高速数据通信技术论文

高速数据通信技术论文（精选12篇）

高速数据通信技术论文 第1篇

1 数据通信加固的概念

数据加固的概念主要是来源于抗辐照系统的加固设计, 与系统加固的目标一致, 主要目的是为了提高数据信息系统的可靠性。但是相对于系统加固而言, 通信加固的概念相对比较简单。对于无线应用, 一般是采用信道编码的方式有效地降低接受误码率;在进行有线传输时, 需要大力改善信道上对信号质量产生影响的因素, 从而有效地提高通信系统接受信号噪比, 利用恰当的差错控制方式提高接受信息的可信度。在一般情况下, 通信信道比较稳定。现阶段, 高效的数据通信基本都是采用信道编码调制技术, 从而达到自同步传输的目的。这种方式有助于提高数据传输速率以及传输数据的可靠性, 但是可能产生一些错误的编码。对于一些比较复杂的差错控制方法来说, 比如RS、Turbo以及Viterbi等算法, 虽然能够纠正错误, 但是其编码的电路比较复杂、编码率相对比较低, 并且延误时间, 因此, 无法进行广泛地推广, 尤其是对于一些实时性要求比较高、接口电路比较简单并且速率冗余量较小的高速数据通信而言, 其缺点更加的明显。

2 高速数据通信与系统加固技术的发展现状

2.1 高速数据通信的发展现状

基于TTL或者是CMOS电平的并行总线技术, 由于接口比较简单, 并且容易实现, 因此, 在早期的电路设计中应用非常广泛。随着数字技术的不断发展, 现代化的处理机设计的难度在逐渐增加, 所以促使并行总线的技术更加笨重。这主要体现在以下几个方面: (1) 并行总线需要严格按位为每个信号提供更多的链路, 从而占据大量的PCB布线空间; (2) 总线采用的信号形式严重阻碍了其速率的提高; (3) 由于总线之间的串扰以及外部干扰对传输质量产生了严重的影响, 极大地限制了其实际的应用速率以及传输距离; (4) 由于各个链路之间的达到时间不一致, 容易导致出错。

并行总线无法充分地满足高速系统中有关数据的传输速率以及功能的具体要求, 导致串行总线逐渐在取代并行总线。串行总线主要是通过串化的方式, 将高低层次不同的数据串行在一条数据链路上进行发送, 这种做法大大地降低了系统互联的难度和复杂性, 有效地提高了数据传输的质量。在早期, 串行技术对干扰信息的质量具有直接的影响, 并且数据传输同步的质量直接决定着数据能否在接收端可靠恢复, 同时, 由于电平转换以及信号较弱等影响因素, 导致数据的传输速率以及传输距离限定在一定的范围内。从出现低电压差分信号 (LVDS) 之后, 逐渐打破了数据传输的瓶颈, 给高速数据通信的发展带来了新的契机。在20世纪90年代, 美国一家半导体公司提出了LDVS, 这是一种高速的串行信号形式, 主要是以3.5m A的恒流模式发送信号。这种形式明显具有传输速率高、功耗低、传输距离远、容易匹配以及抗干扰能力强等优势, 因此, 许多厂商积极引进LVDS, 导致LVDS的应用范围在不断地扩大。目前, 大部分的高速数据通信方案, 一般都是采用LVDS技术的串行总线技术。

2.2 系统加固技术的研究现状

系统加固技术主要是指通过增加冗余设计或者是改进电子元器件, 尤其是一些集成电路的材质以及结构等, 从而有效地增加通信系统的抗干扰能力以及抗核子辐照的能力, 进而极大地提高其运行的稳定性, 延长了机械设备的寿命。辐照是造成航天器电子设备出现故障的一个重要原因。辐照的来源主要有核爆炸以及各种宇宙射线等。在1975年, 美国的通讯卫星的数字电路中的JK触发器由于受到重核粒子的影响而出现误翻转的情况, 这是第一次明确记录单粒子翻转的现象。随着集成技术的不断发展和进步, 数字集成电路更加容易受到辐照因素的影响。根据有关的数据资料显示:大约有40%以上的故障主要是来源于太空辐照。因此, 需要加强对抗辐照技术的研究, 从而有效地提高航天电器设备的使用寿命。

目前, 对抗辐照加固技术的研究主要分为模型仿真以及试验验证两个方面。进行辐射仿真研究, 是通过计算以及分析的方式探索辐照对电子设备的影响, 这种技术涉及到空间的原始辐射模型以及应用分析两个方面的内容。国际上研究辐照技术的机构主要是美国的国家实验室、美国的喷气推进实验室、意大利的国家核物理研究院以及波音公司辐射效应实验室等机构。我国虽然很早就对抗辐照技术进行多方面的研究, 但是由于受到各种条件的限制, 目前对辐照的损伤机理和模型以及抗辐照的措施研究得较多, 而具体的模拟实验研究则相对较少。

3 系统加固技术研究

3.1 差错控制

差错控制是星载系统常用的一种容错技术。由于前向的纠错技术的星载容错系统在一定程度上可以有效地提高通信系统的抗辐照能力。在星载系统设计中, 在使用SRAM工艺的FPGA时, 需要利用片内RAM以及片外SRAM资源对数据进行缓冲和存储。为了减少RAM资源受到单粒子效应的影响, 可以充分地利用错误检测与纠正电路, 有效地降低单粒子效应引发的通信系统故障率。在进行检错和纠错时, 所遵循的基本思想是在通信数据写入时, 严格按照数据生成一定的校检验码, 与其对应的数据保存在一起;在读出时, 主要是使用校验证码对数据进行判断。如果不存在错误或者是错误可恢复, 则能够将数据正确地输出, 完成回写之后, 可以有效地覆盖原来的通信数据;如果错误不能恢复, 则会产生错误报告, 并且及时通知相关的控制器进行异常处理。这些操作都是硬件自动完成的, 明显具有实时性和自动性的显著特征, 能够有效地提高通信系统的可靠性。

