成熟的技術，具有實施方便，技術體系封閉的特點。（2）以Openow作為基礎，進而保證控制平面與轉發平面分離的實現，以保證對控制集中化的支持，此種方式應用的優點主要就是能夠得到廠商的大力支持，并不斷發展壯大，提升影響力。（3）此種方式主要是以虛擬化的廠商作為主導，并以三層及以上層隧道擴展二層網絡作為基礎進行統一的管控，此種方式的主要優點就是能夠保證虛擬化管理的有效整合，但是，此方式在實際的應用過程中經常會受到底層網絡的影響。所以，對于軟件定義網絡來說，可行性最高的方式就是第二種Openow。
Openow網絡的主要組成部分具體的可以分為三個部分，即Openow交換機、FlowVisor及控制器Controller。其中，對于Openow交換機來說，其主要的功能就是進行交換數據層的轉發工作；對于FlowVisor來說，其主要的功能就是保證對網絡的虛擬化控制；對于控制器Controller來說，其主要的功能就是要保證能夠對網絡進行集中的控制，進而保證控制層功能的有效實現。Openow能夠有效的保證對數據層與控制層之間的相互分離，與此同時，Openow交換機還能夠保證對數據層進行轉發。控制器控制器Controller在實際的應用過程中能夠有效的保證對控制層功能的實現。其中，控制器Controller可以通過Openow協議實現對Openow交換機中流表的控制，進而從整體上實現對網絡的集中控制。
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1 概述
在新鋼，MES系統的隨著生產的發展功能日益擴大，MES系統與其它各級系統間的數據交互量也隨之加大，數據的真實性與可靠性要求也不斷增強，任何通信異常都能導致交互數據的不可信任性。
不可否認在現實的生產環境中，會出現各種各樣不可預測的生產作業異常，例如通信網絡受阻、通信服務異常等，均可能產生數據通信的異常。一旦產生通信異常，排查各種異常現象，在最短的時間內恢復正常通信，使損失最小化，就成為管理者最關心的問題。
2 新鋼MES系統數據通信格式
在新鋼MES系統與其它生產應用系統之間的數據通信以TCP/IP電文通信為主，在新鋼內部對電文格式進行了嚴格的規范。其定義如下：
Cn：C表示字符串，長度為n ，例如“C5”表示字符串的長度為5；
Nn：N表示數組字符串，長度為n ，例如“N5”表示數字字符串長度為5；
若該字段的長度少于定義的長度，字符串左對齊右補空格。
3 利用日志文件查看通信情況
一個健壯的數據通信系統，都有自己完善的日志功能，用來監測應用系統之間的數據通信情況，記錄每筆通信的信息及通信過程中產生的各種異常信息。一般可以把日志信息進行分級記錄，通常把日志分為：Debug是調試、Info是消息、Warn是警告、Error是錯誤、Fatal是致命錯誤五種級別。
通過對日志記錄的查看，可以提供通信接口維護人員很多有價值的信息，幫助維護人員全面掌握數據通信的全過程，排查發生在通信過程中的異常情況，以便及時處理異常，減小因通信異常而導致的損失。
下面以新鋼三期熱軋MES系統與熱軋廠二級系統的通信過程為例，說明日志文件的作用。
1） 熱軋MES系統向熱軋加熱爐二級系統發送“板坯吊上輥道指示”的常規日志信息
電文體格式定義：
通過該日志信息，可以很清楚的反映出已經發送的電文數據，其中前40位為電文頭部信息，最后一位為電文結束符，其它的為電文體內容，也即是雙方通信所需要的數據內容。在該日志信息中：
第一行：日志記錄的時間描述雙方通信發生的時刻及通信地址；
第二行：系統輸出的通信成功信息；
第三到八行：發送的電文數據，其中左邊顯示了所發送的電文數據在內存中的十六進制編碼信息，右邊為打印出其相應的字符串信息；
其余行：按照電文格式定義所打印出來的解析電文內容信息。
2） MES系統向二級發送數據時無法連接對方服務端的異常日志信息
通過該日志信息，可以看出MES系統的電文發送客戶端一直無法連接上二級服務端，出現這樣的情況，只有兩種情況：一是二級服務端未開啟，二是網絡線路故障。根據該日志信息，首行對MES系統的接口服務器進行檢查，發現網線連接處松動，將網線拔下重新裝好后，故障排除，數據通信恢復正常。
3） 由于服務端異常，導致MES系統無法正常接收二級的實績數據的異常日志信息
通過該日志信息，可以看出由于通信服務所需要的“消息隊列服務”沒有啟動，造成了目標調用發生異常，導致通信不能正常進行。根據該日志信息，啟動“消息隊列服務”服務后，故障排除，數據通信恢復正常。
4） 由于網絡異常，導致MES系統無法正常接收二級的實績數據的異常日志信息
通過該日志信息，可以看出在二級客戶端連接到MES服務端后，由于網絡不能正常工作，使得MES服務端長時間沒有接收到任何通信信息，從而在日志中輸出為“無法從傳輸連接中讀取數據”的異常日志信息。根據該日志信息，協同網絡相關管理人員進行線路排查，最后確認為現場一個交換機工作不穩定所致，更換一個新的交換機后，故障排除，數據通信恢復正常。
4 結束語
MES系統做為生產執行系統在新鋼現代化生產中起著不可替代的作用，MES系統已成為生產組織、生產作業跟蹤、作業實績反饋的唯一方式，MES系統與其它各級系統之間正常的數據交互則是完成這一系列步驟的關鍵，只有交互的數據能真實反映生產狀況，才具有生產指導作用。
參考文獻：
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一、數據通信交換技術的原理
1、轉換數據信息幀的地址。通常數據通信交換是在物理層進行，物理硬件交換設備將信息轉發給相關系統和設備，實際表明，這樣會出現不同的狀況。第一種情況：當互聯網中所有的設備，在同一時間收到數據信息發送的目標，這時就是網絡數據信息幀向所有設備在傳發數據。第二種情況：當互聯網中某一個設備收到數據信息發送的目標，但是該地址不存在于交換設備中，這時就需要網絡數據信息幀向所有設備在傳發數據。第三種情況：為了使互聯網中某一個設備收到數據信息發送的目標，同時該地址存在交換設備中，這時就是網絡數據信息幀向所有設備在傳發數據。第四種情況：設定互聯網中某一個設備收到數據信息發送的目標，這時就不需要網絡數據信息幀向所有設備在傳發數據。
2、轉換程序的制定。數據通信交換要有定義表，表格中的基本單元是信息編碼和交換接口的編號，同時通信交換具有記憶的能力，自動記載交換地址在定義表中。定義表中的每個信息都會儲存信息的交換時間。為了統計該信息的使用次數，只要觀察信息交換的時間所發生改變即可，若該信息的交換時間長期沒有發生改變，那么該信息就是在定義表中被刪除。
二、互聯網中的通信交換技術
1、電路的交換。建立連接、占用線路、拆除連接是電路交換的三個基本過程，通信交換前必須先將電路連接好。建立起始點和目標點之間的獨立通道，在數據通信傳遞轉換過程中，要優先分配閑置的線路，在繼續傳播；接著要占用線路，利用已經建立好的線路進行數據信息交換；然后要拆除所連接的轉換點，釋放線路，使線路資源重新被其它線路響應。優點：可以專線享用，實用較性強，操作方式簡單。缺點：通信的時間較長，信道的利用較低，終端不能相互通信交換。
2、報文的交換。將數據信息改裝為報文形式，每個報文都可以控制信息，擁有目的地址，信息是以轉發存儲方式進行交換的。報文的站點是一次性發送數據，并利用通信進行交換，一個報文被站點發送時，網絡節點依照報文上的目的地址，將其發送給下一個節點，端與端之間不會存在沒必要的連接。優點：信道利用率較高，報文可以被發送到多個目的地，承載的信息量大，速度和代碼可以相互轉換。缺點：滿足不了通信交換的實時性，傳輸時間較長，節點數據較多時不能及時存儲，設備費用較高。
3、分組的交換。分組的終端會將數據分割成若干數據，再送往其它的交換點，附帶原有地址、用戶數據、目的地址、控制信息，收端點會將分開的數據按照順序還原數據。優點：速度較快，傳輸質量高，真實可靠，經濟簡單，不同的終端可以相互通信轉換。缺點：技術性較強，難于實現。
4、幀中繼協議的交換。幀中繼協議是一種系統復用協議，在單一的線路中提供多條虛擬線路的方式。每一條虛擬的線路會被連接標識，只能本地連接，沒有全局有效性。優點：傳輸媒介是光纖，傳輸質量高，資源利用率高，網絡存儲空間大。缺點：不適合傳輸實時信息，對線路和終端的要求較高。
5、ATM異步傳輸模式的交換。應用寬帶業務的數字網絡，進行數據的傳輸、交換和復用。ATM將電路交換的高速度性能和分組交換的高效性能相結合，直接面向連接的快速分組交換技術。優點：高效性，信息元固定，信息簡化。缺點：技術尚未成熟，操作不完善，價格較高。
三、新型數據通信交換技術
1、電傳輸的交換階段。通常數據通信交換都處于電傳輸的交換階段，交換技術包含電路的交換、報文的交換、分組的交換、幀中繼協議的交換、ATM異步傳輸模式的交換等。
2、光傳輸的交換階段。數據的傳輸和交換都要在光信號的信道上進行，只在終端處表現成電信號，方便信息的處理。由于技術水平不夠高，產生交換節點飽和、光信道空置現象，原傳輸通信網絡的瓶頸轉移到交換點上。為了解決這種分組交換處的瓶頸問題，利用新型數據通信交換技術，如：光包交換技術、光路交換技術。
3、電傳和光傳輸交換階段。利用光纖為主要媒介，數據信息以光信號的形式在線路上進行傳輸交換，但是中間的接節點只能處理電信號，因此，在傳輸線路中間的接節點出，安裝光電和電光能夠相互轉換的裝置。
四、結語
綜上所述，常見的互聯網中數據通信交換技術都有自身的優點和缺點，根據實際情況選擇恰當的技術。在以后的發展中，加大力度研究數據通信的交換技術，提高技術水平，實現數據的共享，同步監控用戶準確獲取信息數據，為社會發展做出更大的貢獻。
參 考 文 獻
[1]黨燕.計算機網絡中數據通訊及交換技術淺析[J].長江大學學報（自然科學版）理工卷，2010（01）.
[2]左琳.淺析計算機網絡中的數據通信交換技術[J].科技創新導報，2012（14）.
