时间：2023-05-30 10:16:40
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇拓扑结构，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中图分类号：TP393
1 网络拓扑概述
网络拓扑是网络的形状，或者它在物理上的连通性，网络拓扑所关心的是网络的连接关系以及其图形表示，并不在意其所连接的节点的各种细节，计算机网络拓扑结构有节点和链路组成，本文所研究的网络拓扑结构包括总线型、环形、星形、树形、胖树形、网格、分布式、full-mesh网络拓扑结构。
2 网络拓扑结构的评价指标
本文所研究的网络拓扑结构都是静态的网络，网络结构一般不会发生改变。其评价指标主要有：（1）节点的度：与节点相连接的边的数目，模块化设计要求节点的度保持恒定。（2）距离：两个节点之间相连的最少边数。（3）网络直径：网络中任意两个节点之间距离的的最大值。（4）对称性：从任何节点看，拓扑结构都一样，这样的网络模拟编程比较容易。
3 各种不同的网络拓扑结构及其分析
3.1 总线型网络拓扑结构
总线型拓扑结构是采用单根传输线作为总线，将网络中所有的站点通过相应的接口和电缆直接连接到这根共享的总线上，这些站点共享一条数据通道。任何一个节点信息都可以沿着总线向两个方向传播扩散，并且能被总线中任何一个节点所接收。在总线型结构中，设节点数为N，则链路数为N+1；每个节点的度为1，对于结构的模块化比较方便；网络直径定义为2，信息传送相对比较快速；网络拓扑结构不对称。总线型拓扑结构的优点：易于分布，扩充方便；其主链路为双向通道，便于信息进行网播式传播；分布式控制；结构可靠性较高；系统的可扩充性较高。
总线型拓扑结构的缺点：故障诊断困难；故障隔离困难；对节点要求较高，每个节点都要有介质访问控制功能；所有的工作站通信均通过一条共用的总线，实时性很差。
3.2 环型拓扑结构
环型拓扑结构中各节点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环型通信线路中，环路中各节点地位相同，环路上任何节点均可请求发送信息，请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。这种结构使公共传输电缆组成环形连接，数据在环路中只能单向传输。对于有N个节点的环形拓扑结构，链路数为N；直径为N-1，不同的节点之间网络时间差距比较大；节点的度为2，对于模块化也比较方便，网络结构对称。环型拓扑结构的优点：两个节点间仅有唯一的通路，简化了路径选择的控制；某个节点发生故障时，可以自动旁路，可靠性较高；所需电缆长度比星型拓扑要短得多。环型拓扑结构的缺点：要扩充网络中环的配置或关闭一些已连入环的站点，都会影响网络的正常运行；当节点过多时，影响传输效率，但当网络确定时，其延时固定，实时性强。
3.3 星型拓扑结构
星型拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干节点连接起来的辐射式互联结构。网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点上，由该中央节点向目的节点传送信息。中央节点执行集中式通信控制策略，因此中央节点相当复杂，负担比各节点重得多。对于有N个节点的星型网络，链路数为N-1，网络直径为2，不同节点之间消息传送时延恒定；最大节点度为N-1；网络结构对称。星型结构的优点：网络结构简单，便于大型网络的维护和调试；控制简单；网络延迟时间较短，误码率较低；每个连接只接一个设备，单个连接的故障只影响一个设备，不会影响全网。星型结构的缺点：一条通信线路只被该线路上的中央节点和一个站点使用，因此线路利用率不高；对中央节点的依赖性较强，所以对中央节点的可靠性和冗余度要求较高。
3.4 树型网络结构
树型网络结构实际上是星型拓扑结构的扩展。在树型网络结构中，网络节点是分层进行连接，越是靠近根节点，节点位置越靠近主干，节点的稳定性越重要；越是靠近叶子节点，节点的重要性相对也降低，节点的功能丧失对整个系统的影响相对减小。任何一个节点送出的信息都由根接收后重新发送到所有的节点，可以传遍整个传输介质，也是广播式网。对于特殊的树形结构完全二叉树，N=2^k-1个节点，大多数节点的度为3，对于结构的模块化很方便，直径为2（k-1）反映了树形结构两个节点之间传输信息的最大代价，另外树型网络拓扑结构不对称。树形结构的优点：易于扩展，有较强的可折叠性，故障隔离容易，树形结构可以减少布线投资。树形结构的缺点：一旦靠近根节点的系统出现故障，整个系统都将瘫痪，对靠近根节点的安全性，稳定性要求很高
3.5 胖树网络结构
胖树是树型拓扑结构的扩展。它具有树型拓扑结构的层次特性，可以向下扩展，但是和树型不同的是在层次之间，层次之间采用了一种类似全连接的方式来建立拓扑，例如第二层的任一节点跟第三层及第一层的所有节点之间都有连接。网络结构中信息的交换主要也是发生在层次之间，同层的节点信息没有交换。设胖数的层数为n，每层的节点数分别为x1，x2，…xn，则胖数中总的节点数为s=x1+x2+…xn，第i层节点的度=第i-1层的度+第i+1层的度，每一次节点的度都是一样的，对于模块化也是比较方便的。网络的直径为n-1，网络的通信速度会更加的快。不对称。胖树拓扑的优点：相比树型拓扑，网络的健壮性受根节点附近节点影响明显减弱，某一个中央处理设备瘫痪后，底层节点还可以通过其他的路径来传送信息，拓扑结构更加的安全稳定；易于扩展；网络中信息交换的速度与树形结构相比也有明显的加快。胖树拓扑的缺点：网络结构比较复杂，当节点很多的时候，建立拓扑速度会比较慢；网络中的链路数明显增多，网络结构建模的造价相对比较高。
3.6 网格拓扑结构
网格结构是一种比较比较规律的结构，就像我们画出的表格一样，每个网络节点占据表格的一个节点，网格拓扑的大小取决于网格的行数和列数，除了边界和顶点节点网格中的每一个节点的邻居为4，其可靠性和稳定性都比较好，不会因为某一个节点的功能丧失而影响整个网络。对于有N个节点的r*r的网格结构，有2N-2r条链路，直径为2（r-1），网络通信开销相对比较大，节点的度为4，对于拓扑模型的模块化比较有利。网格拓扑的优点：结构比较的清晰，规律，模型构建容易；网格拓扑的缺点：网络连接复杂，构建网络的成本也比较的大
3.7 分布式拓扑结构
分布式结构的网络是将分布在不同地点的网络节点通过线路互连起来的一种网络形式，网中任一点均至少与两条线路相连，当任意一条线路发生故障时，通信可转经其他链路完成，具有较高的可靠性。同时，网络易于扩充。分布式拓扑结构优点：采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，可靠性好；各个节点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。分布式拓扑结构缺点：连接线路用电缆长，造价高；网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂；在一般局域网中不采用这种结构。
3.8 全链接（Full-mesh）网络拓扑结构
Full-mesh是分布式结构的一殊情况，Full-mesh是所有的节点之间都有直接连接的方式，是带弦环的一种特殊情形在full-mesh网络结构中，每个网络节点都要么有一条物理电路要么有一条虚拟电路与所有其他网络节点相连。Full-mesh提供了大量的冗余，从而可以保证网络通道的安全性和稳定性。对与有N个节点的full-mesh网络，网络中的链路数为n（n-1）/2，和相同节点的其他网络相比，full-mesh的通信链路最多。网络直径为1，这也说明了上边的分析，网络通信非常的方便，这方面性能比其他的网络有更大的优势，网络的度为N-1，节点的度恒定，这种网络对于模块化也是最好的。Full-mesh网络拓扑的优点：在该网络中所有的节点之间可以通过虚拟通道或者物理通道直接交换信息，当两个节点之间的之间链路无法进行通信的时候，可以通过其他的线路通信，网络通信的延迟以及信息的丢失率会非常的低。Full-mesh网络拓扑的缺点：两个节点之间直接连接来进行通信，最大的缺点就是当节点数量巨大的时候，网络链路将会爆炸性的增长，造成严重的资源浪费和管理上的困难。
4 总结
网络拓扑结构是网络中的设备实现网络互连所呈现出的物理布局，它能反映出网络中各实体间的结构关系。总线型拓扑结构主要用于计算机数目相对较少的局域网中，以太网是典型的总线型局域网；环型拓扑结构在局域网中使用较多，尤其是实时性要求较高的环境中；星型拓扑结构广泛应用于网络中智能集中于中央节点的场合；树型拓扑结构是一种广播式网络结构；胖树型拓扑结构的性能要比树型结构优越，信息交换速度更快；网格型拓扑结构具有较好的可靠性和稳定性；分布式拓扑结构的路径选择、流向控制比较复杂，在一般局域网中不采用这种结构；Full-mesh网络拓扑结构是一种特殊的分布式结构，网络通道的安全性和稳定性较高。
网络拓扑结构是计算机网络的重要基础信息，它是网络管理、数据模拟和信息收集的基础，同时也是网络安全评估和实施网络攻击的前提。因此对网络拓扑结构的研究具有十分重要的意义。
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1国际贸易网络拓扑结构的顶点度分布