3.2 冗余设计

冗余设计的基本思路是增加备份的功能模块, 在必要时需要替换受损模块, 从而有效地降低通信系统的故障率。冗余设计的方法多种多样, 比较常见的冗余设计包括硬件冗余、时间冗余、信息冗余以及软件冗余等, 应用最广泛的冗余设计是硬件三模冗余容错技术。

3.3 动态重构

动态重构主要是指通信系统在运行时, 对于其中一些需要修改的部分逻辑单元重新配置, 但是需要在不影响其它单元正常工作的前提下, 这种方式也称为运行时重构。通过动态重构, 可以有效地修复单粒子效应造成的通信系统故障。下面主要详细地介绍几种系统构建加固技术: (1) 模块化动态重构技术。模块化主要是严格按照逻辑功能将电路范围几个独立的子模块, 一般主要分为固定模块和课重构模块两种类型, 通过总线宏将子模块连接起来, 利用通信系统模块的调度算法的控制, 对重构模块进行重新配置, 从而有效地解决恢复单粒子效应依法的模块故障。 (2) 重构技术。重构技术主要是通过HDL语言编制的RTL代码, 通过EDA通信工具综合和布局布线, 产生相应的FPGA配置的二进制流文件。基于差异的动态构建属于一种基于比较的设计方法。这种设计方法是将受损的FPGA逻辑与正常的通信逻辑进行比较, 找出其中的差异, 紧接着进行局部重建。现阶段, FPGA开发工具的功能比较强, 可以将任何的动态构建文件转化成图形化的FPGA内部资源, 这种方式支持用户直接访问或者是修改这些资源, 甚至可以直接进行SLICE配置的内部连线。

3.4 ASIC设计

利用ASIC技术能够有效地解决星载设备中存在的诸多问题, 并且可以将ASIC技术替代以往通用的可编制的门阵列FPGA技术, 这种技术能够缩小通信系统的体积、减少质量、降低功耗并且能够有效地提供通信系统的可靠性。在进行ASIC设计时, 需要根据实际的通信系统的操作需求来确定集成规模, 主要是采用专门的材质以及加固技术, 大大地提高通信系统的抗干扰能力和可靠性, 从而真正地解决芯片对辐照的敏感性。同时, ASIC技术也具有较大的风险, 并且耗资比较大、开发周期相对较长等, 如果流片完成之后, 就不能随意进行更改, 因此, 这种技术具有较差的灵活性。ASIC技术一般具有门阵列以及标准单元两种基本结构。门阵列的基本元件是或门, 或门主要包括一些相同的较少数量的未连接的晶体管。实际上, 门阵列中的晶体管开始都是没有连接的形式, 怎样连接主要是由用户决定的。门阵列具有周转期非常快的优势, 但是在进行一些复杂的运算处理时则不方便。在一般情况下, 每个标准单元基本都包括了生产以及连接晶体管的布线层, 它无法像门阵列一样可以共用, 并且每个用户的设计风格都是不一样的, 有的可能需要进行重新设计。如果制造商的设计中包含一些比较复杂的单元, 设计者则需要作出相应的修改, 可以根据具体的规则进行修改, 比如, 硬件乘法器以及通用的微处理器核等。

4 结语

随着科学技术的快速发展, 对高速数据通信与系统加固技术提出了更高的要求。由于数据处理任务量的加大以及高实时性的要求, 促使通信系统的发展规模在不断地扩大, 系统的结构变得更加地复杂, 设计难度也在逐渐提高。因此, 需要加强高速数据通信与系统加固技术的研究。

参考文献

[1]武荣伟, 代海亮.DSP+FPGA折反射全景视频处理系统中双核高速数据通信[J].信号与信息处理, 2013, 11 (22) :109-110

[2]张传胜, 杨波, 周永彬.基于ADSP-BF533并行外围接口的高速数据通信[J].计算机测量与控制, 2013, 11 (33) :111-112

高速数据通信技术论文 第2篇

关键词：ISP(在系统可编程);VHDL;高速采集;ispLSI2032

随着深亚微米及纳米半导体制造技术的进步，可编程逻辑器件在电路设计中的应用已十分广泛。ISP(在系统可编程)器件是先进的可编程器件，(本网网收集整理)它的优点是不需要编程器即可直接对安装在用户目标板上的ISP器件进行编程，而且编程、调试都很方便。当产品升级换代时,只要通过软件对ISP器件重新编程即可,便可使其具有新的逻辑功能,而不需要增加硬件投入。

高速数据通信技术论文 第3篇

机载镭射技术能够在近22英里距离行进间传输数据。最近美国空军通过了几项测试，使用镭射技术传输视频和音频。优势明显：速度十分快、抗干扰能力强并能准确对空中目标或地面进行传输。

激光光学传输数据技术常受到气流或温度条件影响。美国空军使用了自适式光学系统，很好地解决了这些问题。

值得注意的是，这套传输系统还可进行信息加密。敏感数据激光束被转换为光子的特殊数据包，普通通讯人员无法拦截和改变数据传输。

这一技术最终会被用于无人机上。无人机具有的相当多优势，能把数据传输的效率和安全性大幅度提高。

内嵌式雷达头盔帮助士兵进行360度防范

人们常说士兵的脑袋就是最好的武器，美国军队计划让士兵们的脑袋发挥更大的作用。在头盔中嵌入雷达，能够将现代战场上最古老的防护装备瞬间变为高效战术工具。

内嵌式雷达头盔项目的目标是提供接近360度范围的移动目标雷达感应指示器(MTI)，使用低电力并能扫描25米范围内的移动威胁。该头盔被纳为作战头盔。重量低于2.5磅，只比原磅数增加了不到1磅重量。

