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1通信系统传输手段
电缆通信:双绞线、同轴电缆等。市话和长途通信。调制方式:SSB/FDM。基于同轴的PCM时分多路数字基带传输技术。光纤将逐渐取代同轴。
微波中继通信:比较同轴,易架设、投资小、周期短。模拟电话微波通信主要采用SSB/FM/FDM调制,通信容量6000路/频道。数字微波采用BPSK、QPSK及QAM调制技术。采用64QAM、256QAM等多电平调制技术提高微波通信容量,可在40M频道内传送1920~7680路PCM数字电话。
光纤通信:光纤通信是利用激光在光纤中长距离传输的特性进行的,具有通信容量大、通信距离长及抗干扰性强的特点。目前用于本地、长途、干线传输,并逐渐发展用户光纤通信网。目前基于长波激光器和单模光纤,每路光纤通话路数超过万门,光纤本身的通信纤力非常巨大。几十年来,光纤通信技术发展迅速,并有各种设备应用,接入设备、光电转换设备、传输设备、交换设备、网络设备等。光纤通信设备有光电转换单元和数字信号处理单元两部分组成。
卫星通信:通信距离远、传输容量大、覆盖面积大、不受地域限制及高可靠性。目前,成熟技术使用模拟调制、频分多路及频分多址。数字卫星通信采用数字调制、时分多路及时分多址。
移动通信:GSM、CDMA。数字移动通信关键技术:调制技术、纠错编码和数字话音编码。
2数据通信的构成原理
数据终端(DTE)有分组型终端(PT)和非分组型终端(NPT)两大类。分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端(TeLetex)、用户分组装拆设备(PAD)、用户分组交换机、专用电话交换机(PABX)、可视图文接入设备(VAP)、局域网(LAN)等各种专用终端设备;非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终端设备(DCE)组成,如果传输信道为模拟信道,DCE通常就是调制解调器(MODEM),它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换;如果传输信道为数字信道,DCE的作用是实现信号码型与电平的转换,以及线路接续控制等。传输信道除有模拟和数字的区分外,还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接,通信结束后再拆除;专线连接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端设备输入的数据。
3数据通信的分类
3.1有线数据通信
数字数据网(DDN)。数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成。DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说DDN是把数据通信技术、数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。数字信道应包括用户到网络的连接线路,即用户环路的传输也应该是数字的,但实际上也有普通电缆和双绞线,但传输质量不如前。
分组交换网。分组交换网(PSPDN)是以CCITTX.25建议为基础的,所以又称为X.25网。它是采用存储——转发方式,将用户送来的报文分成具用一定长度的数据段,并在每个数据段上加上控制信息,构成一个带有地址的分组组合群体,在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通路,为多个用户同时使用,网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能,但网络性能较差。
帧中继网。帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3部分组成。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内,加上寻址和控制信息后在网上传输。
3.2无线数据通信
无线数据通信也称移动数据通信,它是在有线数据通信的基础上发展起来的。有线数据通信依赖于有线传输,因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的,因而有可能实现移动状态下的移动通信。狭义地说,移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与有线数据网互联,把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。4网络及其协议
4.1计算机网络
计算机网络(ComputerNetwork),就是通过光缆、双绞电话线或有、无线信道将两台以上计算机互联的集合。通过网络各用户可实现网络资源共享,如文档、程序、打印机和调制解调器等。计算机网络按地理位置划分,可分为网际网、广域网、城域网、和局域网四种。Internet是世界上最大的网际网;广域网一般指连接一个国家内各个地区的网络。广域网一般分布距离在100-1000公里之间;城域网又称为都市网,它的覆盖范围一般为一个城市,方圆不超过10-100公里;局域网的地理分布则相对较小,如一栋建筑物,或一个单位、一所学校,甚至一个大房间等。
局域网是目前使用最多的计算机网络,一个单位可使用多个局域网,如财务部门使用局域网来管理财务帐目,劳动人事部门使用局域网来管理人事档案、各种人才信息等等。
4.2网络协议
网络协议是两台计算机之间进行网络对话所使用的语言,网络协议很多,有面向字符的协议、面向比特的协议,还有面向字节计数的协议,但最常用的是TCP/IP协议。它适用于由许多LAN组成的大型网络和不需要路由选择的小型网络。TCP/IP协议的特点是具有开放体系结构,并且非常容易管理。
TCP/IP实际上是一种标准网络协议,是有关协议的集合,它包括传输控制协议(TransportControlProtocol)和因特网协议(InternetProtocol)。TCP协议用于在应用程序之间传送数据,IP协议用于在程序与主机之间传送数据。由于TCP/IP具有跨平台性,现已成为Internet的标准连接协议。网络协议分为如下四层:网络接口层:负责接收和发送物理帧;网络层:负责相邻节点之间的通信;传输层:负责起点到终端的通信;应用层:提供诸如文件传输、电子邮件等应用程序要把数据以TCP/IP协议方式从一台计算机传送到另一台计算机,数据需经过上述四层通信软件的处理才能在物理网络中传输。
