时间：2022-11-13 14:05:09
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篇数据通信论文，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。
1新电能表通讯报文格式
要与新电能表进行通讯，除了要保证硬件回路没问题，通讯规约也要符合新电能表的要求，这主要体现在通信报文的正确识别上。要读取电能表的读数主要有以下通讯报文：（1）向电能表发出通讯请求西门子PLC发出的报文如下：（报文都以16进制ASCII码表示，下同）1B0203（1B代表ESC的ASCII码，02为电能表识别的报文开始位，03代表报文停止位。下面的所有报文都是以02开头，以03结尾）电能表接到请求信息后，返回一个确认报文如下：020606A403（其中第二位06代表ACK的ASCII码，跟着的06A4是这个报文的CRC校验码。（2）向电能表发送用户名和密码中调规定广蓄B厂所有的电能表一般用户的名称和密码如下：USERID:settime（不区分大小写）Password:cxb032（不区分大小写）PLC要登陆电能表必须向它发送正确用户名称和密码，报文如下：024C53455454494D452C43584230333200C02A03其中：02代表报文的开始位：4C代表登陆电能表的命令L（load）；53455454494D45代表settime；2C代表逗号；435842303332代表cxb032；00为密码结束的中止位；C02A为计算出的CRC校验码；03为停止位；这个报文转换为字母就是：02LSETTIME,CXB03200C02A03。待电能表收到报文并确认密码正确后，回复报文跟前面一样为：020606A403（3）读取电能表中的寄存器由于新电能表采用CRC校验，CRC校验中规定，如发现在除了头02，尾03的其他报文中，有02，03，10，11，13，就把此报文变为两个字节10，40+这个字节数据，这样做的目的是在数据体中区分一些特殊字符。因此要读取这些值，要依次发出4个报文给电能表，报文如下：0252016910537803025200692049030252104369751A030252104269462B03其中报文开头和结尾的02和03还是分别代表报文的开始和停止位。52代表电能表读取命令“R”（read）。接下来的0169/0069/104369/104269则分别代表0169、0069、0369和0269四个电能表寄存器号。105378/2049/751A/462B分别为4个报文的CRC校验码。电能表在依次收到读取报文后，也依次发出4个包含有寄存器数据的报文给RTU。报文格式大致举例如下：0252016900000000789A03等等其中00000000即为所需要0169寄存器中的电度值，它是一个4个字节的浮点数，采用IEEE浮点数表示形式，789A为假设的CRC校验码。
2西门子CP544的通讯协议
CP544卡是西门子S5系列的专门的点对点串口通讯卡。它有3种通讯协议，分别是RK512、3964和OPENDRIVER协议。其中前两种协议因为需要设置西门子PLC能识别的目的地址，所以只能在西门子系列的设备中使用。要与电能表进行通讯，只能采用OPENDRIVER协议。该协议的特点是不管通讯设备的地址，只需确定西门子PLC侧的发送地址和接收地址即可。图3为西门子PLC通过CP544卡与电能表通讯的示意图。在图3中，PLC程序将指定的发送数据块通过SEND发送程序块，在物理上经CP544通讯卡与新电能表进行串口通讯，将请求报文发送给电能表。而电能表中的数据报文也通过串口通讯方式经CP544卡再经过RECEIVE－ALL接收程序块存放到指定的接收数据块中。串口通讯一个最基本的要求就是通讯双方的通讯参数设置必须一致。根据电能表的要求，CP544卡有以下设置。通讯基本参数：通讯模式选择：MODE2Variableusefuldatalength（endcharacter）波特率：2400b/s数据位：8位停止位：1位奇偶校验：无流量控制：无字节传送监控时间：20ms第一个结束识别字节（endcharacter1）：03H（这个非常关键，设置03是为了与电能表的报文终止位相适应，否则通讯不能成功）第二个结束识别字节（endcharacter2）：00H另外数据接收地址也在CP544卡设置软件中进行设置如表2：在表2中，分别设置了CP544卡两个通讯接口的接收地址分别为DB11和DB12，接收字长最大为64个字。通讯接口从CP544卡到RS485/232转换器，再到电能表的通讯链路的通讯接口接线如图4所示。
3通讯程序编写
按照前面部分所述的报文收发格式及CP544的相关协议要求，对西门子PLC与电能表通讯的控制程序进行了重新编写和调试，在程序的编写调试过程中，解决了电能表报文应答式收发存储、电能表数据CRC校验码解码、不同数制格式的转换和临界数据显示不稳定等几个技术难点，实现了新的电能表与PLC的数据通讯，使得电度值在上位机上得以重新显示并自动打印。
4总结
这个项目从研究CP544和新电能表的通讯原理及原有的通讯显示程序，到确定基本方案，新通讯程序的设计编写与调试，通讯完全实现，经历了近1年时间。经过不懈的努力，独立编写了新的电能表通讯程序，解决了前面所说的几大技术难点，实现了电能表与RTU之间的重新通讯连接。使得有、无功电度值得以在上位机上重新显示并定期打印。减去了巡检员每日凌晨零时定时手动抄表的工作，节省了人力物力，并为运行人员准确快捷计算厂用电率提供了帮助。这个项目的成功实施为以后类似的改造积累了大量的宝贵技术经验，可为类似工作提供借鉴。
作者：彭煜民 单位：清远蓄能发电有限公司
由于冶金测控仪表的数据结构复杂，数据属性较多，维修成本较高，本文基于冶金数据的特征，提出了一种基于微粒群优化的冶金测控仪表数据通信仿真系统。冶金测控仪表数据通信仿真系统包括数据收集模块、子站通信模块以及主站分析模块。系统主要对冶金测控仪表总实时运行的不同类型正常和非正常的数据进行收集，统一成固定格式的数据集，保存到相应的大型数据库中。数据收集的内容有冶金测控仪表数据、自动存储运行数据、相关传感器优化的不同仪表接口数据，这些数据主要通过二次设备自动化转置的传感器采集得到。冶金测控仪表的子站通信模块，该模块具有重要的价值，是底层通信设备同上层监控设备的纽带，具有服务器性能，该模块基于UDP/TCP报文通信机制完成上下层数据通信。分析模块是数据通信的核心运算模块，通过基于微粒群优化的数据通信同NRF算法，实现对海量数据中故障进行准确报警，通过优化模型获取冶金测控仪表现场数据。
二、硬件设计
1.测控仪表硬件结构
由于每个检测仪表特别是处于工控机的里层检测仪表信息储存量和信息传输量较高，并且需要无线通信功能模块，因此本文系统中的测控仪表是以功能强大的新型单片机C8051F005作为控制核芯片。该芯片的模拟前端采用8通道模拟多路器、可编程的增益放大器、12位A－D变换器等构成，控制芯片通过这些模拟前端实现桶NRF401无线收发器间的数据通信，并且通过P1启动报警驱动，完成系统的报警功能，采用P2启动键盘矩阵，完成相关参数的设置。
2.仪表显示接口设计
系统的显示接口采用AT89C2051芯片，该芯片通过串口（RXD，TXD）、显示接口以及RS232c接口实现同模拟量输入通道、输入设置、输出控制、报警指示的数据交互，其中输出控制以及报警指示电路应采用5根I/O线，其余的8根I/O线实现数据的显示、输入设置和模拟量采入等性能。通过模拟串口以及串口复用技术完成数字和光柱显示的动态扫描，双64段光柱和8位8段LED数码管显示都使用164输出接口。
3.通信模块设计