国际贸易网络拓扑结构的顶点度主要代表与顶点存在关联的边数，在有向网络中，各个顶点均存在对应的出度和入度，n(T)表示T年全球进行贸易的国家总数，A国在T年的出度与入度则等于从A国进口以及向A国出口的各个国家的总数。有关学者将贸易网络中具有某种幂指数形式的度分布称作无标度网络，即BA模型，并将真实系统运用自组织建立起无标度网络归结为两个重要因素——增长性与择优连接。在BA模型中，于整个贸易网络中找寻连通度最大的顶点视为择优顶点，从而使中枢顶点可以获得优势连接，使之变得更加强大；若贸易网络中的顶点数量达到一个特定的数值时，贸易网络中的顶点连接数量就会出现一些顶点存在大规模连接的情况，然而，大部分顶点只存在少量连接[2]。在国际贸易网络中，具有较强经济实力的国家在国际贸易关系中存在很大的优势，一个国家的国内生产总值与其国际贸易关系数量成正比。在本文的研究对象中，选用一部分经济发展规模相对较小的国家作为表示国际贸易网络发展中新增顶点的国家，这些国家的贸易产品主要是某些基本商品，考虑到空间地理位置具有差异性，运输成本将有所增加，因此无标度网络中的择优选择难以在国际贸易网络中得以展现。对于经济规模相对较小的国家而言，其在一般情况下是与周边邻国发展贸易关系，难以在世界性的贸易网络中实现择优连接。由此可见，尽管择优选择能够在国际贸易网络中发挥一定的积极影响，然而，完整的国际贸易网络并非典型的无标度网络。从本质上看，复杂的贸易网络无标度性可以视为异质性，贸易网络中存在少数的顶点拥有大规模连接、大部分顶点拥有少量连接的情况，因此，为了进一步描述国际贸易网络异质性的演化特征，本文采用网络结构熵与标准网络结构熵进行分析。通过运用标准网络结构熵，能够对比不同年度国际贸易网络快照的异质性，本文对2003年至2013年的国际贸易网络进行计算，对国际贸易网络快照顶点存在相同、边数相同的某个随机网络情况进行分析[3]。实验表明，国际贸易网络与随机网络的网络结构熵差异并不明显，二者的增长趋势均相同，不存在无标度网络异质性的情况。国际贸易网络从2003年至2013年的演化过程中，标准网络结构熵与随机网络趋近，说明国际贸易网络顶点度的异质性特征在不断消失，国际贸易网络的拓扑结构出现随机化趋势。所得研究表明，随着现代交通运输和通信技术的发展，国际贸易中的运输与通信费用得到了极大的降低，在此情况下，国际贸易自由化的领域得到进一步的拓展延伸，从而使得各个国家之间有条件自行开展直接贸易，极大地促使了国际贸易趋向全球化发展的局面，在一定程度上削弱了发达国家在发展国际贸易关系中的主导地位，使世界贸易呈现多元化发展的趋势。
2国际贸易网络拓扑结构的群聚性
群聚系数的一般含义为对于存在kA条边的顶点A，群聚系数表示为。在上述公式中，nA是A的kA个邻边的数量，若CA=0，则顶点A的邻边不存在连通情况；若CA=1，则顶点A的所有邻边都存在连通的情况，群聚性越高则说明顶点周边的邻边连通性越好。通过计算得知，2003年至2013年国际贸易网络快照C(k)和k存在一定的关系，在每个网络快照中，C(k)的总体趋势与k呈负相关，即C(k)随着k的增加而不断下降[4]。顶点度k能够反映一个国家贸易联系范围的广泛性，顶点度数低的国家通常为经济发展规模相对较小的国家，因其受本国经济规模的制约，只能在国与国之间的周边区域内开展贸易关系，其国际贸易伙伴在区域上相对集中，贸易往来的机会也随之增高；顶点度数高的国家通常为世界性的贸易强国，其贸易伙伴数量多且分布的范围广，然而这些贸易伙伴之间能够直接开展贸易往来的概率较小。从网络快照的对比中可以看出，2003年一部分国家的顶点度数很低，与周边国家的贸易联系相对较少，由网络快照的顶点分布情况可知，2003年的国际贸易系统还未形成有序的结构；而在2013年的网络快照中，各个顶点数分布得更为集中，表现出极强的统一性和一致性，这就意味着2013年世界各国在国际贸易格局中的地位与贸易分工更为明细，此时国际贸易网络趋于协调、有序的方向发展。
3国际贸易网络的拓扑结构度相关性
在一般情况下，顶点之间的有边连接存在的情况往往由顶点类型决定，在复杂网络中，根据顶点度的选择性关联，被称作顶点的度相关性，并可以分为同类混合和非同类混合两类。同类混合就是指度数高的顶点更倾向于和度数高的顶点相连接。非同类混合就是指度数高的顶点更倾向于与度数低的顶点相连接。本文将同类混合网络度相关数值设置为正，非同类混合网络度相关数值设置为负，结合国际贸易度相关数值的变化情况，度相关＜0则说明国际贸易网络为非同类混合网络，顶点度低的国家更倾向于与周边中枢国家发展贸易关系，并形成以区域中枢国家为中心的区域经济合作组织，诸如东盟、欧盟等。另外，在经济全球化的背景下，各区域经济合作组织不能与其他地区断绝经济关系，在此基础上，区域经济大国成为连接各个地区贸易沟通的桥梁，因此，国际贸易网络系统已经形成全球化经济发展、区域经济发展并存的局面，当度相关系数数值越低，这一趋势也随之加强。
4国际贸易网络的拓扑结构的互惠性
在国际贸易网络拓扑结构中，当中的贸易关系并非全部呈现双向性特征，换言之，A国与B国存在贸易出口关系，但B国对A国不一定也存在贸易出口关系，因此，这就牵扯到了国际贸易网络的互惠性。国际贸易网络的互惠性，主要就是指贸易网络中两个国家之间存在双向贸易关系的具体程度，互惠性是国际贸易网络拓扑结构中的一个关键测量指标，其重要性不仅在于互惠性能够对国际贸易网络存在的威胁传播机制与传播速度产生相当重要的作用，还在于其能够对世界各国国际贸易网络参与程度进行全面的衡量。从2003～2013年各个年度国际贸易网络互惠系数的变化可知，2003年的互惠系数为1.03，2013年的互惠系数为1.57。由此可见，国际贸易网络的互惠性在逐渐增长，并不断呈现上升趋势，说明世界各国都存在双向贸易关系，世界各国之间的经济互补性日益增强，使得更多的国家能够建立本国的比较优势，并积极投入到国际贸易分工的全球化贸易体系之中。
5结语
综上所述，国际贸易网络是一个典型的、复杂的经济网络，对国际贸易网络的拓扑结构发展演化进行描述，有助于更好地理解国际贸易系统的运作规律，还有助于各个国家制定科学合理的贸易政策。本文通过对国际贸易网络拓扑结构的发展演化进行分析，由度分布性得知一个完整的国际贸易网络并非典型的无标度网络，随着世界贸易交易成本的逐渐降低，越来越多的国家开始发展本国的直接贸易关系，国际贸易网络不断向随机网络趋同。对国际贸易网络拓扑结构的群聚性分析，说明国际贸易网络中各个国家之间的分工合作变得更为有序。国际贸易网络的度相关性表明国际贸易网络非同类混合网络，更多的小国更青睐于同区域大国开展贸易合作，国际贸易已经趋向全球化发展。国际贸易网络的互惠性逐渐增长，表面国际贸易中双向贸易呈现不断上升的发展趋势，世界各国之间的经济互补合作得到进一步加强。
作者：李万里单位：北京京北职业技术学院
拓扑是集合上的一种结构。设T为非空集X的子集族。若T满足以下条件：
1、X与空集都属于T;
2、T中任意两个成员的交属于T;
3、T中任意多个成员的并属于T;
则T称为X上的一个拓扑。具有拓扑T的集合X称为拓扑空间，记为(X，T)。
设T1与T2为集合X上的两个拓扑。若有关系T1T2，则称T1粗于T2，或T2细于T1。当X上的两个拓扑相互之间没有包含关系时，则称它们是不可比较的。在集合X上，离散拓扑是最细的拓扑，平凡拓扑是最粗的拓扑。
（来源：文章屋网 ）
关键词：片上网络 NoC 拓扑结构 路由算法
Master-Slave IP core connected Octagon
Loop Topology for Network-on-chip
WANG Hui，WANG Chang-shan
（School of Computer Science&Technology，Xidian University，Shannxi ，Xi’an ，710071）
Abstract:This paper presents a topology - Octagon loop structure connect the Master-Slave IP core （Master-Slave IP Core Octagon Loop, MSOL）, the topology has 8m nodes and each node connects Master-Slave IP core, respectively, except for layer ring each node connects 3 adjacent nodes, each node on the inner ring connects 4 adjacent nodes. MSOL is a topology simple, flat, symmetrical and has a good scalability of the interconnection network, routing based on shortest path algorithm, in the simulation experiment,the MSOL was compared with Mesh and Cluster-Mesh for the average network communication delay and the throughput, The results show that the MSOL topology is a good trade-off between performance and cost．It is a more optimal and efficient network-on-chip topology.