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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。
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1.2 信噪比
在长距离通信系统中，光放大器在放大光信号的同时，会产生一定程度的自发辐射放大噪声，由于线路的长度较长，因此会产生较大的损耗，信号衰减十分严重，在经过放大器放大之后，这种放大噪声很可能与信号能量非常接近，导致接收端无法正常的分辨信号，影响系统的正常运行。针对这类问题，一般在前置放大器中加装滤波器，这样能够过滤掉信号光周边的部分噪声信号，从而提高信噪比。
1.3 功率
在超长距离通信系统中，光纤信号在传输时，由于光波与传播媒介之间的相互作用会导致光能发生一定程度的衰减，当能量衰减到一定程度之后，接收端无法从噪声中正确的辨识出光信号，限制正常的光通信。针对这些问题，一般通过功率补偿的方式来降低信号衰减所产生的损耗。目前在超长距离通信系统中采用的最主要手段是EDFA。EDFA分为功率放大器和前置放大器，其中功率放大器通常配置在传输系统的发射端后，以最大限度提升发射功率，前置放大器通常配置在接收端前，主要作用是提高接收灵敏度。当通信线路的长度达到一定距离后，仅仅采用功率放大器和前置放大器很难保证接收端正常的接收信号，此时需要在该方法的基础上对光源进行附加调制或采用外接调制器进行附加调相，从而增大入射光的谱宽。目前，该方法在国家电网以及南方电网的超高压输电公司中得到了较好的应用。
二、超长距离通信技术在电力系统中的应用方案
我国的超长距离通信从2007年开始试验，最初是由光迅科技与南方电网超高压输电公司进行合作所进行的长度为345km的2.5Gbit/s的超长距离无中继通信工程，该段线路中配置了FEC、EDFA、RFA及光栅型DCM，系统保持了3个月的试运行，其整个运行过程的测试结果均十分良好。南方电网在“十一五”黔电送粤施秉——贤令山500kV输电工程中，对上述技术进行了广泛的使用，在该输电工程中，采用超长距离通信技术的线路跨度长达318km。系统从2008年7月开始运行以来，一直保持十分稳定的工作状态，此系统也是我国到目前为止唯一没有设置中继站而传输距离超过300km的实际工程。根据设计中的预算，相对于实际已建成的系统而言，采用中继站将会增加约200万元的成本。由此也可以看出，通过超长距无中继通信技术在电力系统中的运用，能够使电力通信系统的经济性及运行可靠性大大提升，同时也使得通信系统的维护难度大幅度降低。此后，该技术在多项电力通信工程中得到广泛应用。
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1.2有线通讯弊端
滑触线碳刷滑动取电技术虽然已经非常成熟，但使用上存在先天不足，碳刷与滑线之间的可靠紧密接触依赖碳刷组件上的弹簧压紧机构来实现。碳刷弹簧机构的调整，不宜过松，更不宜过紧，很难达到一个理想的平衡状态，只能周而复始地定期检查、调整、更换碳刷和滑线。环形空中自行小车通过集电器上的碳刷在滑触线上采集/传输控制信号。自行小车抓取工件升降的过程中会产生抖动，碳刷随之也会发生抖动，造成信号丢失、通讯中断，使系统的可靠性降低。另外，自行小车在环行线轨道上左右摆动和上下晃动极易导致滑线与碳刷接触不良，经常造成总线通讯信号掉线，产生通讯中断、信号丢失、网络报警等故障，故障率一直很高。环线空中自行小车长期运行后，碳刷和滑触线磨损，导致碳刷破裂、接触不良，也会使控制信号丢失。此外，碳刷长期和滑触线摩擦，大量碳粉会滞留在滑触线分段处或滑触线上，造成信号的误传输，使系统的可靠性降低。另外，这种碳刷滑动通讯方式极易导致碳刷磨损、拉坏，需频繁更换大量碳刷和滑线，维修成本很高。
2无线通信方案设计
2.1无线解决方案的构想
自行小车线控制系统改造是在仍生产使用的老线原有基础上进行升级改造，改造难度大，而且改造时间很短，改造还受到原有老系统的限制，风险很大。我们的方案规划始终围绕着：确保可靠性，减少现场施工量，减少编程调试时间，并且实现全信息采集的出发点进行。我们的改造原则是：保持原控制系统硬件主体结构不变，在此基础上，在控制系统局部增加、配置新的模块和电路，从而实现无线通信功能，以较低成本投入，达到高的效益和产出，有利于维护系统的稳定、可靠和安全，最终达到改造的目的。我们选用最先进的无线网络通信技术,通过无线网络通信来解决滑触线数据通信受限非常适合，无线的优势特点也很好地满足了我们此次改造的需求。经过测试无线通信覆盖区域、信号强度、抗干扰、实时性及数据交换量对网络速度的影响等多方面性能指标，通过后，最终我们确定采用邦纳电气的ModbusRTU无线技术和产品。
2.2ModbusRTU无线技术特征
近年来，随着控制技术、计算机技术、通讯技术、网络技术的飞速发展，自动化控制领域开始出现了基于网络通讯的开放型无线通信控制技术，其特点是可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速度快、数据传输量大、维护成本低。无线控制技术打破了传统有线控制系统的结构形式，在适用范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力方面，较之现场总线控制系统和计算机控制系统都有明显的优势。无线通讯是未来自动化发展的趋势之一，应用越来越广泛。ModbusRTU是为PLC设计的一种通信协议，可以很方便地进行Modbus网络组态。DataRadio是美国邦纳公司最新开发出来的系列无线产品，是一种工作在2.4GHzISM频段的工业无线串口通讯设备，遵循ModbusRTU传输协议，用于工业无线局域网的通讯，用于扩展Modbus工业网络或串行通讯网络的通讯距离，具有安全、可靠、耐用、高速、高效的特点，可以替代有线和传统通讯中所使用的硬接线，实现可靠的通信连接。它采用ModbusRTU传送模式，可与Modbus串行网络实现无缝连接。
2.3新无线方案的总体构思