通信控制模块的底层控制器同上方操作员站通过40芯的ZIF连接器交换信息，故障数据的分析也是采用该种形式传输数据，并包含Flash存储器保存相关的数据信息，采用天线插口获取的外部环境信息可通过GSM射频部分传递到GSM基带处理器中的复合式EMI滤波器消除电磁干扰，再通过40芯的ZIF连接器同上层控制模块进行数据传递，电源ASIC为GSM基带处理器提供电源。GSM基带处理器中包含两个输入端、两个输出端以及一个接地端，滤波电容C1～C4同共模电感L能够避免出现共模干扰，通过GSM网络确保故障能够及时传输到相应的控制终端中。
三、软件设计
1.检测软件设计
基于微粒群优化的冶金测控仪表数据通信仿真系统基于VisualStudio2005和Matlab进行开发。Matlab具有强大的Simulink动态仿真环境，可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。用户可以在Matlab和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。软件通过分层次的规划方法进行设计，上层模块通过调用下层模块中接口函数实现相应的功能。从上到下包括3个层次：
1）底层数据控制模块，该模块可同不同硬件进行数据通信，主要有仪表数据收集、FPGA数据通信以及模拟电压数据收集等。
2）检测功能模块，对冶金测控仪表的响应时间参数、电流参数、电压参数等一些附加电参数进行检测。
3）结果显示界面，用于向用户呈现仪表数据通信结果以及完成相关参数的设置，实现人机交互，提供人机交互途径。显示界面可提供数据报表显示和打印功能，并且将检测数据导到Excel表格，实现对不同待测仪表、不同检测条件得到的参数进行对比分析。
2.冶金测控仪表故障的检测
本文通过微粒群优化的目标函数全面分析了仪表的损耗、故障次数以及维修次数等因素，确保冶金测控仪表的严重故障能够被及时检测出，冶金测控仪表中存在故障时通过报警模块进行报警，否则通过评估模型和故障数据智能分析模型中的粒子群优化函数实现对系统故障的准确判断，系统中的自动化数据装置采集传感器环境优化的数据，如果存在危险信息则通过报警模块进行报警，否则通过故障数据智能分析模块进行分析，再通过报警模块进行报警。
四、实验分析
通过实验验证本文系统的有效性，实验数据来自于某冶金测控仪表数据库，采集其中的1000个样本数据，分别采用传统系统和本文系统对该实验样本数据进行分析。本文系统下的仪表数据通信效率高于传统系统，并且本文系统下的数据通信效率具有平稳性，传统系统的数据通信效率随着样本数量的增加出现明显的波动，说明本文系统具有较强的鲁棒性。在不同干扰环境下本文系统的数据通信效率优于传统系统，并且在干扰或恶劣的冶金测控仪表数据通信中，本文系统下的数及通信效率呈现显著的优越性，说明相比传统系统本文系统具有较强的抗干扰性能，能够确保数据的准确通信，具有重要的应用价值。随着检测样本数量的增加，传统系统和本文系统下的冶金测控仪表数据通信时间和通信误差都不断增加，而通信效率逐渐降低，并且本文系统下的冶金测控仪表数据通信指标始终优于传统系统，说明本文系统确保冶金测控仪表的数据通信的高效运行，具有较强的优越性。
五、结束语
1．1运营商IP数据网
中国移动、中国电信、中国联通三大运营商IP数据骨干网，基本覆盖了所有省会节点和大部分地市节点，采用核心、汇聚和接入3层结构。它们基本都采用BGPMPLSVPN承载业务，建立了服务质量保证（QoS）体系，在全网部署了IGP／LDP快速收敛功能，并部署了MPLSTEFRR链路保护功能，域内路由协议采用IS－IS，并通过MP－iBGP传播MPLSVPN路由信息。
1．2铁路既有IP数据网
铁路数据通信网由建设于不同时期的客运专线数据网、铁通公司划转的专用数据网及铁路综合计算机网（TMIS数据网）3个相对独立的网络构成。客运专线数据网目前已经覆盖了铁路总公司，各铁路局的调度中心，京沪、京石武、武广、甬台温、温福、郑西、沪宁、沪杭等已建成的客运专线沿线站段、动车所等业务节点。铁路局区域网络由核心节点、汇聚节点、接入节点构成。骨干网络暂采用北京、武汉、西安、上海局区域网络的核心节点路由器作为临时域间数据转发节点，满足各铁路局对总公司区域网络间，以及各铁路局区域网络间数据路由转发需求。客运专线数据网采用MPLSVPN实现对业务的承载。既有普速线数据网大部分为铁通公司划转铁路之前的铁通建设，目前各铁路局网进行基础通信网改造工程，在改造完成后基本实现了对既有普速线所有车站的覆盖，并实现了与客运专线数据网的整合。铁路综合计算机网为2层网络结构，覆盖铁路总公司、铁路局及部分车站。随着网络安全工程的实施，铁路总公司、铁路局机关局域网实行三网分离，即局域网被分割成内部服务网、安全生产网、外部服务网3个逻辑子网，分属于不同的安全域。TMIS网络以路局为分界点，路局以上是骨干网，路局以下是基层网，总公司至各路局为星形组网。目前TMIS数据网与客运专线数据网（即铁路数据通信网）未实现整合。
2铁路数据通信网网络建设
铁路数据通信网建设的目标为以既有数据网为基础，整合成一张综合的IP数据网，实现对不涉及行车安全及资金往来的铁路信息系统和通信数据业务的承载，采用适合铁路需求的技术策略，提高数据网络运行效率。
2．1骨干网建设方案
骨干网络由汇接节点、转发节点和接入节点组成。骨干网汇接节点设置在铁路总公司；转发节点设置在北京、西安、武汉、上海、成都；接入节点设置在各铁路局。每个节点设置2台路由器。骨干网为一个独立自治域。北京、武汉、西安转发节点间构成半网状连接方式，相邻骨干网转发节点间互联，每个转发节点与总公司节点间直联，实现全网流量在骨干网层面转发；骨干网接入节点同时与2个大区转发节点互联。骨干网节点间采用10GEWAN接口互联。
2．2区域网络建设方案
每个铁路局区域网络均作为一个独立的自治域，区域网络间的互访通过骨干网络实现。铁路局区域网络由铁路局所在地的核心节点、业务相对集中的汇聚节点和接入节点组成。接入节点到汇聚节点间、汇聚节点到核心节点间的连接，在城市范围内或有需求的节点，采用星形或环形方式接入上层节点，在铁路沿线范围，接入节点采用链型双归方式接入汇聚节点。对于接入节点，采用分层PE技术，在大型车站部署SPE节点，小型站段或工区部署UPE节点。
2．3既有数据网整合方案
由于TMIS数据网承载着货票、确报、调度、车号自动识别、行车安全监控（5T）、铁路办公自动化、统计、工务、财务核算等多个应用系统，因此，铁路数据网与TMIS网络的整合要分步骤实施。第一步：TMIS数据网业务之间存在大量互通需求，因此没有对承载业务做严格的访问隔离，而铁路数据通信网采用VPN方式实现业务接入，为避免对TDMS广域网承载业务造成影响，第一步将承载的全部业务以一个统一VPN接入铁路数据网。第二步：新的信息业务直接接入铁路数据网，TMIS既有业务逐步向铁路数据网割接，业务割接后TMIS网络设备根据性能及配置情况，融入铁路数据网各类节点中，实现一张统一的数据网，实现信息资源共享。
2．4技术策略
