时间：2022-10-06 01:23:08
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篇数据通信技术论文，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。
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
【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。
1. 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。
2. 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。
3. 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、键盘鼠标等计算机外围设备；
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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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[2] 曾庆立. 远距离红外通讯接口的硬件设计与使用[J]. 吉首大学学报(自然科学版)， 2001， 4.
[3] 邓泽平. 一种多用途电度表的红外通讯问题[J]. 湖南电力， 2003， 4.
[4] 朱磊， 郭华北， 朱建. 单片机89C52在多功能电度表中的应用研究[J]. 山东科技大学学报(自然科学版)， 2003， 2.
【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.
【关键词】变电站；计算机监控系统；数据通信
1.引言
九十年代以前变电站大都是通过远动终端（RTU）实现数据的集中采集、处理、传输并接收上级调度控制中心下发的遥调、遥控命令。这种方式均为集中组屏，通过控制电缆将现场遥测、遥信、遥调及遥控信号全部引至主控楼的远动机房或控制机房内的遥信端子柜和变送器柜上，站内监视和控制通过常规仪表盘、控制盘等设备来完成，上级调度对厂站的遥调、遥控命令通过点对点远动通信方式直接发给RTU，RTU经过校核、处理再下发给现场执行机构以达到远方控制要求。八十年代后期至九十年代初期以RTU兼当地功能的方式在一些厂站开始采用，但常规仪表盘柜仍然保留，这种方式只是为现场调度员或监视人员提供一种用计算机显示画面进行监视的手段，控制操作仍采用常规方式。九十年代中后期随着计算机、网络、通信技术的发展，以及微机型继电保护装置的大量采用和变电站监控系统在功能和可靠性方面的逐渐完善和提高，变电站监控系统在新建和扩建的变电站建设中得到较为广泛采用。该系统通常采用分层分布式结构，按间隔设计，扩充性好，安装比较方便，各种控制电缆直接到继电保护小室，小室内I/O单元通过现场总线连接，并与站控层通过光纤连接，抗干扰能力强，大大地减少了控制电缆的使用和敷设数量。然而，由于生产厂家的不同，因此，所提供的系统在结构和性能方面有较大的差异，有的系统能够满足站内监控的要求，但是，在有些指标（如实时性）却不能满足上级调度控制中心的要求；有的系统虽然在指标上能够满足两者的要求，但是在系统的结构上又不尽合理。笔者将从以下几个方面对变电站计算机监控系统技术方案及其相关问题进行探讨。
2.变电站计算机监控系统技术方案
变电站计算机监控系统应采用分层分布式结构，由站控层和间隔层组成，其抗干扰能力、可靠性和稳定性要满足现场实时运行的要求，满足各调度端对实时数据的要求，且应具有较好的可扩充性。系统具有遥测、遥信、遥调、遥控、SOE功能，实时信息能以不同规约，通过专线通道或网络通道向有关调度中心传送，并接收指定调度中心的控制指令。
由于各厂家的系统不尽相同，其建议的技术方案也不同，实施后的效果也有很大差别，有些则达不到设计要求，所以如何按照电网实时调度的要求，搞好技术方案的设计，并使数据得到快速、有效、合理的处理，这些都是系统设计和实施过程中需要解决的问题，下面根据对变电站计算机监控系统的研究给出几种可行方案供参考。
此方案的主要特点是：
2.1.1 I/O测控单元支持网络功能，直接接入站控层的以太网上，实现采集数据直接上网，减少了中间转换环节，数据传输比较快，但要求数据同时向站控主机和远动通信工作站传送，远动通信工作站独立构建向有关调度中心传送的数据库；
2.1.2 与有关调度中心的数据通信采用专门的远动通信工作站完成，其实现方式有两种，一是通过专线利用串口实现数据传输，采用规约主要有DL/T634-1997，IEC870-5-101，μ4F，CDT，CDC TypeⅡ，SC1801等，二是通过路由器上网实现网络数据传输，底层采用TCP/IP，规约主要有DL476-92，IEC60870-6 TASE 2，IEC870-5-104等。
此种方案的特点是：
2.2.1 I/O测控单元通过现场总线链接，采集的数据通过数据处理单元接入站控层的以太网上，系统增加了一个中间数据处理环节，处理后的数据同时向站控主机和远动通信工作站传送，远动通信工作站独立构建向有关调度中心传送的数据库，此方案主要解决I/O测控单元不能直接上以太网的问题；另外，随着技术的发展，现场总线要逐步向以太网过渡；
2.2.2 各I/O测控单元与数据处理单元通过现场总线组成的网络传输实时数据；
2.2.3 与有关调度中心的数据通信采用专门的远动通信工作站完成，其实现方式与方案1相同。
此种方案的特点是：
2.3.1 I/O测控单元采集的数据通过数据处理单元接入站控层的以太网上，系统增加了一个中间数据处理环节，处理后的数据同时向站控主机和远动通信工作站传送，远动通信工作站独立构建向有关调度中心传送的数据库，此方案主要解决I/O测控单元不能直接上以太网的问题；
2.3.2 各I/O测控单元与数据处理单元通过串行总线传输实时数据；
2.3.3 与有关调度中心的数据通信采用专门的远动通信工作站完成，其实现方式与方案1相同。
此种方案是方案2和方案3中远传数据方式的的一种变化型式，其特点除方案2和方案3中各自具有的特点外，主要体现在数据处理单元同时负责与有关调度中心的数据通信（远动专线和网络）而不再设专门的远动通信工作站，其实现方式与上述三种方案所述相同。
这种方案也可看成是以常规RTU方式兼作站控系统的数据采集部分来实现变电站监控系统功能的。
3.几种方案的技术性能比较
第一种方案为分布式I/O采集装置通过内嵌网卡（口）直接上以太网，数据传输不经过转接，直接送往主机和远动工作站，因而速度最快，数据通信（专线、网络）由专用的远动工作站完成，不足之处是网络负荷较重，这在设计中必须予以考虑，以及对数据流进行优化。
第二、三种方案中增加了中间数据处理机，负责采集数据的集中和处理，这两种方案主要解决了I/O测控单元不能直接上以太网的问题，由于在数据的传输过程中增加了一个环节，因而数据传输的速度方面较第一、四种方案慢一些。
第四种方案中也增加了中间数据处理机，但此处理机不仅负责采集数据的集中和处理，同时也负责与远方调度中心的数据通信，由于这种方案省掉了远动工作站，故可降低造价，数据传输的速度也较快，这种方案不仅对中间数据处理机的技术性能、处理能力和处理速度要求较高，还要求该中间数据处理机具备网络传输功能以实现网络数据通信，一般来讲该中间数据处理机要具有多CPU处理机制，能实时处理多任务、多进程，这样才能适应多功能、高效率的要求。
上述四种方案中，远动工作站和中间数据处理机要求采用冗余热备用方式，以提高系统可靠性。
通过对四种方案的分析，我们认为上述四种方案在做好优化处理后均能满足要求，但综合比较来看第四种和第一种方案在数据处理、传输的效率和速度方面更为理想，而且比第二、三种方案少配两台机器（中间数据处理机或远动工作站），因而可降低一些造价。
另外，需要说明的是，上述四种方案中，均考虑了网络通信方式，在实际的工程设计和实施过程中是否采用此种方式还要根据实际通信现状来决定。
4.数据通信方式及数据传输规约
目前数据通信的方式主要有两种，一是常用的，在专线上实现的串行通信方式，采用规约主要有IEC870-5-101，DL/T634-1997，μ4F，CDT，CDC TypeⅡ，SC1801等，随着计算机网络技术的发展，特别是电力数据网络的建设使用给数据通信带来一种崭新、快捷、可靠的方式，这就是网络数据传输方式，计算机或RTU通过内部网卡（口）利用路由器上电力数据网，以TCP/IP协议实现网络数据传输，由于路由器具有自动选择、切换路由的功能，使得数据通信较专线方式更加可靠，采用的通信规约主要有DL476-92，IEC60870-6 TASE 2，IEC870-5-104等，上述两种方式中的数据通信规约，我们建议要逐步向国际标准靠拢，专线方式采用IEC870-5-101，网络方式采用IEC60870-6 TASE 2和IEC870-5-104。
5.变电站计算机监控系统需处理好与站内相关系统的关系
5.1 变电站监控系统与继电保护系统的关系
继电保护系统担负着变电站和电网安全的重要使命，是保护电力系统非常关键的一个环节，这是保电网安全稳定运行的最后一道关口，其安全性、可靠性等级是最高的，这些都要求继电保护系统必须是一个独立的系统。变电站监控系统不得影响继电保护系统的独立性，保护的控制回路不进入站内监控系统，监控系统只是用来显示，一个安全可靠性等级较低的系统，不能影响到安全可靠性要求更高的系统，这是一条原则，必须坚持。
5.2 变电站计算机监控系统与电能量采集系统的关系
在输纽变电站及关口变电站一般都安装有电能量采集系统，电能量采集系统向有关部门传送电量信息时多采用拨号方式，随着网络技术的发展以及变电站计算机监控系统的建设，给电量信息通过网络传输提供了另一种快速、方便的形式，所以电能量采集装置可通过自身的网卡或网口连接到网络接入设备上，经过路由器上电力数据网，实现网络数据传输。