新无线方案中，可以完全取消2极信号滑线、2个主导轨放大器、6个小车放大器和24片小车信号碳刷，取而代之的是主站DataRadio无线模块和从站DataRadio无线模块。在主控系统DP主站一侧设置协议转换器，将DP主站发送给DP从站的通讯数据转换为Modbus协议，通过主站DataRadio，将数据发送给小车上的从站DataRadio，从站DataRadio接收到数据以后，通过从站上的协议转换器，将无线MODBUS协议的数据再转换为PROFIBUS总线数据，传送给小车ET200SDP从站。ET200S接收到此数据后就可进行处理和调用。
3无线通信系统的实现
3.1地面主控系统
地面主控系统以S7-300PLC为主控核心，以CPU315-2DP为profibus-DP总线网络的主站，处理所有地面与小车、小车与小车之间以及输送系统与工艺设备的数据交换及生产线的所有信息采集与监控。由于PROFIBUS总线协议无法实现无线传输，要实现无线通信，必须将PROFIBUS总线协议转换为ModbusRTU协议，而邦纳的DaTaRadio无线产品支持ModbusRTU无线协议。因此，我们在主控系统中，配置了一个NT50-DP-RS协议转换器和一个邦纳DataRadio无线收发器。NT50转换器用于将S7-300PLC一侧的Profibus总线协议转换为ModbusRTU协议，提供给无线收发器使用。主DataRadio无线收发器遵循ModbusRTU协议，以无线方式向三个小车上的从DataRadio发送和接受通信数据。
3.2车载控制系统
六台小车的车载控制系统以ET200SPLC为核心，以IM151-7CPU为Profibus-DP总线网络的从站，完成小车启动、停止、前进、后退，吊具的上升下降、夹紧松开及各工序工艺时间的控制，实现小车的智能化。我们在车载控制系统中，同样配置了一个NT50转换器和一个从DataRadio无线收发器。小车从DataRadio用于接收来自主DataRadio以ModbusRTU协议方式发送过来的无线通信数据，再将此无线数据以ModbusRTU协议有线方式传送给NT50转换器，NT50转换器对收到的数据进行处理转换，将ModbusRTU协议转换为Profibus-DP协议，再将数据以Profibus协议有线方式传递给小车的ET200SPLCDP从站进行处理，从而实现车载PLC与地面主控PLC的数据交换。
3.3无线通信网络架构的建立
我们根据两条环行线分布特性，首先分段布控，先建单网，再建双网，最后双网联控，建立“一控三双向同步收发”机制，开发出“自行小车—控三双向同步收发Modbus-RTU无线通讯双网络控制系统”。我们在总装环形线和底板环行线各自分布特点的基础上，建立两个各自独立的网络，分别控制总装环形线三台自行小车和底板环行线三台自行小车。这样，信号通信强度大大增强，信号的抗电磁干扰能力也大大提高，这种双网络无线架构大大提高了通信的稳定性和可靠性。两个网络在内部各自独立，单独控制，互不干扰，互无影响，但在外部都在S7-300PLC的统一控制之下，又是互相联系的，即单控又联控，各有职责分工，在主控PLC的统一控制和调度下协调、有序、顺畅地工作。总装无线网络和底板无线网络在结构上完全相同，只是网络参数和地址设定有所不同，下面以底板无线网络为例进行说明。
4通信程序的开发
我们在主控系统DP主站的CPU和小车DP从站的CPU中分别开发编制了通信控制程序，二者的通信程序基本相同，只是双方的输入地址区和输出地址区正好颠倒，主控系统的输入区连接自行小车的输出区，主控系统的输出区连接自行小车的输入区。我们首先将主控系统DP主站所有要发送给小车DP从站的数据打包，集中存储在CPU的DB12数据块中，再在程序中调用系统标准功能块SFC15数据写入程序，CPU在PLC主站的过程映像地址区分配输出地址W#16#34，即24字节输出映像区PQB52-PQB75。在SFC15写数据命令下，CPU将程序中DB12数据块中的数据先打包，再通过主站的PQB52-PQB75输出映像区集中发送出去。在小车PLC程序中，需要调用系统标准功能块SFC14数据读出程序，在小车PLC从站的过程映像地址区分配输入地址W#16#40，即24字节输入映像区PIB64-PIB87，用来接收主站发送过来的数据。在SFC14读数据命令下，CPU将输入地址区PIB64-PIB87接收到的打包数据再集中解包，存储到CPU程序中的DB27数据块中，可供主控系统PLC各程序调用。同理，自行小车将发送给主控系统的数据先集中打包到DB11数据块中，在小车CPU的SFC15写数据命令下，CPU为地址映像区分配输出地址W#16#D，即24字节输出映像区PQB13-PQB37，指定此接口用来发送数据。在主控系统一端，CPU在SFC14读数据命令下，为地址映像区分配24字节输入地址区PIB13-PIB37，指定该接口接收数据。输入地址区接收到来自小车的数据后，先解包再存储到DB13数据块中。
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无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术。通常用于无线网络的设备包括便携式计算机、台式计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话、笔式计算机和寻呼机。无线技术用于多种实际用途。例如，手机用户可以使用移动电话查看电子邮件。使用便携式计算机的旅客可以通过安装在机场、火车站和其他公共场所的基站连接到Internet。在家中，用户可以连接桌面设备来同步数据和发送文件。
二、无线网络的标准
为了解决各种无线网络设备互连的问题，美国电机电子工程师协会(IEEE)推出了IEEE802.11无线协议标注。目前802.11主要有802.11b、802.11a、802.11g三个标准。最开始推出的是802,11b，它的传输速度为lIMB／s，最大距离室外300米，室内约50米。因为它的连接速度比较低，随后推出了802.11a标准，它的连接速度可达54MB／s。但由于两者不互相兼容，致使一些早已购买802.11b标准的无线网络设备在新的802，11a网络中不能用，所以IEEE又正式推出了完全兼容802.11b标准且与802.11a速率上兼容的802.11g标准，这样通过802.11g，原有的802.11b和802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用。IEEE802.11g同802.11b一样，也工作在2.4GHz频段内，比现在通用的802.11b速度要快出5倍，并且与802，11完全兼容，在选购设备时建议弄清是否支持该协议标准。选择适合自己的，802.11g标准现在已经开始普及。
三、无线网络类型