Key words: network-on-chipNoCtopologyrouting algorithm
随着片上系统（SoC）和纳米级 CMOS 集成电路技术的不断发展，片上多处理器（CMP）技术开始朝多核化和异构化的方向发展。 SoC 设计中广泛采用的共享总线结构，已经无法满足 SoC 系统的需要，成为制约CMP 性能的主要瓶颈。片上网络（Network-on-chip，NoC）技术应运而生，核心思想就是将计算机网络技术移植到芯片设计中来，用网络取代传统的总线结构，从而省去了大量的专属线，减少了布线资源。同时，它使电参数可控，计算与通信分离，并且提供了良好的并行处理与通信能力，是一个能在芯片级上进行路由的微型网络。
片上网络的拓扑结构体现了 NoC 中的通讯节点是如何在芯片中分布和连接的。拓扑结构的选择对系统性能和芯片面积具有显著的影响。拓扑结构的衡量标准通常是以理论上影响路由成本和性能为基础的，除了要考虑普通网络中所关心的节点数量、边的数量、网络维度、网络直径、平均距离、对分宽度之外，还要考虑通信模式的嵌入属性，例如消息吞吐量、传输延迟、功耗、芯片面积等因素。
在NoC中，最适合且使用最广的网络结构是包交换的直接网络。每个节点通过双向通道连接到相邻的节点。在大规模的集成芯片中，NoC并非是单一的拓扑结构，很可能是一种层次化的混合网络拓扑结构，通信密集的组件组合在一起，构成一个子网络，以实现高效的通信。本文提出了一种新的、称为MSOL的NoC拓扑结构，实验结果表明，这种结构与现有的几种拓扑结构相比，在某些特定条件下，性能更加优化、高效[1-3]。
1MSOL网络拓扑的基本结构
在NoC的研究过程中，人们在简单的环型总线结构的基础上提出了一个笼统的拓扑规范――Spidergon，它是对环总线结构的一种改进，缩短了平均距离，并且使网络具有了一定的可扩展性。而Octagon是Spidergon当N=8时的特例。这种结构的最大特点就是网络距离短，任何两个结点之间通信最多只需两步即可完成。运用在其上的分组形式和路由算法均比较灵活，并且布线复杂度较交叉开关结构低很多[5]。
图1中，对Octagon的布线方式和传统的交叉开关（Crossbar）的布线方式进行了比较。如图1（a），各连接之间采用两条反向的单向链路，共24条，在布线复杂度上明显低于交叉开关结构。
Octagon有两种扩展方式（如图2）。其一是两个Octagon通过一个中间节点连接的结构，但很显然这种结构的中间节点将成为通信的瓶颈。另一种结构是把一个Octagon中的每一个节点都扩展成一个Octagon，再把相应位置的节点连接起来，但这种方法的致命弱点是布线复杂度太高[4]。
为解决Octagon以上两种扩展方式的突出瓶颈，本人提出了一种连接主从IP核的Octagon环型（Master-Slave IP Core Octagon Loop，MSOL）拓扑结构，该拓扑结构具有8m个节点，并且每个节点分别连接主从IP核，除外层环上各核连接3个相邻节点外，内层环上各节点均与4个相邻节点连接。MSOL是一种拓扑结构简单、平面的、对称的并且具有良好扩展性的互连网络。
图3所示为外接一环，具有16个节点的MSOL结构。
MSOL结构有效回避了Octagon原结构的扩展瓶颈，具有良好的扩展性，在每环节点固定的情况下只需扩展环数，网络是平面性的，极大地方便了网络的布局布线，并且有效地继承了Octagon结构网络距离短的优点，与环、Mesh及Octagon自身扩展结构相比具有明显的网络距离优势，其与各个拓扑结构性能参数对比如表1所示。
2基于最短路径的路由算法
路由算法是影响片上网络通信效率的重要因素．充分利用MSOL 网络拓扑结构和节点分布连接的特点，每个节点接收到消息后，由本节点决定是接收该消息到主或从IP核还是计算路由将该消息发送到相邻节点，本节点采用基于最短路径的路由算法[5]，具体步骤如下：
输入：源节点（SR ,Sθ），目的节点（DR ,Dθ）
输出：路由路径routpath
算法步骤：（cur_routerR ,cur_routerθ）
Step1：初始化当前路由节点（cur_routerR ,cur_routerθ）=（SR ,Sθ）；路由路径routpath=cur_router；
Step2：判断cur_routerR =DR？若cur_routerR =DR则执行步骤step3；否则执行步骤step4；
Step3：检查cur_routerθ =Dθ？若是则算法终止，输出路由路径routpath；否则，执行计算|Sθ -Dθ|值，并执行步骤step5；
Step4：判断cur_routerR >DR？，若cur_routerR >DR则执行（cur_routerR ,cur_routerθ）=（cur_routerR -1,cur_routerθ），routpath=[routpath,cur_router]，并返回步骤step2；否则执行（cur_routerR ,cur_routerθ）=（cur_routerR +1,cur_routerθ），routpath=[routpath,cur_router]，并返回步骤step2；
Step5：若00?，若是则（cur_routerR ,cur_routerθ）=（cur_routerR ,cur_routerθ-1），routpath=[routpath,cur_router]返回步骤step2；否则（cur_routerR ,cur_routerθ）=（cur_routerR ,cur_routerθ+1），routpath=[routpath,cur_router]返回步骤step2；
Step6: 若6≤|cur_routerθ-Dθ|≤7，则判断cur_routerθ-Dθ>0?，若是则（cur_routerR ,cur_routerθ）=（cur_routerR ,（cur_routerθ+1）mod8），routpath=[routpath,cur_router]返回步骤step2；否则（cur_routerR ,cur_routerθ）=（cur_routerR ,（cur_routerθ-1）mod8），返回步骤step2；
Step7: 若3≤|cur_routerθ-Dθ|≤6，则（cur_routerR ,cur_routerθ）=（cur_routerR ,（cur_routerθ+4）mod8）,routpath=[routpath,cur_router]返回步骤step2；
对主从IP核的说明：片上网络系统芯片内部由于各个IP核的功能不同，相互之间的数据访问量不同，通信和数据交换的频繁程度也不尽相同，这就造成了IP核之间的不对等性，一些IP核经常需要在其它IP核的配合下共同完成某项功能。那些能够主动产生请求的IP核，称之为主（master）IP核。另外一些IP核只是对主IP核的请求进行应答，称之为从（slave）IP核。已经有研究表明，采用经过优化设计的路由器连接区分主从的两个IP核可有效降低能耗，提高网络运行效率。
3仿真分析
NoC拓扑结构设计的两个重要的性能参数是平均通讯延迟和平均吞吐量。为了进一步研究MSOL互连网络的性能，模拟和分析了MSOL，Mesh和Cluster―Mesh结构，MSOL采用基于最短路径的路由算法，Mesh和Cluster―Mesh结构采用了x-y路由算法．x-y路由算法是一种维序路由算法，采用一条虚信道，虫孔交换机制，除Cluster―Mesh每个节点有4个外部网络接口连接IP到NoC外，Mesh及MSOL均连接主从两个IP核，根据模拟情况的不同可以是信源或者信宿。信源IP产生的数据包为8个字节分为1字节的头flit（flowcontrol unit，流控单元）、4字节的数据flit和3字节的尾flit，每个flit为4个字节，流入网络的速率和目的节点可以控制．每个输入通道具有8个flit的fifo，每个输出通道有1个flit的buffer，仿真时采用4×4的网络结构（网络节点数均为16），链路速率为100 Mbps。以下主要对均匀流量模式及10%热点模式下的几种互连网络的性能进行评估[6-8]。
图4（a）为均匀流量模式下三种网络拓扑中消息延迟比较，图4（b）是热点10%模式下三种网络中消息延迟比较，可以看出均匀流量模式和热点流量模式下，当所有的源节点均匀地增加注入速率时，网络的平均延迟增加直到达到饱和，采用MSOL结构的平均延迟都明显低于另两者，这与其较短的网络直径密切相关。
图5（a）为均匀流量模式下三种网络拓扑中网络吞吐性能比较，图5（b）是热点10%模式下两种网络中网络吞吐性能比较，可以看出均匀流量模式和热点流量模式下，采用MSOL结构的吞吐性能优于另两者。当所有的节点增加注入速率时，网络的吞吐量差别急剧增大，直到饱和状态。
4结论
本文在对现有经典平面拓扑结构进行深入分析与研究的基础上，提出了一种连接主从IP核的Octagon环型拓扑结构――MSOL，该结构具有网络距离短、扩展性好、可行性高的突出特点，针对该结构的特性，提出了适应该结构的基于最短路径的路由算法，有效地避免了死锁。对比分析了其与Mesh和CMesh拓扑结构的网络特性，仿真结果表明，MSOL有较低的通信延迟，较高的网络吞吐，是一种简单高效的平面互联网络。
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关键词：TCMS；地铁列车；控制及监视系统；核心系统；拓扑结构；调试方法 文献标识码：A
中图分类号：U231 文章编号：1009-2374（2016）36-0121-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.36.060
1 概述
目前，我国城轨列车正朝着自动化、节能化、舒适化的方向发展，为满足这些需求，TCMS的可靠性发挥着重要的作用。TCMS是一种分布式的控制系统，它将分布于列车的智能模块连成一个列车网络，通过信息的传输、记录、诊断，实现控制并监视整个列车状态。为提高TCMS的可靠性，合理的TCMS拓扑结构及调试方法尤为重要。
2 列车总线拓扑结构
2.1 编组方式
此型地铁列车为六辆编组，2/3动力配置。编组形式为：-Tc+Mp+M*M+Mp+Tc-（Tc：带司机室拖车，Mp：带受电弓动车，M：不带受电弓动车，-：全自动车钩，*：半自动车钩，+：半永久牵引杆）。
2.2 网络拓扑结构
此型地铁的TCMS采用分布式总线网络控制技术，划分为两级：列车控制级及车辆控制级。列车控制级总线和车辆控制级总线均采用EMD电气中距离介质的多功能车辆总线（MVB）。MVB在物理层上采用两对冗余的双绞线总线结构，通过总线连接器实现列车各智能子系统与列车中央控制单元（VCU）之间的数据通信。为防止反射及干扰，避免通讯故障，MVB在总线的每一端都设有终端电阻（120Ω）。具体的网络拓扑结构如图1所示。