5.3 变电站计算机监控系统与MIS系统的关系
变电站监控系统担负着电网实时数据的采集和处理，是个闭环系统，而MIS系统是各种生产信息、管理信息的综合利用，是非实时系统，两系统不应混为一谈。变电站监控系统与MIS系统联网，其信息流应该是单向，就是允许必要的实时信息向MIS系统输送，但是不能够反向传输，闭环控制的很多实时信息是MIS系统所不需要的，没有完全开放的必要，所以变电站监控系统必须与当地的办公自动化系统（MIS）有效隔离，以保证控制系统安全。
6.变电站计算机监控系统设计中的几点考虑
6.1 实时性要求，遥信1-2秒，遥测2-3秒（采集单元经监控系统处理到通信出口）；
6.2 遥测数据精度要求（不低于常规RTU方式）；
6.3 可靠性要求，一是远动通信工作站或通信网关与当地的数据服务器要相互独立，二是当地或上级调度下发的动作指令要准确可靠地执行；
6.4 标准化要求，即软硬件产品以及通信接口、规约应符合国际标准或国家标准；
6.5 正确处理计算机监控系统与变电站其它系统之间的关系，使之即有联系又能保持独立性。
7.几个需要研究和探讨的问题
7.1 变电站实时信息不仅要满足站内监控的要求，还要满足上级调度部门对信息的实时性、准确性的要求，满足调度部门对站内设备控制和操作的可靠性要求，所以监控系统的技术方案设计以及信息流的合理流向问题都是需要研究和探讨的课题，只有采用好的技术方案并使数据得到快速、有效、合理的处理，才能使系统稳定、可靠，才能满足站内和调度部门对信息的实时性、可靠性要求，才能满足电网安全的要求。
7.2 过去变电站内的RTU装置都是由调度部门直接管理和维护的，而目前变电站及站内自动化监控系统多为电力公司所属超高压公司或运行工区等单位负责运行维护和管理，也就是说运行维护、管理方式变了，这种变化为维护管理部门提出了一个问题，即监控系统出现故障影响实时数据的处理和传输时，调度部门的自动化人员如何与维护部门沟通，维护人员如何保障故障的及时解决，如何加强和提高维护人员的技术水平等等都是目前急需考虑的事情。
7.3 对于无人值守的变电站，其监控系统的要求和功能如何设计，与站内自动化系统如何考虑和结合是今后需要研究的问题。
8.结论
随着我国电网建设的发展和安全要求的不断提高，自动化技术、产品的开发要适应这种新形势下的要求，加强新技术、新思想的研究，努力开发具有自主知识产权的产品，提高市场竞争力，加强变电站计算机监控系统运行的可靠性与稳定性，保障实时数据的准确性和及时性，要积极采用硬、软件成熟、可靠的产品，变电站（开关站）的建设也要朝无人值守和少人看守的方向发展。
关键词：自动列车控制，无线通信，定位，轨道交通
1、 概述
列车自动控制（Automatic TrainControl,简称ATC）系统由列车自动防护（AutomaticTrain Protection,简称ATP）、列车自动运行（AutomaticTrain Operation,简称ATO）、列车自动监督（AutomaticTrain Supervision,简称ATS）三个子系统组成。ATC系统早在20世纪60年代开始研制试用，世界上第一条使用ATC系统的线路——维多利亚线——于1968年在英国伦敦投入运行。。随着通信技术、计算机技术、控制技术的快速发展, 20世纪80年代以来，出现了基于通信的ATC系统（Communication Based Train Control,简称CBTC）。基于通信的ATC系统(CBTC)是指利用不依赖于轨道电路的高精度的列车定位、双向连续、大容量的车——地数据通信以及车载、地面的安全功能处理器, 实现连续自动列车控制的一种系统。基于通信的ATC系统（CBTC）又分为采用轨间电缆为传输通道的CBTC(称为IL CBTC)和采用无线数据通信的CBTC（称为RF CBTC）。近年来随着无线通信技术、计算机网路技术、安全处理技术的飞速发展，基于无线通信技术的ATC系统（RF CBTC）在我国轨道交通中已经进入了实用阶段，并成为ATC系统发展的主要方向。
2、 基于无线通信的ATC系统的基本结构
基于无线通信的ATC系统（RF CBTC）车——地间通过无线数据通信方式实现连续、高速、双向、大容量的信息交换，能够满足移动闭塞车——地通信的要求，它代表着ATC发展的最新方向，一般采取移动闭塞制式。从结构上看，整个系统由联锁设备、RF CBTC地面设备、无线通信网络和RF CBTC车载设备组成，如图1 所示。但从功能上分为ATP子系统、ATO子系统、ATS子系统和联锁子系统。RF CBTC地面设备实现地面轨旁ATP功能，RF CBTC车载设备实现车载ATP、ATO功能，ATS在ATP、ATO子系统及联锁设备的支持下完成对全线列车运行的自动管理和监控。
3、 基于无线通信的ATC系统的基本原理
基于无线通信的ATC系统（RF CBTC）的基本工作原理如图2所示。调度控制中心(DCC) 位于整个架构的最顶层, 它负责控制多个车站控制中心(SCC) , 以实现相邻SCC 之间的控制通信。每个车站设一个车站控制中心。每一列车装备有RF CBTC车载设备(OBE) , 车站控制中心控制其范围内所有列车的运行。SCC 通过其管辖范围之内的多个基站(BS) 与覆盖范围内的RF CBTC车载设备实时双向通信。信息的发送范围就是车站无线通信系统的覆盖范围, 因此列车在运行过程中, RF CBTC 车载设备要依次与各个SCC 建立通信联系, 接收SSC 发送的信息。每一SCC 要向其控制范围内的所有列车发送信息, 因此一个SCC 要同时与多个RF CBTC车载设备（OBE ）保持通信联系。而一列车不能够同时与多个SCC 通信, 在经过不同的车站控制信号区域时, RF CBTC车载设备（OBE）会自动地采取信号区域的切换。列车在区段内运行时,OBE利用无线方式通过BS将列车位置、速度信息发送给SCC。BS通过无线信道向空间发送信息,所在区域的列车根据自身的编号地址,接收发送给自己的信息,不会发生信息窜码事件。SCC通过BS周期地将前行列车的位置、速度及线路参数等信息发送给后行列车；后行列车的OBE收到信息后,根据前车运行状态(位置、速度)、线路参数(弯道、坡度等)、本车运行状态、列车参数(列车长度、牵引重量、制动性能等) , 采用车上计算、地面(SCC) 计算或是车上、地面同时计算, 预期列车在一个信息周期末的状态能否满足列车追踪间隔的要求,从而确定合理的驾驶策略,实现列车在区段内高速、平稳地以最优间隔追踪运行, 从而为实现移动闭塞分区提供可靠的技术支持。
4、 基于无线通信的ATC系统的车地通信方式及定位技术
（1）车地通信方式及特点
基于无线通信的ATC系统的车—地通信方式有三种。
1)无线电台方式
采用自然空间作为车地信息传输的主要媒介。无线信号在空气中自然传播，衰耗相对较大,并且要考虑不同电磁环境下的防干扰问题。但轨旁设备简单，工程投资相对较少，设备可以采用高度通用化模块，直接采用商业现货，维修工作量小，长期运营费用低。
2)漏泄电缆方式
采用漏泄电缆作为车地信息传输的主要媒介。。漏泄电缆安装于轨旁或顶部，沿线贯通敷设，无线信号沿漏泄电缆传输。其特点是场强覆盖效果均匀，传输速率高，传输衰耗较小，但漏缆价格较贵，工程投资较大。漏泄电缆系统可提供较宽的带宽，不仅可传输车地双向连续的数据，还可传输音频和视频信号。
3)裂缝波导方式
采用裂缝波导作为车地信息传输的主要媒介。波导管沿线贯通敷设，安装于线路的一侧，无线信号沿波导管传输。其特点是波导传输方式衰耗小，且衰耗均匀，无反射波、邻频干扰、传输死区等情况。微波波导系统具有较宽的带宽，不仅可传输车地双向连续的数据，还可传输语音和视频信号，而且传输衰耗小。。但波导价格贵，工程投资相对大。对于裂缝波导还可以完成列车的辅助定位功能。
（2）定位技术
基于无线通信的ATC系统的列车定位主要通过车载定位设备和地面定位设备共同实现。车载定位设备主要有：编码里程计、测速雷达、测速电机（OPG）、车载测速传感器、加速计、接近传感器、车载扩频电台等；地面定位设备主要有：应答器、信标、裂缝波导、地面扩频电台等。应答器（或信标）主要用于确定列车在线路中的绝对位置，对于两个应答器（或信标）之间的位置车载设备通过测速设备计算其走行距离加上上一应答器(或信标)的绝对位置计算而得。系统的定位精度取决于应答器（或信标）在线路上安装密度和车载设备测速误差。目前开通或将要开通的绝大多数RF CBTC系统主要采用这种定位方式，通过应答器（或信标）加车载测速设备共同实现列车定位。
另外一种定位方式就是利用扩频电台实现列车定位。扩频无线电台定位的原理是：在地面沿线设置无线基站，无线基站不断发射带有其位置信息的扩频信号，车载扩频电台同时接收到3个以上的无线基站信息，并分别计算出列车与基站的距离，即可以确定列车的即时位置。扩频定位的精度取决于伪随机编码的频率，编码频率越高，定位精度越高。150MHZ频率的编码可以实现1m以下的测距误差。
5、 小结
基于无线通信的ATC系统（RF CBTC）应用无线通信技术，实现列车与地面之间的双向、实时、可靠、大容量的信息传输。车地间通过无线网络可以实现实时、双向、安全、可靠的控车信息和列车运行状态信息的传输，实现列车的实时、连续、闭环控制，不仅能实现先进的移动闭塞，缩短列车的行车间隔，大幅度提高列车的运行效率，而且还可以实现语音、视频信息的传输，为旅客实现各种增值业务服务，满足旅客多元化的旅行要求。基于无线通信的ATC系统（RF CBTC）是轨道交通信号系统发展的主要方向，随着无线通信技术、计算机技术、安全处理技术的进一步发展和完善，以及设备国产化率逐步的提高，基于无线通信的ATC系统（RF CBTC）在我国轨道交通中将会得到更加广泛的推广与应用。
参 考 文 献
1 IEEE Standard forCommunications-Based Train Control (CBTC)
Performanceand Functional Requirements. 1999.
2 曾小清,王长林，张树京.《基于通信的轨道交通运行控制》同济大学出版社,2007.5.
3 傅世善. 《闭塞与列控概论》中国铁道出版社,2006.3.