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關鍵詞 ]整車；CAN總線；測試
近年來汽車電子技術發展迅速，CAN總線技術廣泛運用于我國汽車行業。車輛CAN總線面對電磁環境相對惡劣，特別是那些具有多功率、大電流、高電壓的車輛，這嚴重的增加了車輛CAN總線設計難度。將來的設計中應當有效評估車輛通信品質進而保證車輛的穩定性和安全性。
一、測試工具
測試運用的工具包括：CANoe+CANcaseXL、CANstressDR和數字示波器。CANoe是ECU和網絡分析、測試、開發的專用工具，支持需求分析到系統實現的整體系統開發過程。檢測中CANcaseXL和CANoe硬件配套用于觀察ECU發送接收、估算總線負載率、記錄總線數據功能。
CANstressDR作為獨立運行硬件，能夠與CAN網絡直接串連，將各種干擾邏輯施加在CAN總線上，進而驗證CAN和ECU總線抗干擾能力。測試中CANstressDR的作用在于通過模擬施加故障干擾總線。
數字示波器作用在于觀察記錄總線電平狀態，并對總線電平進行初步解析。數字示波器的主要參數為：1億次/秒采樣速率；分辨率+10ns。
二、測試方法
將車輛CAN網絡系統的集成測試平臺和測試設備串連到一起，只針對車輛CAN網絡系統集成測試平臺各個ECU外部接口進行測試，不改變ECU。根據圖1
進行測試設備連接。
三、測試內容和評價標準
（一）物理層測試
如圖2進行CAN總線物理連接，將負載電阻R串連在總線梁端，電阻作用在于抑制總線內部信號的反射。不應當在ECU內部設置R，防止內部設置R的ECU同總線連接斷開時，總線失去終端電阻。
當總線所有ECU總線發送器為關閉狀態，也就是ECU內三極管都介質，總線處于隱性狀態。在該狀態所有ECU帶高內阻電壓電源生成總線平均電壓。接受操作可參考圖2顯示的電阻網絡。
當ECU接通的總線驅動電路大于一個時，也就是成對三極管里接通的對數大于一個，總線就會產生一個顯性位。這樣終端電阻就會通過電流，這樣總線兩根線間就會產生差動電壓。總線上的差動電壓能夠通過電阻網絡轉換成接收電路的比較器輸入處相應的顯性或隱性電平，進而檢測出隱性和顯性狀態[1]。
第三，位下降/上升時間測試，用于判斷ECU發送CAN總線信號的顯性轉隱性和隱性轉顯性的時間，判斷位下降/上升時間符不符合測試規范要求。圖5為位下降/上升的時間。評價標準：①20ns≤trise≤200ns;②20nstfall≤400ns。
第四，位時間精度測試，用于判斷ECU發送CAN報文時間的精確度符不符合物理層規范定義。評價標準：位時間精確度為±0.5%。
第五，信號對稱性測試，用于判斷CAN_L和CAN_H信號對稱性服不服和物理層規范定義。評價標準包括①位時間的前部，信號電壓應當處于82%位結束電壓值至165%位結束電壓值之間；②位時間后部，信號電壓處于96%位結束電壓值至106%位結束電壓值之間[2]。
（二）數據鏈路層測試
根據CAN2.0B定義，控制器能夠識別的ID數據幀包括11位、29位，即標準幀、擴展幀。如圖6、7為幀格式。
第一，擴展報文幀和標準報文幀兼容性測試，用于判斷ECU能夠兼容11位ID標準幀的CAN報文、29位ID擴展幀的CAN報文。評價標準：測試中ECU能夠兼容29位ID擴展幀和11位ID標準幀，不可發送任何錯誤幀。
第二，100%總線負載下報文接受能力的測試，用于判斷CAN總線負載率為100%時，ECU能夠處理接受到的CAN總線信息，并在CAN總線負載率達到正常水平后恢復。評價標準：①在運用低優先級ID增加總線負載率的檢測過程中，ECU應當處理接收到的所有CAN總線信息，同時連續發送總線信息；②在運用高優先級ID增加總線負載率至100%時，ECU可以出現CAN總線報文的發送失敗情況，總線負載率重回正常水平后，ECU恢復CAN總線報文發送；③在全部測試過程中，ECU不應發送任何錯誤幀。
（三）網絡錯誤處理測試
第一，單個節點脫開測試，用于檢測單個節點斷開后ECU中CAN總線通信狀態，并檢測修復該故障后ECU能夠正常進行CAN總線通信。評價標準：①單個節點斷開后，該節點ECU可以不具有CAN總線報文接收和發送功能，不可引起該節點ECU出現任何形式損壞。其余節點應當可以繼續數據通信；②恢復斷開的節點后，該節點ECU應重新實現CAN總線報文的接收和發送功能。
第二，接地或節點電源斷開測試，用于檢測某節點同電源脫開后或同搭鐵脫開后ECU的CAN總線通信狀態，進而檢測該故障修復后ECU弄否重新實現CAN總線通信。評價標準：①節點與電源脫開或者在低電壓狀態時，CAN總線網絡不能被拉低，剩余節點能夠繼續數據通信，故障節點ECU可以不具備CAN總線報文接受和發送功能；②節點與搭鐵點脫開，CAN總線網絡不能被拉高，剩余節點可以繼續數據通信，故障節點ECU可以不具有CAN總線報文接受和發送的功能；③故障節點故障恢復后，該節點ECU應重新實現CAN總線報文接受和發送功能。
第三，CAN_H斷路測試或CAN_L斷路測試，CAN_H斷路測試用于檢測CAN_H斷路時ECU中CAN總線的通信狀態，并檢測修復該故障后ECU中CAN總線的通信狀態。評價標準：①CAN_H斷路時，在不同于斷開點一側節點間，數據通信無法進行。在CAN_H斷開點的同側節點間，能以實現數據通信；②修復CAN_H斷路故障后，節點ECU能夠重新實現數據通信。CAN_L斷路測試用于檢測CAN_L斷路后ECU中CAN總線的通信狀態，并檢測修復該故障后ECU的CAN總線通信狀態。評價標準：①CAN_L斷路后，在不同于CAN_L斷開點的一側的節點間，數據通信無法實現。在CAN_L斷開點的同一側節點間能夠恢復數據通信；②修復CAN_L斷路故障后，各節點ECU能夠實現數據通信。
第四，CAN_L和CAN_H同時斷路檢測，用于測試CAN_L和CAN_H同時斷路時ECU中CAN總線通信情況，并檢測修復該故障后各ECU種CAN總線的通信狀態。評價標準：①CAN_L和CAN_H于同一位置斷開，在不同于斷開點的一側節點間，數據通信無法實現。在和斷開點同側的節點間，能夠恢復數據通信；②修復CAN_L和CAN_H同時故障后，ECU能夠重新進行數據通信。
第五，CAN_H與電源短路測試或CAN_L與電源短路測試。CAN_H評價標準：①電源電壓不小于總線正常電壓，ECU可以不具有CAN總線報文的接收和發送功能。②修復CAN_H與電源斷路故障后，各節點可以恢復CAN總線報文的接收和發送功能。CAN_L評價標準：①短路后，ECU可不具有總線報文接收和發送功能，不可以任何形式損壞ECU.②修復故障后，各節點能夠實現總線報文的接收和發送功能。
第六CAN_L與搭鐵短路測試和CAN_H與搭鐵短路測試。CAN_L評價標準：短路后，總線電壓沒有超過正常范圍，總線可以進行數據通信。CAN_H評價標準：①短路后，不要求ECU具有總線報文接收和發送的功能，不可損壞ECU.②修復故障后，各節點能夠重新實現總線報文接收和發送的功能。
第七，CAN_H對CAN_L短路測試。①短路后，ECU不需要具有總線報文接收和發送功能，不能損壞ECU.②修復故障后，各節點能夠再次進行總線報文的接收和發送功能。
結語
本文詳盡的分析了CAN總線開發設計中故障測試、數據鏈路層、物理層等內容，希望本文測試結果能夠為主機廠設計開發整車CAN通信提供參考依據。
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以交換機、路由器為核心的電力信息網絡日漸完善，它承載著繁多的專業系統和數據業務，成為電力系統內部重要的傳輸網絡。數據通信設備（包括路由器和交換機）的管理依賴于傳統的網管平臺，它可以提供比較全面的設備信息和告警信息，以便于管理人員查看和處理。但是傳統網管系統并不能對其獲得的數據進行進一步的挖掘，不能充分地利用設備的信息向管理人員提供強有力的反饋和有效的建議。例如，網管系統可以獲得各個交換機、路由器的使用率，包括端口、CPU、內存、端口帶寬、背板帶寬的使用率，關聯性地分析這些信息能夠為進一步的規劃、預測和采購提供指導，有效避免設備重復采購和資源浪費，讓網管人員科學地管理設備、規劃網絡。本文將大數據理念與信息網絡管理相結合，通過大數據在設備選型、運行安全和狀態檢修3個方向的實例應用，探究新的網絡管理手段，以期為網管人員提供新的思路。
1大數據理念與網絡管理的結合
現代人類的生活、生產活動會產生極其巨大的數據量，全球所產生數據量大約每2年翻一番，意味著人類在最近2年產生的數據量相當于之前產生的全部數據量，預計到2020年，所獲取的數據量將增長近30倍[1]。對大量數據進行挖掘能夠獲得更高維度的信息，全面反映事物的狀態和發展趨勢，為此人們引入了“大數據”的概念[2]。大數據概念的應用使得人們能夠在海量的信息中提取出重要的、不易察覺的價值，吸引了眾多研究者的關注。對于大數據的定義，研究機構Garnter對大數據的定義為：需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。維基百科對大數據的定義為：所涉及的資料量規模巨大到無法通過目前主流軟件工具在合理時間內達到擷取、管理、處理并整理成為幫助企業經營決策目的的資訊。而麥肯錫的定義則為：大數據是指無法在一定時間內用傳統數據庫軟件工具對其內容進行采集、存儲、管理和分析的數據集合。由以上定義可以看出，大數據并不特指某種技術，而是一種類似于“物聯網”這樣的模糊的概念[3]，其內涵和外延根據事件標的的不同而不同，核心在于采用一定的手段從大量的數據中提取出能夠為設計、決策和優化服務的重要信息。本文擬將大數據的理念引入到信息網絡的管理中，以提供一種充分挖掘網絡設備狀態信息的新思路。具有閉環反饋機制的網絡管理模型如圖1所示，設備運行期間產生大量數據，這些數據可完整、真實地反映設備運行狀態，通過對數據進行針對性的挖掘和關聯性分析，可以指導網絡管理人員對網絡進行調整，這樣的調整將形成對運行設備的閉環反饋，調整后的運行方式會再次對運行數據產生影響，從而不斷提高網絡的性能。圖1具有閉環反饋機制的網絡管理模型Fig.1Networkmanagementmodelbasedonclosed-loopfeedback需要注意的是，本文并不采用典型的大數據手段處理設備信息，而是應用其理念關聯性地處理大量的設備信息，目的在于補充傳統網管方式的不足。
2大數據理念應用于網絡管理的實例
本文選取3個方面的實例來探討大數據理念與網管系統的結合，以提供一種獲得更多管理手段的思路。電力信息網絡中的交換機、路由器都能夠對運行的系統信息進行分類、管理，將設備日志、調試和告警以確定的格式發送給日志系統或通過簡單網絡管理協議（SimpleNetworkManagementProtocol，SNMP）發送到網管系統，為網絡管理員監控網絡運行情況和診斷故障提供支持[4]。此外，遠程網絡監視（RemoteMonitoring，RMON）基于SNMP體系結構，可用于跟蹤統計端口所連接的網段上的各種流量信息，如某段時間內某網段上的報文總數，或發往某臺主機的正確報文總數等。2.1指導設備選型電力行業數據有較高的安全性和實時性要求，使得信息網絡長期依靠過度建設來滿足，這種過度建設體現在使用不必要的高級設備完成低級設備即可完成的功能。例如，有些辦公網絡的接入交換機使用的是支持以太網供電和帶有三層路由功能的交換機，很多變電站路由器和交換機端口和交換容量利用率都非常低。過度建設源于規劃時對設備可靠性的擔憂和為未來升級擴容預留的冗余，常常會導致設備性能資源的大量浪費。如何在設備的選型上平衡經濟性和設備性能，是網絡規劃者不得不考慮的一個問題。為兼容和統一網絡的設備特征，設備的選型往往是沿襲之前的采購標準，以致新采購的設備繼承了大量的冗余性能，CPU、內存、端口等指標的利用率較低。因此，依據對已有的網絡設備的利用率統計來獲得新的選型標準，可以很好地平衡設備選型的經濟性和可靠性。交換機選型的常用指標項包括：業務端口（端口類型、個數）、交換容量、包轉發率、以太網供電（PowerOverEthernet，POE）、外形尺寸、重量、端口特性、堆疊、組播、鏡像、安全特性、電源、端口聚合、最大MAC地址表大小、VLAN、DHCP、可支持最大路由表數、每端口最大優先級隊列數、內存、ACL和QoS等。首先，從網管系統和日志系統中提取與指標項相關的信息，形成設備運行狀態子集B。提取運行狀態子集如圖2所示。圖2提取集合A是網管系統和日志系統收集的所有運行數據，這些數據是維護人員能夠遠程獲得的關于設備運行狀態的全部信息；集合B包含與交換機指標項相關的運行數據，例如CPU及內存的使用量，當前使用的端口類型和個數，MAC地址表、路由表、ARP表的使用量，POE、DHCP、QoS、三層路由等功能是否啟用，以及當前鏈路流量、幀流量、廣播流量、丟包量、錯包量等數據。集合B剔除了對選型無用的設備運行狀態，可作為下一步選型處理的數據源。由運行狀態子集獲得選型建議如圖3所示。由集合B到典型指標C指的是根據設備實際使用的資源量，附加上一定的資源余量，得到能夠滿足該設備可靠性要求的最小指標。