(一)无线广域网(WWAN)。无限广域网技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线网络连接。通过使用由无线服务提供商负责维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市或者国家(地区)。目前的WWAN技术被称为第二代(2G)系统。2G系统主要包括移动通信全球系统(GSM)、蜂窝式数字分组数据(CDPD)和码分多址(CDMA)。现在正努力从2G网络向第三代(3G)技术过渡。一些2G网络限制了漫游功能并且相互不兼容；而第三代(3G)技术将执行全球标准，并提供全球漫游功能。ITU正积极促进3G全球标准的指定。
(二)无线局域网(WLAN)。无线局域网技术可以使用户在本地创建无线连接(例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场)。WLAN可用于临时办公室或其他无法大范围布线的场所，或者用于增强现有的LAN，使用户可以在不同时间、在办公楼的不同地方工作。WLAN以两种不同方式运行。在基础结构WLAN中，无线站(具有无线电网卡或外置调制解调器的设备)连接到无线接入点，后者在无线站与现有网络中枢之间起桥梁作用。在点对点(临时)WLAN中，有限区域(例如会议室)内的几个用户可以在不需要访问网络资源时建立临时网络，而无需使用接入点。
(三)无线个人网(WPAN)。无线个人网技术使用户能够为个人操作空间(POS)设备(如PDA、移动电话和笔记本电脑等)创建临时无线通讯。POS指的是以个人为中心，最大距离为10米的一个空间范围。目前，两个主要的胛AN技术是“Bluetooth”和红外线。“Bluetooth”是一种电缆替代技术，可以在30英尺以内使用无线电波传送数据。Bluetooth数据可以穿过墙壁、口袋和公文包进行传输。“Bluetooth专门利益组(SIG)”推动着“Bluetooth”技术的发展，于1999年了Bluetooth版本1.0规范。作为替代方案，要近距离(一米以内)连接设备，用户还可以创建红外链接。
为了规范无线个人网技术的发展，IEEE已为无线个人网成立了802.15工作组。该工作组正在发展基于Bluetooth版本1.0规范的WPAN标准。该标准草案的主要目标是低复杂性、低能耗、交互性强并且能与802.11网络共存。
无线个人网和无线局域网并不一样。无线个人网是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速度和低价格的电缆替代技术。但无线局域网却是同时为许多用户服务的无线网络，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。
最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是[EEE802.15.1[w-BLUE]。蓝牙的数据率为720kb／s，通信范围在10米左右。为了适应不同用户的需求，无线个人网还定义了另外两种低速WPAN和高速WPAN。
(四)无线城域网(WMAN)。无线城域网技术使用户可以在城区的多个场所之间创建无线连接(例如，在一个城市或大学校园的多个办公楼之间)，而不必花费高昂的费用铺设光缆、铜质电缆和租用线路。此外，当有线网络的主要租赁线路不能使用时，WWAN还可以作备用网络使用。WWAN使用无线电波或红外光波传送数据。为用户提供高速Internet接入的宽带无线接入网络的需求量正日益增长。尽管目前正在使用各种不同技术，例如多路多点分布服务(MMDS)和本地多点分布服务(LMDS)，但负责制定宽带无线访问标准的IEEE802.16工作组仍在开发规范以便实现这些技术的标准化。
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三取二安全计算机逻辑运算模块的运行周期为600ms，该模块按照周期进行数据接收、数据处理、数据输出。在第n个周期，MPU上的控制逻辑运算模块从双口RAM接收到数据后，放到逻辑接收缓冲区；从逻辑接收缓冲区取出n－1个周期的数据并进行逻辑处理；将n－2个周期的逻辑处理结果，从逻辑发送缓冲区中取出，放到双口RAM中。MPU上的控制逻辑运算模块对安全数据进行逻辑处理的时间不超过300ms，如果超过，就会影响MPU接收或者发送数据。同样，MPU上的控制逻辑运算模块接收、发送数据超过300ms，也会影响逻辑处理功能。在接收发送处理阶段，300ms中的280ms被分为20个发送接收子周期，每一个子周期的时间为14ms。在HCU中，也是按照同样的运行节拍从双口RAM中写入或读出数据。MPU与HCU之间交互的数据，按照预先定义的双口RAM交换数据帧进行。数据帧定义略———编者注。
1．2数据接收
HCU通过网络接口接收到数据后，对数据进行预处理，按照交换数据帧进行数据组包。根据当前周期号设置“cycle”，同时确定该数据包需要被放到D、E、F三个区块中写入区块角色标志“role”，将“flag”设置为1（即为输入），并交换数据帧的其他字段，按照源网络数据包中的信息进行设置。HCU根据当前周期号确定在接收环形缓冲区中的写入区块后，将组包之后的交换数据帧放到写入区块中。MPU根据当前周期号确定在接收环形缓冲区中的读出区块后，从读出区块中获取交换数据帧，然后对数据帧进行解包，并通过“cycle”、“role”、“flag”、“safety”、“crc”等信息来验证数据帧的唯一性和正确性，正常的数据帧被放到逻辑接收缓冲区，异常的数据帧被丢弃。同时MPU根据当前周期号，确定在接收环形缓冲区中的测试区块，利用内存检测算法对测试区块进行双口RAM内存区块检测。
1．3数据发送
在当前周期的600ms内，MPU进行逻辑运算处理在300ms内完成后，MPU从逻辑发送缓冲区中读取上个周期的逻辑处理结果数据，并对结果数据进行预处理，按照交换数据帧进行数据组包。根据当前周期号设置“cycle”，同时确定该数据包需要被放到A、B、C三个区块中写入区块角色标志“role”，将“flag”设置为1（即为输入），并交换数据帧的其他字段，按照源网络数据包中的信息进行设置。MPU根据当前周期号，确定在发送环形缓冲区中的写入区块后，将组包之后的交换数据帧放到写入区块中。HCU根据当前周期号，确定在接收环形缓冲区中的读出区块后，从读出区块中获取交换数据帧，然后对数据帧进行解包，并通过“cycle”、“role”、“flag”、“safety”、“crc”等信息来验证数据帧的唯一性和正确性，验证数据帧的正确性。异常的数据帧被丢弃，正常的数据帧按照网络数据帧进行组包，并通过网络发送给轨旁设备或者车载控制器。同时HCU根据当前周期号，确定在发送环形缓冲区中的测试区块，利用内存检测算法对测试区块进行双口RAM内存区块检测。