铁路数据通信网采用骨干网络及区域网络二级构建，在区域网络接入节点，采用分层PE构建。铁路数据通信网骨干网络链路由OTN承载，采用10GE接口；铁路局区域网络核心、汇聚节点间的链路及接入节点到汇聚节点间的链路，主要由OTN承载，采用GE接口；接入节点间的链路主要由光纤承载，采用GE接口。为保证数据网对业务承载的可靠性，数据网要求OTN承载网启用保护机制，并利用传输网络保护机制、数据网故障检测恢复机制及两者的协调配合，来共同保证数据网的可靠性。数据网通过lay－er3MPLSVPN实现对业务的承载，保证不同业务组的安全隔离，采用OptionB方式实现VPN跨域互通；将layer2MPLSVPN作为补充，提供基于MartiniVLL业务。采用区分业务（DiffServ）同时结合CBQ以及CAR等多种技术方式，来保证各类业务的QoS。骨干网络依靠高带宽的设计提供网络的轻载来保证SLA，采用IPDSCP、IPTOS和MPLSEXP字段标识QoS等级；在PE路由器实现QoS的等级化标记，根据初始业务类型提供6类服务等级对应6种队列；部分关键业务，如GSM－R／GPGS、会议电视、软交换等，考虑直接在区域网核心节点下设置独立的PE接入设备，基于物理端口进行分类和标识。在全网部署路由快速收敛功能，启用BFD完成快速链路故障探测，先期在骨干网络转发节点间对重要业务（如GSM－R／GPRS业务）进行MPLS－TEFRR的部署。域内路由协议采用IS－IS，并通过MP－iBGP传播MPLSVPN路由信息，域间协议采用E－BGP。骨干网络及各区域网络均为独立AS。在骨干网接入路由器部署流量采集设备，在铁路总公司节点设置流量分析与统计服务器，对各铁路局引入骨干网流量进行统计分析，并对异常流量进行告警。数据网为铁路专网综合IP网，与公众互联网采用物理隔离；全网通过实施MPLSVPN，完成各业务系统的隔离；网络支持分域、分权管理；对于网络设备的服务配置，遵循最小化服务原则，关闭网络设备不需要的物理端口及服务；对网络设备实行交互式访问安全措施；支持对接入业务限速处理；在IS－IS、BGP等协议中启用校验和认证功能；网管区域的防火墙具有入侵检测功能；在网络互联端口开启I－SISHello的MD5认证；在区域网出口限制BGP对等体（peer）以外IP地址对179端口的访问。在MPLS环境下向IPv6演进，在所有IPv6业务不需隔离时，可采用6PE技术实现；在IPv6业务需隔离的情况下，可采用6VPE技术实现。
3结束语
网络编码实际上是将路由和编码的信息进行相互交换的方式。传统路由主要是实现信息的存储和转发，网络编码则能够接收到几个不同的数据组，然后将其融合编码信息，增大传输信息的数量，从而能大大提高网络的利用效率，结束了传统中认为独立比特不可压缩的理论。它的工作原理是利用有限域中的运算，将接收到的几个不同的数据组，在网络不同的结点中进行重新编码组合，然后将编码过的数据以多播的形式转发给各个目的结点，并由目的结点对其解码还原，得到原始数据，这样就实现了通信。网络编码的主要优势是提高了网络通信的系统性能，提高通信效率，这是因为网络编码增大了每次传输的数据量，减少了传输数据的次数，从而能够很好地提高网络通信的性能，不仅增加了网络数据的吞吐量，也提高了宽带的利用效率，还能平衡各网络目的结点之间的负载能力。在当前人们越来越依赖无线通信技术的的背景下，网络编码对提高网络安全、提高资源利用率等方面也有十分重要的作用。
2基于网络编码的数据通信技术研究
网络编码在网络数据通信中具有十分明显的优势，其理论研究价值和应用前景都是不言而喻的。世界上一些高等学府和科研机构都展开了对网络编码的研究，并且在多个方面取得了不小的成果。
2.1网络协议结构
当前网络编码研究中涉及到的主要部分还是在网络层方面，特别是如何有效地将路由协议与网络编码有机结合，是基于网络编码的网络结构研究的重要方面。有一部分研究已经深入到网络编码如何有效结合协议结构中其他协议层，例如网络编码与MAC层协议或者与传送层TCP协议等等的结合问题。因为网络编码的特性与传统网络数据通信的方式有很大的区别，所以为了不更改已普遍应用的传统网络协议，将网络编码与其融合将会遇到各种各样新的问题，例如，它们之间的兼容性、网络编码对网络协议结构是否会产生不利的影响。这些问题都是后来研究者需要解决的问题，同时也为研究基于网络编码的网络协议结构提供了框架性借鉴，使得网络编码能够与传统的网络协议有机融合，提高网络通信性能。
2.2数据传送模型
网络编码具有的最重要的功能之一就是将数据智能化处理，这主要是通过对编码策略的设计来实现，而码构造算法是编码策略设计的基础。码构造算法主要是针对网络中间结点的编码方式，它需要保证目的结点能够有效识别出传递的编码信息并进行正确解码。所以码构造算法包含了编码和解码两个内容，并且要求其算法复杂程度低，易于实施应用。码构造算法主要有三种：代数型、线性型、随机型。线性网络编码能将中间结点接受的各路信息进行线性组合，这种编码运算较简单，所以得到了普遍应用。
2.3路由协议
基于网络编码的路由协议的优化设计能够有效提高网络数据的传递效率和性能，它是能够将网络编码应用到实际中的重要基础，而且将路由协议与网络编码进行更高层次的融合是十分重要的研究课题，可以为以后开发新的网络提供借鉴和指导。基于网络编码的路由协议研究主要有两个方面：独立路由协议和编码感知的路由协议，它们主要的不同点是路由协议产生的过程中能否主动编码，也就是说路由协议是否能够提高编码的利用效率。
2.4数据传输性能保障机制
实际应用中，网络环境复杂多变，数据传输的突然性和网络拓扑结构不稳定都可能导致数据传输出现不稳定的状况，例如造成数据丢失或者传输延迟等。所以基于网络编码的数据传输技术的开发应该结合实际的网络环境，研究出能确保数据正确传输的保障机制和编码策略，尤其需要尽可能减少数据传输的延迟时间和保证数据可靠传输。所以，基于网络编码的数据通信中，利用QoS保证机制是当前研究的重要课题之一。当前已研究出来几个解决方案，比如建立数据延迟时间的模型，从模型中找出延迟的解决方案；利用多速率编码器来分析各路中传输速率不同的数据，从而减小数据在编码器中的传输时间。
3结语
1）微波中继通信方式
通信载体为微波，亦称微波接力通信，是采用中继（接力）方式在地球表面进行无线通信的方式。具有传输频带宽容量大、跨越空间能力强、传输信号稳定质量高等特点。模拟微波通信采用的调制技术一般为SSB/FM/FDM，数字微波通信采用的调制技术有，BPSK、QPSK及QAM。
2）移动通信
主要分为全球移动通讯系统（GSM）和码分多址传输技术（CDMA）。数字移动通信主要包括以下关键技术：调制技术、纠错编码技术和数字话音编码技术。
3）卫星通信方式
其实质也是一种微波通信，该系统的中继站是卫星，由其发射微波信号，并在各地面基站之间传输。主要特点是通信覆盖面积大、传输容量大、受地域限制少、可靠性高等。数字卫星通信多采用数字调制、频分多址技术。
2数据通信系统的构成数据终端（DTE）
分为非分组型终端（NPT）及分组型终端（PT）两类。非分组型终端分为可视图文终端、用户电报终端、PC机终端等；而分组型终端包括数字传真机、计算机、智能用户电报终端（TeLetex）、专用电话交换机（PABX）、用户分组装拆设备（PAD）、用户分组交换机、局域网（LAN）、可视图文接入设备（VAP）等。数据电路可分为终端设备（DCE）和传输信道，传输信道分为模拟信道和数字信道。
3数据通信的分类
1）有线数据通信
①数字数据网（DDN），主要由四部分组成，分别是用户环路、DDN节点、数字信道及网络控制管理中心。DDN是一种数字通信网络，它把数字通信技术、数据通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术有机的结合在一起。②分组交换网（PSPDN），又称为X.25网，采用CCITTX.25协议。PSPDN采用存储—转发的方式，将用户传来的报文分割成一定长度的数据段，并在各数据段上添加控制信息，构成一个能在网上传输的带有地址的分组组合群体。PSPDN的主要优点是为了达到多用户同时使用，可同时开放多条虚通路于一条电路上，并具有先进的误码检错功能和动态路由选择功能，但通信性能较差。③帧中继网，起源于X.25分组交换技术，主要包括存取设备、交换设备、公共帧中继服务网三部分。帧中继网它可在帧中继帧中将不同长度的用户数据组包封，并在网络传输前添加控制及寻址信息。
2）无线数据通信
无线数据通信是以有线数据通信为基础，而采用无线电波传送数据的通信方式，也可称为移动数据通信，它是计算机网络与数据通信相结合的产物，可实现网络计算机之间或人与计算机终端之间的通信。无线数据通信也是依靠有线数据网将网路应用扩展至便携式用户。
4网络及其协议
1）计算机网络
计算机网络（ComputerNetwork），是指通过通信线路将多台具有独立功能、地理位置不同的计算机系统连接起来，并通过网络软件及通信协议实现信息传递和资源共享。按地理位置划分，计算机网络可分为局域网、城域网、广域网、网际网四种。局域网是在一个较小的局部的地理范围内，如一栋楼、一所学校等，它是目前使用最多的一种计算机网络。城域网覆盖范围较局域网大，一般在10-100公里范围内，通常是在一个城市辖区内；广域网一般覆盖范围是整个国家（100-1000公里之间），连接该国家内各个地区的网络。网际网一般指覆盖全球的Internet。