基于電力行業信息網絡環境，將交換機劃分為核心層交換機、匯聚交換機、辦公接入交換機、變電站接入交換機以及其他功能交換機，不同類型交換機所處的位置和實現的重點功能不同，如辦公接入交換機數據流量更大，端口使用率更高，而變電站接入交換機與之相反，因而選型分析時應在其對應類型中考察。以變電站接入交換機為例，假設交換機為SwitchX，它的交換容量高而實際利用率低，通過SwitchX的鏈路流量計算出實際使用的交換容量，附加一定余量，可得到SwitchX運行時“交換容量”這個典型指標值，同理可得SwitchX的其他典型指標。理論上，按照該典型指標集選型的設備即可完全替代SwitchX，即能兼容SwitchX的所有功能，從而在保證設備可靠性、可用性的同時保證了經濟性。最重要的是，所有變電站接入交換機的典型指標構成集合CSubstation，新增變電站交換機時，可以結合典型指標集合CSubstation與廠商設備數據庫D，獲得合適的選型建議。同時，更新原有設備時也從典型指標CSubstation中獲得建議，從而使整體的設備利用率不斷提高，使實際運行設備的指標逐漸趨近于理論上的典型指標集合CSubstation，這就是閉環反饋模型的應用。可以看出，選型建議的提出是基于同一類型設備運行狀態的反饋得到的，閉環反饋模型能夠保證選型設備貼近運行實際。2.2增強網絡的運行安全日志系統存儲了大量數據通信設備的運行信息，可對這些數據記錄進行挖掘來分析電力信息系統網絡存在的潛在安全問題，以便及時檢修和采取對策，進一步提高網絡運行的安全性。由日志系統收集到的實時數據（如網管人員登錄設備的時間、登錄IP和操作記錄）和海量的歷史數據，結合其他第三方系統數據，可通過數據挖掘技術對設備登錄提示信息進行分析[5-7]。以H3C路由器為例，數據通信設備（路由器）運行安全分析流程如圖4所示。首先從日志系統中提取出該路由器登錄的提示信息，然后在日志系統中查詢登錄該路由器的所有IP地址，將查詢到的IP地址逐一與路由器所配置的訪問控制列表中的IP地址進行比對，由此可以篩選出非授權訪問的IP地址。若未成功登錄到路由器上則認為有人試圖滲透網絡，如果成功登錄則記錄該非授權訪問的IP地址對路由器的所有操作，以便信息系統維護管理人員回溯該訪問對設備所做的非法操作，并追尋該IP來源，及時采取補救措施。如查詢到的IP地址是授權訪問的，則比對該授權訪問的IP地址對路由器的配置是否滿足電力企業網絡管理要求的數據配置規范，如不滿足則需要信息系統維護人員重新對其設備進行準入規范的配置。如該授權訪問的IP地址對設備的配置滿足電力企業網絡管理要求的數據配置規范，則說明是網管人員對路由器進行了正確的數據配置。通過日志系統自動分析對設備的登錄、配置和補救，可增強設備配置數據的保護和校驗，保證運行設備的任何操作都處于可控狀態，從而提升了網絡運行的安全性。對日志系統的數據進行挖掘可以迅速找出數據通信設備問題的發生范圍，網絡管理人員可根據問題發生范圍及時進行檢修和采取對策，從而確保數據通信設備安全運行的可控和在控[8]，大大提升了信息系統網絡管理人員的維護效率。2.3指導設備狀態檢修狀態檢修是指對數據通信設備進行狀態評估，并通過設備日志記錄進行分析診斷，推斷數據通信設備當前的健康狀況，以便及時安排檢修的一種主動檢修方式[9]。其實現主要包含數據收集、狀態評價、制定檢修策略、制定檢修計劃等技術手段。由于監控中心（網管系統和日志系統）記錄的數據信息對于設備狀態檢修計劃數據的收集不夠全面，因此本文的狀態檢修數據信息是通過網管和日志系統在線監測結合信息運維人員日常巡視維護來獲取的，主要對本周期內數據通信設備（路由器）的投運年限軟硬件配置、外部環境、設備運行狀態、運行資料等指標進行數據收集，由此來指導設備狀態評價及檢修計劃制定。數據通信設備狀態評價模型[10-11]見表1所列主要包括投運年限、軟硬件配置、外部環境、設備運行狀態、運行資料等指標，其中投運年限、外部環境會影響數據通信設備的性能，軟硬件配置會對數據通信設備的安全運行產生重大影響，而設備運行狀態指標主要涉及到數據通信設備承載量。數據通信設備狀態檢修流程為：首先對采集的數據通過數據分析模型進行建模，從而形成設備狀態特征量（以設備運行狀態指標為例，其狀態特征量為設備運行時的CPU負載、內存使用率、直連鏈路丟包情況、鏈路延時、設備接口富余情況、路由協議運行狀態等）；其次建立設備評價的狀態模型，依據設備狀態評分數學模型（主要包括閾值型評分模型曲線型評分模型、邏輯與型評分模型，其中閾值型評分模型在指定正常運行邊界條件下使用，曲線型評分模型主要適用于指標偏離基準越大扣分越多的情況，邏輯與型評分模型適用于由多個狀態組合在一起決定設備某一指標的情況）和設備評價細則對設備進行狀態評價；最后根據數據通信設備狀態評價結果生成數據通信設備狀態評價報告和風險評估報告，結合檢修策略庫來確定數據通信設備狀態檢修計劃[10]。以H3C路由器為例，根據表1的數據通信設備狀態評價模型分別對其各項指標進行綜合評價：首先對該設備的投運年限進行評分，該指標的評分模型適合采用閾值型評分模型；其次對外部環境進行評分，該指標需根據積塵情況、接地情況、標簽標識等按照評價要求進行評分，宜采用邏輯與型評分模型進行評分，適用此評分模型的指標還有軟硬件配置、運行資料等[12]；再次對設備運行狀態指標進行評分，該指標需根據直連鏈路丟包、鏈路延時、設備負載、設備接口富余、路由協議運行狀態等項按照評價要求進行評分，該指標中除了路由協議狀態適合選取閾值型評分模型來進行評分外，其他指標均宜采用曲線型評分模型評分，以設備負載情況為例，已知評價標準為設備CPU利用率基準的75%，CPU使用率超越基準線越多則扣分越多，嚴重故障警戒為90%，內存利用率評分標準與CPU相類似；最后根據評分模型計算設備的狀態評價分數，給出設備狀態評價報告和風險評估報告，將其與檢修策略庫相結合來制定設備狀態檢修計劃，從而幫助信息運維人員實現應檢必檢、及時消缺，根據設備運行情況制定正確的檢修計劃，提高電力系統數據通信設備的檢修效率，保證電力二次系統安全穩定運行。
篇6
1高速數據通信與系統加固技術的發展概述
1.1高速數據通信技術的發展情況
在傳統的電路設計中，通常采用的是總線設計的技術。這類技術的接口較為簡單，通常是以TTL電平為主，這類技術只是對于較為簡單的數據處理時較為適用。而現階段計算機需要處理的數據量越來越大，這類技術就顯得不是那么靈活[1]。與并聯技術相比，現階段多數采用的是串行總線的技術。這類技術的主要工作原理是在發送數據時，運用串行的方式，將數據串聯在一條數據上，這樣不僅方便了數據的發送，也簡化了互聯網系統的復雜度，更加使數據的傳送質量得到了保障。當低壓信號出現時，增加了串行技術的安全性，使其避免受到干擾，也使高速數據通信有了新的發展途徑。目前，許多的通信系統的加固采用的都是這種串行技術，成為了高速數據通信系統加固的主要方案。
1.2高速數據通信模型
隨著數字技術的不斷發展，數據傳輸面臨著巨大的發展挑戰，急需構建高速的數據通信系統。而高速數據通信也設計出了新的應用模型，包括標準協議的可靠通信模型和自定義協議的傳輸模型[2]。前者是有鏈接的通信，在單工模式下對于數據進行單向傳輸的通信系統。后者是實現數據的高效傳輸，只需要一對差分線就可以構建高速數據的通道，這種通信模型在數據傳輸過程中的穩定性大大提高。
2數據通信與系統加固技術的研究
由于抗輻照技術的產生，拓展了數據通信的研究領域，新的數據通信加固技術也會應運而生。數據通信的加固目的與系統加固是一樣的，都是為了使計算機系統更加穩固[3]。而數據通信的加固技術相對于系統加固技術來說，其操作更加簡便些，通信加固在無線的應用上主要靠的是信道編碼，使誤碼率降低；在有線上的運用主要是在數據的傳輸過程中，來改善信號的傳輸效率。但是現在數據通信加固技術在有線的應用上還處在摸索的階段，一般已經在無線上實現了應用，雖然在無線上的應用能夠提高系統的穩定性和數據傳輸的速度，但相應的也會發生誤碼的現象。我國雖然在系統加固技術的研究上受到多方面的影響，在高速數據通信與系統的加固技術研究上傾向于內容的研究，具體的實驗室研究相對較少，但是我國在抗輻照的原理和措施上研究的比較多，也取得了一定的研究成果。
2.1冗余設計
冗余設計的基本設計思路是在原有的基礎上加大功能模塊，在出現受損模塊時，能夠及時的進行更換，冗余的實質性的設計目的也就是實現模塊的備份，能夠保證系統的維修速度，使系統能夠正常的運作。在這里冗余的設計模式也是多種多樣的，包括一些硬件冗余、信息冗余等都是常見的冗余設計，在這里硬件冗余設計是應用最為廣泛的[4]。
2.2差錯控制與動態重構
差錯控制也可以說是一種糾錯技術，在一定的程度上及時的對系統故障進行糾錯，提高通信系統的安全性和抗輻照的能力[5]。差錯控制主要應用于星載系統中，在此系統中利用差錯控制主要是能夠檢測到錯誤，并且糾正錯誤的電子信息，避免通信系統出現故障。使用該控制技術時要確保通信數據在錄入時，能夠生成驗證碼進行數據的判斷與保存。
2.3ASIC設計
ASIC這種設計技術能夠解決星載系統中出現的許多問題，不僅能夠使通信系統的體積縮小、減少消耗的資源，而且還能夠加強通信系統的穩固性。ASIC這種設計在具體的實施上有嚴格的技術要求，需要根據通信的實際情況來確定，主要是采用一些專門的材質進行系統的加固，提高通信系統的抗輻照能力，加強自身的穩定性。但ASIC技術在我國的研究還處于起步階段，由于這種技術的耗資大、開發時間長，靈活性也較差，所以在實際的操作過程中要充分的考慮這些因素，進行合理的開發與應用。
3結束語
隨著科學技術不斷的發展，出現了新興的高速數據通信與系統加固技術，而由于計算機需要處理的數據量不斷加大，對數據通信與系統加固技術也提出了更高的要求。不僅在技術上加大了難度，在系統的維護上也增添了新要求，所以，需要更多的技術研究者加強對高速數據通信與系統加固技術的研究，使其能夠合理的應用，促進通信系統的發展。
參考文獻
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篇7
文獻標志碼：A
Research and application of matching communications between
Virtex-5 GTP and Virtex-6 GTX
Abstract：
For the differences between Virtex-5 RocketIOTM GTP and Virtex-6 RocketIOTM GTX adjustments should be made on pre-emphasis/de-emphasis values and reception equalization values，the receiving terminal voltage and differential voltage transmission values， so as to adapt to the data communication between GTP and GTX. By using ChipsCope Pro_IBERT to measure the actual communication parameters to set GTP/GTX transceiver side， this paper defined the data frame structure through custom communication protocol， and designed a new RocketIO data transceiver interface controller. By analyzing the phenomenon of byte misalignment caused by some uncertainty such as high frequency instability， and clock drift， this paper added a data misalignment correction module in custom communication protocol， thus greatly reducing the error rate of data transmission. The experimental results show that high speed serial communication between Virtex-5 RocketIOTM GTP and Virtex-6 RocketIOTM GTX can be implemented， and the data transceiver interface controller is of data transmission stability， low bit error rata and good generality.