【关键词】网络节点；wince；数据通信
1.单网络节点系统
所谓节点简单而言就是指的具有收发数据功能的电脑或其他设备。一个好的节点既需要选择好的硬件的支持，也需要选择适合的软件控制[1]，本文选择S3C6410的Arm11芯片作为节点CPU，选择Windows CE 6.0作为运行在ARM上的嵌入式操作系统，通过网口，串口，SD卡完成相应的数据通信功能。本文研究的节点硬件结构框图如图1所示。
2.WinCE下网口数据传输程序设计
2.1 网口服务器程序设计
在利用套接字进行网络通信的实际应用中，一般采用的是服务器/客户端[2]的模式，在本文的设计中，既研究了以PC机作为服务器端，以ARM作为客户端，又研究了以ARM作为服务器端，以PC机作为客户端。本文服务器设计的基本流程为：利用函数socket（）创建一个套接字，然后利用函数bind（）将该套接字与本地（PC机）的IP地址和端口号绑定，接着利用函数listen（）使该套接字处于监听状态，然后当等待到客户端的连接信号后，利用函数accept（）与客户端连接，最后利用函数send（）和函数recv（）进行通信工作。当结束通信后，再利用函数closesocket（）将套接字关闭。
2.2 本文的服务器端程序设计思想
本文的服务器端程序设计思想如图2所示。
3.WinCE下AD数据采集程序设计
3.1 ARM板AD采集器驱动程序设计
流接口驱动就是通过调用动态连接库的方式来加载硬件的功能，它由设备管理器直接调用。WinCE系统下的流接口驱动编写，有着固定的接口入口点，其接口点是一系列的类似于XXX_Open（）结构的函数集。由这些函数集来调用系统的文件API函数和相应的组件。本文设计的是AD采集器的流接口驱动，接口入口点（即函数集）和用途如下所描述：
（1）函数ADC_Init（），该函数用于初始化AD采集器设备，为系统的设备管理器所调用。
（2）函数ADC_Denit（），该函数用于卸载AD采集器设备，为系统的设备管理器所调用。
（3）函数ADC_Open（），该函数用于打开AD采集器设备，被系统的文件API函数CreateFile（）调用。
（4）函数ADC_Close（），该函数用于关闭AD采集器设备，被系统的文件API函数CloseHandle（）调用。
（5）函数ADC_Read（），该函数用于从AD采集器读取数据，被系统的文件API函数ReadFile（）调用。
（6）函数ADC_Write（），该函数用于向AD采集器写入数据，被系统的文件API函数WriteFile（）调用。
（7）函数ADC_IOControl（），该函数用于对AD采集器进行I/O操作，被系统的文件API函数DeviceIOControl（）调用。
需要提出来的是本文研究的AD采集器不涉及到电源管理和设备指针的操作。而需要用到这两个方面操作的流接口设备驱动程序，还需要添加函数XXX_Seek（），函数XXX_PowerDown（）和函数XXX_PowerUp（）。其作用分别是对XXX设备进行移动数据指针，休眠和恢复电源。
3.2 WinCE下四通道AD采集应用程序设计
本研究采用的ARM提供了四个外部的AD通道，可以利用这些通道实现四路对模拟数据的采集功能。通过EVC++编写应用软件调用AD流接口驱动程序，实现对模拟信号的采集，将采集的数据通过网口发送到PC机端。该设计采用多线程方式，使AD采集，数据处理，网口通信模块化，并采用双buff采集和发送的交互方式，保证了数据的不丢失性。网口通信模块直接运用前面设计的网口通信流程，数据处理模块主要是对采集得到的数字信号数据由分线程向外部buff传输，便于通信模块的使用。AD采集模块在线程内调用驱动程序，实现AD采集器的读取数据功能。
3.3 四通道AD数据采集实验实现及调试
利用以上的设计思路，本文实现了WinCE系统下AD数据采集的系统设计，其调试过程和实验结果如下：
首先将编写好的驱动程序加载到Win-CE6.0系统的内核中，重新编译系统，启动新编译成功的WinCE系统，可以在Windows文件夹下看到已经加载进去的驱动程序生成的动态链接库。
然后将编写好的对采集数据进行波形处理的网络程序在PC端启动，再将编写好的四通道采集程序下载到ARM板中并启动，设置好采样率和采样通道，输入通道选择0，采样频率设置为400000hz（该AD采集器最大采样频率为500khz）。调好信号源，选择正弦波，将信号电压幅度设为1.5v，最低电压为0v，信号频率为3000hz，输出信号线连接到ARM板的AD第0号通道接口，启动信号输入，在ARM端得到如图3的调试截图。
这是本文设计的运行在ARM板上的AD采集应用程序，可以通过启动，停止，关闭按钮来启动AD采集，暂停AD采集，关闭AD采集器的功能，还可以通过输入通道号码来选择采样的通道，输入采样率来选择采样频率。而上方控件显示的是一次采集的字节数目，在这里是2048字节，与程序实际设计的一致。通过AD采集器的正确工作，不仅说明了应用程序设计的正确性，同时也体现了AD采集器驱动程序设计的正确性。
4.结束语
本文通过研究WinCE下的网口通信，串口通信，SD卡数据存取和AD数据采集程序设计，系统地提供了Wince嵌入式系统下数据通信的一般编程方法。本论文实现了水下通信网络单节点内部数据的交互，主要包含以下内容：完成了ARM板通过网口与DSP通信的程序设计；完成了ARM板通过串口同时与PC机和姿态方位仪的数据通信的程序设计；完成了ARM板对SD卡的操作，实现了将DSP通过网口传输来的数据自动的储存在SD卡中，并能读取SD卡中的数据；完成了ARM11流接口AD驱动程序的设计和AD采集应用程序的设计。
参考文献
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[3]刘庆亮，刘建成.WinCE下多线程串口通信在导航系统中的应用[J].软件导刊，2010，09（3）.
论文摘 要:消防通信规划是城市消防规划中的重要内容,本文论述了目前我国消防通信规划的现状及编制中存在的问题,详细介绍了消防部队信息通信体系建设的现状和未来发展趋势,分析了当前消防通信规划编制和实施中的重点问题,为消防通信规划编制工作提供参考建议。
1、前言
随着我国应急救援体系的发展,消防部队已逐步成为城市主要的应急救援力量,广泛参与到自然灾害、事故灾难、社会安全事件等公共突发事件的应急救援处置中,并承担了部分非紧急的社会救助任务。消防通信是消防部队开展灭火救援行动的根本保障,是未来城市应急救援体系中信息通信的主要组成部分。美国911恐怖袭击事件中警察和消防员未建立统一的通信手段而造成的惨痛教训凸现出城市消防通信规划的重要性,所以在城市消防规划编制过程中合理规划和部署消防通信的建设和发展,在规划方针的指导下逐步建立和完善城市消防通信体系,是消防部队在执勤备战和灾害救助中全面发挥应急救援能力的根本保障。
2、消防通信规划的现状
消防通信规划的编制主要由城市规划设计单位和消防部门共同完成。由于城市建设和通信技术的高速发展,各地消防通信系统也在不断的扩展和升级,消防通信建设所依据的《消防通信指挥系统设计规范》等规范文件的要求与目前的应用现状相差较大,内容滞后且不全面,对规划编制的指导意义不够充分,一些通信指挥系统虽已达到火灾报警、火警受理、灭火救援通信调度等应用的基本要求,实际中却不能满足新形势下消防部队应急救援通信指挥的需求。并且由于消防通信规划的专业性较强、技术要求高、涉及的领域广泛繁多、基础设施建设发展不均衡等方面的原因,使消防通信规划的编制工作难以有效和深入开展,造成部分城市消防通信规划的内容空泛、缺乏深度、可操作性较差,不能切实有效的指导城市消防通信建设和发展。此外我国的应急管理体系建设起步较晚,部分消防通信规划内容仅片面集中于火灾事故方面,缺乏城市应急救援总体发展的综合考虑,造成消防通信建设与城市应急救援体系建设脱节。
3、消防通信建设现状
消防部队的信息通信建设按照公安部消防局信息化建设的总体规划部署和具体要求展开,实施主要依靠当地政府财政拨款、当地公安部门和电信部门的通信网络建设以及消防部队自身的信息化装备建设来完成,目前各级消防部队均已形成了相对独立的消防信息通信体系。以下将从基础通信网、消防通信指挥中心、消防综合业务信息系统等几个消防规划中涉及的重点方面具体展开论述。
3.1 基础通信网络
基础通信网络是消防通信和城市应急通信的基础设施,网络的建设直接决定了消防部队的信息应用能力,所以基础通信网络的发展是消防通信规划的重点。目前消防部队依托公安信息网、公众电信网、无线超短波通信网、卫星通信网等多种通信网络传输语音、图像和数据,形成了一套较为完整的消防通信网络体系,以下归纳为计算机通信网、有线通信网、无线通信网、卫星通信和短波通信网等几部分介绍。
3.1.1 计算机通信网
目前消防部队各级单位均已接入了以公安信息网为基础的计算机通信网,这一网络是消防部队数据通信的基础网络,承担灭火救援指挥调度、消防综合信息管理等大部分信息系统的数据传递,并可实现ip语音电话和视频传输等多媒体应用。为保证调度指挥等重要信息的可靠传递,部分节点间还建立了指挥调度专线和备份网路。在消防通信规划中应按照当地公安信息网和消防部队自身信息通信的建设情况以及各级消防部队的信息通信需求,合理规划消防计算机通信网,确保网络的全面接入和可靠畅通。
3.1.2 有线通信网
有线通信网包括报警电话接入和报警信息查询专线、指挥调度专线、办公市话网和公安专线网等通信网络,是城市各级消防队站获知灾害事故发生和传递调度指挥命令的基础信息通信网络。其中报警电话接入专线是用于接受公用电话网的报警和城市消防远程监控系统的火警信号及相关信息的通信线路。报警信息查询专线是用于获取报警电话的位置、装机人身份等信息的数据专线。指挥调度专线是用于连接火警受理终端、各消防站以及各相关联动单位的通信专线。办公市话网和公安专线网是消防部队内部各级部门之间和与公安机关之间通信的办公电话网。有线通信网是传统的消防通信基础网络,目前各城市基本完成了消防有线通信网的建设,在消防通信规划中应以未来网络容量和性能的改进及发展等内容为主,确保消防有线通信网的完备可靠,保证消防部队对灾害事故快速响应和出动调集命令的有效传达。
3.1.3 无线通信网