1．4区块角色轮换
双口RAM的发送与接收环形缓冲区的3个区块，在任意一个周期都只能处于读出、写入、测试3种中的某一种角色，而且这3个角色进行周期轮换，区块角色轮换表略———编者注。MPU与HCU通过双口RAM区块角色进行数据交互的步骤略———编者注。MPU与HCU通过相同的外部时钟中断来驱动数据处理软件模块的运行，MPU与HCU在对双口RAM进行访问时可以做到同步、流水线作业。在同一个处理周期内，发送环形缓冲区或者接收环形缓冲区中任何一个区块都有明确固定的角色，MPU板和HCU板不会同时访问操作相同区块，只有一个板卡对特定区块进行访问，从而解决了双口RAM的访问冲突问题，不需要另外采取硬件仲裁、软件仲裁或者信号量交互等手段。
1．5双口RAM检测
应用在三取二安全计算机中双口RAM可能存在一些功能性缺陷。无论门级电子元件的制造缺陷，还是板卡电路级的设计错误，都可能导致双口RAM的存储功能性故障，从而降低其功能完整性和可靠性。双口RAM存储单元具有多种类型的故障略———编者注。实际项目应用中，开发人员需要关注双口RAM存储功能的完整性和可靠性，可以通过存储器检测算法来对其进行检测和诊断，能够及时地发现和定位双口RAM的存储功能故障，并及时采取相应的措施，避免因双口RAM存储单元的数据错误导致的严重后果。本文采用硬件BIST架构（HBIST），在硬件电路中设计专门的硬件逻辑部件来对内存进行测试，其图形测试向量有专门的硬件电路模块生成，自动对内存的各种功能故障进行测试，硬件架构内建测试的内存故障测试覆盖率高，而且测试速度快，设计选取的图形测试向量主要用于覆盖高层次的内存故障，如NPSF、CF、DRF。HBIST利用March－TB内存测试算法对系统的内存进行测试，使用硬件HBIST电路来生成图形测试向量，并由硬件HBIST电路来进行测试，HBIST测试电路模型略———编者注。在硬件BIST处于非工作状态时，会拉低BIST的时钟信号，BIST电路进入休眠状态。当系统在夜间进入非繁忙状态，会产生BIST＿MODE信号，来激活BIST电路的BIST模式控制器，并拉高时钟信号，BIST模式控制器发出控制信号，会接管对整个RAM的访问控制，并对RAM开始进行测试。BIST模式控制器控制测试向量产生器、地址与数据生成逻辑工作，产生相应的测试向量对RAM进行测试。同时，并将测试结果在BIST结果比较器中进行比较，如果发现异常，退出BIST＿MODE模式，通知MPU测试异常，MPU产生相应的告警和错误处理。HBIST在进行内存检测时一共具有4种状态：idle、test、error、wait。idle表示处于等待测试数据进行测试的空闲状态；test表示获得测试向量对相应内存单元进行测试；error表示检测到内存单元出错；wait表示处于休眠状态，等待CPU模块激活HBIST。HBIST状态机的状态转移图略———编者注。HBIST状态机的VHDL程序略———编者注。在测试的过程中，通过植入内存故障，并用逻辑分析仪获取出错信号，硬件BIST模块检测内存出错图如图3所示。圆圈里面的测试结果与期望结果不一致，内存检测出错。
1．6数据交互软硬件设计
双口RAM是双端口SRAM芯片，本设计采用CY7C028V－15AXI，读写速度最高为15ns，数据容量为64K×16位。双口RAM连接HCU板的一端为MPC8247的LO－CALBUS总线，连接MPU板的一端为CPCI总线桥接芯片的LOCALBUS总线，HCU可以直接通过LOCALBUS总线访问双口RAM，而MPU板通过PCI总线访问，其中还有控制信号，如片选、读写、中断、BUSY信号等。双口RAM交互电路图略———编者注。在MPU和HCU中，通过设计的软件模块，来完成双口RAM的访问操作。双口RAM的MPU上软件交互关键代码略———编者注。
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1.2.1数据分割
协议从应用程序接口获取应用程序提供的数据并以流式数据写入发送方数据缓冲区；然后以事先设定的数据分割长度取数据，长度不足的部分则全部取出，取数据指针移动相应距离。
1.2.2报文组装
报文的组装过程如下：
（1）计算取出数据的长度，填入报文第1、2字节；
（2）报文第3~6字节全部置0；
（3）计算报文序号GH；
（4）计算校验和，从第1字节开始，每两个字节为一个单元进行分割，末尾不足两字节则在其后补0，再将这些单元进行二进制反码求和，结果存在检验和字段中第3、4字节；
（5）将取出的数据接在报文头部后面，将整个报文写入报文缓冲区。
1.2.3报文拆分
报文拆分的具体步骤如下：
（1）从报文缓冲区按报文长度获取报文数据；
（2）计算校验和，方法同报文组装里的计算方法：如果校验和不为0xFFFF，则传输过程中发生差错，丢弃此报文；如果校验和为0xFFFF，取出报文长度及报文序号，计算数据部长度，取出数据。
1.2.4数据拼接
将从报文取出的数据填入接收方数据缓冲区，写数据指针移动相应距离；接收完最后一个数据后，协议将数据缓冲区中的数据提供给上层应用程序，写数据指针恢复初始值。
1.3数据报传输过程
数据报传输情况分为考虑定时器超时和不考虑定时器超时两种，定时器超时处理应属于中断调用。
1.3.1传输过程数据报传输过程如下：
（1）在进行数据报传输前，发送方将数据分割并装进报文，ACK置为0x0000，计算报文序号，再将报文送入报文缓冲区。
（2）开始发送时，串口按已经设定的工作方式和波特率工作，从报文缓冲区获取报文数据并发送。
（3）发送方发送完毕一个数据报后，停止发送，启动定时器计时，准备接收响应。
（4）接收方串口接收数据并填入报文缓冲区。
（5）接收方从报文缓冲区获取报文数据，进行校验：
①若接收方校验结果为正确，则取出数据；若接收的ACK=0x0011并且收到的序号等于前面一个报文的序号，则将数据覆盖到前一块数据，否则将数据填入数据缓冲区；记录报文序号，发送数据部为空、ACK=0x1111的报文。
②若接收方校验结果为错误，则丢弃数据报，发送数据部为空、ACK=0x1110的报文，通知发送方重发。
（6）接收方每次处理完数据报均初始化并启动定时器计时，刚收到数据报时关闭定时器。