Key words：
RocketIO； GTX； GTP； high-speed serial communication； Field Programmable Gate Array （FPGA）
0 引言
RocketIOTM是Xilinx 公司現場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）內嵌的可編程全雙工高速串行收發器，在Virtex-5 和Virtex-6等系列 FPGA中改稱為吉比特收發器（Gigabit Transceiver，GT），因有部分差異又分為P型和X型，即GTP和GTX，用以實現FPGA與外部設備間數據的高速串行通信[1]。目前工程上普遍使用相同RocketIO進行相互間數據通信，比如GTP與GTP、GTX與GTX進行相互間數據通信。盡管這樣設計可以得到穩定可靠的數據通信，但是在FPGA升級或FPGA板卡更換后會出現通信匹配問題，這就大大縮小了FPGA板卡中FPGA變更的范圍，降低了系統的可擴展性。
本文對Virtex-5 RocketIOTM GTP和Virtex-6 RocketIOTM GTX內部結構進行了比較分析，通過對收發端的預/去加重和接收均衡、發送差分電壓大小匹配、接收終端電壓、接收數據錯位問題等進行分析，找到了合適的通信參數。然后在此基礎上通過自定義通信協議，設計出了具有接收數據前后字節錯位校正功能的數據收發接口控制器，實現了GTP與GTX間數據的高速串行通信。GTP與GTX的匹配通信使得多片FPGA電路系統的升級方便了許多，直接更換FPGA板卡即可，現已在某型雷達信號模擬器中成功應用。
1 RocketIOTM GTP/GTX差異性分析
GTP和GTX都由物理媒介適配 （Physical Media Attachment，PMA）和物理編碼子層 （Physical Coding Sublayer，PCS）兩個子層組成，但是內部結構存在部分差異 [2-3]。
通過比較可知：Virtex-5 RocketIOTM GTP支持100Mb/s至3.75Gb/s的線速，Virtex-6 RocketIOTM GTX支持750Mb/s至6.5Gb/s的線速。GTP僅支持預加重技術，而GTX還支持去加重技術，GTP預加重僅為8級可控，而GTX為16級可控；GTP差分輸出幅度為8級可控，而GTX為16級可控。GTP的接收端沒有去加重模型和判定反饋均衡器。GTP接收終端電壓有2/3AVTTRX（analog voltage supply for the receiver circuitsand termination）、AVTTRX、接地（Ground，GND），GTX有GND、Float、MGTAVTT_*（analog voltage supply for the transmitter and receiver termination circuits of Multi-Gigabit Transceiver）[2-3]。GTP和GTX在結構上大體是相同的，說明二者在匹配通信上是完全可行的，但是二者之間存在的差異要求在使用過程中注意諸多細節，比如線速匹配、差分輸出電壓值的匹配、預/去加重大小、接收均衡值大小、接收終端電壓等。
2 匹配通信參數調整與問題分析
從GTP和GTX間差異可推知， GTP和GTX收發端的阻抗、電氣等特性上必然存在一定差異，那么二者間的匹配通信通過調整GTP和GTX收發端的參數就可以實現。本文充分利用Xilinx公司FPGA開發軟件ISE中自帶的集成比特錯誤率測試儀（Integrated Bit Error Ratio Tester，IBERT）工具，通過對硬件通道進行測試，測試出了適合該硬件通道的預/去加重和接收均衡值、接收終端電壓以及合適的發送端差分輸出電壓值等參數，這些參數對數據收發接口控制器的設計具有重要參考價值。
2.1 預/去加重和接收均衡的調整
為了補償信號在傳輸過程中的高頻損耗，提高信號質量， GTX中集成了預/去加重和接收均衡電路，GTP僅集成了預加重電路。文獻[4]研究了預/去加重和接收均衡對信號質量的影響，認為只有合適的預/去加重和線性均衡的比例或者兩者之間的組合才能達到改善接收信號質量的目的，并認為存在一個無誤碼采樣區。對于不同硬件電路與不同傳輸通道，由于其阻抗、電氣特性的差異，使得通道損耗補償會有所不同，因此對于不同硬件通道，預/去加重值和接收均衡值需作出適當調整[5]。
2.2 接收終端電壓的選擇
文獻[2]對GTP接收終端電壓的配置進行了說明，若數據線速在2.5Gb/s以上，在接收端外部需做交流耦合，此時內部若不使用交流耦合，則接收終端電壓可任意選擇2/3AVTTRX、AVTTRX、GND之一；文獻[3]對GTX接收終端電壓的配置也作了具體說明，同樣若數據線速在2.5Gb/s以上，接收端需做外部交流耦合，內部若進行交流耦合，則接收終端可任意選擇GND、Float、MGTAVTT_*之一。但是對于不同硬件通道，因其損耗差異等原因，存在一個最佳匹配問題，本文通過IBERT工具測試出了所應用的雷達信號模擬器中的最佳接收終端電壓類型[6]。
2.3 發送差分電壓值的分析
接收終端電壓作為接收數據的參考電壓，不同的接收終端電壓會影響對接收數據高低電平的判決，從而對發送差分電壓值的大小有一定的要求。不同硬件系統間的阻抗、電氣特性的差異以及信道的損耗不同，使得發送差分電壓值需作出相應調整[5]。
2.4 接收數據前后字節錯位分析
由于GTP/GTX接收端數據組合規則是以字節為單位的[1-2]，即每個時鐘沿只采集一個字節數據，然后再組裝成RXDATA[15：0]。由于高頻時鐘不穩定以及時鐘漂移等不確定性因素的影響，使得采集時鐘的邊沿有時會發生偏移，這就可能造成對某個字節的采集遺漏，從而使GTP/GTX的輸出RXDATA[15：0]前后兩個字節錯位[7]。如圖1所示，在時鐘上升沿時刻鎖存數據，假設在某時刻時鐘發生抖動或偏移，造成該時刻數據“95”丟失，使得組裝后的數據發生前后字節錯位的現象。為了進行正常通信，需進行校正處理。
3 GTP和GTX匹配通信的應用
本文所應用的雷達信號模擬器由接口板和信號生成板組成。板間內部需進行FPGA間的數據通信，其中接口板上FPGA為Virtex-5系列xc5vsx95t，信號生成板上為Virtex-6系列xc6vsx315t，如圖2所示。根據上文分析，現利用GTP和GTX，自定義通信協議，設計數據收發接口控制器來實現兩片FPGA間的數據通信。
3.1 自定義通信協議
通信協議定義了發送和接收端的工作內容，如圖3所示。發送端主要由先入先出隊列（First Input First Output，FIFO）、幀封裝、邏輯控制和GTP/GTX組成，接收端主要由GTP/GTX、幀解封、邏輯控制、數據校正和FIFO組成，接收端在FPGA外部進行了交流耦合。
此處幀封裝的主要工作是在用戶數據前后插入用于時鐘校正[8]和數據對齊[2-3]的幀頭、幀尾字符。這里的幀頭和幀尾都由時鐘校正序列“BC95”充當[7]，“BC95”既作Comma對齊字符，也可作時鐘校正序列，如圖4所示。每幀數據中幀頭“BC95”數目不是固定的，當發送FIFO空標志顯示沒有用戶數據時，一直會發送“BC95”，直到有用戶數據。同時為了確保時鐘的精準性，需定義每幀用戶數據不超過512字節，然后及時插入幀尾“BC95”來校正時鐘。這樣可以保持接收端GTP/GTX處于穩定工作狀態，從而整個鏈路一直處于正常工作狀態。在接收端，針對接收的16位數據前后兩字節錯位的現象，設計的數據校正模塊專門用于解決字節錯位的問題。數據校正后需進行幀解封，去掉幀頭和幀尾，將用戶數據寫入接收FIFO緩存。這樣就完成了數據的發送與接收，具體操作流程如圖5所示。
與基于協議（如Aurora協議）的可靠通信模型相比，該數據幀組成結構比較簡單。在實時傳輸系統中，要求數據一旦開始傳輸就不能中斷，但基于協議的可靠通信模型在鏈路出錯后，其接收端會自動進行復位，同時會通知發送端停止發送數據，復位完成后再重新建立可靠鏈路，這樣就會出現短暫的傳輸錯誤，從而影響整個系統正常工作。而該自定義的通信協議則剛好可以滿足實時傳輸系統的要求[9]。
3.2 數據收發接口控制器設計
根據自定義協議的工作內容，如圖3所示，所設計的數據收發接口控制器主要由發送/接收FIFO、幀封裝邏輯控制模塊、幀解封邏輯控制模塊、數據校正模塊和GTP/GTX模塊組成。
發送/接收FIFO 主要用于數據的位寬轉換和緩沖。
幀封裝邏輯控制模塊 在FIFO非空時讀取FIFO數據，并將FIFO中的用戶數據傳輸給GTP/GTX的發送端TXDATA[15：0]，并置GTP/GTX的K碼特性標志txcharisk[1：0]=00；在FIFO空時，置txcharisk [1：0]=10，同時給GTP/GTX發送端TXDATA[15：0]插入“BC95”（與GTP/GTX內設置的時鐘校正序列一致），表示此時TXDATA[15：0]高字節“BC”具有K碼特性，接收端能根據具有K碼標志的rxcharisk[1：0]來校正本地時鐘，使接收端的時鐘同步[2-3，10]。
數據校正模塊 先判斷rxcharisk [1：0]的值，若rxcharisk[1：0]=10，此時對應接收的幀頭“BC95”接收正確，則不需作校正處理；若rxcharisk[1：0]=01，此時對應接收的幀頭變為 “95BC”，出現了字節錯位，這樣后面的用戶數據也相應錯位，這時先將接收的數據RXDATA [15：0]放入另一個寄存器中，然后在下一個用戶時鐘上升沿到來時刻，將當前時刻數據的低8位和寄存器中數據高8位重新組成16位數據輸出，這樣就糾正了錯位的數據，如圖1所示。
幀解封邏輯控制模塊 接收端rxcharisk [1：0]=00時，將校正后的數據寫入接收FIFO，否則丟棄數據（rxcharisk[1：0]=00對應用戶數據，其他值對應“BC95”），這樣就能保證寫進FIFO的數據為用戶數據。
GTP/GTX 收發數據的線速均設置為2.5Gb/s，數據寬度選為16bit，采用8B/10B編碼，參考時鐘在GTP中選擇125MHz，在GTX中選擇100MHz。GTP雖可借用相鄰3個坐標內的GTP所連接的參考時鐘，但是需要對二者之間的GTP進行例化，而GTX則無此要求[1-2]。收發端均需選擇緩沖功能，GTX發送和接收方向的用戶時鐘選擇TXOUTCLK，GTP均選擇REFCLKOUT，復位信號選擇TXRESET和RXRESET，Comma檢測對齊選用K28.5測試碼。選擇時鐘修正功能，根據之前設置的數據寬度，此時需選擇2個字長的時鐘修正序列，并設置時鐘修正序列為“BC95”來修正時鐘，但其中只將高8位“BC”標記為K碼特性，以避免可能存在的高低位對齊錯誤[11]。對GTP/GTX進行上電復位，復位信號由時鐘鎖相環的鎖定信號LOCKED取反生成，再經過兩級移位寄存器的操作與處理可以濾除復位信號的抖動，同時這樣也可以保證鎖相環輸出穩定時鐘在GTP/GTX復位后才送給下一級邏輯[12-13]。
4 實驗結果與分析
IBERT測試過程中，對于不同的GTP/GTX接收終端電壓，測得的發送差分電壓值—接收端誤碼率曲線如圖6所示。從圖6可知，當GTP作發送端，GTX接收終端電壓為MGTAVTT，發送差分電壓值在400～800mV間時，誤碼率很低。GTX接收終端電壓為GND、Float，發送差分電壓值在400～1070mV時，誤碼率很低；當GTX作發送端，GTP接收終端電壓為2/3AVTTRX、AVTTRX、GND，發送差分電壓在130～1070mV時，接收端誤碼率很低。結合以上分析，將GTX接收終端電壓設置為GND，GTP端設置為2/3AVTTRX，GTX發送差分電壓值設為600mV、GTP發送差分電壓值設為590mV為最佳。
經過IBERT測試，同時還可得到合適的預/去加重、接收均衡值。GTX的預加重大小為0.15dB（0000），GTP設置為2%（000）。GTP/GTX均不使用接收均衡，通信誤碼率依然很低，故本設計直接參考了這些參數值。