无线通信是消防部队在灭火救援展开和进行过程中用于灾害现场信息传递的主要通信方式。目前各级消防部队普遍配备了用于现场通信的350mhz超短波无线常规通信设备,并利用转信台扩展网络覆盖的范围。大部分城市还依托当地公安无线集群通信系统建立了消防集群通信网,北京、上海等地还建设了具备网络容量大、通话质量高、应用功能多等特点的数字集群通信网。消防部队以超短波无线通信为基础构成了由城市消防通信指挥网、现场指挥网和灭火救援战斗网组成的三级无线通信网络,并且利用gprs、cdma、3g等公众移动通信技术以及超短波、微波数传设备等多种手段建立无线数据通信网,用于传输灭火救援现场的图像和数据信息。此外公众移动电话网也是消防部队重要的辅助通信手段。合理规划城市消防无线通信网,构建可靠的无线通信体系是消防部队在灭火救援过程中战斗力有效发挥的根本保证。
3.1.4 卫星通信和短波通信
在地震、泥石流等大型自然灾害救援或野外应急救援中,依赖中继站的常规无线通信网往往会受到传输距离和范围、电力供给、极端环境影响等方面的局限,不能满足消防部队信息通信的需要,此时卫星通信和短波通信等应急通信方式成为救援现场最有效的信息通信手段。目前公安部消防局已对消防卫星通信体系做出总体的规划和部署,并推进消防卫星通信网的建设,一些城市的消防部队先后配备了“动中通”卫星通信设备、便携卫星站、短波电台等应急通信装备,在玉树地震和舟曲县特大泥石流等自然灾害救助和部分大型跨区灭火应急救援中显现出极强的应急通信保障能力。消防卫星通信和短波通信是应急通信体系中的重要部分,是城市有效抵御极端灾害的基础保障设施。
3.2 消防通信指挥中心
消防通信指挥中心是消防部队信息通信和作战指挥的中枢,具有受理报警、灭火救援指挥调度、信息情报支持等功能,负责火灾及其它灾害事故的接处警受理和消防救援力量的调度指挥。按照公安部“三台合一”的要求,目前我国大部分地级以上城市均已设置了包括治安、交通、消防在内的接处警指挥中心,建立了统一的集中受理和多部门联动的接处警平台,一些城市还进一步将医疗救护、安全生产等应急救援相关的领域纳入其中,并形成城市综合应急救援指挥中心。部分通信指挥中心还具备使用手机定位技术和gis技术确定报警人的位置、使用短信平台受理报警、即时监控救援力量的行动状态、通过图像监控系统获取灾害发生区域的现场状况和交通状况等功能。在消防通信规划中应针对本地的实际情况,综合考虑未来城市应急救援体系的发展,确定消防通信指挥中心的建设发展方案。
移动消防通信指挥中心是设置在专门的通信指挥车中并集成了消防通信指挥相关功能的移动指挥平台,通常包括调度指挥台、辅助决策信息系统、多种无线通信系统、火场图像系统、视频会议系统、现场广播、供电及照明等其他辅助设备,是众多救援力量参与的复杂灾害事故处置现场中通信指挥的关键因素。按照城市规模和应急救援体系的建设情况,配置不同功能组件和不同移动及通信能力的消防通信指挥车是消防通信规划中的重要问题。
3.3 消防综合业务信息系统
消防综合业务信息系统是包括了灭火救援指挥、消防监督管理、部队管理和消防公众服务等多种应用功能的信息系统集成,是消防通信中应用软件的主要部分。按照消防部队信息化建设总体规划和部署,各级消防部队将逐步推广和应用包括消防基础数据平台、消防公共服务平台及各消防综合业务信息系统等部分的一体化业务平台。目前各地统一按照公安部消防局部署方案的要求,逐步开展了消防监督管理、部队管理和公众服务等信息系统的推广和应用,而对于消防基础信息平台、灭火救援指挥系统等面向灭火救援指挥和管理的信息系统,因受到基础信息数据库和通信基础设施建设情况的局限,各地的应用程度差异较大。在消防通信规划中,应将建立和完善城市地理信息、火灾风险信息、危险源信息、水、电、生产、医疗救护信息等内容的城市应急救援基础信息数据库,以及按照城市应急救援的具体需求开展消防指挥调度系统、消防指挥决策系统、重大危险源评估系统、模拟演练等系统的应用纳入到消防通信规划中重点建设。
4、未来发展趋势
随着信息通信技术的高速发展,众多高性能的通信技术将逐步应用于消防通信领域中,不断推进消防通信的发展。目前第四代移动通信技术已进入实验性应用阶段,在不久的将来势必将成为消防通信体系中高质量传输数据信息的重要手段。信息通信硬件设备的发展,使信息通信装备的通信性能和移动性能不断提升,设备成本将更加低廉,未来随着多媒体单兵信息装备的深入应用,使灾害救援现场各级指战员具备强大的信息通信能力,数字集群通信、卫星通信、微波数据通信等通信设备也将广泛装备到各级消防部队中,逐步成为普遍配备的常规通信手段。随着城市灾害联网监控系统的建设,消防通信指挥中心可以智能感知火灾等灾害事故的发生并及时获取相关灾情信息,极大的提高消防部队对灾害事故响应能力。此外物联网、遥感技术、传感器技术、ad hoc网络等应用于消防领域,可以即时、全面、深入的获得灭火和应急救援现场的灾情状况和救援实力状况,实现天空地一体的消防通信体系和数字化指挥调度体系。在消防通信规划中,应结合未来通信新技术的发展,合理规划和部署城市消防通信建设。
5、问题和建议
消防通信的发展应与城市应急救援体系各方面的发展情况及相关领域的具体情况协调统一。由于通信技术的发展速度较高,消防通信规划编制中应准确预见未来城市消防通信的需求,在首先确立适合消防通信发展总体框架基础上灵活的选择兼容性好、生命力强并具备开放和统一标准的技术和设备,有效避免重复建设,并尽量降低系统升级换代和改造的成本。发展中还应重视基础通信设施建设,切忌盲目追求新技术和热点技术。可靠度和抗灾能力是消防通信系统中不能忽视的问题,应充分考虑应急状况下缺乏电源供给、设备损坏、大量用户占用等特殊情况的系统运行,合理划分系统中紧急与非紧急应用的分工、采取冗余和备份设计、增设应急状态的专用模式等手段提高系统可靠程度和对灾害的抗击能力。此外消防通信系统设计中还应充分考虑到互联网、公安网、公众话务网、政务网等多个独立通信网络中各种系统间数据的融通,设计中应尽量将系统各具体应用建立在统一的平台和网络中,并采用一些安全稳妥的连接手段,共享和交换各网络间的信息数据。
参考文献
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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
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中图分类号：TP393.03 文献标志码：A 文章编号：1009-6868 （2013） 04-0063-04
1 近场通信背景及概述
在2013年2月闭幕的巴塞罗那世界移动通信大会上，近场通信（NFC）技术在全球移动通信协会的强力推介下登场，成为业界新热点。各大厂商也加紧了对于支持NFC技术产品的研发生产。近场通信技术又称近距离无线通信，鉴于各种移动互联网应用的广泛开展和未来发展的广阔空间，它已是信息时代的又一新宠，也是各大厂商和服务商争夺的下一块领地。
1.1 NFC背景
NFC技术是于2004年4月由飞利浦公司发起，是一项由飞利浦、诺基亚、索尼等厂商联合主推的近距离无线技术。多家公司和大学共成立了泛欧联盟，旨在推动NFC开放式架构的开发和其在手机中的应用。NFC由射频识别（RFID）及互联互通技术整合演变而来，保持对RFID的兼容性。通过在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，具备NFC功能的设备能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。这项技术最初只是RFID技术和网络技术的简单合并，现在已经演变成一种短距离无线通信技术，近年来逐年受到关注。很明显，近场通信利用的是无线电波的临近电磁场，根据电磁理论，近磁场的信号传播过程中强度会以大约1/d 6的速率下降（d 表示通信距离），如此大的衰减使近场通信成为名副其实的短程通信技术。相比之下，在无线电波的远场中，信号强度以1/d 2的速率下降。
近场通信技术在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推动标准化，同时也兼容应用广泛的ISO 14443 A/B以及Felica标准非接触式智能卡的基础架构。
作为一种近距离的高频无线通信技术，近场通信的可用距离约为10 cm，可以实现电子身份识别或者数据传输，其应用范围已由电子支付扩展至旅行、交通、购物等方面。NFC技术的短距离交互很大程度简化了设备互联过程中整个认证识别过程，使得电子设备间互相访问更直接、简答、安全并更清楚。
NFC技术结合了非接触式感应以及无线连接的相关技术，并作用于13.56 MHz频带，同时支持106 kbit/s、212 kbit/s 或者424 kbit/s等传输速度，将来最高支持速率可提高至1 Mb/s左右，为设备间不同的应用场景提供了灵活的选择能力。与其他短距离无线通信技术相比，NFC技术更安全，反应时间更短。并且，由于近场通信技术与现有非接触智能卡技术相兼容，目前已经得到越来越多厂商的支持并成为正式标准，这些都为NFC技术大范围的应用提供了可能。NFC技术提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信，例如借助NFC技术，人们可以在不同的设备间交换照片、音乐、视频剪辑等信息。
其实，近场通信并非新生事物，但直到近年来才逐渐受到关注。在NFC技术发展过程中有几个重要的历程值得一提：1983年查尔斯·沃尔顿获得第一个RFID相关专利；2004年诺基亚、飞利浦和索尼联合组建了近场通信论坛；2006年NFC标签的初步规范；2006年规范“SmartPoster”的记载；2006年诺基亚6131成为首个NFC功能的手机；2010年三星Nexus S成为首款可以支持NFC功能的Android手机。
作为一种无线技术，NFC同样面临安全问题。但是NFC技术本身的特点——非常小的通信范围，有效隔绝了黑客的入侵，用户完全可以放心地在这样的近距离中进行通信。但是为了提供安全可靠的通信，近场通信技术也包含了完整的安全技术。
1.2 NFC的3种工作模式
近场通信技术支持3种不同的工作模式： 卡模式、点对点模式和读卡器模式，如图1所示。
在卡模式下，NFC设备相当于一张采用RFID技术的IC卡，完全可以应用于现在IC卡（包括信用卡）的使用场合，如公交卡、商场消费卡、车票，门禁管制、门票等等。这种方式下的一个明显优点是卡片通过非接触读卡器的RF域来供电，即便是在寄主设备（如手机、移动终端）没电的情况下也可以保证数据的传输工作。