2）网络协议
1背景知识介绍
船舶自动识别系统(AIS)是一种集合了网络技术、通信技术、计算机技术等的一体化助航设备。该系统能够获取近海海域中船舶的名称、位置、航向、速度等信息，一方面能够给船舶以唯一的标识，另一方面能够维护一个全局的船舶视图，以供船舶交通管理系统(VTS)或其他系统使用。本文针对VANET中存在的问题，以及AIS所具备的优势，提出一种新型的基于AIS的海上无线数据通信网络。该网络一方面能够实现灵活的组网和拓扑无关性，另一方面能够利用AIS所提供的船舶信息，实现更加有效、精确的位置服务和寻路功能，克服了VANET中路由协议的不足。网络的整体框架如图1所示。在船舶加入网络时，首先通过AIS向最近的AIS基站发送自身的信息，全体船舶的AIS信息存储于AIS服务器中。在本文提出的基于AIS的无线网络中，各个船舶可以向AIS基站发送请求，获得自身的位置信息，以及向周边船舶发送信息，获得邻居船舶的信息，通过AIS和邻居船舶等多个方面确定自身所处的位置以及呼叫对象所处的位置。当船舶A希望和船舶C通信时，首先通过多维位置发现服务，获得船舶C所处的位置，然后根据路由算法获得到达目的船舶的通信路径。
2多维位置发现服务
在AIS中，船舶通报自身位置，AIS服务器了解全体船舶的各个位置，而船舶本身并不了解自身在整个船舶通信网络之中的位置，以及呼叫对象在通信网络之中的位置。本文提出一种多维位置发现服务，通过该服务船舶不仅能够了解自身的绝对位置，同时能够通过维护邻居表和路由表，获取自身在通信网络中的相对位置，进而各个船舶可以通过自身的邻居表和路由表构建整个通信网络的整体视图，相较于传统的AIS位置服务，具备更多的位置衡量维度，因而称为多维度位置发现服务。在建立邻居关系的过程中，首先自身船舶向周边船舶发送广播NB_req消息，周边船舶若接收到，并允许建立邻居关系，则发送应答NB_rep;自身船舶根据NB_rep消息中提供的MMSI，向AISBS发送NI_req，AISBS通过查询服务器并计算后，向自身船舶发送NI_rep消息，其中包含了周边船舶的位置、速度等信息，自身船舶将这些信息添加入邻居关系表，通过邻居关系表，则船舶能够了解自身所处的位置，以及在全体船舶之中的位置。若自身船舶需要获得某个邻居船舶信息则发送NC_req，同时接受NC_rep来获取相应的信息。通过以上关系，不同船舶之间可以通过自身的邻居关系建立连接关系。邻居表及路由表的更新算法如图4所示。
3基于AIS的路由协议
第2节中介绍的多维位置发现服务，每个节点均维护了1张邻居关系表和路由表，这些邻居船舶可以直接进行通信。当需要与较远距离的目标进行通信时，则需要相应的路由协议确定在VANET中的通信路径。路由协议工作的步骤如下:1)首先船舶A根据自己的路由表，通过BS向自己的邻居发送DL_req消息，邻居收到消息之后，向BS发送应答DL_rep，返回自身的邻居表;2)船舶A根据DL_rep更新自己的路由表和路由表，并向新添加的邻居发送DL_req消息，并检查DL_rep中是否有目的船舶的信息;3)若船舶A的路由表和邻居表中新添加了目的船舶，那么寻路结束，根据路由表建立通往船舶通信路径;若没有则重复2)，直到路由表和邻居表中没有新的元素被添加。在路由协议中，接收消息DL_rep与第2节中介绍的消息格式类似，其格式如图6所示。其中OMMSI为呼叫对象的MMSI，NeMMSI为对象船舶路由表中的下一跳船舶的MMSI。通过第2节中的邻居表和路由表更新，可以建立较为充分的“目的———下一跳”表项，为本节的路由协议提供基础。
4系统实现与仿真
系统节点的实现如图7所示。其中外部计算模块使用的是利用C++编写的程序代码，模拟船舶中网络节点的路由计算及消息处理。外部I/O模块，负责显示当前的网络节点状态和工作过程。在模拟节点中，每个AIS发送/接收终端与外部计算模块相连，计算模块模拟了路由协议在节点中的工作过程，演示了上文提到的几种重要消息类型。最后使用NS2对本文提出的网络进行了仿真，仿真环境为X86架构计算机，Corei3四核处理器，4G内存，Win7(64位)操作系统。在NS2中的仿真图如图8所示，其中①～⑦为模拟船舶节点，其内部结构如图7所示，⑧～⑨为模拟AISBS。仿真过程中实现的是，⑥之间的通信过程⑦，在初始状态下，⑥和⑦不是邻居关系，图8显示的是不同节点发送消息的状态。通过路由协议的工作，最终⑥和⑦实现了有效的通信，最终显示的消息在NS2中如图9所示所示。
5结语
本文针对VANET在实际应用过程中所暴露出的不足，提出了一种基于AIS的海上无线数据通信网络，给出了网络的整体框架，并对多维位置发现服务以及基于AIS的路由协议进行了深入研究，定义了需要的消息格式，并设计了相应的算法，使得网络能够在AIS的帮助下，实现在无线自组网内的路由和有效通信。最后，本文给出了系统的简单实现，并在NS2中给出了整个网络工作过程的仿真过程，证明了本文提出方法的可行性。
作者：刘旭单位：重庆电子工程职业学院
【论文摘要】：在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外通信则是被采用较多的一种方法。红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。
在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外通信则是被采用较多的一种方法。红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，主要应用于近距离的无线数据传输，也有用于近距离无线网络接入。从早期的IRDA规范（115200bps）到ASKIR（1.152Mbps)，再到最新的FASTIR（4Mbps），红外线接口的速度不断提高，使用红外线接口和电脑通信的信息设备也越来越多。红外线接口是使用有方向性的红外线进行通讯，由于它的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以只适合于短距离无线通讯的场合，进行"点对点"的直线数据传输，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。
一、红外通信的基本原理
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。
简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
二、红外通讯技术的特点
红外通讯技术是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持：
⑴通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发；
⑵主要是用来取代点对点的线缆连接；
⑶新的通讯标准兼容早期的通讯标准；
⑷小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；
⑸传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经。
三、红外数据通讯技术的用途
红外通讯技术常被应用在下列设备中：
⑴笔记本电脑、台式电脑和手持电脑；
⑵打印机、键盘鼠标等计算机设备；
⑶电话机、移动电话、寻呼机；
⑷数码相机、计算器、游戏机、机顶盒、手表；
⑸工业设备和医疗设备；
⑹网络接入设备，如调制解调器。
四、红外数据通讯技术的缺点
⑴通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断；