当然，雷达扫描系统必须在低放射程度工作，为的是保障士兵的健康不受影响。如果每一小队士兵都穿戴内嵌式雷达头盔，而且每名士兵的搜索范围都要达到25米，在这类情形下如何区分同类信号互不干扰，成为技术工程师面临的严峻挑战。

这项头盔计划的投资回报是相当丰厚的。雷达能穿越任何不透明物质进行扫描，比如烟雾和尘埃，能够帮助队伍在夜间或是视线受限的区域仍按照战略实施打击。有了雷达装置，地面部队能在树丛和墙体中行动自如。

高速数据通信与系统加固技术分析 第4篇

一、高速数据通信技术的发展现状

在以前的电路设计中比较常用的是并行总线技术, 它是以TTL或CMOS电平为基础的, 它的接口比较简单, 易于实现。但是随着设计处理机的复杂度的加大和数字技术的飞速发展, 并行总线技术也就显得不灵活, 串行总线正在取而代之。串行总线是在发送数据时, 运用串化的方法将数据按照高低位次串在一条数据链上进行发送, 这样做就使系统互联的复杂度得到了简化, 使数据传输的质量得到了很大程度的提高。但是之前的串行技术还是会受到干扰, 直到出现了低电压差分信号 (LVDS) , 使数据传输的速度有了新的突破, 为高速数据通信的发展提供了新的途径。

二、系统加固技术的研究现状

系统加固是通过加入设计或者是改变元件, 使系统抵抗核子辐照或者宇宙辐照的功能得到加强, 使设备在运行时的稳定性增强并且提高设备的使用寿命的一种技术。

导致航天电子设备出现故障的一个重要的原因就是辐照, 它是由于各种宇宙的射线和核爆炸造成的。到目前为止, 抗辐照加固技术的研究主要有两个方面:运用模型仿真和实际的实验验证。我国虽然很早之前就对抗辐照加固技术进行了研究, 但是由于条件不允许, 对辐照的伤害原理和模型方面以及抗辐照的方法方面研究的较多, 而实际的实验进行的很少。

三、数据通信加固的研究

抗辐照系统加固的设计催生了数据通信加固的出现, 数据通信加固与系统加固的目的是一样的, 都是使系统的稳定性增强, 但是与系统加固相比, 通信的加固要简单一些, 在无线的应用方面主要是运用信道编码使接受的误码率降低, 在有线的运用方面是在传输中, 改善信道的质量, 使信号的传输质量提高。到目前为止, 大多数的高速数据通信实现同步传输的方式都是运用信道编码调制技术, 这样虽然可以使传输的速率和稳定性得到很大程度的提高, 但是会使误码衍生。

四、辐照和数据通信对系统稳定性的影响

4.1辐照对系统稳定性的影响

太阳辐射是空间辐射的主要因素, 是由于太阳的活动造成的, 它可以引起电子元件的损伤或者误翻转;银河宇宙射线也会对设备的电子元件造成损伤或者误翻转;捕获带是由地磁场和星际磁场的相互作用造成的, 它在太阳缓变型时是很稳定的, 但是当太阳发生爆发型活动时, 捕获带内的粒子会激增并且爆发, 使近地面的卫星发生故障。

4.2数据通信对系统稳定性的影响

在系统的设计中大量数据和运算, 需要更高的要求, 数据通信也变得越来越重要, 甚至影响到系统设计的成败。在分步处理的系统中, 传输数据的质量会影响到下一步的工作, 从而影响系统的效果, 使系统的稳定性受到影响。串行总线使并行总线的缺陷得到了改善, 提高了数据的传输速度和质量, 提升了传输的距离。因此数据通信对系统稳定性的影响成了关键的因素。

五、研究的发展空间

现阶段由于技术条件的限制, 我国对于高速数据通信与系统的加固技术的研究大多数只是内容方面的研究、分析和设计, 而对于实践经历方面的研究很少, 因此在以后的研究中, 研究者们应该加强实践方面的研究。

六、总结

数字信息的处理和航天技术的发展, 使系统设计面临着更大的挑战, 更高质量、更高速度、更远距离的信息传输是现代数据通信的要求, 而系统的稳定性也受到了很大的关注, 提高系统加固技术也是一项非常重要的技术, 对我国的航空航天事业等信息事业的发展有着很大的影响。

摘要：随着信息化时代的到来, 数字技术也在不断的发展, 运用的范围也日益广泛, 而且我国正在发展一些高端技术事业, 比如载人航天事业、卫星通讯事业等。这使我国的数据通信技术面临着新的机遇和挑战。本文分析了我国高速数据通信的发展现状和系统加固技术的研究现状, 并对数据通信和系统地加固技术进行了研究。并对其发展空间进行了展望。

关键词：高速数据通信,系统加固技术,分析,研究

参考文献

[1]冯彦君, 华更新, 刘淑芬.航天电子抗辐射研究综述[J].宇航学报, 2010, (18) :97-98

[2]韩建伟, 张振龙等.单粒子锁定极端敏感器件的试验及对我国航天安全的警示[J].航天器环境工程, 2011, (3) :57-58

高速数据通信技术论文 第5篇

摘要：深入研究高速数字电路设计中的信号完整性问题;分析电路中破坏信号完整性的原因;结合一个实际的DSP数据采集系统、阐述实现信号完整性的具体方案。

关键词：信号完整性 ADSP21161 数据采集 噪声控制

引言

当前，日渐精细的半导体工艺使得晶体管尺寸越来越小，因而器件的信号跳变也就越来越快，高速数字系统的快斜率瞬变和极高的工作频率，以及很大的电路密集度，导致高速数字电路系统设计领域的信号完整性问题以及电磁兼容性问题日趋严重。破坏了信号完整性将直接导致信号失真、定时错误，以及产生不正确数据、地址和控制信号，从而千万系统误工作甚至导致系统崩溃。因此，信号完整性问题已经越来越引起高速数字电路设计人员的关注。