在点对点模式下，NFC技术和红外线技术一样，可用于数据交换，只是采用NFC技术的设备传输距离较短，传输创建速度较快，传输数据的速度也较快。相比于红外设备，采用NFC技术的设备功耗较低。将两个具备NFC功能的设备连接后，即可实现数据在设备间的点对点传输，可完成下载音乐、交换图片或者同步设备地址薄等功能。因此通过近场通信技术，多个设备（如数位相机、PDA、计算机和手机等）之间可以交换资料或者互相提供服务。
在读卡器模式下，NFC设备可以作为非接触读卡器使用，从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。
需要进行数据交互时，NFC设备可以工作于主动模式或被动模式下。在被动模式下，发起NFC通信的设备，也称为NFC发起设备（主设备），在整个通信过程中提供射频场。它可以从106 kbit/s、212 kbit/s或424 kbit/s中选择一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台NFC设备作为目标设备（从设备），不必主动产生射频场，仅需要通过负载调制技术，以相同的速度将数据传回发起设备。此通信机制与基于ISO14443A、FeliCa的非接触式智能卡兼容。因此，NFC发起设备在被动模式下，可以用相同的连接和初始化过程检测非接触式智能卡或NFC目标设备，并与之建立联系。在主动模式下，通信双方收发器加电后，任何一方可以采用“发送前侦听”协议来发起一个半双工发送。在一个以上NFC设备试图访问一个阅读器时，这个功能可以防止冲突。
在主动模式下，每台设备要向另一台设备发送数据时，都必须产生自己的射频场。发起设备和目标设备都要产生自己的射频场，以便进行通信。在被动模式下，像RFID标签一样，目标是一个被动设备。标签从发起者传输的磁场获得能量，然后通过负载调制技术将数据传送给发起者。
需要注意的是，移动设备主要工作于被动模式下，从而能够大幅降低功耗，延长电池寿命。在一个应用会话过程中，NFC设备可以在发起设备和目标设备之间切换自己的角色。利用这项功能，电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备，而不是发起设备。
1.3 与其他无线通信技术的比较
目前，无线通信市场多种技术并存，尤其是近距离通信领域，已经存在多种近距离无线通信技术，比如蓝牙技术、红外线技术、RFID技术等，这些技术的并存为用户提供了丰富多样的业务，并且每一种技术都有自己的应用场景和优势。近场通信技术的出现，丰富了近距离无线通信技术的种类，完善了近距离无线通信的应用场景和范围，也为用户提供了更大的选择灵活性。与现存的诸多近距离无线通信技术相比，NFC技术具有明显的优势。图2展示了无线通信市场中各技术适用场景[1]。
与RFID相比，近场通信技术中的信息也是通过无线频率的电磁感应耦合方式传递，利用了负载调制的功能。但两者之间还是存在很大的区别。首先，与RFID技术相比，NFC的传输距离更短，可以提供轻松、安全、迅速的无线连接。已知的RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，近场通信技术由于其独特的技术优势，对信号进行了有效衰减，从而有效地降低了电磁波的传输距离，因此NFC具有比RFID技术更近的传输距离、更高的带宽、更低的能耗等特点。其次，近场通信技术天生的优势是与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为越来越多主要厂商支持的正式标准，因此具有更广阔的应用前景和使用范围。同时，NFC技术是一种近距离连接协议，提供设备间轻松、迅速、安全而自动的通信。与其他无线连接方式相比，近场通信是一种近距离的私密通信方式。最后，近场通信与RFID的应用领域不同，NFC技术主要应用于门禁、公交、手机支付、交通、旅行、购物等领域，RFID技术则在生产、物流、跟踪、资产管理等领域内发挥着巨大的作用。
此外，与红外和蓝牙传输方式相比，近场通信技术也表现出自己独特的优势。与红外技术相比，NFC技术提供一种面向消费者的、更近距离的交易机制，比红外传输方式更快、更可靠、更简单。与蓝牙传输技术相比，一方面，近场通信技术面向近距离交易，适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要私密数据；另一方面，蓝牙技术能够弥补NFC技术通信距离不足的缺点，可以应用于较长距离的数据通信。因此，NFC技术和蓝牙技术可以相互补充、共同存在。事实上，快捷轻型的NFC协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程，促进蓝牙的使用。表1中直观地表示了近场通信技术、红外技术和蓝牙技术在几个技术性能指标上的差异。
正是由于近场通信技术具有独特的技术优势，以及其对多种标准规范的有效支持和兼容，加上NFC具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点，这让它在某些领域显得更具潜力。NFC通过一个芯片、一根天线和一些软件的组合，能够实现各种设备在几厘米范围内的通信，并且费用低廉。近几年随着智能手机的普及，NFC技术逐渐走入寻常百姓家，众多厂商纷纷在自己的终端设备中加入了NFC功能，抢占NFC市场先机。可以预言：如果NFC技术能得到普及，它将在很大程度上改变人们使用许多电子设备的方式，甚至改变使用信用卡、钥匙和现金的方式。我们有理由相信：近场通信技术将在移动互联网时代大放异彩。
2近场通信技术架构
近场通信技术支持3种不同的工作模式，每种工作模式具有相似的技术架构，但是具体的工作模式又体现出各自的差别。我们将概述性地介绍近场通信的技术架构。
按照从下至上的顺序，近场通信技术的总体技术架构包括以下几个部分：模拟协议规范、数字协议规范、NFC相关动作规范、逻辑链路控制协议、NFC标签技术规范、NFC数据交换格式、记录类型定义规范等。每一种技术规范都完成特定功能，并且针对具体的业务应用和工作模式灵活选择适当的协议规范实现。具体架构如图3所示[1]。
模拟协议规范的作用主要是定义了具备NFC功能的设备的无线射频特性，如射频域的形状和强度。该规范主要用来决定NFC设备的可操作范围。根据规定，近场通信技术的射频磁场的载波频率为13.56 MHz，未经调制的射频磁场磁场强度最小值为H min =1.0 A/m rms，未经调制的射频磁场强度最大值H max =7.5 A/m rms。在通信的过程中需要对磁场进行调制。被动通信模式下，初始方应产生一个射频磁场来给目标方供应能量，目标方应该能够在H min和H max 间连续工作，在实际使用过程中，当目标方在初始方的工作区域中时，初始方在其工作区域中的磁场强度应不小于H min 。在主动通信模式下，初始方和目标方都是用自身产生的射频磁场（H min ～H max ）进行通信。在实际使用过程中，当目标方和初始方在对方的工作区域中时，初始方和目标方应保证在自身工作区域中的磁场强度不小于H min 。当进行外部磁场检测时，如果外部磁场在频率为13.56 MHz 处的场强高于H Threshhold，NFC 设备应能检测出该外部磁场的存在。外部射频磁场阈值H Threshhold = 0.1875A/m。
数字协议规范主要定义了用于完成通信的构件，是实现ISO/IEC 18092和ISO/IEC 14443标准中数字技术的规范。涉及到4种不同角色（初始方、目标方、读写器、卡模拟器）下的NFC设备的数字接口和半双工传输协议。主要包括调制机制、比特级编码、比特速率、帧格式、相关协议和命令集。
NFC相关动作规范以满足数字协议规范的构件为基础，定义了互动方式下建立通信的一系列动作。如轮询周期、何时执行进行冲突检测等动作。规范中定义的一些动作可以原样使用，或者通过适当修改来定义其他的方式来建立通信，这些变种方式可以适用于原用例或者适用于不透光的用例。
逻辑链路控制协议（LLCP）描述了NFC套件逻辑链路控制层（LLC）的功能、特征和协议。逻辑链路控制层构成了OSI模型数据链路层的上半层，与下半层的媒体接入控制层（MAC）互补。LLCP层技术规范通过一系列映射可以支持MAC层。LLCP协议到外部MAC协议的每一种映射都指定了相应的绑定需求。LLCP主要特征包括链路激活、监测、去活，异步均衡通信，高层协议复用，无连接传输，面向连接的传输等。LLCP不支持同步传输、多播与广播、数据的安全传输、服务用户接口等功能。
NFC标签技术规范定义了4种NFC的标签类型，以支持设备的读卡器工作模式。
数据交换格式（NDEF）规范定义了NFC应用中的信息编码格式。该规范支持NDEF信息的复用和分块。
记录类型定义规范如何在NDEF信息中构造记录，并指出记录可以互相包含。每一种记录都包含一个类型指示，表明其包含的内容。
NFC设备有3种工作模式，对不同的工作模式，在协议使用与应用定义方面有明显的差异。
工作于读写模式下的设备支持的应用可分为3类：NDEF参考应用、第三方NDEF应用和非NDEF应用。NDEF参考应用是指NDEF论坛预定义的一些具有参考价值的应用，如链接切换、智能海报等；第三方NDEF应用是指使用NDEF技术基于标签的专利性私有应用；非NDEF应用是指需要与非接触式卡片交互的专利性私有应用[1-2]。读写模式下的技术架构如图4（a）所示。
点对点模式下的技术架构如图4（b）所示。逻辑链路控制协议负责链路的激活、管理、去激活，该协议支持异步平衡模式和协议复用技术，同时支持无连接传输和面向连接的传输情况；协议绑定模块为NFCC论坛定义的协议规范提供标准的绑定（即端口号），增强不同协议之间的互操作性；论坛已有协议部分是指那些论坛已定义了的与LLCP相互绑定的协议，如IP、对象交换协议（OBEX）；其他协议是指那些论坛为指定的可以运行于LLCP协议层之上的部分协议；参考应用指论坛定义的可以运行于NDEF协议上的参考性应用；点对点应用可能包括从相机打印照片、交换商务名片，以及第三方NDEF应用等等。
卡模式下的NFC设备架构比较简单。其应用主要包括一些专利性的非接触式卡片应用，如基于ISO14443 A/B或FeliCa标准的付账、购票应用等。具体技术架构如图4（c）所示。 （待续）
参考文献
[1] NFC Forum. NFC digital protocol technical specification 1.0[S].2010.
[2] NFC Forum. NFC Data Exchange Format （NDEF） technical specification 1.0[S].2006.