图1中各英文缩写的具体含义见表1。
2.3 TCMS网络拓扑结构的典型特征及优势
2.3.1 每辆车分别配置两个REP，且两个REP为热备冗余，MVB线的LineA和LineB分别和两个REP连接，能够保证单个中继器故障情况下列车功能不降级。
2.3.2 因DCU/M、DCU/A、BECU设备位于车下，空间设备有限，无法使用MVB专用总线连接器，其他连入TCMS的各智能设备均采用MVB专用总线连接器连接。采用MVB专用总线连接器，优点在于MVB总线的LineA和LineB分别布线，通道完全冗余，保证了列车单个节点故障不影响整列车的网络通信。
2.3.3 将蓄电池监视单元连入TCMS网络中，方便列车司机及维修人员查看蓄电池的实时状态，有效减少蓄电池故障排查的时间。
3 列车TCMS的调试方法
TCMS作为列车的核心系统，其调试分析是列车调试工作中的重点，具体的调试工作划分为以下三个阶段：列车上电前、列车通110V直流电后、列车通1500V高压后。
3.1 列车上电前
3.1.1 DXM和DIM设备地址编码检查。此列车中DXM和DIM设备是利用其电源连接器中引脚短接的形式进行设备地址配置的。因此，在网络设备上电前，需要目视检查DXM和DIM的设备地址是否按照设计文件配置正确，防止因设备地址配置错误引起网络通信故障。
3.1.2 终端电阻测试。列车级通信W络终端电阻测试：断开连接两个中继器的MVB专用连接器，测量连接接口X1的连接器管脚1、2（即线路A通道），其电阻值应为60±10%Ω；测量连接接口X2的连接器管脚4、5（即线路B通道），其电阻值应为60±10%Ω。
车辆级通信网络终端电阻测试：断开连接空调控制器的两个MVB专用连接器，测量连接接口MVB-M2的连接器管脚1、2（即线路A通道），其电阻值应为60±10%Ω；测量连接接口MVB-M1的连接器管脚4、5（即线路B通道），其电阻值应为60±10%Ω。
3.2 列车通110V直流电后
3.2.1 配置AXM设备地址。AXM上电后，利用串口工具按照设计文件配置AXM的设备地址。
3.2.2 上载应用程序。利用以太网线缆及优盘将VCU、ERMe、HMI的应用程序上载到相应的硬件模块中，在HMI的版本信息界面核实应用软件的软件版本是否正确，如图2所示：
3.2.3 检查MVB网络线路的传输质量。准备条件：全部联网子系统上载完应用程序，在HMI的网络拓扑界面确认各连网设备通信正常，如图3所示，HMI的事件信息界面的当前故障无MVB线路故障，如图4所示。
列车级网络线路通信质量测试：将1车或6车VCU模块接口X5处的MVB专用连接器断开，使用MVB分析仪连在VCU模块的接口X5，对车辆通信线路B通道上传输数据进行200秒的记录，并对记录的数据检查分析后得到错误帧数据，以此评价线路B通道的通信质量是否合格；将该车VCU模块的接口X6处的MVB专用连接器连接，将其接口X6处的MVB专用连接器断开，使用MVB分析仪连在VCU模块的接口X6，使用MVB分析仪对整个车辆通信线路A通道上传输数据进行200秒的记录，并对记录的数据检查分析后得到错误帧数据，以此评价线路A通道的通信质量是否合格。
车辆级网络线路通信质量测试：将1车空调控制器的接口MVB-M2处的MVB专用连接器断开，使用MVB分析仪连在空调控制器的接口MVB-M2，对车辆通信线路B通道上传输数据进行200秒的记录，并对记录的数据检查分析后得到错误帧数据，以此评价线路B通道的通信质量是否合格；将该车车厢空调柜中空调控制器的接口MVB-M2处的MVB专用连接器连接，将其接口MVB-M1处的MVB专用连接器断开，使用MVB分析仪连在空调控制器的接口MVB-M1，使用MVB分析仪对整个车辆通信线路A通道上传输数据进行200秒的记录，并对记录的数据检查分析后得到错误帧数据，以此评价线路A通道的通信质量是否合格。按上述步骤分别对2/3/4/5/6车的车辆网络线路通信质量进行的测试。
MVB网络线路的传输质量的合格标准为：列车网络通信线路在200秒的通信时间内错误帧数量小于1个，如图5所示：
通常情况下，导致MVB网络线路的传输质量低的原因有以下4点：（1）连接器制作工艺粗糙，例如连接器双绞线虚接、有毛刺、屏蔽层处理不正确；（2）MVB电缆弯曲半径过小；（3）终端电阻配置错误；（4）设备地址冲突。
3.3 列车通1500V高压后
确认各网络设备及联网子设备的MVB电缆均连接完好，MVB网络线路传输无错误帧后，当列车通1500V高压后，查看VCU是否能正常启动DCU/A、ACU及空压机。
4 结语
列车的TCMS能够实时监控列车的运行状态及故障信息，且在HMI上能够显示列车电气上的DI、DO、AI、AO等信息，这些功能都可以有效地帮助司机和维护人员迅速地做出判断和操作，对提高列车运行的安全系数有很大的帮助，更好地了解TCMS的拓扑结构和调试方法对研究某型列车的控制原理有重要的意义。
参考文献
[1] 陶艳.列车网络控制技术原理与应用[M].北京：中 国电力出版社，2010.
[2] 张津津.西安地铁三号线车辆网络系统分析[J].轨道 交通装备与技术，2015，（5）.
[3] 胡黄水，等.基于多功能车辆总线的网络系统冗余设 计[J].吉林大学学报，2015，53（6）.
关键词：建筑结构；数字化建造；3D打印；拓扑优化
纵观建筑结构历史的发展，变革往往来自背后的设计方法与建造工具，如透视法对文艺复兴的影响，切石法对巴洛克的推动，轴侧画法对现代主义的作用，而现如今，随着建造的操作主体经历手工、传统机械、数控机械乃至3D打印机的转化，建造的操作对象从传统砖混材料向先进复合材料发展，同时结合由计算机技术孕育而生的参数化设计、算法化设计，毫无疑问地，建筑结构的数字化设计与建造时代已经到来。
1 3D打印
作为建筑结构数字化建造中极其重要的组成部分，3D打印是以设计模型的三维数据为基础，采用材料逐渐累加的方法生成三维实体的技术，因此又被称为增材制造。作为第三次工业革命的重要标志，3D打印目前已广泛应用于航空航天、汽车、医疗、珠宝、玩具等行业领域，对传统社会生产造成巨大冲击，成为公认的将改变人类未来的创造性技术。
与传统的建筑结构建造方式相比，3D打印方式具有可实现高度复杂结构的自由生长成形、极大地减少施工工序、缩短施工周期、降低施工成本、环保节能等突出优点，并且可以极大地拓宽建筑结构的设计空间，使建筑师更多的灵感与创意成为真实。
目前，轮廓工艺、D-Shape、自由形式建造是国际上建筑结构领域最被寄予厚望的三大3D打印技术。
美国南加州大学的Khoshnevis教授所提出的轮廓工艺研究项目已获得美国宇航局NASA的资助，用于测试并评估采用轮廓工艺在月球上快速就地取材，批量建造住所、实验室以及其它设施的可能性。Khoshnevis教授指出，在2050年左右，建筑结构的3D打印将会成为一种成熟的技术。
由意大利发明家Enrico Dini发明的D-Shape打印机使用的原料主要是砂与镁基胶而非混凝土，建造出来的建筑结构质地类似于大理石，这种新型材料由于其坚固的微结晶结构而表现出良好的密实度和抗拉强度。
自由形式建造工艺是由英国拉夫堡大学创新和建筑研究中心提出的，并得到英国工程和自然科学研究委员会、福斯特建筑设计事务所等的资助与合作。
2014年，上海青浦张江工业园，我国的盈创建筑科技有限公司（以下简称盈创）采用自主研发的全球最大建筑3D打印机在24小时内打印了10栋房屋。2015年初，盈创又宣布打印出一栋15米高的六层住宅，以及作为上海浦东汤臣一品售楼处的1100平方米三层别墅。该别墅的建筑成本约100万元人民币，3D打印所用材料为回收的建筑垃圾、玻璃纤维以及高强混凝土。
2014年，奥雅纳工程顾问（以下简称奥雅纳）为荷兰海牙的某项目设计张拉整体结构，但由于整个结构和电缆构成的网络过于错综复杂，导致结构中处处存在着不规则连接与特殊结构角度，即1200个钢节点各不相同。奥雅纳的工程师们尝试解放受传统机械加工工艺束缚的设计思路，通过对钢节点进行纯力学意义上的优化设计，得到相比传统设计节省约75%材料的异形钢节点，并利用选择性激光烧结3D打印技术生产出了这些复杂的异形钢节点。
2 拓扑优化
正如奥雅纳的工程师将3D打印技术与结构优化结合起来从而充分享受到了自由设计的巨大优势，哈佛大学设计研究院的帕纳约蒂斯教授也指出，数字化建造技术最重要的贡献并不在于让人类更易于建造复杂的建筑结构，而在于脱离建筑结构的拼装体系、连接建构体系从而达到材料柔性分布体系。帕纳约蒂斯教授认为，3D打印技术允许材料在空间中更加连续地复合在一起，同时建造出具有材料层级的结构，尤其是在多重材料打印技术的辅助下，将可以制造出各点材料属性不一的结构。
帕纳约蒂斯.米哈拉托斯教授基于连续体拓扑优化等结构优化方法，在参数化设计工具Grasshopper中开发出插件Millipede，允许建筑师在方案设计阶段融入结构性能优化的概念，使结构性能分析工具与建筑形态生成工具一体化。
作为数字化结构性能生形工具Millipede的算法原理之一，连续体拓扑优化是过去二十多年里结构多学科优化领域最热门的研究方向。连续体拓扑优化是指在指定的设计区域内，给定荷载与边界条件，在一定的约束条件下，通过改变结构的拓扑形式或者说材料布局，使结构的某种性能指标达到最优。目前最常见的连续体拓扑优化方法有SIMP法、水平集法、ESO/BESO法等。连续体拓扑优化方法在航空航天、汽车、机械等行业早已成为概念设计的有力工具，而对于采用3D打印技术建造的建筑结构，作为其数字化结构性能生形工具更是极具发展潜力。
2004年，大森博司等在日本的芥川河畔办公楼项目中使用扩展ESO算法对该楼的西、南、北三个立面进行拓扑优化设计。2005年，矶崎新和佐佐木睦郎使用BESO算法对卡塔尔国际会议中心长达250m的入口进行拓扑优化设计。谢亿民等与澳大利亚BKK建筑事务所使用BESO算法对澳大利亚某城际高速公路净跨72m的步行桥进行概念设计，同时还采用壳体单元优化得到穿孔壳管设计，通过引入不同的周期性几何约束调整出精彩各异的设计方案。2014年，Lauren等采用变密度法并考虑对称约束与模式重复约束，实现超高层建筑的斜撑布局优化。
3 结语
在建筑结构的数字化设计与建造时代中，人类将告别传统的梁板柱构件拼装体系，利用3D打印技术等数字化建造技术实现性能更优更可控的材料柔性分布体系，使更多的灵感与创意成为真实。同时，以拓扑优化方法为核心的建筑结构数字化设计工具将极大地拓宽建筑结构的设计空间，使结构性能化设计与建筑美学设计进一步融合。
参考文献
[1] Lim S，Buswell R A，Le T T，et al.Developments in construction-scale additive manufacturing processes[J].Automation in Construction，2011，21（01）：262-268.