1 信号完整性问题产生的机理

信号完整性的问题主要包括传输线效应，如反射、时延、振铃、信号的过程与下冲以及信号之间的串扰等，涉及传输线上的信号质量及信号定时的准确性。

良好的信号质量是确保稳定时序的关键。由于反射和串扰造成的信号质量问题都很可能带来时序的偏移和紊乱。例如，串扰会影响信号的传播延迟，导致在时钟的上升沿或下降沿处采不到准确的逻辑;反射会造成数据信号在逻辑门限附近波动，从而影响信号上升沿或下降沿变化;时钟走线的干扰会造成一定的时钟偏移。

(本网网收集整理)

信号完整性分析与设计是最重要的高速PCB板级和系统级分析与设计手段，在硬件电路设计中扮演着越来越重要的作用。一个数字系统能否正确工作，其关键在于信号定时是否准确。信号定时和信号在传输线上的传输延迟与信号波形的损坏程度密切相关。信号传输延迟和波形破损的原因复杂多样，但主要是以下三种原因破坏了信号的完整性。

①电源、地址噪声。它主要是源自于电源路径以及IC封装所造成的分布电感的存在。当系统的速度愈快，同时转换逻辑状态的I/O引脚个数愈多时，会产生较大的瞬态电流，导致电源线上和地线睥电压波动和变化，这就是平进所说的接地反弹。接地反弹是数字系统的几个主要噪声来源之一。接地反弹的噪声常见的现象是，会造成系统的逻辑运作产生误动作，尤其近年来日益风行的3.3V逻辑家族。

②串扰。信号在沿着传输线传输时，是以电磁波的形式传输的。电磁波包含时变的电场和磁场。因为电磁场的能量主要是在传输线的外部，根据麦克斯韦方程知道，时变场会在周围的传输线产生电压和电流。那么对受到干扰的传输线而言，这个电压和电流就是由串扰造成的。串扰主要源自两相邻导体之间所形成的互感与互容。串扰会随着印刷电路板的绕线布局密度增加而越显严重，尤其是长距离总线的布局，更容易发生串扰的现象。这种现象是经由互容互感将能量由一个传输线耦合到相邻传输线上的。

③反射。反射现象的原因是：信号传输线的两端没有适当的阻抗匹配，印刷电路板上的分支布局产生特性阻抗的断点，过孔的尺寸以及其它互连所造成的阻抗不连续。所谓特性阻抗是定义为，“当导线上流经有高频信号时，所呈现的电压/电流比值”。那么对于确定的传输线而言，其特性阻抗为一个常数。信号的反射现象就是因为信号的驱动端和传输线的特性阻抗以及接收端的阻抗不一致所造成的。

2 保证信号完整性的方法

2.1 抑制接地反弹

通过以上分析可知，电源路么以及IP封装所造成的分布电感是决定接地反弹的关键之一。要抑制接地反弹的影响，首先是减少IC封装的分布电感。在考虑IC引脚的配置图时，就应该将时钟脉冲信号或数据/地址总线的引脚位置摆放在较靠近芯片的地方。其次，是采用分布电感量较小的IC封装技术。表1列举了几种常见的IC封装技术的分布电感量，可以看出表面贴片的封装技术通常会比DIP封装技术少30%的接地反弹;然后是降低印刷电路板端的分布电感量。由于电感与导体的长度成正比，与宽度成反比，所以在高速数字系统里大都采用多层板。其中会在里层摆放一个或一个以上的接地层，接地层面积相当宽广，目的旨在减少其地端回路的电感量。另外，电路设计时应尽可能避免让某个逻辑门驱动太多的负载。因为在数字电路若有多个并联的逻辑装置。总输入电容是将每个逻辑装置的输入电容直接相加。

表1 几种IC封装技术的分布电感与电容

IC封装技术分布电容/pF分布电感/nHDIP封装0.412～18PGA封装12表面贴片封装11～12Write Bond0.51～2TAB0.61～6PCB thru-hole via11

2.2 解决串扰问题

信号之间由于电磁场的相互耦合而产生的不期望的噪声电压信号称为信号串扰。“串扰”主要是源自两相领导体之间的所形成的互感和互容。串扰超出一定的值将可能引发电路误动作，从而导致系统无法正常工作。下面分别探讨互容、互感与串扰的关系，以及如何解决串扰问题。

(1)电容耦合

串扰=(ZbCm)/tr

式中，Zb为受扰线的特性阻抗;Cm为互容;tr为输入到干扰线的入射电压之上升时间。

要改善互容产生的串扰，可以从两个方面着手。一是减少互容Cm,做法是在两相邻的传输线中间加进屏蔽措施。通常，在两个铜箔通路中加装一个接地屏蔽通路，用以改善互容的干扰。二是在时序规定允许的情况下，增加转态较频繁的信号之上升时间。

改善互感所产生的串扰，惟有减少流经互感的电流所形成的回路面积才是较为简易可行的办法。可以借助降低导线与接地平面之间的距离，减小并行信号长度，缩短信号层与平面层的间距，增大信号线间距等措施，来减少两导线的互感量。