作者简介
论文摘要：自2000年“城域网”的概念在中国首次亮相以后，国内就不断掀起城域网建设。城域网如此受业界关注，引得各种城域网技术趋之若鹜。本文从城域网的内容、作用、特点出发，提出了构建城域网的方案和技术，并探讨了城域网的产生原因与核心组网技术，从现状与市场前景等几方面研究分析了中国城域网市场的现状与发展前景。
随着我国骨干网带宽扩展的完成，各电信运营商已经将工作重心转移到宽带城域网的建设和运营上，不论是中国电信，还是中国移动、中国联通等运营商，都在向大客户，商业楼字进军，直接推动着光纤城域网快速发展。目前我国通信骨干网主要是中国电信和中国网通的骨干网，经过“八横八纵”光纤网络建设和中国各大通信运营商的努力，已经在骨干核心层上解决了长途传输的带宽问题。因此，在电信运营企业宽带核心骨干网和省际省内干线网建设初具规模后，近两年的通信网络的建设重点已从骨干网向城域网的区域性网络发展，实现宽带网络从线到面的辐射，使整个宽带运营网逐级解决带宽瓶颈问题。但在应用时，也面临着实用性和多样性选择等实际问题。如何在激烈的市场竞争中树立自己的品牌，如何用最简单的技术手段、最低廉的价格、最快的速度来吸引用户，形成一个简单、快速、便宜的宽带城域网，并通过建设城域网来开发新业务，创造业务收入新的增长点，成为急待解决的课题。
1城域网的内容与作用
1.1城域网的内容
目前城域网范围电信网由上至下可纵向划分为三种网络：业务网、传送网、光缆网。其中业务网主要包括话音网和数据网；传送网主要基于SDH技术构建；光缆网由广泛分布的光缆线路互连组成，是所有上层网络的物理媒体承载平台。城域数据网的结构一般分为核心层、汇聚层和接八层。核心层负责进行数据的快速转发，同时实现同骨干网的互连，提供城市的高速IP数据出口。汇聚层负责汇聚分散的接人点，进行数据交换，提供流量控制和用户管理功能。接入层负责提供各种类型用户的接入，在有需要时提供用户流量控制功能。
1.2城域网的定位和作用
随着几年多来对城域网理念的反复探讨与不断完善，对城域网定位和作用基本上有了比较一致的认识。但是不同的电信运营者站在不同的角度去理解城域网，其网络结构有所不同。尽管各个电信运营者部署的城域网各不相同。但是城域网具有业务需求密集、业务量大、覆盖面广等特点的公用多业务网的特性这一点是大家所共识。它的业务范围包括数据、语音和图像等全业务。它要支持各种客户层信号，快速地提供客户层信号所需的带宽；它有一定的业务质量QoS保障要求；它是发展宽带IP网络的基础；城域网覆盖范围一般为50～150km；城域网的建设成本应比较低(影响成本的关键是节点而非线路)。当前，电信运营者们对于城域网所关心的重点问题就是多业务，因为业务是一个最不确定的因素，城域网只有具备极强的多业务能力，才能源源不断地将网络覆盖变为盈利，才能谈得上网络的可演进性与可塑性。因此，不断完善城域网络就成为当前传送网络建设的重点领域，各大电信运营者都将建设城域光网络作为自己的重要目标。
1.3城域网的特点
(1)城域网基本上是在确定标准之后才大力发展并推向应用的，这就避免了令人十分头痛的设备不兼容，标准不一致等问题。(2)城域网的早期概念虽然由计算机科学家提出，但在后来它主要由电信公司和企业推向应用。城域网技术的发展是电信界和计算机界通力合作的成功范例。城域网技术在保护现已大量存在于用户计算机中的软硬件资源方面很可能优于其它公用数据网技术。(3)城域网在制定标准时充分考虑了B-ISDN的要求，它可以和ATM等技术在一起，成为公用宽带高速网的基础。
1.4城域网的技术方案
当前，城域网的技术解决方案很多，分类方式也很多。按照所用底层业务融合的承载技术的不同，主要有5类，第1类是SDH多业务平台；第2类是电信级以太网多业务平台；第3类是弹性分组环多业务平台；第4类是ATM多业务平台；第5类是WDM多业务平台。按照目前市场结构看，除了ATM多业务平台外，其它4类处于同一细分市场，都可以称为多业务传送平台(MSTP)，工作于第一层和第二层乃至第三层。按照内部结构，特别是一层是否采用SDH技术，MSTP又可以分为基于传送的MSTP和基于数据的MSTP两大类。实际上由于基于传送的MSTP是当前市场的主流，因而MSTP往往暗指基于传送的MSTP。
2城域网的产生原因
2.1局域网互联的需要
城域网是随着网络技术和其它计算机技术、通信技术进一步发展而出现的新型网络，它是为了解决局域网互联的问题首先提出来的，随着网络覆盖范围的增大，传输速度的增加，引进了新的概念和新的结构，又使城域网有着广域网的某些特征。由此可见，数据通信的分组交换方式保证了远距离安全可靠的传输，但复杂的协议和节点结构影响了广域网的速度。局域网的成功开发使计算机的研究和设计工作者逐渐形成了这样一种想法，即怎样采用尽可能简单的网络拓扑和协议来实现高速数据通信。在这样一种概念的支配下，显然希望能综合广域网和局域网两者的长处，克服它们的缺点，设计出一种新型的计算机网络，能在比较远的距离范围内实现数据的高速传输，又因为经济发达，信息交换要求比较迫切的地理区域往往是大城市及其郊区，城市群或者某些三角洲地区，同时新技术的发展又为实现这一设想提供了可能性，于是城域网(MAN)就作为独立的计算机网络分支而提出来了。
2.2充分利用新技术提供的条件和机会
近年来通信技术，特别是光纤通信技术得到了突飞猛进的发展，广泛铺设的光纤线路给计算机网络的研究和设计者提供了新的物质条件，也使构思网络的手段和方法需要一些革命性的变化光纤作为通信介质，除了有中继距离长、保密性好、传送质量高、抗电磁干扰强等优点外，最大的吸引力是它具有极宽的频带，在低噪声光谱范围内(1－2.5um之间)，理论上它可以提供高达10Hz的频带，与之相比较，常用的双绞铜线只能支持106Hz，宽带同轴电缆是109Hz。这样光纤介质为通信系统提供了“频带的海洋”，而主要支持话音通信的电话交换网和主要支持数据通信的分组交换网只使用了频带的极少部分。当然要是能做到全部采用光元件，包括光计算机、光电话、光交换机等就可以充分利用光纤这一潜在的资源，但目前的技术水平离这一理想境界还有相当的距离，现在所能提供的通信接口还不能与光纤的高速度相配合。由于频带这时是丰富和廉价的资源，如何充分开发这一资源，在现有技术条件下，设计出更有效率的网络拓扑结构和协议，这对网络的设计和研究者既是一种挑战，也是一次机会。
2.3网络技术的快速发展的需要
目前，作为中国移动通信主业的GSM网络正在持续快速发展，GPRS、3G是现阶段和下一阶段提供移动数据业务的主导技术，其在本地范围内的传输对城域网的建设提出了新的要求：随着业务的迅速发展，移动商务等新的应用不断涌现。在不远的将来，城域网承载的数据业务将不断增长，对承载这些业务的平台的要求也越来越高1中国移动已于2000年取得ISP牌照，进人数据业务领域，而且中国移动自身也有大量的数据业务：WAP业务、GPRS业务、将来的3G数据业务以及办公自动化等数据业务，已于“2000年开始建设CM-Net，现已完成覆盖全国的0P数据骨干网：全国大多数省正在建设或计划建设省内数据骨干网：但是由于没有宽带传送网络，很难针对企业用户或者个人用户开展业务，所以有必要建设宽带城域网。
3城域网的技术与核心组网模式
3.1城域网的技术
目前城域网技术的发展有三个主流方向，即IP城域网技术、城域以太网技术、光城域网技术。对应每种技术有相应的组网方案。IP城域网技术和城域以太网技术均属于城域数据网范畴，IP城域网指利用路由器组网，核队汇聚节点之间利用POS端口互连。城域以太网指利用L2/L3交换机组网，节点之间利用裸光纤互连。光城域网属于传送网范畴，它的核心是利用光传输网络直接承载IP/Ethemet，为上层的业务提供更有效的承载。可以使用各种光纤电路承载IP/Ethemet：SDH/SONE厂连接、DWDM/CWDM连接或者RPR连接。
3.2城域网核心组网模式
目前在宽带城域网建设中存在两种基本技术即采用纯ATM体制和纯IP体制，由于它们各有优缺点，所以又衍生出ATM+IP体制。纯ATM体制全部采用ATM交换机和复用设备，纯IP体制采用路由器和以太网交换机，而ATM+IP体制仅在城域网的接入部分采用以太网交换机，其它部分采用ATM设备。技术和需求是通信市场发展的重要推动力，但当前技术发展滞后于需求，单纯地依靠一种技术仍然很难满足不同用户的业务需求。宽带城域网可以采用在建设一个ATM多业务网的同时再叠加一个纯IP网的方案，同时满足高质量的企业互联业务和低质量的Internet业务的需求。诚然，重叠建网存在着诸多缺点，但其优势也较为明显，而且目前也只有在双业务网并存的前提下，宽带城域网才有可能针对细的客户提供差别服务。
4城域网的发展方向
4.1建设可运营的宽带城域网
建设可运营的宽带城域网，有利于开展宽带城域网的各种业务，为用户创造价值，提供长期优质服务。首先，要解决的问题是技术选择。宽带城域网业务定位是高速互联网、数据专线、语音、视频和多媒体等，要根据自身优势确定重点发展的主业务，同时兼顾其他业务。不应该纯粹的进行技术比较，而要从业务开展的需求进行技术路线选择，例如，在城域网内开展互联网、数据和语音业务，必须考虑综合多业务城域网方案。
4.2建设可扩展的城域网
城域网是一个包罗万象和不断发展的网络，一步到位的想法很不现实，还受到投资规模的限制。如果缩手缩脚，城域网难以形成规模，业务得不到充分发展，丧失竞争优势；如果全面铺开，又可能造成资源浪费。建设可扩展的城域网，打破了一步到位的建设模式，事先制定持续发展的统一规划，分阶段、分步骤逐步实施，这样既可减少一次性投资过大的问题，又可根据业务的开展动态调整建设节奏和规模，最大程度地降低投资风险。除了考虑组网，还要注重设备的升级和业务提供能力。城域网的设备点多面广，对网管和测试等辅助能力的要求较严格，要求设备必须具备很好的后续支持能力。同时，城域网的未来技术发展具有不确定性，难以准确预测哪种产品、形态和建网思路符合未来发展，选择设备时必须考察厂家的综合技术能力、服务能力和持续改进能力，因此选择主流技术和实力厂家是建设可扩展宽带城域网的重要环节。
4.3积极应用无线技术
论文摘要：本文首先介绍了我国电信业发展的总体形势，然后分别就固定电话网、移动通信网、数据及宽带业务网的发展态势及面临的问题和挑战进行了分析，最后就第三代移动通信及其它先进的无线接入技术在中国的发展给出了自己的观点和判断。
1、当前我国电信业发展的总体形势
从总体上看，我国电信业仍然在根据我们所处的发展阶段和自身的发展规律，持续、快速、健康地向前发展，但也出现了许多的新情况，呈现了许多新的特点。