[2] 帕纳约蒂斯・米哈拉托斯，闫超.柔度渐变在设计过程与教学中重新引入结构思考[J].时代建筑，2014（05）：26-33.
关键词：指挥信息系统；通信网络；拓扑分析
指挥信息系统，主要为各级防空指挥员及指挥机关遂行防空作战指挥任务提供自动化的指挥控制平台。
通信网络是指挥信息系统各分系统组网运行的基础，是指控、情报等要素的重点保障。研究指挥信息系统通信网络的拓扑结构，对于分析装备使用过程中的风险点，使装备的使用风险最小、效能最大，对提高基于指挥信息系统的体系作战能力有着重要意义。
复杂网络就是具有复杂拓扑结构和动力行为的大规模网络。从复杂网络的定义，可以得出所要研究的该装备通信网络也是一个典型的复杂网络。因为该通信网由大量的节点所组成，且每个节点具有自身动力学特征，每个节点不是独立存在的，它们与其他节点具有相互连接、相互作用的特点，从而整个通信网具有非常复杂的动力学特征。故该装备的通信网络作为一个典型的复杂网络，用复杂网络理论对它进行可靠性研究是科学有效的。
本文对该装备的通信网拓扑结构进行分析，为该装备的通信网风险管理做基础性研究。
1 基本定义及通信网络拓扑分析模型
1.1 复杂网络的定义
复杂网络就是具有复杂拓扑结构和动力行为的大规模网络。就目前的研究成果而言，一般从图论和矩阵两种方式定义复杂网络。
从图论的方面出发，假设网络中存在n个节点和m条连接线，则可以定义节点集合V={v1，v2，v3，…vn}和边集E={e1，e2，e3，…em}来表示这个网络，其中的边可以有方向和无方向两种，为了简化计算，只考虑无向图。图1是一个网络图示例，它有5个节点和4条连接这些节点的边，可以将它视为端集V={1，2，3，4，5}，边集E={e12，e15，e23，e25}，其中节点4为独立节点。
从矩阵的角度出发，最常用的就是用一个邻接矩阵A来表示网络的图的结构信息，如果网络中的i节点和j节点是相互连接的，则矩阵上相应位置上Aij的数值为1，如果这两点之间不存在连接边，则相应的Aij的数值就为0，显然一个无向图的邻接矩阵式一个对称矩阵。为了方便对复杂网络的同步特性的研究，本文用比较特殊的对称邻接矩阵表示所对应的网络。
对角线上元素Aij=。对于图1的矩阵表示为
复杂网络的可靠性定义为：在自然或者人为的破坏下，复杂网络自身能够保持原有功能的能力。
从复杂网络的定义可以看出，包括了可靠性的研究对象、规定条件、原有功能着三个要素。首先研究对象就是：具有数量级大的节点和边的复杂网络，且这些节点具有非线性动力性、还要具有按照一定网络拓扑渐渐演化的过程。规定的条件：自然或认为的破坏作用，这里主要是指对网络中的节点和边进行随机攻击或者进行智能攻击。保持原有功能的能力指的是：复杂网络的存在都是为了完成现实中的一些客观存在的功能，如果对这些网络进行了随机攻击和智能攻击后，会对原来的网络造成一定的影响，然而在这种情况下，复杂网络仍然能够保持或者部分保持实现某一功能的能力。
1.2 指挥信息系统通信网络模型
为了计算的方便我们将导弹营、高炮营配属数量减半并简化，将节点编号如图3：
从网络拓扑的简化结构图可以看出节点对之间的连接关系，可以将它表示为
端集V={1，2，3，…，13}，
边集E={e12，e13，e14，e15，e16，e23，e24，e25，e28，e29，e2，10，e34，e35，e3，11，e3，12，e3，13，e45，e47}的图。
2 复杂网络的描述参数
复杂网络的描述参数有助于我们对网络的内部特征深入了解，描述参数有：网络的度、网络的聚集系数、网络的最短路径和耦合矩阵特征值。
2.1 节点的度
节点度数ki是第i个节点连接的边数目，即相当于i点的所有相邻节点的数目。在物理学领域中，节点的度表示本地的网络连接的连通性。通过邻接矩阵可以很简单地推出度ki的值：
节点的度分布是一个扩展的节点的度的概念。用分布函数P（k）来表示度的分布，P（k）是网络中某个节点具有k条边或k个邻接点的概率。网络的全局连通性和节点在网络中的重要性都靠节点度的分布，所以它是整个网络的基本统计特征，它同样可以表征网络的均匀性特征。复杂网络的平均度也是一个很重要的概念，平均度这里用表示：
网络的平均度是用来表征整个网络上的所有节点的平均度的数值，同样也可以来衡量网络的疏密程度，越大，对应的网络就越密集，越小，网络就越稀疏。
2.2 最短路径
我们将网络中某一节点到达另一节点所要经过的距离定义为路径长度，在本文中就是指节点直接相互连接所需要的边的数目。最短路径长度lij表示的是节点i到节点j的最短距离，即经过的最少的边的数目。从上述定义可以得出，最短路径长度是以边长作为单位的拓扑距离。与平均节点度概念类似，也存在平均最短路径长度L的概念，它表示的是图的任意两点的最短路集合{lij}的平均值。最短路径长度L的数值可以表征网络的特征尺寸，可以表征网络的连通度。
2.3 聚集系数
我们将图中某一节点的两个最近邻也是近邻的概率定义为聚集系数C。设点i的数目为Ei，k表示这些近邻点与i之间有连线的数目。则定义节点i的聚集系数为：
节点i附近环境的连通性用聚集系数Ci来表示。对网络上全部节点Ci进行平均计算得到的C即为平均聚集系数，整个网络的连通性用C来衡量。
2.4 耦合矩阵特征值
耦合矩阵的特征值是用来表征网络同步特性的重要参数，复杂网络的同步特征是一个重要的属性，反映复杂网络同步特征的参数就是耦合矩阵的特征值。
对于图3，可以得到每个节点的节点度，如k1=5，k2=7，则该网络的平均节点度=2.77，从平均节点度可以看出，该网络的密集程度不高。
3 网络的点攻击设计
为了对网络可靠性进行评价，首先要对网络进行攻击，本文中，分别对网络进行随机攻击和智能攻击，从而评价一个网络所能承受攻击的能力，为网络可靠性的评定提供依据。
3.1 随机攻击
随机攻击就是对网络中的点进行随机的撤除或对该节点的连接线进行随机的切断。在现实中可能发生的事故是由于网络自身的故障，而引起某个或部分节点失效。只要对网络相应的邻接矩阵中的某行和列进行随机的置零就完成了。
对网络进行随机点攻击的流程出图4：
随机点攻击的MATLAB代码如下：
T=input（‘T=’）；
p2=input（‘p2=’）；
N=size（A，2）；
c=randperm（N）；
h=1；
for k=1：T
h1=h+p2-1
for i=h：h1
A（c（i），：）=0
A（：，c（i））=0
end
h=h+p2
end
3.2 智能攻击
智能攻击就是有选择性地对网络中的点，按照一定的策略进行蓄意的破坏攻击。如，敌人在选择攻击目标时，总是先选择重要度高的目标进行攻击。为了研究对网络的智能攻击，我们对网络中的节点按照它的节点度的大小按照一定比例进行去除。与随机攻击类似，我们对网络相应的邻接矩阵按照节点度的大小将该矩阵的某一行和列上的元素进行置零，这样就可以对网络进行智能点攻击。
对网络进行智能点攻击的流程如图5
生成智能攻击的MATLAB代码如下：
T=input（‘T=’）；
p2=input（‘p2=’）；
N=size（A，2）；
for kc=1：T
dc1=sum（A）；
dc2=length（dc1）；
[sorted，index]=sort（dc1）；
cc=rot90（index，2）；
Ac（cc（1：p2*kc），：）=0；
Ac（：，cc（1：p2*kc））=0；
end
对通信网络进行随机点攻击和智能点攻击，可以评价一个网络的抗毁性。对某型指挥信息系统的通信网络进行攻击，在受到随机点攻击后，网络表现除的抗毁性比较强，但受到智能点攻击后，由于网络中节点度高的点被智能地去除，所有网络的连接度被破坏，网络的抗毁性下降的比较明显。
4 计算通信网络拓扑结构的可靠性
4.1 计算步骤
对于一个给定的网络，其网络结构包含三部分：节点N，连接节点之间的弧E和网络拓扑结构T，网络的抗毁性R与节点、弧及网络的拓扑结构有关。
若通信网共有n个节点，通信网拓扑结构抗毁性R的计算步骤如下：
（1）确定每条弧的可靠性，经过分析，我们简化设定每条弧的可靠性为rk=0.9；
（2）计算路径的可靠性，节点对i，j之间的第m条路径上弧的数目为p，则该路径的可靠性为：
（3）计算节点对之间的可靠性，节点对i，j之间共有m条路径，则节点对i，j之间的可靠性：
（4）确定整个通信网络的可靠性
4.2 数据仿真
对于ET90B通信网，首先根据第二步公式计算路径的可靠性，假设我们计算节点1到节点13的路径可靠性为0.81，则对应的节点1和节点13之间的可靠性为0.81，从而通过编程计算可以算出整个某型指挥信息系统通信网络的可靠性。这里算出的可靠性，可以为该装备通信网风险评估提供基础数据。
5 结语
利用复杂网络理论对某型指挥信息系统通信网络进行分析，可以简化网络模型，将通信网络抽象为只有节点与连接线的图，对网络进行随机点攻击和智能点攻击，来评价网络受到这两种攻击下抗毁性的变化，针对规程给出的拓扑可靠性计算步骤，对某型指挥信息系统通信网络拓扑的可靠性进行仿真计算，可以看出，该装备通信网络密集程度不高，拓扑结构较为可靠，但抗毁性不强，为该装备通信网风险评估相关研究开辟了蹊径、提供网络拓扑可靠性的基础数据。
参考文献