2.3 改善反射

反射是产生干扰的几个重要来源之一。为改善因线路的阻抗不匹配而造成反射的现象，可以选择采用“布线拓扑”和“终端技巧”的办法。

利用适当的布线拓扑法来改善反射现象，通常不需要增添额外的电子组件(例如，终端电阻或者钳位二极管)。常见的布线拓扑法有4种，分别是树状法、菊链法、星状法和回路法，如图1所示。其中树状法是最差的布线法，它所造成的反射量最大，额外的负载效应和振铃现象都需要加费心来处理;就“反射”的观点，菊链法是较佳的布线法。菊链法相当适合于地址或者数据总线以及并联终端的布线，基本上是没有分支旁路的。星状法适合串联终端的布线，但条件是输出缓冲器(驱动器)必须是低输出阻抗以及具有较高的驱动能量。回路法基本上与菊链法类似，但是回路法会耗费较多的回路面积，对于共模噪声的免疫能力较差。

除了布线拓扑法，为克服反射现象的干扰，“终端技巧”是最有效的方法。传输线的特性阻抗一般是定值。对于CMOS电路而方，信号的驱动端的输出阻抗比较小，为几十Ω，而接收端的输入阻抗比较大。可以在信号最后的接收端匹配一个电阻(在接收端并联一个电阻)，这样匹配和接收端并联的结果就可以和传输线的特性阻抗相匹配了，信号的性能得到了比较好的改善。终端技巧的目的旨在提供一个完全阻抗匹配的传输线环境以及保持电位的稳定。

3 高速DSP系统的信号完整性分析

下面结合一个实际的DSP高速图像数据采集系统，阐述一下信号完整性问题的产生以及具体的解决方案。

整个DSP数据采集系统由三部分构成：模拟前端CCD数据采集板、CCD控制板和数据处理主控制DSP板。处理后的数据通过USB2.0接口传入上行PC机，如图2所示。

模拟前端CCD数据采集板由CCD扫描器件、模数转换器件A/D构成。光源照射到称之为CCD(ChargeCoupled Device，电荷耦合器件)的光敏元件上实现光电转换。由于要扫描的胶片上不透明的区域透射的光较少，透明的区域透射的光较多，而CCD器件可以检测图像上不同区域透射的不同强度的光。CCD扫描器件将胶片扫描，并将RGB三色信号分别变成三路模拟信号送到A/D进行采样，转换成RGB数字信号，供后续处理板处理。

模数转换器件A/D的采样精度、对采样信号的抗噪声处理，都影响到采集信号的完整性，直接影响后续处理板的处理效果。我们采用的A/D是16位15Msps的A/D转换器，主要对CCD采集的三色电平信号采样成数字信号。有三个输入通道，分别对应CCD器件的R、G、B信号输出。每个通道都由输入CLAMP、双校正采样器CDS、偏移DAC和可编程的增益放大器PGA构成。这样就复合成了一个高效的16位A/D转换器，在精度上可以满足要求。同时，为了减少CCD在采样模拟信号时把外界的噪声耦合到系统，在电路设计上采用光电耦合器件对RGB三路信号进行隔离。

CCD控制板以CPLD为核心。CPLD接收DSP的控制信号，产生相应的控制总线和数据总线，控制CCD采集板同DSP板进行握手方式传输数据。这部分采用异步方式工作，速率可以通过可编程的等待周期和器件的应答信号来实现，容易达到信号的完整性要求。

数据处理主控制DSP板，是整个数据采集系统的核心，负责对数字信号作校正处理，并通过USB2.0接口将图像数据上传给计算机。系统由ADSP21161、CPLD EPM7128AE、16位的SDRAM、Flash芯片AM29F040、USB接口控制器CY7C68013构成，如图3所示。由于系统工作在很高的.时钟频率上，所以这部分的信号完整性问题就显得十分重要了。

主控制DSP板中不仅有高速部分，也有异步的低速部分，所以要对系统进行侵害。分割的目的是要重点保护高速部分。DSP与USB2.0控制芯片、SDRAM接口是同步高速接口，对它的处理是保证信号完整性的关键;与Flash、CPLD接口采用异步接口，速率可以通过可编程的等待周期和硬件应答信号来实现，容易达到信号的完整性要求。

高速设计部分要求信号线尽量短，尽量靠近DSP器件。但是，如果将DSP的信号线直接接到所有的外设上，一方面DSP的驱动能力可能达不到要求，另一方面由于信号布线长度的急剧增加，必然会带来严重的信号完整性问题。所以，在该系统中具体的处理办法是，将高速器件与异步低速器件进行隔离。在这里采用74LS245实现数据隔离，利用准确的选择逻辑将不同类型数据分开。用74LS244构成地址隔离，同时还增加了DSP的地址驱动能力。这种解决方案可以缩短高速信号线的传输距离，以达到信号完整性的要求。

另外，解决好系统内信号的阻抗匹配，防止信号的反射、串扰噪声等问题，这时DSP系统正常工作的基本条件之一。DSP电路传输阻抗应与芯片I/O脚的输出阻抗匹配。不匹配会引起信号反射，结果可能造成逻辑混乱。传输线越长，影响越大。通常采样串接电阻来改善传输线的阻抗匹配，信号引线长度应尽量小于15cm。对于长度超过15cm的引线，在驱动端(源端)和目的端应串接33Ω的匹配电路，避免由于信号反射引起干扰。在工程实践中，我们还采用在接收端接一个上拉电阻，以改善系统的驱动能力。这是考虑到芯片的高电平驱动能力较差，通过外接电压加以补偿。

最后，解决DSP系统的电源配置和电源装置的传导干扰。我们采用的ADSP21161是ADSDP SHARC系列DSP处理器，对系统供电电源的要求都比较严格，电源的抖动范围不超过5%。芯片内核电压为2.5V，芯片I/O口部分采用3.3V供电，而片外的一些常规集成电路又采用5V供电。系统采用多种电压供电无疑增加了各种电压之间的串扰。其中，模拟电源AVDD为DSP的时钟产生器PLL供电，要求比较稳定的电源，纹波干扰比较小。因为，我们采用磁珠和电容相结合的高质量滤波网络对电源AVDD滤波。这里的磁珠和电容对电源纹波有明显的抑制使用。磁珠在某些高频区域内，其阻抗急剧上升，从而在特定的频率区域可获得较好的衰减效果，而对DSP的信号传输不会产生影响。该滤波网络应尽量靠近芯片引脚。为了避免噪声干扰，模拟地布线还要求尽可能粗。