數據通信測試是在DSP的配合下進行的。圖7為FPGA間數據雙向通信測試的Chipscope截圖。
從圖7（d）可以看出，K碼標志位rxcharisk[1：0]=01，同時對應的幀頭變為“95BC”，明顯GTP/GTX接收到的數據出現了前后兩字節錯位的現象，經過校正，數據得到恢復，如圖7（d）方框標記所示。通過比較圖7（a）和圖7（b）、圖7（d）和圖7（e），可以看出各發送和接收端數據相同，說明xc5vsx95t和xc6vsx315t間數據雙向傳輸正確。
在數據通信連續通信12h后，經兩塊板卡中DSP TMS320C6416和ADSP-TS201S數據比對、統計，未檢測到錯誤數據。
5 結語
綜合以上分析，本文在研究了Virtex-5 RocketIOTM GTP和Virtex-6 RocketIOTM GTX的差異對二者間通信的影響后，通過IBERT工具尋找到適合該硬件通道的最佳通信參數，自定義通信協議，最終設計出的數據收發接口控制器實現了GTP和GTX間數據高速串行通信。結果表明了GTP與GTX在一定條件下可以匹配通信，從而在今后的電路設計與升級中可以不再考慮二者能否兼容通信的問題。該研究已在某升級后的雷達信號模擬器中成功應用，實現了板間2.5Gb/s的數據通信，數據傳輸穩定可靠，完全滿足該雷達信號模擬器數據通信要求。
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篇8
隨著煙草行業進一步深化卷煙工業體制改革，大力推動卷煙工業集團組織架構調整，加快省級工業公司與所屬卷煙工業集團合并重組，各中煙工業公司正在逐步整合統一營銷、統一生產、統一采購、統一研發等4統一的業務模式，實現集中統一管理。為有效應對這種業務模式的變革及機構管理職能的調整，各中煙工業公司均在加速進行整個中煙層面ERP系統的建設。如何實現中煙工業公司的ERP系統與各煙廠現有或即將實施的物料高架庫管理系統（TIMMS系統）的集成，保證各煙廠煙葉、輔料、備件、成品等物料的實際出入庫數據在ERP系統中得到及時、快速、準確的反應，最終實現中煙工業公司對各煙廠物料的精確化管理已經成為了煙草行業工業公司實施信息化的迫切需求。本文將基于該業務需求重點論述煙草行業中煙工業公司ERP系統與各煙廠高架庫管理系統（TIMMS）的集成設計與實現。
二、設計與實現
中煙工業公司ERP系統與各煙廠TIMMS系統之間交互的數據分為上行數據和下行數據兩類。上行數據主要包括各煙廠TIMMS系統向ERP系統反饋的數據，如備件、煙葉、輔料等的實際出入庫結果數據。下行數據主要包括ERP系統向各TIMMS系統下發的數據，如基礎主數據、BOM數據、用料申請數據、入庫單據等。為實現ERP系統與各煙廠TIMMS系統數據的高效集成與互連互通，在整個集成設計中將主要包括ERP系統接口軟件的開發與實施、各煙廠接口系統的開發與實施、數據通信平臺的建設實施3個部分。ERP系統接口軟件主要實現ERP系統下發數據的處理與發送及TIMMS系統反饋數據的接收與處理；各煙廠接口系統主要實現對各自煙廠TIMMS系統向ERP系統發送數據的準備、數據轉換及發送，同時實現ERP系統下發數據的接收及轉換處理；數據通信平臺主要通過通信中間件實現接口數據的通信與可靠傳輸。具體如圖1所示：
當ERP系統需要向各煙廠TIMMS系統下發數據時，首先ERP系統通過“ERP系統接口軟件”將需要下發的數據轉換成數據通信平臺所約定的數據標準格式，下發到數據通信平臺，數據通信平臺通過可靠的數據傳輸下發到“各煙廠接口系統”，接口系統獲取到ERP下發的數據，進行數據的解析及數據的轉換（將ERP的業務工單等數據轉換成TIMMS系統所能識別的業務數據），然后將轉換處理后的業務數據通過接口程序傳輸給TIMMS系統，從而完成整個業務數據的下發過程。當煙廠TIMMS系統需要向ERP系統反饋業務數據時，首先由接口程序獲取到需要上傳給ERP系統的業務數據，然后進行數據的轉換和處理（將TIMMS系統上傳的數據轉換成ERP系統所能識別的業務數據），將這些業務數據按照數據通信平臺所約定的傳輸格式進行數據封裝，通過數據交換平臺反饋給ERP系統接口軟件，由ERP系統接口軟件進行數據的解析與處理，最終完成整個業務數據的上傳過程。
三、關鍵技術
從技術層面上實現ERP系統與各煙廠TIMMS系統的集成其關鍵點為“數據通信平臺”的建設。通過數據通信平臺所有的上行和下行數據均以消息傳遞的機制實現，實現ERP系統與各煙廠TIMMS系統之間的松耦合，同時依賴于消息中間件來保證消息傳輸的可靠性，實現消息傳輸的異步。在構建“數據通信平臺”中主要涉及到以下方面：
第一，統一的消息模型。通過該消息模型將需要交換的數據或請求變成交換系統雙方都能識別和理解的信息，并通過消息中間件實現發送和接收。
第二，數據交換協議。在數據交換體系設計模式中，為保證數據的可靠傳輸和交換，數據交換雙方都需要通過配置文件或的公共信息事先約定好都能理解的一些信息。協議信息主要體現在以下方面：一是業務標識信息。雙方提前約定好業務標識信息，并將該信息放到消息模型中，當雙方交換數據時，通過解析接收到的消息中的業務標識信息即可對接收的業務數據進行處理。二是操作標識信息。通過約定好的操作標識信息，讓接收方知道怎樣操作。三是條件標識信息。通過約定好的條件標識信息，讓請求方明確告之數據提供方應該提供符合什么條件的數據。四是發送者/接收者標識信息。讓數據交換雙方能正確理解發送者是誰，接收者是誰。五是消息的數據模式定義信息。當發送數據時，雙方得事先約定好描述數據的結構定義。例如通過XML格式進行數據傳輸，則雙方要約定好該XML的XSD，當接收到XML消息時，就可根據相應的XSD正確解析XML數據。
四、總結與展望
本文著重分析了卷煙工業體制改革后省級工業公司ERP系統與下屬各煙廠TIMMS系統集成的業務需求及信息化技術的設計與實現。隨著省級工業公司ERP系統與下屬各煙廠TIMMS系統的全面集成，將最終實現煙草行業省級工業公司對各煙廠物料進出存的精確化管理，有效降低物料管理成本，提高煙草行業的生產經營效益。
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篇9
1引言
如今的21世紀作為一個科技高速發達的信息化時代，數據信息的迅速傳輸和融合共享體現出信息化時代的主要特征。然而引起這一巨大改變的科學技術則為計算機系統通信技術。作為計算機系統通信技術領域的關鍵內容，數據通信系統的提升發展和實際應用是相當重要的，結合目前的先機計算機系統技術，能夠達到遠程模式的信息化資源融合與共享的目的，這能夠為現代化科技的上升發展提供了相當有推動作用的基礎性平臺[1]。
2數據通信系統的傳輸方式
⑴電纜通信方式，即為雙絞線或者同軸電纜等方面，主要用于市話與長途通信。其相應的調制方式應為SSB/FDM，這是在同軸基礎上PCM時分多路形式的數字基帶傳輸技術，相應的光纖會慢慢替代為同軸。
⑵微波中繼通信方式，相比于同軸具有容易架設、投資度小與周期短等特點。模擬式電話微波通信使用的是SSB/FM/FDM的調制方式，其相應的通信容量為6000路/頻道。
⑶光纖通信方式，這實質上為一種經過激光方式實現遠距離數據信息傳輸的數據通信模式，主要根據光電轉換和數字信號處理兩個環節組成的，具備十分強大的通信能力，所以這傳輸容量顯得比較大，數據信息傳輸的相應距離也相對比較遠，具有較強抵抗干擾的能力。
⑷衛星通信方式，其數據通信系統具有傳輸距離較遠、傳輸內容量較大、信號覆蓋面積較大與可靠性較高等特點。當前情況下數字衛星通信方式使用數字調制、時分多路與時分多址等模式。
⑸移動通信方式，其定義為數據信息傳輸到具體某一個通信終端并非不會改變的，兩個通信終端都會處在移動狀態的模式下實行通信。因為移動通信方式的物體不會固定在某具體的位置，所以相應的信號傳輸方式主要是經過空間系統和地面系統兩個環節實現的。
3數據通信系統的應用分析
通常情況下，依據數據傳輸的方式能夠把數據通信分成有線形式的數據通信與無線形式的數據通信這兩種具體類型，其各自都具有不同的通信特征和應用范圍[2]。
3.1有線形式的數據通信
3.1.1數字數據網
數字數據網是根據數字傳輸電路與對應的數字交叉復用型電子設備所構成的。數字傳輸一般是以光纜傳輸電路作為主導，數字交叉連接復用型電子設備對于數字電路能夠達到半固定交叉連接與子速率復用的使用目的。數字數據網是使用光纖或者數字微波、衛星等方面數字信道與數字交叉復用型電子設備所構成的數字數據傳輸網。也即為數字數據網將數據化通信技術、數字化通信技術、光纖化通信技術與數字交叉式連接技術結合于一體的數字式通信網絡。
3.1.2分組交換網
分組交換網根據CCITTX.25作為實現基礎，又可以稱之為X.25網。其是使用從存儲到轉發的處理形式，通過把用戶傳輸過來的報文具體分為一定長度范圍的數據段內容，而且在每一個數據段內容的基礎上加入需要的數據控制信息，能夠形成一個包含地址分組形式的組合群體，能夠在網絡上實現傳輸功能[3]。分組交換網所具備的優勢在于一條數據信號電路上存在著多條開放型虛的信號通路，可以同時被多個不同用戶所使用，通信網絡具備了動態路由模式的選擇能力與先進形式的誤碼驗錯能力，然而其通信網絡的實現性能表現較差。
3.1.3幀中繼網
幀中繼網中一般是由相應的幀中繼存儲設備、幀中繼交換設備與公共幀中繼服務網等三個組成3部分所構成。幀中繼網根據分組交換技術的基礎而發展形成的，幀中繼技術是根據各種不同長度形式的用戶數據組都可以封裝在相對比較大的幀中繼幀范圍之內，加上尋址與控制數據信息之后能夠在網上實現傳輸功能。幀中繼技術的實際使用范圍應當包含若干個方面，搭建幀中繼公用網從而能夠提供幀中繼的相應業務；在分組交換機的基礎上可以安裝配置幀中繼接口，實現業務的提供條件；操作用戶能夠使用較低成本的虛擬式寬帶業務；在專門化的通信網絡中，使用具有復用功能的物理接口能夠減少局域網進行互聯過程是的橋接器、路由器與控制器所需要的端口數目，并且能夠減少信號互聯設備所要配置的通信設備數目等各個具體方面。
3.2 無線數據通信
無線數據通信又被稱之為移動數據通信，是根據無線電波的傳輸形式來實現數據傳輸功能的，所有這就有可能達到在處于移動狀態下實現移動通信的目的。首先在通信業務范疇內，無線數據通信能夠在基本數據通信業務過程中實現電子郵箱、傳真、廣播與局域網連接等各個方面來進行廣泛的實際操作應用，同時能夠在計算機系統、交通運輸信息化操作管理和遠程模式數據連接等各個專用形式的數據業務過程得到很好的應用實踐。其次在工商業或者其它行業領域之中，其實際的應用范圍應當包括幾個方面的內容，固定形式的實際應用能夠透過無線方式連接進入到公用數據網絡的固定形式應用實踐系統與通信網絡，移動式的實踐應用體現在戶外探測、工程施工、理念設計部門與交通運輸部門的運輸車隊、船隊與快遞公司作為指令或者狀況實時記錄事件，經過無線數據網絡能夠實現業務處理調度、遠程模式數據訪問操作、報告指令輸入、聯絡通信、數據收集發送等各個方面都應當使用移動式數據通信終端。
4結束語
經過上述對于數據通信系統的信息傳輸方式、分類和實際應用等方面進行深入的分析與研究，能夠深入地認識到數據通信技術在現代信息化通信系統環節中起到了相當大的推動作用[6]。在計算機系統技術和高端先進科學技術不斷上升和發展的趨勢引導下，數據通信技術的水平標準將會得到更理想的提升與飛躍，數據通信技術一定會在現代化數據通信系統實踐環節中體現出優越的力量，其實際應用范圍同時會滲透到各個層面領域的各個具體環節，從而帶動社會的技術進步和經濟發展。
參考文獻：
篇10
Zigbee；協議棧；低功耗；低速率
1概述