⑵目前广泛使用的SIR标准通讯速率较低（115.2kbit/s）；
⑶红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。
五、红外通信技术对计算机技术的冲击
红外通信标准有可能使大量的主流计算机技术和产品遭淘汰，包括历史悠久的调制解调器。预计，执行红外通信标准即可将所有的局域网(LAN)的数据率提高到10Mb/s。
红外通信标准规定的发射功率很低，因此它自然是以电池为工作电源的标准。目前，惠普移动计算分公司正在开发内置式端口，所有拥有支持红外通信标准的笔记本计算机和手持式计算机的用户，可以把计算机放在电话机的旁边，遂行高速呼叫，可连通本地的因特网。由于电话机、手持式计算机和红外通信连接全都是数字式的，故不需要调制解调器。
红外通信标准的广泛兼容性可为PC设计师和终端用户提供多种供选择的无电缆连接方式，如掌上计算机、笔记本计算机、个人数字助理设备和桌面计算机之间的文件交换；在计算机装置之间传送数据以及控制电视、盒式录像机和其它设备。
六、红外通信技术开辟数据通信的未来
目前，符合红外通信标准要求的个人数字数据助理设备、笔记本计算机和打印机已推向市场，然而红外通信技术的潜力将通过个人通信系统(PCS)和全球移动通信系统(GSM)网络的建立而充分显示出来。由于红外连接本身是数字式的，所以在笔记本计算机中不需要调制解调器。便携式PC机有一个任选的扩展插槽，可插入新式PCS数据卡。PCS数据卡配电话使用，建立和保持对无线PCS系统的连接；扩展电缆的红外端口使得在PCS电话系统和笔记本计算机之间容易实现无线通信。由于PCS、数字电话系统和笔记本计算机之间的连接是通过标准的红外端口实现的，所以PCS数字电话系统可在任何一种PC机上使用，包括各种新潮笔记本计算机以及手持式计算机，以提供红外数据通信。而且，由于该系统不要求在计算机中使用调制解调器，所以过去不可能维持高性能PC卡调制解调器运行所需电压的手持式计算机，现在也能以无线方式进行通信。红外通信标准的开发者还在设想在机场和饭店等地点使用步行传真机和打印机，在这些地方，掌上计算机用户可以利用这些外设而勿需电缆。银行的ATM(柜员机)也可以采用红外接口装置。
预计在不久的将来，红外技术将在通信领域得到普遍应用，数字蜂窝电话、寻呼机、付费电话等都将采用红外技术。红外技术的推广意味着膝上计算机用户不用电缆连接的新潮即将到来。由于红外通信具有隐蔽性，保密性强，故国外军事通信机构历来重视这一技术的开发和应用。这一技术在军事隐蔽通信，特别是军事机密机构、边海防的端对端通信中将发挥出重要的作用。正如前面所述，它还将对计算机技术产生冲击，对未来数据通信产生重大影响。
参考文献：
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关键词：电力系统，继电保护，网络化，一体化，智能化
电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。免费论文，智能化。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。
1 继电保护的作用
电力系统运行中常会出现故障和一些异常运行状态，而这些现象会发展成事故，使整个系统或其中一部分不能正常工作，从而造成对用户少送电、停止送电或电能质量降低到不能容许的地步，甚至造成设备损坏和人身伤亡。免费论文，智能化。而电力系统各元件之间是通过电或磁建立的联系，任何一元件发生故障时，都可能立即在不同成度上影响到系统的正常运行。免费论文，智能化。因此，切除故障元件的时间常常要求短到1/10s甚至更短。而这个任务靠人完成是不可能的，所以要有一套自动装置来执行这一任务。
继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围（这是首要任务），还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，实现微机保护装置的网络化。这样，继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确，大大提高保护性能和可靠性。
2 继电保护现状
2.1 国内继电保护现状
1984年原东北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，关于发电机失磁保护、发电机保护和发电机——变压器组保护、微机线路保护装置、微机相电压补偿方式高频保护、正序故障分量方向高频保护等也相继通过鉴定，至此，不同原理、不同机型的微机线路保护装置为电力系统提供了新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。
到9O年代，随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，此时，我国继电保护技术进入了微机保护的时代。
2.2 国外继电保护现状
国外的继电保护已经走过了一个多世纪的历程。上世纪9 0 年代，随着微机保护的发展，不断有新的改善继电保护性能的原理和方案出现，这些原理和方案同时也对微机保护装置硬件提出了更高的要求。由于集成电路和计算机技术的飞速发展，微机保护装置硬件的发展也十分迅速，结构更加合理，性能更加完善。
近年来与微机保护领域密切相关的其它领域的飞速发展给微机保护带来了全新的革命。国外微机保护发展了近十五年，经历了三代保护设计上的更新换代，并以微处理器技术与多种己被提出并被可靠证明和广泛应用的算法相结合为基础，不断为新型微机保护的开发和完善创造着良好的实现条件。
3 电力系统继电保护展望
在未来，微机保护的发展趋势集中体现在硬件上高度的集成化、标准化、性能上高度的开放化，软件上的多功能化。其目的是使微机保护系统在实现功能日益完善的软硬件基础上实现保护系统运行及性能价格比的最优化结构。
3. 1 计算机化
随着计算机硬件的发展，微机保护硬件得到了有力的技术支持，取得了迅速发展。免费论文，智能化。
电力系统对微机保护的要求不断提高， 除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。
现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机。免费论文，智能化。因此，用成套工控机做成继电保护的时机己经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。继电保护装置的计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求， 如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。
3.2 网络化
计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱。由于缺乏强有力的数据通信手段，目前的继电保护装置只能反应保护安装处的电气量，切除故障元件，缩小事故影响范围。于是，人们提出了系统保护的概念，将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，实现继电保护能保证全系统的安全稳定运行，即每个保护单元都能分享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。免费论文，智能化。要真正实现保护对电力系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。
3.3 保护、控制、测量、数据通信一体化