结语

高速公路养护维修数据平台建设探析 第6篇

【关键词】高速公路；数据平台；养护维修

引言

随着经济的快速发展，我国交通运输行业也得到了进一步发展，由此给高速公路也带来了更大的压力，多数高速公路已频繁出现超荷载情况，导致高速公路尤其是高速公路上的桥梁，遭到严重损坏，极大了缩短了高速公路寿命，因此在完成高速公路的建设之后更重要的是注重高速公路的养护与维修。

1.高速公路养护与发展概况

第一条高速公路的建设源于1932年的德国，在第一条高速公路的优势逐渐突显后，其他各国如美国、日本、意大利、英国、法国等相继开始建设高速公路。为充分发挥高速公路的作用，加强国际间的公路运输联系，毗邻的国家将主要高速公路相互连接，从而构成了国际高速公路网，促进了高速公路的进一步发展。我国高速公路源于1988年，第一条高速公路为沪嘉高速公路，经30年的发展，我国已建立高速公路规划网，自东部沿海地区至中西部内陆，各省会城市至全国重要交通枢纽，长三角、珠三角及环渤海经济圈已建立了城际高速公路网[1]。高速公路的养护维修是保证高速公路稳定运行的重要手段，随着高速公路的大规模建设，高速公路的养护维修也不断发展，进行高速公路养护维修的信息化及电子化已成为社会共识，有些企业也已建立养护维修系，但就养护维修理念及养护维修方式而言，其还存在一定问题：第一，缺乏足够的重视。上世纪90年代，我国进入高速公路的建设高峰期，大量资金、人力及技术都投入于建设当中，对于养护维修未引起足够的重视。第二，基础工作尚未做足。受各方面原因的影响，如经济、科技、人员等，现我国高速公路养护维修的基础性工作尚未做足，这在很大程度上给高速公路的日常养护管理工作造成了影响。第三，缺乏科学化的养护维修工程的规划和决策。由于缺乏科学的养护维修规划，现我国很多高速公路的管理机构大多是在病害已对高速公路的正常运行产生影响或病害正发展到对高速公路的正常运行产生影响的时候才开始制定养护维修对策，高速公路的养护维修处被动状态。

2.高速公路养护维修数据平台优势

高速公路的运输速度快、能力强、效率高等特征不但使我国运输结构得以优化，提高了我国交通运输行业的效率及服务质量，而且还大大降低了运输成本，创造了更多的就业机会，促进了我国经济和社会的发展[2]。为使高速公路能够持续发展，就必须重视高速公路的养护维修。随着科学技术的进步，高速公路的养护维修也有必要引进先进的科学技术，建立高速公路养护维修数据平台。高速公路养护维修数据平台的建设有利于养护维修工作的信息化和科技化。平台拥有各高速公路网的连接线、匝道图形及相关的属性数据，可实现路面、路基、桥梁、隧道及其关附属性设施、突发事件等信息的电子化，通过数据平台，工作人员可第一时间掌握相关信息，并及时作出治理决策。此外，在电子地图及互联网技术的基础上，工作人员可利用此数据平台查询并定位高速公路及其相关附属设施、养护维修病害的相关信息，同时还可对突发事件进行指挥控制。

3.高速公路养护维修数据平台建设

3.1明确养护任务

养护任务是高速公路进行日常养护维修的理论依据，因此高速公路养护维修数据平台的建设必须要对养护任务进行明确，包括日常养护维修的所有内容，将各项任务分配给相关管理人员及技术人员，并对工作内容及要求提出明确规定，将养护维修任务的管理进行量化，以实现数据平台的集成化、标准化和科学化，使高速公路的养护维修工作能更顺利地进行。

3.2养护技术规范化管理

根据参与养护维修工作的技术人员的实际工作情况及技术水平，高速公路养护维修数据平台的建设可借鉴ISO的文档体系架构形式，在平台上纳入跟养护维修工作相关的操作程序及须知，以丰富数据平台的文档架构。建立此类文档架构之后，养护维修工作的相关技术人员就须依照规范填写相应的技术资料，这样一方面有效避免了因程序和须知与实际养护维修工作不一致而使用养护维修任务无法实施的现象出现；另一方面有利于养护维修工作相关工作人员规范化操作习惯的培养，同时还可对技术指标及操作流程进行定义和规范，实现养护维修技术的规范管理。

3.3养护经验积累和利用

高速公路养护维修数据平台需建立病害库，病害库包括病害数据及病害治理对策。要求相关工作人员将每次进行检查时所发现的病害归入病害库当中，同时在将病害进行治理之后还应将相关治理办法归入病害库中的治理对策库当中。随着时间的不断推移，病害库当中的数据就会越来越多，在今后的工作当中，养护维修数据平台就可为相关工作人员和技术人员提供大量的病害数据，若发现相同或相似的病害，相关工作人员或技术人员便可在病害对策库当中找到相应的治理办法，再结合病害的实际情况做出科学合理的治理对策。

3.4控制成本的任务管理

高速公路养护维修数据平台应建立完善的检查体系和任务体系，根据检查体系及任务体系的详细数据，高速公路的相关管理人员就可制定更为科学的年度养护维修任务清单，并在此基础上结合任务执行的内容和时间等，将资源进行优化配置，根据已制定的养护维修任务清单对养护维修任务的执行情况及费用支出情况进行全面跟踪，同时掌握每一任务的完成情况。