从用户数和业务收入的增长率来看，我国电信业的增长速度已经趋缓。20世纪90年代我国电信业处于起飞阶段，我们抓住了机遇，实现了平均每年40%左右的超高速增长，一举扭转了通信落后制约经济发展的被动局面。90年代后期我国电信业增长率逐步降了下来，2001年按业务收入计算的年增长率开始降到百分之二十以下，2003年增长13.8%(调整后)。我国电信业增长率的下降是用户基数加大和最迫切的通信需求得到满足的结果，与2001-2003年发生的世界性电信危机性质完全不同。
从绝对增量来看，最近几年正是我国电话用户增长的高峰期。移动电话用户已连续三年每年新增6000多万户，固定电话用户已连续四年每年新增3500万户左右。2003年我国新增移动电话6395万户，固定电话4852万户(含无线市话，即小灵通)，均为历史最高增量，增长率仍然分别高达23%和31%。互联网用户近两年也处于用户增长高峰，每年新增2000多万户以上。2004年上半年移动电话和固网电话新增用户数，都又创造了历史新高。
需要指出的是，我国电信服务在一定程度上已经超前于经济发展，因此，从总体上看，我国电信业的发展势头将会继续趋缓。我国固定电话与移动电话普及率均已达到世界平均水平，是同等人均GDP国家的2至3倍。电信服务适度超前，拉动经济增长和社会进步，这正是改革开放以来电信行业一直在追求的目标，我们做到了。但是，这也给今后电信的进一步发展带来了困难。首先是大批本来不完全具备电话支付能力的城乡人口装上了电话，这使得近期用户发展空间受到了制约。更重要的是大量低收入用户的进入，加之竞争激烈，使我国电信业务收入增长率远远低于用户数量的增长率，电信用户每月平均消费值(ARPU)持续下降。2003年我国固定和移动网用户的ARPU值均为71元/月，不到世界平均水平的一半，我们是世界上电信用户平均消费最低的国家之一。中国移动和中国电信两公司拥有的用户数早已高居世界之首，但按业务收入排名，2003年在世界电信公司中只能分别排在第16和第17位，其主要原因就是电信用户平均消费很低。但是，若按占人均GDP的比例来比较，我国电信消费比却又明显高于世界平均水平。这使得许多用户感觉电信资费还是偏高。此时用户对价格差异(而非质量差异)十分敏感，价格战成了企业之间竞争的主要手段。在这种情况下，我国电信业增长趋缓是正常现象。
所幸的是，随着信息与通信技术进步，我国非语音通信业务，特别是数据业务正在崛起。数据业务的高速发展将弥补电话业务增长率的下降，使我国电信业在今后相当长的时间内，仍能保持两位数的增长率，电信仍将是一个快速增长的行业。
2、固定电话网的发展态势
主要基于程控数字交换技术的我国固定电话网，从20世纪80年代开始建设，90年代基本建成。其每年新增用户从1990年100多万户，逐年递增，到2000年达到高峰(与电信重组有关)，一年新增3600多万户。此后新增用户数略呈现下降趋势(见图1)。2003年固网用户增量又出现回升，猛增4 852万户。显然，这种回升是“小灵通”大发展的结果。小灵通毕竟也是一种移动通信业务，如果扣除小灵通用户，2003年固定电话实际新增用户只有2437万户，比2000年已经下降了近三分之一。
图l 固定电话用户增长量
固定电话用户增长放慢，除城市电话市场趋于饱和的因素外，主要是由移动业务的替代作用所造成的。许多低端电话用户有了手机(包括小灵通)就不再装固定电话了，甚至要求退出固网。此外，宽带接入的迅速发展也使得固网用户原来因拨号上网而安装第二线的需求不复存在了。传统的固定电话网增长放慢是通信技术更新的必然结果。在美、日等通信发达国家，固定电话用户总数早在几年前就已经开始下降，这种情况在我国早晚也会出现。
固定电话面临的另一个挑战是IP电话的分流作用。这种分流目前主要集中在长途领域(包括国内、国际与台港澳通信)。开放竞争后，IP电话的价格只有固网长途的几分之一，因此发展迅速。2003年上半年全国IP长途电话通话时长已超过传统的长途电话，一年后IP长话与传统长话通话时长之比已达到l.57:1。出于巩固市场份额的需要，固网公司也不得不开放IP长话业务，这曾一度使传统长话出现负增长。值得庆幸的是，这种情况2004年出现了转机，上半年在IP长话增长45%的同时，传统长话通话时长也增长了27%(部分归功于小灵通带来的长话话源)。这使得包括IP电话在内的长话业务，重新成了带动固网收入增长的主要业务之一(见图2)。
图2 2003年各类主要电信业务收入增长率
除长途电话外，固网公司还有两个重要的业务增长点。一个是前边提到的小灵通，另一个是数据及多媒体业务，特别是互联网宽带接入业务。这两种业务在不同程度上恰好体现着固网公司的发展方向。
小灵通是固网公司在无权经营2G、3G移动业务的情况下，作为固网的无线接入手段而经营的无线市话业务。小灵通基于并不先进的PHS技术，但由于具有移动功能，还能提供信息服务，却按市话标准收费，因此受到大量低端移动用户的欢迎，也给固网企业带来了一个难得的收入增长点。2003年小灵通政策松动后，一年就增长了2415万户，达到3729万户。2004年增长更快，有人估计到七月底已达6000万户。小灵通依附于固网取得的大发展，从一个侧面验证了近几年在国外出现的移动与固网重新融合的趋势的合理性。这种融合有利于减少重复建设，提高网络设备利用率，有利于固网接入无线化的发展，有利于满足用户对通信个性化和一站式服务的要求。
关于数据与多媒体业务，本文第四部分将专门论述。这里只想说明：现有的电话网是为电话设计的，很适合打电话，但用于数据和多媒体业务时，在传输速率、网络效率与使用灵活性等方面的局限性都越来越明显。随着数据业务的发展和所占比重的提高，我国通信网更新换代的问题已经提上了日程。
3、移动通信网的发展态势
我国蜂窝移动通信网1987年从广东开始建设，经历了第一代向第二代技术的转变，到1997年达到1300多万户。此后以80%左右的年增长率继续呈指数型增长。从2001年起每年用户增长量稳定在6000多万户(见图3)。2003年我国新增移动电话6395万户，移动用户总数达2.7亿户，开始超过固定电话。
图3 移动电话用户增长量
现在世界上约一半左右的国家，包括部分最不发达国家，移动电话用户数均已超过了固定电话。实践证明，在用户数超过固定电话以后，移动通信还会继续强劲增长。一是移动通信能满足人们随时随地、方便快捷地进行通信的需求，在现代社会将越来越受欢迎。二是由于移动电话以个人为服务对象，其潜在市场比固定电话大。三是随着技术进步与规模加大，移动通信早已不再是昂贵的通信，其单位成本已降到能与固网相比的程度。四是移动网除语音通信外还适宜提供数据与多媒体信息服务，这使得移动通信的发展空间更为广阔。
从图3可以看到我国移动通信用户增长2001年以后电达到或接近了顶峰。与固网不同的是，移动用户增长在小灵通分流的情况下仍呈上升趋势。可以设想，随着3G网络的布署，移动通信用户增长还会出现一个新的高峰。预计未来五年内，我国移动网用户总数可望在目前3亿户的基础上再翻一番，达到6亿户左右。
移动通信面临的挑战是如何开发新的应用，发展语音以外的新业务，以缓解和扭转ARPU值下降的趋势。近几年异军突起的手机短信业务对此发挥了积极的作用。短信正在成为除电话以外另一种受到大众欢迎的基本通信方式。移动互联是另一类潜力很大的新业务，要继续实行对内容服务商开放与合作的政策，共同推进移动互联业务的发展。
4、数据与多媒体业务及宽带网络
数据与多媒体通信(简称“数据通信”)是继电报、电话通信之后人类对信息交流方式提出的新要求，它代表着通信需求多样化的发展方向。从70年代初在电话网上进行数据传输算起，我国数据通信发展已经历了30多年技术演进与市场培育。只是在互联网流行起来以后才开始形成规模。近几年来数据通信一直是电信业务中增长最快的领域(见图2)，它在电信业务收入中所占比重还不大，但却在稳步地、不可逆转地上升(见图4)。今后随着数据业务规模的加大，其所占比重上升的进程还会加快。
图4 固网数据年增长率及其在电信业务总收入中所占比重
需要说明，我国现行统计指标中，“数据业务收入”仅包括固网数据，不包括移动数据。手机短信和无线上网等业务收入(2003年约220亿元)被统计在移动通信业务收入中。如果将移动数据按数据业务统计，全国数据业务收入占电信业务总收入的比重已经达到10%左右(见图5)，其对电信增长率的拉动将达到3、4个百分点。可见，数据业务正在成为电信业务的一个重要组成部分和电信业增长的主要推动力。
图5 2003年我国电信业务构成
多媒体通信能同时传送语音、文字、数据与图像，是数据通信的高级阶段，也是人类通信的高级阶段。它占用的通信频带很宽，因此必须建设宽带网络。现代IT与光传输技术的进步已为建设宽带网络奠定了技术基础。宽带化已成为当前电信网的主要发展方向。
在宽带骨干网尚未建设起来以前，首先发展的是对现有互联网的宽带接入。据CNNIC统计，我国互联网上的宽带接入用户数已从2000年约70万户增长到2003年1740万户，三年间猛增25倍，而且还在以每年翻一番的速度增长。可见，我国互联网正在悄然进入宽带接入的时代。
我国对宽带骨干网的研究与开发正在进入关键阶段，一批试验工程已开始实施。同时，对宽带网络的技术方向还在进行广泛而深入的讨论，不同技术背景的专家提出了不同的解决方案。
通信界的多数专家已就建设“下一代网络”(NGN)形成初步共识，即将IP网络技术与传统电信网的设计理念相结合，建设有质量保障的、安全可靠的、可管理、可运营的电信级IP网络。
IT界的专家主张坚持互联网的基本设计理念，发展“下一代互联网”(NGI)。NGI注重保持互联网的开放性与灵活性，在着力解决宽带与容量问题的同时，尽力解决质量保障、可靠性与可管理性问题。
NGN与NGI的设计理念不同，市场定位也不同，它们将会并行发展，。两者之间既有相互竞争，又是相互补充，应提倡相互学习，相互借鉴。
我国宽带网的发展也有许多制约因素。首先，从总体上看我国仍然处在语音通信时代，而宽带网以及整个互联网是以PC机拥有量为目标市场的，在有效地解决语音通信问题以前，互联网的用户群不会像电话那样广泛。事实上，目前迅速增长的宽带接入用户主要是由原有的窄带拨号上网用户升级而来的，以致2004年上半年我国的拨号上网用户数开始出现了负增长，包括宽带接入在内的互联网用户总数增长势头从2004年已经开始放缓。第二，下一代宽带骨干网络技术尚未成熟，目前主要靠在城域网、广域网上追加传输容量来满足宽带业务增长需求的作法难以持久。第三，宽带应用与内容服务的开发也要有一个过程。由于竞争激烈，目前宽带的大发展带有“圈地”性质，缺乏需求推动，而人们对多媒体通信的需求又与整个社会的发展程度有关，人为地推动作用有限，操之过急还会产生“泡沫”，影响健康发展。总之，宽带化无疑是今后的发展方面，但是我国通信网宽带化的进程将会一个持续渐进的过程。