在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端，它可以从网上获得电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心的任一终端，因此，每个微机保护装置不但可以完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可以完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。
3.4 智能化
近年以来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域的研究也已开始神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂非线性问题，应用神经网络的方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，其它如遗传算法、进化规划等也有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可是求解速度更快。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。
4 结束语
鉴于电力系统的被保护元件发生故障时，继电保护装置应能自动、迅速，有选择地将故障元件从电力系统中切除，以保证无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障件免于继续遭受损害的特点，如何在今后确保继电保护的更可靠运行，牵涉继电保护可持续发展的重要课题，因此全面研究继电保护发展趋势，有着十分重要的现实意义。
参考文献
【1】吴斌，刘沛，陈德树。继电保护中德人工智能及其应用电力系统自动化，1995。
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【4】段玉清，贺家李。基于人工神经网络方法德微机变压器保护。中国电机工程学报，1998。
【5】许建安。电力系统继电保护中国水力水电出版社，2005。
【关键词】ZigBee；单兵激光模拟训练系统
1.引言
随着激光技术的发展，其在军事训练器材中的应用，发挥着越来越重要的作用。单兵激光模拟训练系统采用以光代弹的原理，结合声光效果，可逼真的模拟实际战场环境的实兵对抗，是和平时期部队训练和青少年展开野外拓展对抗游戏的有效器材之一。
单兵激光模拟训练系统主要由头盔、背带和激光发射机等3个部件组成。头盔具有激光接收和发烟控制功能；背带具有激光接收、毁伤模型计算以及与导控主台无线数据通信功能；发射机用于激光发射控制。3个部件之间实时可靠的数据通信是系统正常工作的基础。本文主要研究利用ZigBee无线通信技术实现单兵激光模拟训练系统各部件之间的数据交互。
2.硬件结构
背带与头盔、发射机之间采用点对多点的通信方式。背带、头盔和发射机均内嵌ZigBee通信单元（图1），通信单元由ARM主控芯片、ZigBee射频无线收发芯片和2.4GHz天线组成。
通信芯片选用TEXAS INSTRUMENTS公司的CC2420 ZigBee射频无线收发器。芯片的主要技术特点如下：
射频单片无线收发芯片，带有基带调制解调器，并对MAC（介质访问层）层提供支持；
直接序列扩频的基带调制解调器，其码片速率可到2MChips/s，有效数据传输率达250kb/s；
电流耗损非常低（RX：18.8mA，TX：17.4mA）；
输出功率可以通过编程来改变；
不需要额外的RF开关和滤波器；
两个（发送缓冲区和接收缓冲区）128Byte的数据缓冲区；
硬件实现MAC加密（AES-128）；
48脚的QLP封装，7*7mm。
CC2420芯片与ARM主控芯片之间采用SPI总线进行数据通信。FIFOP脚接ARM芯片的外部中断脚，当CC2420芯片接收到有效数据后，该引脚置高，ARM芯片产生中断，进行接收数据处理。RESTEn脚接ARM芯片的输出脚，用于对CC2420芯片的复位。
CC2420芯片的射频输入/输出是差分和高阻抗的，射频端口最适宜的差分负载值阻抗为115+j180Ω。单兵激光模拟训练系统中使用的天线为2.4GHz的单极天线，因此必须使用非平衡变压器来增强其性能。图2所示的射频输入/输出电路由一个半波传送天线、C3、L1、L2和L3构成，半波传送天线直接设计在印制板上，与电路匹配的天线阻抗为50Ω。
3.软件设计
单兵激光模拟训练系统中最多同时工作的单兵激光模拟器数量可达数千套；每套单兵激光模拟器的背带与头盔、发射机之间采用点对多点的通信方式，背带为中心节点，头盔和发射机为子节点；各单兵激光模拟器相互之间不能出现数据串扰。因此整个系统可以看作由几千个独立的微型通信系统构成。
由于ZigBee的IEEE地址有8个字节，因此有足够的容量可以满足单兵激光模拟训练系统对地址唯一性的要求。
3.1 数据帧格式
通信数据帧采用IEEE 802.15.4通用MAC帧格式，格式见图3。
1）帧控制域：帧控制域长度为16位，包括定义帧类型、加密、应答、目的地址模式和源地址模式等。
本应用中帧控制域的定义如下：帧类型为数据帧（001）；加密禁止（0）；应答允许（1）；目的地址模式为64位IEEE地址（11）；源地址为64位IEEE地址（11）。
2）序列号域：在每个帧中都包含序列号域，其长度为1个字节。每发送一个新的帧序列号，值加1。
3）目的PAN标识域：目的PAN标识域长度为2个字节。由于本应用中未使用个人局域网，该值固定为0x0001。
4）IEEE目的地址域：IEEE目的地址域长度为8个字节。该地址为数据帧的目标地址。
在单兵激光模拟训练系统中每个头盔、背带、发射机的IEEE地址均被设置唯一的。通过配置CC2420芯片的MDMCTRL0（0x11）寄存器的ADR_DECODE位，可以打开CC2420芯片的硬件地址解码功能，CC2420芯片可以只接收目的地址与本机地址相同的数据帧。
5）源PAN标识域：源PAN标识域长度为2个字节。由于本应用中未使用个人局域网，该值固定为0x0001。
6）IEEE源地址域：IEEE源地址域长度为8个字节。该地址为数据帧的源地址。
3.2 通信数据流程
单兵激光模拟器的背带、头盔和发射机的IEEE地址均分别预先写入各自的ARM主控芯片，在初始化时写入CC2420芯片的内部寄存器。CC2420芯片的初始化程序流程图见图4。
背带作为主节点，与其配套的头盔和发射机的地址预先保存至背带的ARM主控芯片中。单兵激光模拟器运行后，背带首先向头盔和发射机发射设置指令，头盔和发射机的ARM主控芯片接收到数据包后，首先将数据包中背带的64位IEEE地址保存至内存中，然后用该地址向背带回复应答数据包。
背带与头盔、发射机之间的数据通信采用应答方式，流程见图5。
4.结论
该通信技术已在单兵激光模拟训练系统中进行了实际应用，取得了很好的通信效果。经实测单兵激光模拟器3个部件之间的通信时延小于100ms；30m范围内200套单兵模拟器同时工作，相互之间不会出现通信串扰。
参考文献
[1]IEEE Std 802.15.4?-2003，IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systemsLocal and metropolitan area networks-Specific requirements Part 15.4：Wireless Medium AccessControl（MAC）and Physical Layer（PHY）Specifications for Low-Rate WirelessPersonal Area Networks（LR-WPANs），IEEE Published by The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.3 Park Avenue，New York，NY 10016-5997，USA.
[2]王晓海.国外空间激光通信系统技术最新进展[J].电信快报，2006（7）：16-21.