隨著科學技術的不斷發展，人們對于日常生活質量的要求越來越高，加上網絡移動終端設備的逐漸普及，人們迫切希望能夠隨時隨地地享受到網絡服務，也就催生了無線網絡的發展和在人們日常生活中的應用。目前，無線網絡已經成為人們日常生活的不可缺少的一部分，使得人們的各種網絡設備、PC機以及音頻視頻設備能夠快速方便安全的無線連接，加快了家庭的自動化、生活節能化的發展。然而，不同設備和環境對于不同的無線網絡的要求不同，例如一些簡單的近距離低速傳輸的常用的家庭設備，如果采用復雜的通信協議，不僅會對設備造成電能的消耗，而且還會浪費通信資源，增加成本，所以需要采用相應的通信協議來進行設備之間的通信和數據傳輸。Zigbee通信技術是一種應用在通信距離短、傳輸速度低的設備之間的通信技術，可以對一些通信數據量小的設備提供低成本、低功耗、組網大的技術支持，從而實現家庭或者部分工業生產的無線網絡的應用。
2Zigbee技術特點
無線傳輸協議一直都是朝著大的傳輸距離以及高的數據通信速率的方向發展。例如移動通信網絡的發展歷程，從第一代、第二代的傳輸語音、文字的通信網絡到當前第三代、第四代的高速傳輸視頻等媒體的移動通信網絡，無論是傳輸距離還是傳輸速率上都有了很大的提升。然而Zigbee技術，卻處在短距離和低速率的無線網絡應用范圍，并且其功耗低、容量大、可靠性高等特點，在一些固定低成本功耗低的設備中廣泛應用。
基于Zigbee協議的直接的有效通信距離在40m到135m之間，所以在單級設備之間，通信距離是很近的，但是，Zigbee協議支持多級Zigbee路由共連，從而將Zigbee網絡的有效通信距離擴大到數百米甚至上千米。Zigbee技術功耗是非常低的，在工作狀態下只有30mW，而在休眠狀態下僅僅有1μW，所以，一般的直流電池可供Zigbee設備工作6個月到兩年不等。Zigbee技術抗干擾能力比較強，其在物理層使用擴頻技術，在MAC層增加了talkwhenready的應答重傳機制，可以有效地抵抗干擾來確保數據傳輸的可靠性。基于Zigbee協議的網絡可以容納的網絡節點是非常龐大的，理論上，每個Zigbee網絡可容納255個節點，配合協調器可以使多個Zigbee網絡互連，從而使一個區域內同時容納上百個Zigbee網絡，極大地擴充了容納網絡節點量。此外，Zigbee協議采用AES128加密算法，為傳輸數據的完整性檢查和鑒權機制和三級安全模式，從而確保了Zigbee網絡的數據通信的安全。
3Zigbee協議分析
Zigbee是基于802.15.4的無線通信標準，是在網絡設備的微處理器內部運行應用軟件，又被稱為Zigbee協議棧，其最大數據傳輸速率為250Kbps。Zigbee協議棧目前有三個較大的版本，最新的版本是與2007年10月的Zigbee 2007，該版本包含兩個協議棧模板，分別是2006年的協議棧模板Stack Profile 1以及2007年的Zigbee Pro協議模板Stack Profile 2。Zigbee協議棧是采用分層的機構，對網絡的物理層、數據鏈路層、網絡層以及應用層進行了通信標準的定義和應用，而處在低層的網絡通信層為上一層的網絡通信層通過服務接入點SAP（Service Access Point）提供相應的數據傳輸的服務。
物理層：Zigbee協議規定了Zigbee通信技術使用的頻段，分別為915MHZ、868MHZ以及2.4GHZ，從而為Zigbee網絡提供2MHZ、5MHZ以及0.6MHZ的通信帶寬。此外，Zigbee協議利用DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）的直接序列擴頻技術，將無線通信信號化整為零，分為多個通信信號，然后再進行編碼傳送。處在915MHZ和868MHZ頻段的通信信號采用的BPSK調相技術，而處在2.4GHZ頻段的通信信號則采用了OQPSK調相技術。
數據鏈路層：Zigbee技術在MAC層采用了時分復用的GTS接入技術以及CSMA/CA的隨機接入技術，并且規定了信標和非信標的信道接入模式，從而有效地避免了處在相鄰節點的數據傳輸沖突。利用信標模式，可以將網絡小規模地同步，而非信標模式，則是采用競爭模式來接入信道進行傳輸。
網絡層：Zigbee利用樹路由和網狀路由完成Zigbee網絡的路由查找、節點接入等功能，從而實現了Zigbee網絡的星狀、樹狀、網狀等多種拓撲結構的分布式網絡。Zigbee網絡層的主要構造設備有協調器、路由器以及末端節點三種。其中協調器是構建和啟動Zigbee網絡的主要設備，擔任該網絡的數據交換的角色，為Zigbee網絡提供網絡安全、綁定等功能。路由器則是為Zigbee網絡提供了多跳路由、輔助網絡節點進行通信的功能。末端節點則負責將數據傳送至協調器或者從協調器內獲取數據，輔助Zigbee網絡進行數據傳輸。
應用層：Zigbee協議為提供了APS應用支持子層，AF應用框架以及ZDO應用設備對象，從而為實際應用提供統一API，實現相關功能。其中APS包括了協議數據單元的的處理、同網絡內的數據傳輸機制以及對管理對象數據庫的維護功能。AF則為應用地向提供了鍵值和報文服務，從而實現用戶對應用對象的自定義。ZDO主要對Zigbee的網絡進行維護和管理。
4總結
Zigbee通信技術主要是針對短距離低速率低功耗的網絡平臺應用技術，實現網絡低成本低消耗的數據通信。同時，Zigbee協議棧對網絡的物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層的通信標準和接口進行了定義，并采用相關的機制實現Zigbee網絡安全可靠低功耗的數據通信。
參考文獻：
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篇11
Design of Net Monitoring System Based on WMI
YE Wen
(Electromechanic and Information Engineering Department, Ya'an Vocational College, Ya'an 625000, China)
Abstract: At present many network Architecture has become increasingly complex and performance has become increasingly powerful. Through the WMI service on Windows, using .Net, to build a network monitoring system. Its kernel is creating three modules that include data collection, data communications and data display, through the business as an interface between the layers to make the system become stronger to extend, low coupling and easy to deploy.
Key words: WMI; .Net; network monitoring
對于一個大型網站，每天都有數以千萬記的訪問量。每個網站后臺的系統支持也是非常復雜的，各系統之間盤根錯節，每時每刻都在進行著大量的數據通信與交換。如果某個結點出現差錯，就可能導致某個業務出現停滯現象，尤其對于一些關鍵的業務系統來說，需要做到高可靠性，每時每刻處于運行狀態，這時除了系統要具有良好的容錯、備份機制以外，還有必要對關鍵系統的運行狀態進行監控。當出現異常情況時，能及時反饋信息給技術人員，使得技術人員能對異常進行有效地處置。本文利用Windows提供的WMI服務，能有效對遠程機進行監控，并將監控信息傳遞給網站管理人員。
1 架構分析
該系統分為三層結構，分別是數據采集層，數據通信層和數據展示層（如圖1）。各層之間采用協議為接口，協議根據業務的要求可進行擴展，這樣做的優點是層內的功能相對獨立，并降低層與層之間的耦合度。各層的功能如圖1。
1.1 數據采集層的主要任務是獲取服務器數據
包括對服務器運行狀態、Web服務器性能、數據庫服務、自行開發的服務以及服務器資源的使用情況等軟硬件數據進行抓取。數據的采集可分為兩種方式：
1) 主動對被監控的服務器采集數據，包括服務器的實時運行狀態及一些周期性事件。
2) 通過接收監控中心的指令來被動地對被監控服務器采集數據。
服務器數據的采集使用了WMI服務，WMI是Windows平臺的分布式強制任務管理（DMTF）中基本Web的企業管理工具，它以公用信息模型（CIM）為基礎。CIM是一種可擴展的數據模型，用于在管理環境中以一致和統一的方式在邏輯上組織管理對象。在Microsoft數據模型中包含了存儲元數據和存儲管理數據的知識庫。數據、類和事件提供者向知識庫提供數據，管理應用程序或腳本則通過WMI存取該數據。通過WMI可以訪問、配置、管理和監視幾乎所有的Windows資源，它提供了一種發現和獲取數據的標準方式，設備驅動程序可以使用該服務向應用程序提供所有類型的數據。
1.2 數據通信層負責數據的傳輸
要能準確安全地把采集到的數據傳遞給監控中心。數據通信層需要考慮通信的性能，安全，以及現有的網絡結構，選擇適當的網絡通訊模型。與采集數據的接口是業務協議，負責對協議進行解析，關鍵數據進行加密，然后傳輸數據。
1.3數據展示層是對采集的數據進行加工和顯示
是監控人員與網絡之間的接口，所有的業務功能將在這一層體現。
2 技術實現
2.1 數據采集，服務器采用的是Windows Server，數據的采集使用WMI服務
可以采集到幾乎所有的軟硬件數據信息。Microsoft把WMI封裝成COM接口的形式提供給開發人員使用。在.NET框架中，提供了更為簡便的使用方法來查詢系統各種的信息、訂閱事件。有關WMI的操作包含在System.Managerment，System.Management.Instrumentation兩個命名空間內，可以獲取CPU占用率、內存空間、磁盤空間等信息。其中關系密切的有六個類，分別是：
1) ConnectionOptions類：主要的功能是為建立的WMI連接提供所需的所有設置。在利用WMI對遠程計算機進行操作的時候，首先要進行WMI連接，WMI連接主要是使用的是ManagementScope 類，成功完成WMI連接就要提供遠程計算機WMI用戶名和口令。
2) ManagementScope類：能夠建立和遠程計算機（或者本地計算機）的WMI連接，表示管理可操作范圍。
3) ObjectQuery類：用于在ManagementObjectSearcher中指定查詢。程序中一般采用查詢字符串來構造ObjectQuery實例。其中的查詢字符串是一種類似SQL語言的WQL語言。
4) ManagementObjectSearcher類：主要是根據指定的查詢檢索WMI對象的集合。
5) ManagementObjectCollection類：主要表示 WMI 實例的不同集合，其中包括命名空間、范圍和查詢觀察程序等。
6) ManagementObject類：為單個管理對象或類，通過ManagementObject中的方法可以調用ManagementObject對應的對象，從而執行相應的操作。
定義的接口如下：
//連接遠程計算機
Public interface IConnectHost
{//創建連接
ConnectionOptions Conn ();
//獲取驗證
ManagementScope Scope (string, ConnectionOptions);
}//獲取服務器信息
public interface IGetHostInfomation
{//獲取物理內存
ManagementObjectSearcher GetMemoryInfo (ManagementScope conn, ObjectQuery query);
//獲取剩余內存
ManagementObjectSearcher GetAvailableMemoryInfo (ManagementScope conn, ObjectQuery query);
//獲取CPU占用率
ManagementObjectSearcher GetCupInfo (ManagementScope conn, ObjectQuery query);