[1]杨丽徙，曾新梅，方华强，娄北，张鸿雁，李珂.基于抗毁性分析的中压配电网络拓扑结构.电力系统自动化，2013.4
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[3]肖龙.网络通信系统的风险分析与评估.四川大学.2003
[4]张进. 基于复杂性的指挥信息系统通信网络组织建立阶段风险管理.火力与指挥控制.2014.4
关键词：连续体结构； 拓扑优化； 径向点插值方法； 简谐激励； 带惩罚的各向同性固体微结构模型； 优化准则方法
中图分类号：TB115.2 文献标志码：A
Topology optimization of continuum structures subject to harmonic excitation based on
meshless radial point interpolation method
ZHENG Juan, LONG Shuyao, LI Guangyao, DING Canhui
（State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacture for Vehicle Body, Hunan University, Changsha 410082, China）
Abstract： While using finite element method to perform topology optimization of continuum structures, there exists the continuous mesh reconstruction problem in dealing with mesh distortion and moving, and the numerical computation is not stable. The meshless Radial Point Interpolation Method (RPIM) is used to carry out the topology optimization of continuum structures subjected to a harmonic excitation. Taking the relative density of nodes as design variables and the dynamic compliance minimization of structures as objective function, the topology optimization model is established using Solid Isotropic Microstructures with Penalization (SIMP) model. The sensitivity analysis of the objective function is derived by the adjoint method. The optimization model is solved by the optimization criteria method. The classical 2D continuum structure topology optimization examples show that the method is feasible and efficient.
Key words： continuum structure; topology optimization; radial point interpolation method; harmonic excitation; solid isotropic microstructures with penalization model; optimality criteria method
0 引 言
连续体结构的拓扑优化设计是继结构尺寸优化和形状优化之后，在结构优化领域出现的一个富有挑战性的研究方向［1］，其优点是能在未知结构拓扑形状的前提下根据已知边界条件和载荷条件确定比较合理的结构形式，从而提出最佳形状设计方案.连续体结构拓扑优化本质上是一种0-1离散变量的组合优化问题.代表性的拓扑优化方法主要有均匀化方法［2］、变密度方法［3］和渐进结构优化（Evolutionary Structural Optimization，ESO）方法［4］等.
目前，连续体结构拓扑优化问题的相关研究主要针对静力问题，动态拓扑优化的研究进展较慢，大部分研究集中在结构基频最大化或以频率为约束的问题中.XIE等［5］基于ESO方法实现频率约束下的拓扑优化；彭细荣等［6］基于独立连续映射（Independent Continuous Mapping，ICM）方法建立在静位移及频率约束下，以重量最小为目标的连续体结构拓扑优化模型.对于结构动响应的研究涉及较少，石连栓等［7］采用拟静力法将结构惯性力极值作为静载荷施加在结构上，实现动、静载荷同时作用下桁架结构的拓扑优化；MA等［8］基于均匀化方法研究动态结构的拓扑优化问题；徐斌等［9］在ESO方法的基础上研究谐和激励下的连续体结构拓扑优化问题；JOG［10］研究周期载荷作用下的结构拓扑优化问题，从减振降噪角度定义新的动柔度全局指标；顾松年等［11］全面阐述结构动力学设计优化的研究背景和意义，对动力优化问题的性质、解的存在性等问题进行展望；彭细荣等［12］基于ICM方法，对强迫谐振动下结构拓扑优化问题建立以重量最小化为目标、位移幅值为约束的拓扑优化模型.
目前，连续体结构拓扑优化问题基本上都基于有限元法，在处理网格畸变及网格移动等问题时需不断重构网格，以解决与原始网格线不一致的不连续和大变形问题.同时，由于有限元法中单元网格的存在，常使结构拓扑优化中出现一些数值计算不稳定现象［1,13］，如中间密度材料现象、单元铰接现象、网格依赖性现象和棋盘格现象等.
无网格方法是近年来迅速发展起来的一种新型数值方法，采用基于点的近似，可彻底或部分消除网格，不需要网格的初始划分和重构，不仅可以保证计算精度，而且可以减小计算的难度.目前，已提出多种无网格法主要有无单元Galerkin方法 ［14］、光滑质点流体动力学方法 ［15］、再生核粒子法［16］以及无网格局部Galerkin法［17］等，但利用无网格方法对连续体结构进行拓扑设计优化的研究较少，且均为静力问题的研究.ZHOU等［18］基于再生核粒子法研究线弹性结构拓扑优化问题，选择高斯点的密度为设计变量，但需引入数值稳定性方法消除棋盘格现象；郑娟等［19］将无网格径向点插值方法(Radial Point Interpolation Method，RPIM)引入到连续体结构拓扑优化中，选择节点的相对密度为设计变量，有效克服棋盘格现象；CHO等 ［20］基于再生核粒子法研究非线性几何结构的拓扑优化问题；杜义贤等［21］利用无单元Galerkin法对柔性机构进行拓扑优化研究.与有限元法不同，无网格法中使用的近似函数大多不具有插值特性，因此在基于Galerkin法的无网格中对边界条件的处理比较棘手，LIU等［22］提出的无网格点插值方法则较好地解决了这个问题.点插值方法的插值函数具有Delta函数性质，可很方便地施加本质边界条件，不足之处在于计算插值函数时矩阵易奇异.实际上，带有多项式的径向点插值法可有效解决点插值法中遇到的奇异性问题.
本文基于RPIM对简谐激励下的连续体结构进行拓扑优化设计.选取节点的相对密度作为设计变量，以动柔度最小化为目标函数，基于带惩罚的各向同性固体微结构（Solid Isotropic Microstructure with Penalization，SIMP）模型［23］建立简谐激励下的连续体结构拓扑优化模型，采用伴随法求解得到目标函数的敏度分析公式，引入灵敏度过滤技术得到清晰的拓扑优化结果，利用优化准则法对优化模型进行求解，通过经典的二维连续体结构拓扑优化算例证明该方法的可行性和有效性.
1 RPIM的动力学基本理论
1.1 RPIM的形函数
在径向点插值法中，计算域用一系列点离散，每个点都有一定的影响域，某给定点处的位移通过对该点的影响域中其他点处的位移进行插值得到.设二维域僦械娜我缓数ux，可用径向基和多项式基的线性组合表示为
ux=ni=1Rixai+mj=1Pjxbj=
RTxa+PT(x)b(1)
式中：Rix为径向基函数（Radial Basis Function,RBF）；ai为Rix的系数；Pjx为坐标xT=x y的单项式;bj为Pjx的系数;n为RBF的项数;m为多项式基函数的项数.为保证能取得较好的稳定性，通常取mn.在二维问题中，一般采用线性基PTx=1 x y.
5 结 论
将RPIM成功引入到简谐激励下的连续体结构拓扑设计优化中，并对二维线弹性结构进行拓扑优化设计.在优化过程中，以节点相对密度为设计变量，以结构动柔度最小化为目标函数，基于SIMP模型建立结构拓扑优化数学模型，利用无网格方法和优化准则法求解优化模型.通过算例讨论不同激励圆频率下的拓扑优化结果.结果表明，利用RPIM对简谐激励下的连续体结构进行拓扑设计优化可行、有效.