论文摘要：通过Bluetooth和UWB的技术对比及多角度的分析，证实了蓝牙+UWB作为下一代高速无线通讯技术的可能。
随着因特网、多媒体和无线通信技术的发展，人们与信息网络已经密不可分。当今无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈追求，作为无线通信技术一个重要分支的短距离无线通信技术正逐渐引起越来越广泛的观注。
1短距离无线通信技术简介
近年来，由于数据通信需求的推动，加上半导体、计算机等相关电子技术领域的快速发展，短距离无线与移动通信技术也经历了一个快速发展的阶段，WLAN技术、蓝牙技术、UWB技术，以及紫蜂(ZigBee)技术等取得了令人瞩目的成就。短距离无线通信通常指的是100m以内的通信，分为高速短距离无线通信和低速短距离无线通信两类。高速短距离无线通信最高数据速率>100Mbit/s，通信距离
2 蓝牙(Bluetooth)技术
“蓝牙(Bluetooth)”是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通信技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中，因此特别适用于小型的移动通信设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通信。
蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础，采用高速跳频(Frequency Hopping)和时分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先进技术，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙技术使得一些便于携带的移动通信设备和计算机设备不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线连接因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。打印机、PDA、桌上型计算机、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。目前蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz频带，通道带宽为lMb/s，异步非对称连接最高数据速率为723.2kb/s。蓝牙速率亦拟进一步增强，新的蓝牙标准2.0版支持高达10Mb/s以上速率(4、8及12～20Mb/s)，这是适应未来愈来愈多宽带多媒体业务需求的必然演进趋势。
作为一个新兴技术，蓝牙技术的应用还存在许多问题和不足之处，如成本过高、有效距离短及速度和安全性能也不令人满意等。但毫无疑问，蓝牙技术已成为近年应用最快的无线通信技术，它必将在不久的将来渗透到我们生活的各个方面。
3 超宽带(UWB)技术
超宽带(Ultra-wideband—UWB)技术起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着无线通信的飞速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求，超宽带技术又被重新提出，并倍受关注。UWB是指信号带宽大于500MHz或者是信号带宽与中心频率之比大于25%的无线通信方案。与常见的使用连续载波通信方式不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。因此脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百分之一。在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声，因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式，它有望在无线通信领域得到广泛的应用。UWB的特点如下：
(1)抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。
(2)传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s，有望高于蓝牙100倍。
(3)带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。
(4)消耗电能少：通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能少。
(5)保密性好：UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据;另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。
(6)发送功率非常小：UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长了系统电源工作时间。
(7)成本低，适合于便携型使用：由于UWB技术使用基带传输，无需进行射频调制和解调，所以不需要混频器、过滤器、RF/TF转换器及本地振荡器等复杂元件，系统结构简化，成本大大降低，同时更容易集成到CMOS电路中。
参考文献
【论文摘要】计算机网络课程是一门不断高速发展的交叉性应用型课程，该课程的教学难度较大，现实的教学效果并不令人满意。它是高职计算机相关专业必修的重点课程，是一门理论性，实践性和应用性都很强的课程，为了使计算机专业的人才培养适应社会需求，将从计算机网络课程的主要特点、教学现状入手，讨论如何提高学生的学习兴趣，加强学生的创新能力与自主获取知识的能力。
一、课程的主要特点
计算机网络是计算机发展和通信技术紧密结合并不断发展的一门学科。它的理论发展和应用水平直接反映了一个国家高新技术的发展水平，是其现代化程度和综合国力的重要标志。在以信息化带动工业化和工业化促进信息化的进程中，计算机网络扮演了越来越重要的角色。本课程系统地介绍了数据通信、局域网、网络互连与广域网、Internet、Intranet/Extranet、网络管理、网络安全、网络数据管理、网络操作系统以及网络设计与案例分析等内容。通过本课程的学习，使学生掌握计算机网络的基本理论，特别是数据通信和局域网的基本原理。因为数据通信是计算机网络的基础，而局域网是广域网的基本单元，广域网一般均由局域网互连而成。因此对数字化、数字传输、模拟传输、通信媒体、多路复用、数据交换以及局域网介质访问控制方式、体系结构、组网技术、高速局域网等的基本原理和技术要有清晰的了解和掌握。此外，对网络管理(如网络安全管理、网络数据管理、网络操作系统)和应用(如在企业中的应用、政府部门的应用、金融机构的应用以及Internet的应用等)掌握的同时，还应具有计算机网络系统分析与设计的初步能力。
二、课程教学现状
作为一门高职计算机专业的必修课，目前课程的教学存在三个比较大的问题：首先，教学内容方面，网络相关学科发展迅速，内容更新快，课程内容难以跟上计算机网络科学的发展变化。其次，在教学方式上，网络课程有相当部分的内容属于基础理论知识，难度大，相对枯燥，在课堂教学方面需要适当调整，改变学生积极性调动不充分，课堂互动性不足等问题。然后，教学目标方面，高职网络课程的教学目标主要集中在如何完成课程的教学，传授其中的知识点，但对于学生的实践能力和创新能力没有适当的关注。与此相对的是，计算机专业的学生毕业走向工作岗位，能否有效解决有关的实际问题，对于用人单位用人的一项硬件指标。这些能力培养的忽略。对于今后学生的工作和发展非常不利。
三、教改措施
1.调整教学内容，增强基本概念和知识的学习。计算机网络课程教学内容包括通信技术、网络理论和网络应用技术，无论从软硬件、通信哪那一个方面讲。都是一个复杂的系统。因此，要在有限的学时内完成教学，内容的安排非常重要。我们根据目前计算机网络的发展状况，对教学的课程结构进行优化，精选教学内容，保留基本的通信理论，略讲部分网络原理，删去一些过时的网络技术，把重点放在让学生掌握目前流行的网络技术和理解未来的发展方向上。
2.提高教学质量，采用合适的教学方法和教学手段。课堂讲授：上课老师最好能参与本单位的校园网络建设，或者参与社会上的网络工程，积累工程经验，丰富上课内容。教师在备课过程中力求对内容高度熟练，能够深入浅出的讲授，并引导学生逐步理解课程的重点和难点，使学生能掌握基本的理论、概念、技术、方法。
作业练习：有选择性地布置一些思考题、练习题、市场调研、专业技能训练等，使学生通过认真阅读教材和参考书，以掌握课程的基本内容以及重点和难点。教师可以将科研中企业网络系统建设的需求或已有的网络系统情况告诉学生，让学生分析企业已有计算机网络系统中存在的问题，提出改进方案，或为企业设计满足实际需求的计算机网络系统。最后由指导老师对学生提出的企业计算机网络方案进行讲评，指出其设计方案的优缺点，并提出改进意见。
网络辅助教学：利用及时通信技术，如飞信、QQ等手段，回答学生提出的问题；学生在网络提交作业，教师通过网络将批阅后的作业返回给学生。这样不仅使学生对本课程的内容更进一步的了解，主要是加深学生对计算机网络知识应用的兴趣爱好。
课外阅读辅导：将相关的著名计算机网络学习网站，论坛、视频下载资源等和优秀的网络课程书籍，及时推荐给学生，以进一步扩展学生的获得知识面。
案例讨论：在教案中准备不同的现实经典网络教学案例，组织学生讨论或课外独立思考，编写方案等，充实了学生的动手能力，让学生了解实际，增进了学习氛围。
学院网络系统参观：在课程讲授过程中，带领学生参观学院网络中心，向学生介绍该网络设计的思路、组网技术、主要硬件及软件等内容，现场演示设备的操作与调试，其目的是使学生对计算机网络有感性认识。
参考文献：
[1]黄晨.高职计算机课程教学模式改革初探[J].电脑学习.2010.