//獲取C盤信息
ManagementObjectSearcher GetCdiskInfo (ManagementScope conn, ObjectQuery query);
//其它獲取信息的方法
//…}
3.2 數據通信
傳輸的數據內容是由業務需求來決定的，需制定統一的規范，以便數據在各層之間進行傳輸。在傳輸過程中，可考慮使用消息的方式，先將數據進行封裝，然后轉換成字節流，由數據所通信層把數據發送到目標機器。接收方接收到字節流后，再將其解析，然后轉換成對應的消息。
每個消息都包含消息頭和消息體。由命令標識、序列號、消息長度，再加上特定的業務信息就構成了一個完整的消息。協議解析時就可以根據消息標識，選擇相應的消息處理對象，生成對應的消息實體。數據展現層再負責把消息實體寫入數據庫中。
針對不同的消息，會有應答消息，即消息一般以成對的方式出現。比如監控方向被監控方查詢某個設備狀態，它接收到命令后，會把查詢的結果以相同的序列號為關聯，發出應答消息。這樣監控方就可以準確無誤的收到信息。
4 部署
由于被監控的網絡內部一般存在多個子網，在部署的時候，有兩種方案可供選擇：一是選擇子網的一個服務器作為網關服務器來管理其范圍內的所有主機。此方案部署簡單，便于統一管理，但對網關服務器的要求比較高（圖2）。二是在每臺主機安裝一個服務，然后通過網關服務器傳送給監控中心。此方案網關服務器只起到一個中轉的作用，因為只負責數據通信的功能，所以壓力相對較小，但由于部署分散，導致安全、管理上需要集中統一的時候比較復雜（圖3）。每個網絡可根據自己的需求來選擇適當的方案。
方案一：
如圖2所示。（下轉第5619頁）
（上接第5613頁）
方案二：
如圖3所示。
4 結束語
本文設計主要定義了應用WMI采集數據的接口，由于采用了接口作為功能描述，使得各層內功能內聚強，層與層之間耦合度低，便于開發者實現。本架構在各層功能定義方面采用接口方式，開發者可根據需求進行擴展。
參考文獻：
篇12
而作為實現數據鏈路層的一部分,要求軟件在設計上應該能夠相應地進行延時等待,如按以往的習慣實現的通信系統,整個軟件實際上是按一種同步格式進行工作的,同步循環的產生極大地影響了通信系統的性能。如何解決這個問題?為此我們必須重新選擇編程模型,用一個更為恰當的術語——多線程技術,以適應數據通信系統實際需要。
1多線程技術模型的適用場合
假如有一個系統,它的功能上等同于一個同步系統,但是在設計上,程序不應無限期地去等待用戶輸入。在設計上必須考慮下列內容:
有一個主程序循環等待用戶輸入的發生,但這個循環并不是專門為等待某個輸入數據;
提供一個處理用戶輸入的模塊;
提供一套機制,使得當發生用戶輸入時,主程序循環能及時通知處理輸入的模塊。凡是復合上述條件的,均可用多線程技術編程的思想加以解決。圖2所示的為一個多線程技術模型。主循環負責從用戶界面接收用戶輸入事件,并負責通知需要處理這個事件的相應模塊。
這種系統之所以被稱為多線程技術,是因為程序中存在著多個線程(圖中的虛線)。主循環當(且僅當)發生用戶輸入時才作出響應,并負責通知適當的輸入處理模塊。整個系統是按照多線程技術的用戶輸入這一實質來進行設計的。
從圖2中我們看到,即使其中的一個用戶從不響應,則系統也能夠處理另一個用戶的輸入。經過上述轉變,主程序循環可以完全負責調度管理,這其中包括了優先級和數據沖突方面的內容。按照模塊化風格來進行設計,增加額外的用戶時主程序循環就不必發生變化,只需要復制一個用戶界面模塊和一個輸入處理模塊。在了解了軟件系統中的同步和多線程技術操作不同特點后,我們接下來探討,本系統的數據通信設計應該用什么模型進行,選用同步模型編程還是多線程技術模型編程?
2數據通信和多線程技術系統
我們知道在OSI棧式結構的一組協議中,最低層的是物理層,它負責實際的數據傳輸;而頂層的是一些應用層,負責與用戶接口。在本地計算機上的物理層負責把數據傳送到通信鏈路另一端的對等層上。傳送完數據之后,物理層應該處于一種等待狀態,等待接收從上面的數據鏈路層發來的命令,或是從對等層傳來的數據。物理層不能因為服務于這兩個實體中的一個而拒絕另一個。因此在本質上說,物理層是工作于多線程技術模式下。圖3中說明這種操作對于任何層來說都是適用的。給定的任何一層N,在任何一個時刻,都應該能接收來自上層或下層的命令/響應。盡可能不要在為某一層提供服務的同時而把另一層排斥在外。我們的系統也應該按照這種方式進行設計,使其能很好地滿足這些要求。
3多線程技術系統的數據通信設計
通過上述探討,我們已經了解,本數據通信的設計其本質上也是多線程技術模型。為詳細說明有關多線程技術系統的設計框架,下面以一數據通信系統為例,并深入闡述其多線程技術模式編程的框架。
3.1數據通信系統中多線程技術編程要素
我們在數據通信系統中多線程技術編程時所掌握的要素如下:
主循環——通常也叫做主事件循環,因為它負責接收和傳送事件.這個模塊同時還肩負著調度的功能;
為主循環產生事件的模塊,或者說是以某種方式向主循環通知事件;
接收通知的模塊,主事件循環通知它所發生的事件。這個模塊可以稱為“數據處理器”;
一種使主事件循環能夠知道所有它需要監視的事件的機制。這樣,每個EVENTHANDLER就可以分別通知主事件循環,它需要哪些事件。圖4中顯示了一個多線程技術編程的模型,整個多線程技術編程的框架模型可以看成由一個主事件循環、OS事件發生器、事件處理器、回調和事件注冊機制構成的。
3.2線程技術編程框架設計
這里我們著重介紹一組類的設計,這組類構成此數據通信多線程技術模式編程的框架如下。
scheduler——該類實現了主事件循環。事件處理程序要向scheduler聲明它們的存在,以及它們所要監視的事件;而反過來,scheduler在事件發生時要通知事件處理程序。
eventHandler——這是我們系統中所有事件處理程序的基類eventHandler有一個通用的接口SetEven(),這使得scheduler可以知道每個給定的eventHandler實例所監視的是什么事件。接口中還提供了通用的回調函數CheckEven()和Event-Callback(),對scheduler所報告的各種事件進行必要的處理。
inputHandler——這是eventHandler類的一個子類,它提供對文件上輸入的各種處理功能。從這個類可以繼承派生出其他的類,并重寫函數EventCallback()當給定文件上的輸入就緒時執行某種特定的操作。
timerHandler---這是eventHandler類的一個子類,它提供對定時器的各種處理功能。從這個類可以繼續派生出其他的類,并重寫函數Event-Callback(),對發生超時的定時器的定時器采取特定的操作。各類主要操作如下。
SetInput(),屬于inputHandler,這個函數接受一個指向fd-set結構的指針,把代表它的文件描述符的那一位,置1.
SetTimeout(),屬于timerHandler,這個函數接受一個指向timeval結構的指針,并設置該定時器在超時前所需的時間。
InputReadCallback(),屬于inputHandler,這個函數對輸入進行處理。
CheckInput(),屬于inputHandler,這個函數接受一個指向由select返回的指向fd_set結構的指針,并檢查它的文件描述符上是否有數據準備好輸入。它調用InputReadyCallback()取處理所有的輸入。
TimeoutCallback(),屬于timerHandler,這個函數對超時進行處理。
篇13
0引言
隨著工業現代化的發展，工業化與信息化深度融合，工業生產過程的實時監視和控制顯得尤為重要。組態軟件作為一種用戶可定制的二次開發平臺，以其簡易的開發過程、友好的監控界面、實時的控制性能，實現對工業現場的監控和控制，當前在各個行業和領域中得到了廣泛的應用［1－2］。目前國內外應用最多的組態軟件有Wonderware公司的InTouch、GeFanuc公司的IFix、組態王(KingView)、監視與控制通用系統(MonitorandControlGeneratedSystem，MCGS)、E-Form++等。這些組態軟件在國內外都得到了廣泛的應用，能夠設計出精美的動畫模擬畫面，并可達到對工業現場實時監控和自動控制的目的，其中組態王是當前國內用戶量最多的一款組態軟件［3］。傳統上的組態網絡習慣于通過組態軟件與下位機進行直接的通信來實現數據的采集與傳輸控制，通過驅動將組態軟件與硬件結合起來，其耦合性相對較強，這不利于組態網絡的進一步擴展，軟件系統的可移植性相對較差。因而用戶更傾向于用中間件方式在組態網絡中實現對數據的采集，從組態軟件面向硬件的形式轉移到面向軟件的形式。中間件為組態軟件與硬件之間提供了一種松耦合方式［4］。本文以國內目前使用最為廣泛的組態王軟件為設計平臺，設計了一種面向中間件的組態王數據采集模型，提高組態軟件的可擴展性和兼容性，方便用戶對組態軟件應用的進一步拓展，移植于不同的設計平臺，擴大組態軟件的應用范圍。
1組態軟件驅動程序框架
組態軟件(SupervisoryControlandDataAcquisition)是一種數據采集與過程控制的專用軟件，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的工具且具有二次開發的特點。組態軟件通過計算機信號對自動設備或過程進行監視、控制和管理。目前國內外使用較為普遍的組態軟件有組態王、MCGS、InTouch等，組態軟件在工業生產活動中發揮著越來越重要的作用。組態王是由北京亞控科技發展有限公司所設計的一款面向現代工業控制和監控的組態軟件。該軟件具有設計圖形界面、構建同類型的數據庫、制作工業現場模擬動畫、支持多種數據采集通信協議、記錄歷史數據、全面報警、支持ActiveX控件、Web實時數據及各個工控點的組網功能［5］。該軟件在國內相關行業中得到了廣泛的運用。同樣由北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司研發的基于Windows平臺的MCGS及Wonderware公司生產的InTouch都具有類似的動態畫面制作、多訪問權限、報警及歷史曲線和支持多通信協議等特點。同類軟件都在工業自動控制和監視中得到廣泛運用。組態軟件是數據采集與過程控制的專用軟件，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。國內外的組態軟件具有很多的共性特點，其主要特點表現為:1)延續性和可擴充性。用通用組態軟件開發的應用程序，當現場或用戶需要發生改變時，不需作很多的修改而能夠完成組態軟件的更新或升級。2)封裝性。通用組態軟件使用一種方便用戶使用的方法包裝，無需高級編程語言技術就能完成一個復雜工程的所有功能。3)通用性。用戶可根據工程需要，利用通用組態軟件提供的底層設備驅動、開放式的數據庫和畫面制作工具就能完成動畫、實時數據處理、歷史數據顯示、多媒體和網絡等功能。組態軟件的功能與特點大致相同，因而本次以組態王為例對面向中間件的組態網絡模型進行探討。組態王的驅動程序類型主要有查詢式串口驅動、實時上發式非重疊I/O(Input/Output)串口驅動、實時上發式非重疊I/O驅動、TCP/UDP(TransmissionControlProtocol/UserDatagramProtocol)客戶端型驅動和TCP/UDP服務端型驅動［5］。驅動程序類型及對應的主要功能雖有所不同，但其組態軟件調用驅動程序的執行過程和實現機制大致相同，本文采用TCP/UDP客戶端型的驅動方式。組態王調用驅動程序的一個調用過程可分為4個步驟，分別為設備初始化與校驗、變量初始化與校驗、變量組包(變量與外界交互類型可自由定義，本文主要講述應用最為廣泛的組包方式)和基于Socket的數據通信。組態王與驅動交互的數據主要是由兩個COM接口實現，分別是IprotocolImp和IProtocolImp2接口，可將以上組態王驅動程序調用過程表示成如圖1所示。設備及變量的初始化與校驗主要是用于配置組態王與外部連接設備并對配置信息的合法性進行校驗。變量組包則用于統一管理組態王與外部設備交互的變量。Socket數據通信的目的是實現組態王與外部應用設備的數據幀交互，通信中所采用的是Socket進程通信機制，通過雙方建立的端點、鏈路來完成數據通信［6－7］。組態王正是通過接口完成以上4個功能模塊實現與外部設備的通信。組態王通過IprotocolImp和IProtocolImp2接口來實現數據交互，而這兩個接口是由CPr0驅動工程類、CDev設備類、CNetCom網絡通信類繼承與相互調用完成的。程序的輔助類主要由三大類構成，分別是CHelper幫助類、CDebug調試類和CCheck校驗類，可將類關系表示成如圖2所示。組態王調用接口來實現相應的功能，其中接口IprotocolImp由驅動工程類(CPro)的方法實現。驅動工程類中方法的具體實現是通過調用設備類完成，設備基類(CDevBase)主要實現設備信息、變量信息的校驗與相應的信息存儲，設備子類實現變量的組包與數據通信。數據通信是由設備類調用通信類(CNetCom)完成與外界的數據通信。輔助類則用于編程中的數據處理與信息輸出。