（7）发送方收到响应报文，校验通过则关闭定时器，获取ACK，若ACK=0x1111，则发送下一个数据报；若ACK=0x1110，则重发当前数据报（ACK置0x0011）。如果校验不通过就丢弃此数据报，仍保持定时器计时。
（8）双方重复以上步骤直到最后一个报文发送完毕。
（9）发送方发送最后一个报文完成后，发送数据部为空、ACK=0x0001的报文提示数据传输完毕，若此报文发送后收到重传响应，则重发此数据报（ACK仍置0x0001）。
1.3.2定时器超时处理
若发送方定时器达到发送方超时等待时间仍未收到响应报文，则重传当前数据报（ACK置0x0011），连续超时三次还没收到应答则停止发送数据报，清空报文缓冲区和数据缓冲区，并向应用程序返回通信失败。若接收方定时器达到接收方超时等待时间仍未收到报文，清空报文缓冲区和数据缓冲区，关闭定时器，并向上层应用程序返回通信失败。
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玩具书的形态不同于普通图画书，其造型奇特，可翻转掀拉，挖洞拼贴；有轮子可转动，按键可发声，触摸可发光；还可以加上声、光、电装置，能立体再现故事场景。因其能和儿童互动，充分满足儿童的好奇心理，探索精神，是最佳的智力开发玩具。
一、玩具书的发展历史
玩具书在国外曾被称为movablebooks、mechanicalbooks、pop-upbooks等，至今已有几百年的历史。没有人知道世界上第一个发明玩具书的人是谁，但据记载最早的是l3世纪的西班牙神秘主义学者和诗人RamonLlullofMajorca，他在书中使用了一个可以转动的圆形插图来说明他的理论。直到l8世纪，这种书中的特殊装置被用于儿童图书，逐渐发展成现在新奇古怪的pop-up。1810年，伦敦出版商S.&J.Fuller出版一种新颖的手工制作的玩具书“PaperDollBooks”(娃娃书)，此系列玩具书成为19世纪早期的典型作品，但其售价昂贵，只有贵族家的孩子才玩得起。
真正开始大批量生产玩具书的是Dean&Son公司，这是成立于伦敦的一家出版公司，他们在186O至1900年期间，出版了大量的movablebooks，并改革了玩具书的生产模式，成立了专门的纸工程部门，来设计制作书中的纸机械装置。他们还运用了新的技术，书中的多个人物可随着故事情节谐调一致的活动；书中的插图能呈现三维立体的效果；还有的书中有可以活动的百叶窗，可变换颜色和内容。
真正开始使用“POP-UP”(玩具书)一词的是1930年代美国的BLUERIBBON出版社，他们为迪斯尼的卡通角色们制作玩具书时，就用了“POP-UP”一词。此后，大部份英语系的儿童立体书，也都会冠上“POP-UP”来区别一般的儿童图画书。20世纪50年代末，捷克首都布拉格的Artia公司对玩具书进行了一系列引人注目的革新。他们的玩具书大量销往欧洲市场。20世纪60年代中期，GraphicsInternational公司的总裁，WaldoHunt，受到捷克人的启发，在美国的玩具书市场出版了许多图书。此后，玩具书市场又开始复兴起来，直到现在，全世界的玩具书市场一片繁荣，光英国每年就有二三百本玩具书出品。20世纪60年代以后，玩具书制作得越来越精美复杂。打开书本，就象打开了个立体舞台，机关惊奇巧妙，书中还加入音乐、灯光、香味、声音、玩偶等装置。
现阶段的玩具书己不同于上个世纪的立体书，翻翻书的样子，它已越来越向益智类玩具所靠拢，并且有的已形成一类单独的玩具品牌，如早教机，是一个翻开的书本形状的底盘，书的内页是可更换的卡片，触动卡片的相应部位，就能发出人声朗读的词语，儿歌，故事等。现在的玩具书在材质上更是推陈出新，如布制的小汽车造形的玩具书，内页可以翻阅。如运用了草，麻，动物皮毛等多种材质栩栩如生的再现可爱的小猫在篮中的形象。此外还有塑料制成的，不怕浸水，不怕撕、咬，在小孩洗澡时也可以玩的洗澡书。
二、儿童玩具书的设计方法
一个人的一生成长中，幼年的感性体验对其一生具有重要影响，由于玩具可促进儿童感觉器官发育、智力发展，寓教于乐，尤其是玩具书更受到家长和儿童的欢迎，它能提高儿童的认知理解能力、创造思维能力、想象能力及注意力等，同时能开扩视野，激发儿童的欢乐情绪，培养良好品德，更能在潜移默化中培养儿童的阅读兴趣，为良好学习习惯打下基础。
儿童玩具书的设计同样要考虑产品的品牌、造型、色彩、材料、包装等因素，更要考虑儿童玩具应具有的安全性、适龄性、启发性、娱乐性、生动性、激励性、艺术性等特点。同时，因为儿童玩具书还具备书籍的某些特征，设计时也要借鉴书籍装帧设计的某些方法，如文字编排、插图绘制、色彩搭配等。重要的是找到“玩具”与“书”的结合点，兼顾娱乐性与教育性。此外，儿童因年龄、性别、性格、环境、喜好的不同，设计应具有多样性和个性。
1.儿童的心理、生理特点是创新的基础
儿童各阶段的生理发育特点、心理发育状况是创新设计的基础。人机工程学是工业设计的重要课题，人性化设计更是玩具设计人员的必备素养。儿童的生理发育迅速，手的灵活程度，手、脑的协调程度，语言能力的发展、心理特点等，各年龄段差别很大。这就要求玩具书设计人员充分了解各年龄段儿童的需求，周密考虑，设计出有针对性的玩具书。
2.在我国的古老文化和民间艺术中寻找灵感
本民族的传统文化和艺术特色是玩具书设计的重要源泉。玩具书的形态具有很强的时代性，同时代的审美倾向和科技水平影响着玩具书的外部造型和内部装置，但是玩具书的内容却是文化的积淀，故事情节和插图设计都带有各民族的特色。因此，玩具书的设计具有强烈的个性特征。我国的上古神话、民间传说、成语故事资源丰富，更有享誉世界的花木兰、孙悟空等艺术形象，这些都为玩具书的内容和插图设计提供了丰富的材料。我国民间美术资源丰富，老少喜闻乐见的皮影戏、木偶戏，人物造型夸张、装饰性强，可为玩具书的造形设计提供有益借鉴。我国的年画艺术色彩饱和、装饰性强、视觉冲击力强，受到儿童的喜爱，也可以为玩具书的色彩设计提供借鉴。
3.天然材质更适宜儿童使用
天然材质的应用手法可为玩具书的材质创新提供借鉴。纸、竹、麻制品在我国的使用历史悠久，结绳、捆扎、烘烤、上漆等应用形式多样，《考工记》和《天工开物》中有大量记载，这些自然材料的使用已出现在儿童玩具书的设计中，它们正是适用于儿童的绿色环保材料。
参考文献:
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1.3移动天线射频移动天线射频技术中的设备根据俯仰角度不同，分为全向天线与定向天线两种类型。全向天线由于覆盖范围大，发射功率低，所以容易受到大气层中电磁波的干扰，使传输的数据信号失真，这种设备多用于油田空旷地区。定向天线覆盖范围小，传输距离远，但是发射的功率信号只能朝一个传播方向，如果在大型油田建筑群体设立单独的定向天线，发射的信号就会被障碍物吸收，因此每个建筑通常设立3个天线，每个定向天线覆盖的范围为120°，组成一个全向覆盖范围区域。每个定向天线的俯仰角度控制在15°范围内，定向发射的频率为8000Hz。在发射射频功率过程中，发挥主要功能的设备为耦合器，其结构组成为直流耦合端、输入端、隔离端及耦合输出端。
2TD—LTE技术的应用
2.1数据传输信道TD—LTE无线通信系统的传输信道分成等间隔的32个信道，其中上行信道16个，下行信道16个。上行信道负责数据的编码，下行信道负责数据的传输。上行信道具有数据信息编码和译码功能，可以在数据编码过程中添加冗余码和纠错码。在数据字符串间添加冗余码的过程中，上行信道会根据冗余码的排列顺序进行翻译，若对等的字符串没有得到有效的翻译，编码器便会重新接收冗余码，再一次进行翻译表达，直到油田数据终端设备接收到的数据信息与信源设备输出的信息一致，才会完成对数据信息的译码。
2.2油田数据传输系统无线局域网无线局域网的组建要根据不同的IP地址进行划分，以达到共享石油专网内的数据资源的目的。IP地址段分为4个区域段，A类IP地址段为0~127，B类IP地址段为128~191，C类IP地址段为192~223，D类IP地址段为224~239，每个区域段之间的主机设备都能够实现远端控制功能。
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数据通信技术融合了通信技术和计算机技术，是21世纪发展最快、影响最深远的技术。随着数据通信技术的应用深入到社会经济的各个领域，网络基础设施建设、管理和维护的人才需求也在不断增加。高职院校为国家培养基层技术人才，在数据通信网络领域变得更为紧迫，因而掌握数据通信的理论原理和实操技术对高职网络通信类专业的学生更为重要。
由于该课程是校企合作专业承上启下的专业支撑课程，其教学目标是在确定本门课程针对的岗位群之后，根据岗位群对学生专业技能和能力素质的需求，与企业专家共同讨论而制定的，并围绕企业实际的工作项目来设置教学内容，实现学习与实践的无缝衔接。课程使用中兴通讯NC教育系列教材《IP网络技术》，针对学生基础薄弱、喜欢动手实践的特点，校企合作配备了中兴公司开发的ZXR10交换机、路由器实训设备以及Cisco仿真软件，解决了以往教学过程中，缺乏有效的信息化手段，仅通过知识内容讲解，学生无法掌握交换机、路由器的内部结构和开通交换设备的问题。根据实际工作项目的复杂程度，笔者设计出局域网搭建、网络间互连、网络扩展技术及应用、交换技术典型案例分析等典型项目，每个项目包含了一系列循序渐进的小任务，配合中兴ZXR10系列交换机、路由器及Cisco仿真软件等实训设备进行理实一体化教学。学生通过对数据通信课程的学习，能够掌握数据通信技术的基本构架、原理及组网方式，掌握数据配置和业务调试、设备故障排查、故障处理及设备维护的基本技能，具备IP网络分析和IP网络优化与维护的基本技能。经过2年多的项目化教学实践，不但强化了学生在团队沟通协调能力、方案设计技能，同时还提升了学生职业素养，取得了良好的教学效果。但由于本门课程理论性强，知识点枯燥，重点难点多，笔者也发现学生在课堂上虽然动手实践能力得到充分发挥，但学习主动性和创新思维能力还有待进一步增强。
二、信息化教学资源在数据通信课程中的运用
近年来，在信息技术推动职业教育改革创新的大背景下，国内多所高职院校（包括深圳职业技术学院、北京工业职业技术学院等）校企合作专业都相继开展了信息化教学研究及实践，取得明显效果。为提高课程教学水平，强化教学效果，笔者以现代教学理念为指导，以信息技术为支撑，应用现代教学方法，将信息技术、数字资源进行有效融合，充分运用到教学中去，突出教学重点，解决教学难点，系统优化教学过程，最大限度地激发学生的学习主动性。
在教学过程中，笔者借助信息技术将课程教学与实践教学进行有机融合设计，创造逼真的职场环境和氛围，基于学生的学习能力、习惯、基础、层次等特征，以信息技术为支持，充分应用中兴ZXR10系列交换机、路由器实训设备，综合运用多媒体课件、个人电脑、在线视频会议系统、中兴数据通信助理工程师认证题库、Cisco仿真教学软件、“快乐Study11”微信公众号平台等信息化资源，将课前预习、课堂学习、课后复习三大过程有序结合，营造出真实的信息化环境，搭建师生、生生高度互动的信息化教学平台，突出课程教学重点，解决教学难点，系统优化教学过程，最大限度地激发学生的学习兴趣，提高学习主动性。
课前，笔者通过公众微信号推送电子教学任务书，提出了教学目标、教学内容以及本节知识重难点供学生预习，激发学习兴趣。课上，在理实一体化教学法的基础上，综合运用1+N、团队合作、角色扮演、竞赛角逐等教学方法（如图1），利用多媒体课件讲解分析理论知识，并借助中兴ZXR10系列交换机、路由器进行实操演练，Cisco仿真软件辅助练习。课堂上，笔者作为主讲教师负责课程的讲授，引导学生去思考，提出项目设计目标，引导学生思考并设计方案。学生运用网络、实操设备、仿真软件等信息化手段，根据项目要求，进行个人项目方案设计，小组项目方案设计环节，锻炼学生分析、解决问题的能力，强化沟通能力。助理教师则辅助学生完成项目设计方案，帮助同学解答疑难问题。当同学设计完成以后，通过在线视频会议系统，将设计方案上传给企业老师，通过与实践经验丰富的企业教师进行互动，学生的学习兴趣明显提升，企业教师也给予学生更为专业的指导，形成1+N的教学模式。通过项目分组实战竞赛，充分锻炼学生的团队合作能力，沟通交流能力，以及未来工作中的可持续发展能力，强化学习效果。
课后，学生可通过公众号巩固知识点，查看课后小结，完成章节练习，了解行业资讯，反馈留言，预习新课等，充分利用碎片化时间，随时随地进行学习。此外，学生还可免费使用Cisco仿真软件进行课后拓展提高，复习实操配置任务，巩固实操技能。在同学们课后提出疑难问题时，教师还可通过QQ群为同学解答，或通过网络在线直播平台为有定期开设在线直播课程，学生可通过直播平台实时提问，教师及时解答。
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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
[1]蒋俊峰.基于单片机的红外通讯设计[J].电子设计应用,2003,11.
[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.