论文介绍的可重构多变魔方模块采用了GY-85传感器模块感知位置信息，步进电机为执行器，模块监控器通过IIC总线与多变魔方控制器形成一个模块化分布式控制系统。论文以4模块构建的多变魔方为例，介绍了可重构多变魔方模块的硬件结构、软件结构、通信协议和模块运动的同步控制方法。
【关键词】模块化机器人 GY-85传感器 运动控制
1 可重构机器人与多变魔方
可重构机器人（Reconfigurable Robot）是由功能简单而具有一定感知能力的模块机器人有机联接而成。其核心是将机器人分解为标准化、模块化的组件，研究这些模块化组件如何有机的结合，以达到机械系统的快速拆装、功能模块间的有效通讯、整体机器人系统的协同控制。
多变魔方可看作是一个简单的可重构机器人，它同时拥有自重构、自组装和群体机器人的特点。多变魔方由结构简单、功能单一、配置方便的机电模块连接而成，这些模块集传感器、执行器、通信接口等装置为一体，能够快速拆装、互换装配、互相通讯、协调控制。多变魔方机器人的每个模块都可以自主移动并与其他模块自组装成魔方结构，可以被配置成各种不同形态，实现变形。
下面介绍一种可重构多变魔方模块及其重构的实现方法。
2 多变魔方的硬件结构
2.1 多变魔方的机械结构
多变魔方模块的机械结构采用直角立体三角形如图 1所示，每个模块包含了一个步进电机、位置传感器和驱动电路。由4个模块可组装连接成一个简单的多变魔方（其中有1个模块与支架相连，1个模块没有步进电机），通过驱动各模块步进电机可实现的几个变形操作见图2。
2.2 多变魔方的电路结构
可重构多变魔方模块包含位置信息传感器（GY-85）、步进电机驱动电路。模块之间通过IIC总线连接，并连接到多变魔方控制器，形成一个简单的模块化分布式控制系统。每个模块的电路是一样的，只是作为IIC总线上的器件地址需要进行设置。多变魔方控制器（上位控制机）包含人机交互和通信接口 。
位置信息传感器采用GY-85模块，这是一款九轴自由度IMU传感器，集成了三轴陀螺仪（ITG3205）、三轴加速度（ADXL345）和三轴磁场（HMC5883L）传感器，三个器件由IIC总线连接，集成在一小块PCB上，能够同时测量重力方向、磁场方向和角度方向的变化。
GY-85模块中ITG3205、ADXL345和HMC5883L三个器件已有统一的访问地址，分别为0xD0、0xA6和0x3C。为使多个GY-85模块通过IIC总线相连，需要通过模块监控器将每个可重构模块重新封装成一个IIC器件，并由模块编号开关设置不同的IIC器件地址。
模块监控器采用C8051F320，负责读取GY-85模块中位置信息和驱动模块执行器。
可重构模块的执行器采用步进电机，驱动参数有3个：当前的位置、目标位置和步进速度。模块监控器写入和读取驱动参数，可改变和获取步进电机状态。
多变魔方控制器通过通信接口IIC与各模块连接，并通过人机交互设备（带触摸屏的LCD显示器）显示多变魔方的状态信息，输入多变魔方状态的控制信息。
3 多变魔方的软件结构
多变魔方的软件由两部分组成：基于32位ARM架构下的多变魔方控制器软件和基于兼容8位MC51架构下的可重构模块监控软件，其中模块监控软件及其数据结构是重要基础。
3.1 模块监控软件及其数据结构
模块监控软件包括GY-85位置信息读取、电机状态读取、电机驱动、IIC总线驱动等模块组成。其中模块状态的数据结构通过下面语句来定义。
typedef struct {
int AA_x，AA_y，AA_z； //三轴角加速度数据
int Acc_x，Acc_y，Acc_z； //三轴加速度数据
int Mag_x，Mag_y，Mag_z； //三轴磁场数据
}GY_85； // GY-85模块位置信息数据结构
typedef struct {
int Target； //电机目标位置
int Position； //电机当前位置
int Speed； //电机当前运动速度方向（分正负方向）
}Motor； //电机数据结构
每个模块可分别定义两个位置信息变量和两个电机信息变量：
GY_85 GG0，GG1；
Motor MM0，MM1；
其中GG0、MM0为当前状态，由定时中断程序刷新（刷新周期取400ms），GG1、MM1为同步状态，由控制器发出的同步命令将GG0、MM0复制过来，以实现数据的同步采集。控制器发出的电机命令设置MM0中参数，可实现电机运动控制；先设置MM1然后同步复制到MM0可实现电机的同步控制。
3.2 控制器软件和通信协议
控制器软件在uC/OS II实时操作系统下工作，包括人机交互、运动控制、数据通信三个功能模块。人机交互的功能包括：多变魔方基本状态显示、各模块位置信息显示、多变魔方基本状态和自定义状态按钮检测。运动控制模块功能包括：单个模块驱动、基本状态控制、自定义状态控制。数据通信模块功能包括：IIC总线驱动、各模块位置信息和电机状态读取和电机运动数据设置。
多变魔方控制器与各可重构模块之间采用IIC通信接口，控制器为主器件，可重构模块为从器件。IIC总线的数据传输格式通常为：地址（1字节）+参数（n字节），设可重构模块扩展地址M_Addr为8位二进制，其中高4位为模块号M_No（模块号0000B对应所有模块），低4位为命令号M_Com（最低位为IIC的读写标志），参数分别为P1、P2……Pn。通信协议的数据包格式如图3所示，相关命令格式说明见表1。
4 模块运动的同步控制方法
首先通过多变魔方的上位控制机发出“同步允许”和“同步禁止”命令，来选择需要同步采集和同步控制的模块。
4.1 数据同步采集
发出对模块号为0000B（即对应所有模块）发出“同步刷新G”和“同步刷新M”命令，可将各模块的位置信息和电机信息的同步采集存放到各自GG1和MM1变量中，然后分别由“位置信息1”和“电机信息1”命令读取各模块的GG1和MM1变量，由此实现对各模块的数据同步采集。
4.2 电机同步控制
对各模块发出“运动控制1”命令，将模块电机目标位置发送到模块的MM1变量中，发出对模块号为0000B（即对应所有模块）发出“同步还原M”命令，各模块将同时驱动电机按给定的速度和方向到达目标位置，从而实现对各模块运动的同步控制。
5 结论
利用上述的可重构模块设计了一个四模块的多变魔方，实现了典型的变形操作。所设计的多变魔方融合了数字化传感技术、控制技术、通信技术和机电技术等；可重构模块不仅在机械结构上可以快速配置，形成不同构型的机器人，而且在电子线路上也能快速拓展；多变魔方结构简单，但造型丰富，能形成众多形态，再配上表面的灯光显示，具有很强的展示功能；多变魔方作为一个机电设计的教学案例，用于综合实验教学也有着重要意义。如将其作为一种新颖的室外大型电子“数字魔型”，布置在校园内或公共场所，在不同的时间、场合展示不同的造型，则需要改进其通信接口，如采用RS486、CAN总线。
参考文献
[1]强，关胜晓.可重构模块化机器人研究[J].计算机系统应用，2008，17（9）： 28-32.