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1拓扑优化模型的建立
1.1节点变量法目前，对于连续体结构拓扑优化问题，通常采用单元密度为设计变量，设计域内的任一点的位移和密度采用Q4/U插值方法，如图1(a)所示。单元内任一点的密度均匀相等，通过节点的位移进行双线性插值计算得到单元内任一点的位移eu式中iu—单元节点位移iN—单元形函数m—单元的节点数e—单元内任一点的密度—单元密度这种插值方法只能保证位移场具有0C连续性，然而密度场只具有1C连续性，光滑性差，导致拓扑优化结果中出现棋盘格等数值不稳定性[10]现象。以节点密度为设计变量，单元内的位移和密度采用Q4/Q4单元插值方法，如图1(b)所示，单元内部每一点的密度不再是均匀相等，而是任意一点的位移和密度通过单元节点的位移和密度进行双线性插值求得[11,12]节点密度法保证了位移场与密度场都具有0C连续性，可以避免拓扑优化结果中的数值不稳定性现象[13]；但是这种方法不能实现最小尺寸约束。节点变量法采用映射函数表示节点设计变量与节点密度变量关系，来满足拓扑优化设计的最小尺寸约束，获得优化结构便于制造加工。映射函数采用类似于文献[14,15]提出的方法，利用最大函数表示为max()iijjd(3)式中jd—第j节点设计变量i—第i节点的子区域第节点的子区域是指以第节点为圆心，以设定最小半径minr为半径的区域，如图2(a)所示。子区域内的任一节点与节点的距离满足关系ijminirrrrj(4)式中r—i节点与j节点之间的距离ir—节点与节点相对于参考点的距离jr—节点与j节点相对于参考点的距离设定最小半径minr为指定的约束最小尺寸的一半，它决定了最优拓扑结构中的最小尺寸大小。表示在子域任意一个节点，如图2(b）所示。1.2拓扑优化模型以应变能力最小化为目标函数来满足连续体结构的刚度最大化，以体积为约束，采用映射函数表示设计变量与单元节点的密度关系来达到最小尺寸约束目的。1.3灵敏度分析移动渐近法(Methodofmovingasymptotes,MMA)采用显式的线性凸函数来近似隐式的目标和约束函数，构造移动近似子问题来得到一个原问题的近似解。MMA法对于各种结构拓扑优化问题都具有很好的鲁棒性[16]。MMA法是基于梯度的优化方法，目标函数及约束函数的灵敏度分析是必要的。
2数值算例
以悬臂梁结构为例采用节点变量法进行结构拓扑优化设计。悬臂梁结构的设计域尺寸如图3所示。悬臂梁结构的长度L与宽度H之比为8:5，载荷作用在结构右边中点，载荷大小F=1N，左边固定，材料的弹性模量E为100GPa，泊松比为0.3，体积比为0.4。为了对比说明，采用单元变密度法、过滤处理的单元变密度法和本文提出的节点密度法进行悬臂结构拓扑优化设计，设计域离散为8050个4节点矩阵单元，最小半径minr为2.5。采用不同方法获得的悬臂梁结构拓扑优化结果如图4所示。图4(a)是直接采用单元变密度法获得的拓扑图，可以看到优化结果存在棋盘格现象；图4(b)是采用过滤处理的单元变密度法获得的拓扑图，过滤处理能够消除棋盘格，但是结构边界容易出现中间密度单元；图4(c)是采用节点变量法得到的拓扑图,拓扑优化结果清晰地显现了设计区域内的黑白边界,消除了棋盘格现象。这说明节点变量法能够消除棋盘格现象，并且可以获得清晰边界结构。对设计域进行8050、160100及240150网格划分，采用提出的方法进行悬臂梁结构拓扑优化设计，拓扑优化结果如图5所示。由图5可知，在不同网格划分情况下，除了网格数越多边界越光滑外，得到的拓扑图是一致的，不存在网格依赖性。网格划分为8050，采用最小半径分别为1.5、2.5情况下，进行悬臂梁结构拓扑优化设计，拓扑结果如图6所示。映射函数通过最小半径来控制拓扑结构的最小尺寸，允许的最小尺寸是由两倍最小半径决定的。由图6可知，与最小半径为1.5相比，最小半径为2.5时拓扑优化结果出现较大的尺寸结构。这说明通过设定的最小半径来控制优化结果中的最小尺寸约束可行，并且设定的最小半径越大，拓扑图出现越大尺寸的结构，便于加工制造。
3结论
(1)采用节点变量法进行连续体结构拓扑优化设计方法是可行的，能够得到清晰材料分布的拓扑图。(2)采用节点变量法进行连续体结构拓扑优化设计，拓扑优化结果能够避免棋盘格、网格依赖性等数值不稳定性现象。(3)通过最小半径来实现拓扑优化结果中的最小尺寸约束，设定的最小半径越大，拓扑图出现越大尺寸的结构，便于加工制造。
作者：占金青 杨康 黄志超 单位：华东交通大学机电工程学院
［关键词］算法 搜索 关联矩阵 OSPF协议 分电压等级 有色Petri法
引言
拓扑结构不仅是潮流分析、状态估计等高级应用的基础, 它是电力系统网络分析其他应用软件的基础，它的任务是根据电力网络中开关的开断状况，通过一定的算法计算出网络的实时结构拓扑，进而进行更高级运算以了解电力网络的运行状态和安全稳定性，或者得到拓扑数据供电力系统应用程序使用。同时拓扑分析的效果直接影响着工作人员进行故障估计、诊断和其他应用程序的使用效果。
一、深度或广度搜索法
早期的网络拓扑分析是利用堆栈技术进行搜索。一般是将拓扑结构表述为链表关系，用图论中的搜索技术，如深度优先搜索法和广度优先搜索法分析节点的连通性。这种方法一般需要建立反映拓扑结构的链表，通过处理链表实现拓扑分析，然后以搜索回溯的框架, 利用堆栈记录划分。由于其基本算法采用“堆栈”原理――先进后出的搜索逻辑，程序不可避免采用递归的实现形式，因此编程和维护较复杂，效率较低。况且当应用于实时网络分析时, 在运算时间上不能满足要求。
二、面向对象(OO)的启发式搜索算法
由于在电网的实际运行过程中，状态频繁发生变化的开关占少数，因此将追踪技术引入拓扑分析中，仅在开关状态发生改变时进行局部拓扑分析，可以减少拓扑分析的计算量。在完成网络的初始拓扑分析并构筑了电网的结点树之后，当电网发生开关变位事件时，根据开关变位只造成局都电网拓扑发生变化的特点，采用启发式搜索算法进行电网结点树拓扑的跟踪。针对不同的变位事件，分开关“开”和“合”两种情况进行分析。实现拓扑跟踪OO模型的启发式拓扑分析方法，利用OO技术可扩展拓扑算法的适用范围。
三、基于关联矩阵的集合划分算法
文献[4]是以SVG图形模型为基础，再结合CIM 和XML的特点，采用改进的集合划分方法---基于关联矩阵的网络拓扑分析方法，将拓扑分析与代数分析有机结合，这样可进一步提高计算效率。在改进方法中，先将连接点都新建成各个独立的拓扑点，其中连接点中包含了与拓扑点的关联信息，这样在归并拓扑点时就避免了遍历比较；在拓扑点归并过程中只销去拓扑点中的信息，而拓扑点对象依然存在，最后在进行一次总的导入。
四、基于OSPF协议的算法
目前获取网络拓扑普遍采用的方法是基于SNMP协议或ICMP协议的主动探测技术，但此类技术容易增加网络负担，影响其正常运行。文献[5]提出了一种基于OSPF协议数据库描述报文和链路状态更新报文的拓扑分析算法。因为OSPF协议报文中含有网络拓扑信息，为有效处理报文数据，所以采用这种算法。该算法的主要思想是：将OSPF协议报文按区域划分，采用模拟路由器的工作方式构造链路状态数据库，分别计算各个区域的拓扑，再利用边界路由器连接分散的拓扑得到完整的网络拓扑。
五、分电压等级算法
该拓扑分析方法只搜索断开开关所在的厂站电压等级，大大减小了搜索的空间，提高了网络拓扑分析的效率。其基本原理为：首先对所有状态发生变化的开关(或刀闸)信息进行扫描，根据开关信息判断开关的首末连接节点是否在同一电压等级。分级搜索法流程见图所示。
当开关状态发生变化时，可能会对初始拓扑节点编号造成以下几种影响：
(1)网络内开关操作后，未造成拓扑节点变化，连接节点仍属于同一拓扑节点；(2)开关开断后分裂出一个或多个拓扑节点；(3)开关闭合后删除一个或多个拓扑节点；(4)以上情况的组合。
在初始拓扑节点编号的基础上中，以上几种情况可以归结为两类来处理：
(1)新增的拓扑节点，其编号排在初始拓扑节点最大编号之后；(2)不增加新拓扑节点，采用初始拓扑节点编号。
这样，网络中任何开关操作对拓扑节点造成的任何影响都可以在初始拓扑节点的基础上归结为两类操作，简单明了，易于实现。
六、基本分析单元的有色Petri法
将整个电网拓扑分析问题分解为若干基本分析单元，采用基本分析单元的有色Petri网模型，只重新计算受开关状态变化影响的分析单元，减小了搜索的空间，可提高拓扑分析的效率。
七、结语
以上几种利用数据结构加上特定的算法来实现拓扑分析的改进方法，目的是为了加快拓扑的速度和效率，得到准确的拓扑结构。
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0引言
网络资源拓扑的发现是网络资源管理的核心功能之一，它可以定义为：将运行在各式各样异构的网络环境下的资源，主要是网络设备之间的连接关系与实际的运行状态通过一定的手段对其进行整理汇总，以统一的格式提交给网络管理系统，从而有效提高了管理复杂网络环境的效率。其中，如何构建全方位、直观的网络拓扑图在网络拓扑发现中是一个重要课题。当前存在的网络拓扑发现方法包括：（1）基于ICMP网络控制报文协议拓扑发现，由主机向路由器发送测试报文来发现网络拓扑结构。其特点是实现简单，但是发送过多的测试报文同时增加的网络的负载，容易造成链路阻塞，不适宜目前大型的网络环境。（2）基于ARP地址解析协议拓扑发现，通过主机向网络中广播目标地址的ARP请求来发现具体的网络拓扑，并加载在ARP缓存中。其特点是ARP缓存中网络地址都是有效唯一的，这大大提高了网络拓扑发现的效率；但是此方法的缺点也很明显，在网络纵深过大的环境下，由于ARP缓存储存的信息量是有限的，会产生ARP请求到达不了的“盲区”。所以满足不了动态异构的大型网络对网络拓扑发现的要求。
1SNMP协议在网络拓扑发现中的运用