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数据通信技术是近年来通信技术发展最快的的一个分支。一般地说，只要是以编码的方式表示信息，用某种信号形式在信道上传送这些编码的通信都叫做数据通信。数据通信所传送的信息可以是数据、文字、图象、声音等各种内容，可以通过电话网、分组交换网、专用数据网等各种通信信道进行通信。
计算机通信主要指计算机之间和计算机与终端之间的数据通信。广义而言，数据通信也就是计算机通信，为通信而构成的网络也就是计算机网络，只是计算机网络侧重于解决计算机资源的共享和负荷的分担，而数据通信网则侧重于传输和交换。
1.2 电力数据网
随着各级电网调度自动化系统的建立和运行，各级系统之间信息交互的需求已经越来越迫切。传统的解决方法是用所谓“转发”方式，即采用与RTU 通信相似的规约，通过点到点信道在两个主站系统之间传递信息。这种方法不够灵活，更不便于多个主站之间相互共享信息。因此，建立电力数据网，通过计算机网络在各级调度中心的主站系统之间共享信息，是必然的趋势。
1996年，原国家电力部已经在国家电力调度中心和全国各大网调和独立省调之间建立了电力数据一级网。96年以后，各大网调到省调之间的电力数据二级网也基本建立起来。目前，各省到地区/市之间的三级网也正在建设中。
电力数据网可以支持实时和非实时的各种网络应用。为了在各级电网调度自动化系统之间共享实时信息，原国家能源部于1992年了“电力系统实时数据通信应用层协议”，作为国家电力行业标准，即DL 476-92。遵照这个标准，国家电力调度中心和各大网调/独立省调已经实现了调度自动化系统之间的实时数据通信。
截止到1997年，IEC TC57委员会已经制定了有关标准，即远动应用服务元素（TASE.2）协议，也称控制中心间通信协议ICCP，可使电网控制中心与其它电网控制中心、区域控制中心、独立发电厂等通过广域网（WAN）进行数据交换。今后电力数据网上的实时信息交换将逐步向这些国际标准过渡。
1.3 分站的各种通信方式
目前，电力数据网络分站和主站之间的通信方式主要有两种：一种是循环式，适用于点对点的远动通道结构，其主要特点是以厂站端为主动方，循环不断地向调度端发送遥测、遥信等数据。另一种是问答式，它的主要特点是主站掌握通信的主动权，主站可以按需要指定分站传送某一个或某种类型的远动数据，传送中有差错时主站可要求重传。问答式远动的分站为了准备遥测、遥信等数据，和循环式一样需要相应的硬件和软件，以一定的扫描速度来采集遥信和遥测等数据，并判别是否有遥信变位，遥测越阈值等情况发生。和循环式不同的是这些数据采集之后并不立即发送，而是先行存储，等主站需要时才将它们按规定的格式组装发送。可见问答式远动中分站的工作，对遥信、遥测而言可分为两步，一是数据准备，以一定的扫描频率采集实时数据，适当处理后存储待用，二是按主站的要求组装发送。问答式远动主站的工作主要是轮流询问各个分站，并接收分站送来的信息加工处理。和循环式相比主要是增加了主动轮询各分站的任务。至于遥控、遥调，在循环式中主动权也在主站，因此问答式和循环式没有什么差别。
当用计算机通信技术实现远动功能时，分站和主站的硬件部分，无论是按循环式或按问答式工作，都必须提供数据采集、处理、存储、发送、接收以及输出执行等的物质条件，因而硬件部分对于循环式或问答式并没有实质性的差别。问答式和循环式的主要差别在于软件，即在于主站和分站之间的对话方式。
厂站端远动装置遥测、遥信部分的主要功能是组织好遥测、遥信等远动信息发往调度端。远动数据的传送应按约定的格式进行，收发两端应事先对传送速率、同步方式、数据结构等相互约定，共同遵守。这些约定称为通信规约。发送端按通信规约的规定及时组织好要发送的远动字，然后按字节逐一递交给串行通信接口，再经调制器发往信道。调度端经解调器解调按规定格式逐一接收。
1.3.1 电力数据网循环式远动通信
循环传送方式的帧结构和字结构
循环式远动系统中，厂站端按约定的规则循环不断地向调度端发送远动数据。基本的帧格式见下图，每帧由若干远动字组成，以同步字SYN开头。一帧结束后再按规约规定传送下一帧，如此不断循环。以微机构成的远动装置通常以8位的字节作为基本单位，例如一个远动字占用6个字节，共48位，同步字可采用三组EB90H，也是48位。
上图循环式远动的帧结构
远动字基本结构见下图，其中第1个字节为地址字，用以识别各个远动字。地址字也称点号或功能码。最后一个字节为校验码，用作抗干扰保护。中间的4个字节为远动数据。如为遥测远动字则可传送2个遥测量，每个遥测量占2个字节共16位，其中12位为遥测量的数值，另4位用作标志位，表明遥测量的数值是否有效等。如为遥信远动字，则可传送2组遥信数据，每组2个字节16位，总共4个字节32位，可以传送32个开关量的状态。
8 8 8 8 8 8
上图循环式远动的字结构
1.3.2 电力数据网问答式远动通信
目前问答式远动装置的分站端大多采用模块式结构，一般按功能划分，以模块为单位。遥测量、遥信量等分别存放在指定的模块中。每个模块都有自己的地址。一个模块包含若干个字，例如8个字，每个字有16位，需要访问有关数据时可直接指定模块地址、字地址。传送的报文以8位字节为单位，附加起始位和停止位，但不带奇偶校验位。其报文格式、各种信息类型以及主站与分站之间的应答过程，此处就不再加以详述。
1.3.3 远动中的一般帧格式
远动中的信息，不论循环式或问答式，通常都以帧为单位进行传输。为了保证可靠、快速和高效率地传送信息，对于远动中帧格式的安排，一般要考虑如下一些基本问题。
（1）明确区分一帧的首尾，例如设置帧分界符，帧开始标志、帧长信息。帧的结束标志等。
（2）标明源站或目的站的地址。
（3）明确各种命令／响应帧的功用，规定相应的功能代码。
（4）采用抗干扰保护，确定发生差错后的重发以及防止帧丢失或重复的措施。
（5）保证用户数据的透明性，对用户数据应不加限制。
（6）根据接收站的缓冲器容量，为避免接收的数据过量而造成溢出，设置数据流控制。
（7）规定信息的数据格式。
（8）减少无效信息，提高传输效率。
各个远动设备的制造厂，对于上列问题的技术观点不尽相同，因而所采取的措施亦各有差异。需要传送的用户数据有各种具体情况，长短不一。帧的长度可按实际情况而定的，称为可变帧长。某些帧的长度可事先确定不再改变的，称为固定帧长。一般的帧结构格式如下图所示，图中帧分界符F表明一帧的开始；帧长字段L表明本帧的长度；控制字段C表明本帧信息的特征；地址字段A表明源站或目的站的地址；信息字段I安排用户信息；帧校验码字段FCC按抗干扰要求可以配置不同的校验码。
上图一般帧结构格式
上图中的这些字段并非每一帧都必须备齐，对于固定帧长的帧就毋需帧长字段。有的响应帧，如肯定确认和否定确认帧，有时会没有信息字段和校验码字段。
参考文献
[1]阳宪惠.工业数据通信与控制网络.清华大学出版社,2003,(6).
[2]刘斌.电力线通信技术与实践.机械工业出版社,2011,(6).
篇13
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<10m，典型技术有高速UWB、WirelessUSB;低速短距离无线通信的最低数据速率<1Mbit/s，通信距离<100m，典型技术有蓝牙、紫蜂和低速UWB。
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(FrequencyHopping)和时分多址(TimeDivisionMulti-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。