2面向中間件的組態王數據采集模型
中間件是一種獨立的服務程序，連接兩個獨立應用程序或獨立系統的軟件，位于客戶機或服務器的操作系統之上，管理計算機資源和網絡通信。中間件為程序或系統等的開發提供了一種相對獨立、松耦合的開發環境，便于運行在一臺或多臺機器上的多個軟件通過網絡進行交互，借助這種軟件可在不同的技術之間共享資源［8］。中間件應用廣泛，目前應用較多的有數據庫中間件、遠程過程調用中間件、面向消息中間件、基于對象請求的中間件等。中間件已經成為大型網絡應用系統開發、集成、運行和管理的關鍵支撐軟件［9］。工業組態網絡中組態軟件多采用客戶端/服務端(Client/Server)方式與不同種類不同型號的下位機進行數據通信，因而要求組態網絡具有較強兼容性和可擴展性，為此本文提出了基于對象請求中間件(ObjectRequestBroker，ORB)［10］的面向中間件的組態軟件數據采集模型。ORB是對象之間建立客戶端/服務端關系的中間件，客戶端可以透明地通過本地或網絡遠程調用服務對象的方法，在異構環境下為不同設備上的應用提供較強的互操作性;同時能夠集成多種對象系統。ORB的優越性為當前組態網絡存在的兼容性和擴展性問題提供了一種很好的解決思路，因此本文采用類似于ORB中間件數據采集模型，為公共對象請求體系結構的應用提供可能。該模型結構設計如圖3所示。模型中不同類型的下位機通過基站(BaseStation，BS)、核心網(CoreNetwork)、Internet與中間件進行數據交互。客戶端使用不同的設備Phone、PC、組態王(KingView)來實現數據監測與實時控制。客戶端通過路由器(Router)、BS、Internet與中間件進行數據交互。中間件是數據交互的核心部件，圖中的中間件屬同一部件，模型采用分布式的方法，以降低各監測區的耦合程度，降低維護成本，提高模型的健壯性及數據處理效率。相比傳統的組態軟件與下位機直接連接的方式即組態軟件面向硬件，組態王數據采集模型在采用中間件形式即組態軟件面向軟件，能夠有效地拓展組態網絡中終端之間數據的互聯互通，擴展組態網絡的應用領域，增強組態網絡的功能，以便滿足用戶對組態網絡多樣性的需求，提高組態網絡的市場競爭力。而中間件在這一模型中起到了至關重要的作用，中間件為組態網絡提供一種基本的通信框架，透明地在異構分布計算環境中傳遞對象請求。對于不同種類的下位機如傳感器、嵌入式設備等，可通過對中間件提供的標準接口進行具體的功能重載來將其接入網絡。這有利于組態網絡實現對工業現場的實時數據采集和控制，為組態網絡的維護和部署提供了極大的方便，提高了組態網絡的兼容性。不僅如此中間件在這個模型中對前臺和后端起到了很好的隔離和緩沖作用。組態軟件只需根據通信協議通過中間件控制命令來控制下位機，當下位機功能結構發生變化時，不會嚴重地影響組態軟件的整體結構，只需作部分的修改，這將大大有利于整體數據采集系統的維護，降低系統的維護成本。通過分析當前主流的組態軟件如組態王、MCGS、Intouch等國內外組態軟件，可知組態軟件都具有強大的網絡連接功能，支持TCP/IP通信，而面向中間件的組態王數據采集模型正是基于這種強大的組態軟件網絡連接功能，因而對其他的組態軟件如MCGS、Intouch等軟件也能夠應用該模型。下位機通過硬件配置，使其具備網絡連接功能，便可實現中間件對下位機的無縫連接。該模型有力地提高了組態軟件的可擴展、兼容性，為組態軟件的進一步應用提供有效的支持。
3面向中間件的組態王驅動程序設計過程
面向中間件的組態王驅動程序設計主要分成3部分，分別是組態王與中間件進行數據通信的設備與變量信息定義、變量組包設計與TCP/IP通信。設備與變量信息的定義實現組態王與中間件設備的綁定與數據的承載，變量組包規定數據采集組織形式以便于數據管理，面向中間件的TCP/IP通信則實現組態王與中間件之間的對象消息請求、數據交互與解析，通過這3部分最終實現數據的顯示與動畫展示。
3．1面向中間件設備的綁定與變量信息的定義
組態王與外部設備進行通信時需要綁定外部設備的相關信息，建立相應的聯系，因而組態王與中間件所在的設備需要建立一定的連接。組態王通過設備類CDev來具體完成與中間件設備的綁定與信息校驗。在組態王的驅動程序中完成設備初始化與校驗的具體執行函數是StrToDevAddr()。組態王與中間件的連接具體需要定義組態王與中間件數據交互的驅動程序，中間件所在設備的地址，其中地址內容包括IP、端口和設備ID及使用的通信方式，以此完成組態王與中間件的綁定。組態王與中間件的數據交互單元是通過定義組態王I/O變量實現。其中I/O變量需定義與外部中間件的數據交換屬性、交換頻率，規定數據在組態王顯示界面的最大值、最小值、精度及用于管理的ID和變量名。I/O變量各種屬性的定義是由組態王開發界面中的數據詞典完成。所定義的變量通過校驗，存儲于PLCVAR和ID_NO這兩個類中。PLCVAR類存儲所定義的變量信息，ID_NO類定義了PLCVAR成員變量及組態王內部的變量ID和通道號，這為通信數據的組織提供便利。
3．2面向中間件的變量組包設計
由于組態網絡下位機所使用的設備種類、型號繁多，致使組態王與中間件的數據交互協議相對較為復雜，因而組態王與中間件的數據通信對變量的組織采用包設計形式。變量組包主要實現的是將同一采集速率、同一狀態的變量加入到包中對外部中間件進行數據交互，組態王提供的這一組包方式有利于簡化數據的解析與存儲。組包時組態王將變量的ID按從小到大的順序依次排隊，放入此次數據采集的變量隊列中，變量ID在組態王建立變量時唯一確定。變量隊列如圖4所示。變量加入包的過程是有條件的，在組態王中建立的與中間件交互數據的I/O變量均按建立的順序依次存儲于varlist成員變量中。組態王每次對中間件數據交互時都要根據所建立變量的交互屬性和交互頻率進行組包。以變量的采樣頻率為時間軸，在包中自動生成本次組包變量的交互屬性與交互頻率，變量的數據交互頻率是在建立變量時設定。尋址varlist中符合本次組包類型的變量，在隊列中根據符合組包類型變量的ID號大小依次排隊等待本次包所屬交互頻率的到來交互數據。以下是根據一實例組態王通過中間件采集和控制下位機溫度、AD(AnalogtoDigital)轉換值、上下限的變量組包例子，變量組包實例過程如圖5所示。這樣便可完成一次組態王對同一采樣頻率、同一變量狀態的變量進行數據采集。變量組包程序流程如圖6所示。變量組包后可通過調用varlist．GetNext()函數依次取出包中的變量，根據通信協議對所獲得的數據幀進行解析，完成與外部中間件的數據交互。
3．3面向中間件的TCP/IP通信
組態軟件與中間件的數據交互是建立在既有的Internet，因而模型采用目前應用最為廣泛的TCP/IP通信協議，其中TCP/IP傳輸控制協議通過應用程序接口(ApplicationProgrammingInterface，API)Socket具體實現［11］。TCP應用于傳輸層，IP應用于網絡層，建立客戶端與服務器之間的連接是通過三次握手來實現，在TCP/IP協議下，服務端與客戶端建立通信的過程如圖7所示。組態軟件與與中間件建立連接，幀數據結構根據通信協議存儲數據到m_bySndBuf和m_byRecBuf緩存，實現發送和接收相應的數據幀。
4面向中間件的組態模型測試結果
測試面向中間件的組態模型需要對組態王的設備、變量、界面及驅動作相應的設置。設備信息包括設備類型、邏輯名、使用的通信方式及連接中間件的地址，其中地址信息包括中間件所在的設備的IP、端口、設備ID等。變量的定義主要包括變量名、采樣頻率、使用的寄存器方式及數據類型等。最終的設置樣式如圖8所示。組態王與外部中間件數據通信的幀結構包括幀頭、數據區長度、功能碼、時間戳、數據區及幀尾等，其具體結構如圖9所示。功能碼主要定義本次數據交互的指令功能，如01功能碼用于表示組態王向中間件讀取數據，設備ID表征本次數據交互的來源且增加時間戳標明數據來源時的具體時間以滿足工業中對數據處理的需要。數據區主要承載交互的數據，表明數據的區號、地址及數據值，如0區的數據表示各開關當前使用狀況，3區的數據表示電機功率、轉速等。根據上述的面向中間件的組態王數據采集模型及制定的通信協議，編寫相應的組態王驅動，運用遠程數據采集模塊對開關、水庫水量庫存狀況、發電機及各相輸入功率及轉速的數據，最終面向中間件的組態模型測試結果如圖10～11所示。開關量0和1表示當前開關所處的狀態，通過相關的儀表展示發電機的轉速、功率等并可對數據的精度進行調整。開關狀態中0代表開關關閉，1代表該開關開啟，用測量儀展示當前發電機相關的數據數據。以上數據可以根據下位機現場實時采集到的數據驗證其正確性。組態王所采集的數據是由下位機通過通用分組無線服務(GeneralPacketRadioService，GPRS)技術先將數據發送到中間件，通過中間件的處理，最終組態王交互中間件中的數據并對其進行解析供前臺展示。組態王與中間件的數據交互是以包的方式進行傳輸，每個包的平均大小為50B，上位機、中間件及客戶端的數據傳輸采用透傳的方式，經100次測試，數據傳輸時的第一個包耗時約5ms，而其他包的耗時均小于1ms。第一個包需要從數據庫檢索相關信息然后建立轉發鏈路所需要使用的時間相對較多，在鏈路建立后，后續的包則采用透傳的方式傳輸，與數據包的具體長度關系不大，因而耗時相對較少。從實測結果也可以看出，中間件在組態網絡中的應用，對組態網絡傳輸延時影響很小，可近似忽略，組態網絡傳輸的實時性不會受到影響。上面的測試結果表明面向中間件的組態王數據采集模型能夠實現對下位機的數據采集工作并易于對下位機設備進行組態，且對其進行展示，符合組態網絡對遠程數據的采集和工業現場實時控制要求。
5結語
本文提出了一種基于組態軟件具有的強大網絡通信功能和二次可開發特點面向中間件的數據采集方法，在組態王上實現面向中間件的數據采集模型，并理論結合實際論證了該模型在提高組態網絡通過性、可擴展性和延續性等性能方面的有效性。該模型有效地解決了組態網絡面向硬件設計方法中存在的關于組態軟件與下位機耦合度高、組態軟件客戶端數據展示樣式及設備的單一和設備數據共享的問題。該模型不再僅僅局限于使用組態軟件來展示數據、實時監控，而是可以采用多樣的展示設備如手機、Pad等，不僅如此，該模型不但能夠很好地兼容下位機，而且不再局限于特定的設備驅動，不但能夠擴展不同組態軟件的數據共享，而且能夠從單一組態軟件的應用到多組態軟件的共同管理，做到一個工程，多組態軟件共同開發。通過研究擴展，可將該模型應用到客戶機和服務器(Client/Server，C/S)、瀏覽器/服務器(Browser/Server，B/S)等開發中與現代的互聯網技術相結合，進一步提高組態網絡的性能，擴大其應用領域。
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