SNMP协议在当前网络管理中起着至关重要的作用，越来越多的网络设备都支持该协议，SNMP协议的运行模式是：所有被网络管理系统所监管的网络设备将与网络运行相关的数据项通过Agent进程进行汇总处理，并提交给MIB管理信息库，由Manager管理终端与进程的交互，使用SNMP协议所规定的TRAP、GetRequest、GetRespones等指令来完成相应的网络信息查询和设置修改参数。
2网络拓扑发现算法描述
网络拓扑中各子网通过与之相连的路由器转发设备相互连接。这些通过网关相连的子网可能是同处在一个局域网之内的，也可能是分布在不同的局域网中，通过路由器的不同端口或者不同相连的路由器建立连接从而进行网络通信。因此网络拓扑结构被分割成了两个紧密相关的层次，一级网络拓扑结构与二级网络拓扑结构。我们把网络中各子网通过的路由器相连的整体连接状况称为一级网络拓扑结构；而在各子网内部的网络设备的连接情况称为二级网络拓扑结构。构造一级网络拓扑结构是通过查询路由信息表中的ipRouteNextHop（路由下一跳的ip地址）、ipRouteDes（t网络目的端的ip地址）和ipMask（路由掩码）等参数，从网络管理终端出发依次遍历整个网络中的路由设备。其中，需要除去可能出现在路由表中的设备本地ip地址，通过查询路由设备中ipForwarding参数值来判断该路由设备是否是子网间的外部网关，若ipForwarding值为1，表明此路由设备属于一级拓扑结构，反之则表明此路由设备属于二级拓扑结构。构造二级网络拓扑结构主要是通过查询子网内每台网络设备接口表ifTable中的Ifindex端口索引来判断同属一个子网内的路由器各端口连接的网络设备情况，路由器每个端口号与次端口连接的子网的子网号一一对应，并按照不同的端口号与子网掩码分别放入不同的路由队列中。基于SNMP协议的网络拓扑发现算法的基本流程包括如下步骤：（1）初始化路由队列Q；（2）通过Agent进程访问Q中的初始节点A，visited[A]=1，A为队列Q中的第一个元素；（3）由Agent进程向A的下一个邻接节点B发送查询数据包并等待节点B的反馈数据包，收到反馈后对其进行解析，通过MIB信息中的IpRouteType值来判断B是否与A处于同一个子网中；若IpRouteType的值为3，表明这两个节点是处在同一子网内；IpRouteType值为4时，表示路由器连接入另一个非本地子网中，需至少再经过一个路由器的转发；将所经过的路由信息添加至路由链表中，并记录A与B之间的连接关系。（4）如果B未被Agent进程访问，则visited[B]=B，节点B进入队列Q中，并将ipRouteNextHop参数无重复地放入连接队列，将ipRouteDest无重复地放入子网队列中；以此类推，直到遍历完所有节点。
3具体实现步骤
（1）网络设备由Agent进程收集有关的网络SNMP信息，将Community中公开的权限设置为可读，并设置Trap的告警信息指向网络管理系统；（2）网络管理系统通过使用SNMP协议中的GET指令来查询收集网络中各类设备的唯一标识码OID，来访问各网络设备的MIB变量信息，并对这些MIB信息进行统一的分类与整理完毕后，一起储存在数据库中；（3）后台通过使用JAVA语言编写统一的类和接口，方便同时访问不同关系的，存储网管系统所提供各类设备网络相关信息的数据库；（4）为了将存储在数据库中的网络信息链表以一种简单直观的图形方式呈献给用户，要求WEB服务器不仅可以取到数据库中的与网络设备相关的数据，而且当WEB服务器接收到绘图指令后，读取网络拓扑信息，查询拓扑信息表内的末端元素，根据算法的递归深度来判断此元素在拓扑结构中的具置；（5）由于网络环境的复杂多变性，对网络结构拓扑图产生了新的要求，网络拓扑需要在一定的时间段内刷新，用以实时发现更新后的网络拓扑，再对拓扑结构图进行相应的改动，而这个刷新的间隔时间的取值需适中，间隔时间太长会影响网络拓扑信息的实时准确性，会造成系统的负载过大，从而对网络管理造成不必要的负担。每次添加新的网络节点时，需要判断是否与已知存在的节点使用同一个路由器，避免路径的回路重复显现。
4结语
网络资源拓扑结构发现是网络资源管理的关键问题之一。本文给出了一种基于SNMP简单网络管理协议的网络资源拓扑图的构建方法，通过使用SNMP协议中的GET指令取出网络设备中MIB管理信息库的相应的网络信息，实现网络资源的按需发现与拓扑结构图的自动构建。
作者：罗翔 杨朝红 毛军礼 王小振 单位：装甲兵工程学院信息工程系 中国电子科技集团公司第五十四研究所
关键词：光纤；CATV；网络拓扑；HFC
中图分类号：TN948 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 06-0086-01
一、引言
随着光纤的普及以及技术的进步，激光制造的造价不断下降，具有频带极宽，损耗低等特点的光纤传输CATV信号的各项指标得到了提升，CATV在广电领域也得到了广泛的被应用。光纤网络的铺设和其他信号媒介的铺设一样，讲究铺设结构的设置。一般来说，光纤网络铺设的拓扑结构有环形拓扑结构、树形拓扑结构以及HFC拓扑结构，在当前广电光纤网络使用较多的是最后一种。而在网络协议的处理上，广电光纤网络没有采取应用较为广泛的RS-232协议，而是采取的是HDLC协议和X.21协议。
二、光纤网络拓扑结构
（一）环形拓扑结构。环形拓扑结构中的每个中继器都与两条链路链接，并且不在中继器中缓存。这种链路只能在一个方向上传输数据，而且所有的链路都按同一方向传输，数据就在一个方向上围绕着环进行循环，即它是单向的。因为多个设备共享一个环，为了解决每个站的分组什么时间放到环上，需要对此进行控制。这种功能是每个站点都有控制接收和控制发送的访问逻辑这种功能是用分布控制的形式完成的，每个站都有控制发送和接收的访问逻辑。由于信息包在封闭环中必须沿每个结点单向传输，因此，环中任何一段的故障都会使各站之间的通信受阻。为了增加环形拓扑可靠性，还引入了双环拓扑。
（二）树形拓扑结构。树形拓扑是从总线拓扑演变而来的，它把星形和总线形结合起来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可以延伸出子分支，树根接收各节点发送的数据，然后再广播发送到全网。这种拓扑和带有几个段的总线拓扑的主要区别在于根的存在。当结点发送时，根接收该信号，然后再重新广播发送到全网。
（三）HFC拓扑结构。HFC是光纤和同轴电缆相结合的混合网络，也是当前广电光纤网络中使用最多的方式。HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于，在干线上用光纤传输光信号，在前端需完成电—光转换，进入用户区后要完成光—电转换。HFC有限电视是一个星形的拓扑结构，是以前端为中心，光纤延伸到城市小区，以光点为总结点的结构。
HFC网络能够传输的带宽为750MHz～860MHz，少数达到1GHz。根据原邮电部1996年意见，其中5～42/65MHz频段为上行信号占用，用QPSK或者16QAM调制是为了提高抗干扰能力，能够实现广播业务，状态监控信号业务，数据通信业务等。
三、光纤网络的搭建
（一）光纤网络通信协议。光纤网络通信和其他通信一样，需要按照固定的网络通信协议，才能够进行数据的传输。一般来说，小范围、低功率的光纤信号传输中，采用较多的是RS-232网络传输协议。RS-232协议的技术发展较为成熟，可靠性较好，在RS-232基础之上发展而来的RS-484协议，在数据传输方面同样优秀，这两种数据传输协议，也就是我们经常所说的串口通信协议。RS-232和RS-485这两种串口通信协议在传输速度上表现不能够令人满意，传输速率较低，不能满足当前人们对多媒体、流媒体的要求。在当前我们使用最多的是HDLC协议以及X.21协议，这两种协议在广电通信领域也被应用得最为广泛，其中HDLC协议的传输速度和可靠性两个方面表现优异，该协议的特点是：不受位组合限制，可以对数据进行不间断的传输，并能够实现即时通讯的目的，这些优点决定了HDLC主要应用于数据链路层，能够匹配更多的终端设备，更合适于计算机、电视机机顶盒等设备。X.21协议是DCE和DTE直接接口的定义，该协议对物理层进行了规定，另一种是网络层的功能进行了定义。物理层是使用在专业线连接，既使用物理层也使用网络层的是线路交换数据网中。
（二）铺设技术方案。由于各城市到各个城区前端的距离较远，回传至前端的一套电视节目采用调频单路模拟光传输设备来实现。所以，我们必须在单位区域内装备一台光发机，将各个城市的现场实况及话音经光纤送到县前端，在上级区域内端安装14台光接收机，即每个单位区域对应一套光端机(包括一发一收)。在前端增加视频切换器等少许设备即可实现回传。在当前，随着技术的发展，光机的价格普遍下降，可以进行大范围铺设。
（三）由于大多数新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络（HFC网，即Hybrid Fiber Coax Network），使原有的550MHzCATV网扩展为750MHz的HFC双向CATV网，其中有200MHz的带宽用于数据传输，接入国际互联网。这种模式的带宽上限为860MHz～1000MHz。Cable Modem技术就是基于750MHz HFC双向CATV网的网络接入技术的。有线电视一般从42MHz-750MHz之间电视频道中分离出一条6MHz的信道，用于下行传送数据。
四、总结
本文首先分析了网络拓扑结构的搭建，研究了当前几种比较常见的网络拓扑结构，着重剖析了当前广电光纤使用的HFC拓扑结构，最终根据光纤网络通信分析了光纤网络的搭建方法。在光纤网络的铺设方面，要实现各个城市到各个城区的普及，在进行信号解调时，要设置好相应的频率范围。
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