5、关于第三代移动通信及其它先进的无线接入技术
第三代移动通信(3G)和其它宽带无线接入都是下一代网络的重要组成部分，它们代表了人类对通信个性化的发展要求。
欧洲通信部门对发展3G态度积极。今年六月初在瑞典召开的“全球电信发展趋势专家论坛”上，欧洲电信专家们认为：经过30多个网络的实际运行，3G技术已经成熟，今年3G建设将进入升温期，年内还有40个网络投入运行。他们认为，3G技术还在不断改进，但改进不等于“不成熟”，改进后3G的性能将更先进，更具有竞争力。随着用户增长，3G手机在品种、价格与耗电等方面的瓶颈问题也将得到解决。
美国FCC电计划在2005年发放3G牌照，但他们对推广WiFi和WIMAX等“先进的无线接入技术”给予了更多的关注。在2004年6月下旬召开的“中美电信峰会”上，WiFi和WIMAX成了交流的热点。这两种技术都使用基于PC机的终端，都可以提供高速无线接入。前者用于室内局域网，基站覆盖半径几十米至上百米；后者用于室外城域网，基站覆盖半径几公里至几十公里，与现有通信骨干网配合实际上也能组成全国网络。一些美国专家认为，大量数据传送、显示与处理，本来就应当使用屏幕较大的显示终端，坐下来工作。有人甚至认为，对于移动中的通信，2G已经能满足要求。
根据我国的实际情况，笔者有以下几点判断：
第一，WiFi、WIMAX主要适用于高端市场的专业人士，在我国，近期内其用户群难以支撑全国性的网络成本，因此它只能作为一种补充，占领3G的部分高端市场，不可能完全取代3G。未来十年内，2G、3G、WiFi、WIMAX等无线接入技术和各种固网宽带接入技术都可能找到自己的市场定位，相互之间既是竞争又是互补，并在竞争中发展完善，优胜劣汰。
第二，3G技术已经基本成熟，它能更有效地满足人们在移动中对通信的需求，既能打电话，也能进行小数据量的多媒体通信，因此3G是有市场的，发展3G势在必行。吸取欧洲3G牌照拍卖的教训，过去三年我们采取冷静跟踪、积极试验的态度是完全正确的。但现在已经到了需要做出进一步安排的时候了，否则弊大于利，甚至可能丢失机遇，影响我国移动通信产业的发展。
第三，问题在于，我国在拥有良好的2G网络的情况下，近期内3G市场还有多大?它能支撑几个网络的建设成本?如果同时发几个牌照，建几个网络，投入几千亿资金，没有那么多用户，势必给电信业的发展带来灾难。一个比较稳妥的解决方案是：近期内只建一个3G网络，以完善技术、培养市场，以后根据需要再增建新的3G网络。这也与目前国际电信界“在一个市场上发3至4个牌照比较理想”的倾向性意见相符合。只建一个3G网络，如何发照，需要有创新思维，也有方案可供选择。
从技术发展的角度看，下一代的电信网应当是一个有线与无线有机结合的网络。它将由宽带骨干网和有线无线综合运用的本地接入网构成。未来的电信用户可以根据需要选择使用不同的通信终端。一类是以手机为代表的移动终端，它可以随身携带，强调移动性，目的在于随时随地、方便快捷地使用通信服务，特别适合语音通信与小信息量的数据通信与信息服务；第二类是基于PC机的座机终端，它不强调在移动中使用，需要坐下来工作，适合进行大量数据及图像信息的传送与处理，能够满足各类电子业务(E-business)的通信要求。还有一类叫游牧式终端，它可以异地漫游，适合在旅途中使用，但也要坐下来工作，因此也属于座机终端。第三类是现在家庭和单位使用的普通电话终端，这种终端还会继续长期使用。各类终端配合使用，服务于通信个性化、多样化的要求，使人类的信息与通信功能大大增强。
论文摘要: 短波通信由于其天波传播特性，在通信领域具有其它通信手段无法替代的地位，特别是在民用航空地空通信中，短波通信对于航线覆盖与极地飞行，起着重要的保障作用。文章介绍了短波的传播方式与通信特点，并就短波通信在民用航空中的应用进行了论述。
应用短波按照国际无线电咨询委员会(CCIR)的划分是指波长在10m～100m，频率为3MHz～30MHz的电磁波。短波通信又称高频(HF)通信，实际上，为了充分利用短波近距离通信的优点，其实际使用的频率范围为1.5MHz～30MHz。由于短波通信的固有特点，长期以来，短波通信始终是军事指挥的重要手段之一，一直被广泛地应用于外交、气象、邮电、交通等各个部门，用以传送图像、数据、语言、文字等信息。同时，它也是海上航行和高空飞行的必备通信方式。短波通信是无线通信的基础，尽管目前无线通信新技术不断涌现，短波通信有逐渐退出通信领域的趋势，但是自身所拥有的优势和长处并不能被完全取代，在国际通信、防汛救灾、海难救援及军事等领域依然发挥着重要作用。
1. 短波的传播方式
民航通信中使用到的短波实质为无线电波，主要用于地面与飞机间的通信，其通信传播方式主要有以下三种:
1.1地面波。 地面波是沿着地球表面传播的波，它沿着半导电性质和起伏不平的地表面进行传播，一方面使电波的场结构不同于自由空间传播的情况而发生变化并引起电波吸收，另一方面使电波不像在均匀媒质中那样以一定的速度沿着直线路径传播，而是由于地球表面呈现球形使电波传播的路径按绕射的方式进行。
1.2天波。 天波是经过地面上空40~800公里高度含有大量自由电子离子的电离层的反射或折射后返回地面的电波传输方式。天波是短波的主要传播途径，可实现长距离的传播，短波信号由天线发出后，经电离层的多次反射，传播距离可以由几百公里达到上万公里，且不受地面障碍物阻挡。在天波传播的过程中，路径衰耗、大气噪声、时间延迟、电离层衰落、多径效应等因素，都会造成信号的畸变与弱化，影响短波通信的效果。
1.3直接波。 直接波是从发射天线到接收天线之间，不经过任何发射，直接到达，电波就象一束光一样，所以有人称它为视线传播。由于民航中，飞机大多数时间都是在飞行，所以有些时候地、空之间的短波通信，实际上是可以靠直接波完成的。
2.短波通信的特点
与卫星通信、地面短波等通信手段相比，无线电短波通信有许多显著的优点:(1)短波通信无需建立中继站即可实现远距离通信，(2)短波通信元器件要求低、技术成熟、制造简单、设备体积小、价格便宜，建设和维护费用低;(3)设备简单，目标小、架设容易、机动性强，即使遭到损坏也容易修理，由于其造价相对较低，可以大量装备，因而系统顽存性强。(4)电路调度容易，灵活性强，可以使用固定设置，进行定点固定通信，也可背负或装入车辆，实现移动中的通信。这些优点是短波通信被长期保留、至今仍被广泛应用的主要原因。同时，短波通信也存在着一些明显的缺点:(1) 信道拥挤、频带窄;(2)短波的天波信道是变参信道，故信号传输不稳定;(3)大气和工业无线电噪声干扰严重;(4)天线匹配困难。
3.短波通信在民航中的应用
短波通信系统的主要用途是使飞机在飞行的各阶段中和地面的航行管制人员、签派、维修等相关人员保持双向的语音和信号联系，当然这个系统也提供了飞机内部人员之间和与旅客的联络服务。
3.1民航短波通信基本设备
民航短波地空通信设备由短波单边带发信机、短波单边带收信机、遥控器及地空选择呼叫器组成，设备一律使用单边带抑制载波、模拟单信道无线电话工作方式。短波单边带发、收信机均采用全固态电路及频率合成技术，频率范围为2.8～22MHz，发信机功率不大于6KW。
3.2民航短波通信地面站
民航短波通信地面站系统由三部分组成:短波机房设备、天线和馈线以及操作台设备。短波机房设备作为大功率发射设备，通常设置在远端，以减少对其他电子设备的干扰以及对操作员健康的影响。操作台设备设置在操作终端附近，便于操作与管理。
3.2.1短波机房设备。 短波机房设备的主要设备包括短波通信电台、功放、预后选器、交流稳压电源、光端机及一整套控制电缆，主要功能是传送选呼信号和语音信号。短波电台是整个系统的核心设备，地面与航空器上均有配备，用于收发信号，包括选呼信号和音频信号。电台的性能直接决定了整个系统的性能，电台选型依据主要有两点:符合用户需求并且与飞机上电台匹配。预后选器是为了提高系统的抗干扰能力而选择的设备。光端机是地面站系统中实现远程控制的接口设备，起着连接短波机柜和操作台的作用。
3.2.2 操作台设备。操作台设备由操作终端及监控软件、选呼器、选呼控制器和光端机组成。操作员的所有操作都在监控软件上进行。监控软件实现对选呼器和短波电台的远程遥控，控制选呼器产生选呼代码，呼叫对应的飞机，控制电台的调制方式转换和音频信号收发，同时监测电台的工作状态。选呼器的功能是通过发射4个单音信号选择通知某个飞机。选呼器提供了一个7针的音频接口，包括一对平衡的选呼音频输出口、一个PTT输出口和一个地线，其余3个口经改造用于同选呼控制器通信。 选呼控制器作为选呼器、电台和控制终端的中间设备，是实现系统自动化的关键，其基本作用是实现对电台、选呼器、控制终端、音频设备的信号转接、电平匹配、远程控制和状态感知，并自动转换调制方式。
3.2.3天线 。天线的选择具体根据用途来确定:近距离固定通信:选择地波天线或天波高仰角天线。点对点通信或方向性通信:选择天波方向性天线等。组网通信或全向通信:选择天波全向天线。车载通信或个人通信:选择小型鞭状天线。3.3短波地空通信数据链系统 在民用航空领域，由于我国地理复杂、疆域辽阔、超短波网络尚不能实现完全覆盖，短波依然是地空通信的主要手段。短波地空通信数据链系统作为民航数据通信系统的子系统，在当前兴起的极地飞行中，有效解决了飞行盲区问题，对飞行安全起着非常重要的保障作用。短波地空通信数据链系统用于航空器飞行中保持与基地和远方航站的联络。其系统构造由短波/超短波通信系统、卫星通信站、地空数据网及机载通信系统组成，短波地空通信数据链系统通过短波、超短波与卫星实现了近、中、远程地空实时话音和数据通信。
4.结束语
近年来，随着微型计算机、移动通信和微电子技术的迅速发展，短波通信技术有了新的突破性进展，出现了实时选频、自适应、跳频、差错控制、多载波正交频分复用(OFDM)调制及软件无线电等新技术，使短波通信很好地弥补了它的缺点，还使短波通信的设备更加小型化、更加灵活方便，进一步发挥了短波通信设备简单、造价低廉、机动灵活等固有的优点。短波通信必将在应急通信、抗灾通信、特别是在军事通信中发挥更重要、更广泛的作用。因此。短波通信作为民航内部通信的重要手段，必将在今后较长时间内得到保持和发展。
参考文献
[1]Johb G.Proakis Masoud Salehi.通信系统原理.电子工业出版社.2006年6月
[2]游战清.无线射频识别技术规划与实施[M].北京:电子工业出版社，2005