4.结束语

现我国已进入一个高速公路养护维修的高峰期，为能有效提高高速公路的服务水平，相关部门有必要引进新技术、实施新工艺、使用新材料，同时建立高速公路养护维修数据平台，以为高速公路的养护与维修提供数据依据，提高养护维修决策的合理性和科学性，从而确保高速公路的安全、稳定运行，以免出现恶性事故。

参考文献

[1]王琰.潍莱高速公路养护综合信息管理系统设计与实现[D].山东大学，2011

[2]胡兴安，张云涛.北京市高速公路养护信息管理平台建设[J].交通标准化，2010（11），pp.70-73+74

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超宽带高速数据传输技术研究 第7篇

超宽带信号采用冲击脉冲进行信息传输, 由于其占用1 GHz或更宽的频率带宽, 所以能够方便地进行信息的高速传输。目前, UWB技术是通信领域的一个重要发展方向, 已成为国内外通信界近年来关注的热点问题之一。但是高速信息的无线传输不像低速信息调制传输那么简单, 实现时可能会有许多具体技术问题, 例如实现芯片的处理速度瓶颈限制、码间干扰问题和多径影响等等, 制约了其发展和应用[1]。利用多个伪码并行调制传输的方法可以很好的解决这些技术瓶颈, 大大提高超宽带高速数据传输的可靠度。

1 超宽带冲击信号的直接调制传输

重复周期为Tf的超宽带冲击信号表达式[2]为:

式中, w ( t) 为单个脉冲的函数, 令待传输的高速二进制数据为d ( t) , 则根据数据调制的方式不同, 可有调制幅度和调制时延相位2种方式[3]。调幅和调相的表达式[4]为:

式中, τ1为调相方式的时延步进量。这是数据传输的2种基本传输方式, 实际传输时因为抗干扰能力比较差, 高速传输容易造成码间干扰, 所以一般采用直扩方式 ( DS-UWB) 或跳时编码 ( TH-UWB) 方式工作[5]。为了获得更高的扩频增益, 有时要和伪码复合对信号进行调制, 这种调制方式的扩频增益等于脉冲扩频和伪码扩频增益的乘积。基于式 ( 2) 的一种脉冲幅度伪码复合调制表达式[4]为:

式中, PN ( t) 为直扩的伪码。显然, 由于采用了进一步伪码的扩频方式, 数据的抗干扰能力提高了, 但是, 由于采用复合扩频方式工作, 传输符号速率大大降低, 不能满足高速数据传输需要。例如采用1 ns的冲击脉冲, 脉冲占空比为10%, 则采用长度100的伪码 ( 跳时码) 扩频后, 数据传输速率仅为10 Mb- ps。所以必须采用其他措施解决高速传输[7]; 另外即使理论上能够完成直接高速传输, 实际实现会遇到码间干扰和芯片处理的瓶颈。

2 基于多伪码调制的并行传输

为了解决高速传输的码间干扰和降低高速数据的处理瓶颈, 可以采用并行传输技术。采用多伪码并行传输信号形式, 既可以解决高速传输问题, 又可以兼顾抗干扰问题。

2. 1 多伪码并行超宽带信号的调制发射

多伪码并行传输发射实现如图1所示。传送数据之前, 首先将高速数据进行串并转换, 将一路高速数据d ( t) 变为N路并行的低速数据di ( t) , i = 1 - K; 然后将每一路低速数据分别与对应的伪码PNi ( t) 相乘 ( 模2加) , 并将它们之和变成多进制数据后再调制冲击脉冲函数[8]。

发射信号形式定义如下:

式中, PNi ( t) 为K个准正交的PN码之一; di ( t) 为串并转换后的其中一路低速数据。为了保证系统正常工作, 必须使这K个伪码保持一定的隔离度, 或者说, 这K个伪码保证一定程度的近似正交。Gold码是能够满足上述要求的伪码组之一[9], 例如码长1 000左右的Gold码可以保证有23 dB左右的隔离度。

2. 2 多伪码并行超宽带信号的接收解调

多伪码并行传输的接收示意图如图2所示。接收信号含有传输时延和接收机噪声, 其归一化的表达式为:

接收信号首先进行冲击脉冲的相关解扩, 解扩方法与前面的类似; 脉冲相关解扩后的信号, 在与多路伪码分别进行并行相关运算, 解调输出多路并行数据, 然后进行并串转换, 输出高速数据[10]。

2. 3 多伪码并行传输的性能分析

采用如图1和图2所示的多码扩频发送和接收系统, 待传输的信息数据先经过串并转换变成并行K路的低速数据流, 再用不同的扩频序列进行扩频调制, 由于各支路之间保持精确地同步, 理论上采用准正交的扩频码时, 序列之间的干扰几乎为零[11]。

若输入的数据流位持续时间为Tb, 经串并转换, 变成K路并行数据流后, 每位数据的持续时间为T, 有T = KTb。

K组并行数据流中每一路变成了低速率数据, 然后对每一数据支路用一个码元 ( chip) 宽度为Tc、周期为N ( N = T/Tc) 的PN序列进行扩频调制。

设为发送信息位的带宽, B'1= 1 / T为发送数据符号的基带带宽, B2= 1 / Tc为频谱扩展后的信号带宽, 此时系统的扩频因子为:

不失一般性, 考虑任意第i支路, 设P为第i支路接收信号的平均功率, 信号带宽为B2, 则其平均功率谱密度是P/B2, 其他数据流支路对第i支路的干扰信号平均功率谱密度是 ( K - 1) P/B2, 设N0为带宽B2内的噪声和其他外部干扰功率谱密度, 因此, 接收第i数据支路信号的输入信噪比为:

经过接收机解扩处理后, 在支路基带带宽B'1= 1 / T内, 接收数据流支路的平均功率谱密度为P / B'1, 而其他数据流支路和外界干扰信号不被相关解扩, 所以干扰信号的平均功率谱密度保持不变, 因此第i支路接收信号经过相关解扩输出信噪比为:

所以, 系统支路的扩频处理增益为:

分析整个系统, 输入有用信号平均功率是支路信号平均功率的K倍[12], 即KP。则对系统而言, 伪码扩频处理增益为:

3 系统体制可行性试验

对多路伪码超宽带并行传输的可行性进行实物平台试验, 高速4路并行传输或多目标通信发射端基带脉冲波形如图3 ( a) 所示, 超宽带脉冲是重复周期频率50 MHz, 脉冲宽度2. 0 ns。每路传输信息6. 25 Mbps, 4路并行传输25 Mbps。高速并行传输基带信号调制到射频 ( 中心频率5. 55 GHz) 的频谱波形如图3 ( b) 所示, 频谱带宽超过500 MHz带宽。通过实物试验验证了系统体制的可行性。

4 结束语

提出了一种采用多伪码并行复合的DS-UWB高速数据传输方案, 并进行了实物可行性体制试验。该传输方案与DS-UWB系统相比, 在相同的传输带宽下, 信息速率提高了K ( K为并行伪码路数) 倍, 可以实现在一定条件下的高速数据传输, 而且, 提高了高速数据传输系统的抗干扰性能, 当然, 设备的复杂度大大增加。但是, 随着集成器件的技术发展, 这一缺点必定会得到解决。

摘要：为了解决超宽带 (UWB) 高速数据传输中的硬件处理速度瓶颈、码间干扰和多径影响等问题, 可采用多个伪码并行调制传输的方法, 该方法可以有效提高超宽带系统的传输速率, 降低码间干扰和实际工程处理难度。经过对多伪码并行超宽带信号的调制发射、接收解调的性能分析, 并通过实物试验, 验证了其工程可实现性。与DS-UWB系统相比, 在相同的传输带宽下, 提高了信息速率, 但这是以设备的复杂度增大为代价的。

关键词：超宽带,高速数据传输,多路伪码

参考文献

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高速网络数据包捕获技术方法研究 第8篇

随着信息技术的迅猛发展, 互联网上的数据流量不断增大, 目前计算机网络的物理层传输速率已突破Gb级带宽的水平。但与此同时, 单机节点最大处理数据量仅为110Mbps左右, 网络节点对于高速网络流量的捕获处理能力的不足, 已经成为制约网络发展的瓶颈。

如今基于千兆网络的入侵检测系统的出现, 更迫切的需要高性能的数据包捕获技术。本文正是分析探讨了在高速网络环境下数据包捕获的技术及其应用。

2 数据包捕获原理

2.1 libpcap的应用流程

目前有很多基于Linux网络分析工具和IDS软件采用libpcap直接与内核交互, 实现网络数据包的捕获。该库提供的C函数接口可用于需要捕获经过网络接口数据包的系统开发上。由Berkeley大学Lawrence Berkeley National Laboratory研究院的Van Jacobson、Craig Leres和Steven Mc Canne编写。Libpcap的应用流程可大致归纳为如图2.1所示,

此流程图中主要函数的函数功能如下:

(1) pcap_findalldevs () :此函数功能是查找机器的所有可用的网络接口, 用一个网络接口链表返回。

(2) pcap_lookupdev () :用于获得本机的网络接口。返回可被pcap_open_live () 函数调用的网络设备名指针。

(3) pcap_open_live () :用于打开网络接口进行数据包捕获。设参数promsic为1时, 表示以混杂模式打开此网络接口。

(4) pcap_lookupnet () :用于获得指定网络设备的网络地址和网络掩码。

(5) pcap_setfilter () :用于设置过滤器。例如参数fp用于设置BPF过滤规则。

(6) pcap_compile () :用于将用户制订的过滤策略编译到过滤程序中, 比如编译BPF过滤规则。

(7) pcap_dispatch () :用于捕获并处理数据包。其最终调用系统函数recvfrom () , 把从网卡捕获到的一个链路层的数据包, 传送到用户指定的主机内存空间中。然后, 调用回调函数对接收到的数据包进行进一步的处理。

(8) pcap_close () :用于关闭libpcap操作, 并销毁相应资源。

2.2 数据包捕获流程

以下简要介绍怎样调用libpcap实现对网络数据包的捕获即网卡向Linux内核提交数据包的过程。

首先, 调用open_pcap函数对网卡进行初始化, 使网卡工作在混杂模式, 以监听网络上所有的数据包。当有数据包到达的时候, 网卡上的DMA引擎将包放入到内核rx_ring空间, 同时向CPU发起中断服务请求, 进入中断服务程序, 然后调用网卡驱动程序中的函数将数据包封装成sk_buff结构, 并脱离驱动程序, 转到通用的处理函数netif_rx中。netif_rx函数将数据包传入等待队列中, 并置软中断标志位, 其目的是使上层的处理采用软中断 (do_softirq) 来提高CPU的处理效率。在软中断中调用net_rx_action () 函数轮询backlog队列中, 调用ip_rcv () 函数对每个数据包做进一步处理, 完成将数据传送到上层协议。捕包软件就是通过用Libpcap实现从内核中数据包的获取。

3 提高数据包捕获的方法

对于高速网络环境下的数据包捕获, 传统意义上的包捕获技术不能满足需求, 会有大量的数据包丢失。以下介绍几种提高数据包捕获效率的方法。

3.1 改善内存管理

应用程序提供一块缓冲区用来缓存网络报文, 以此连接网络层界面和用户层应用。传统的缓冲区动态管理算法出于对通用性的考虑, 在每次报文传输时都进行malloc/free操作。可以想象, 在高速网络环境下, 对于捕获到的大量包, 系统要频繁的针对每一个数据包进行内存的分配、释放, 这无疑会影响系统性能, 大大降低主机对数据包的处理能力。一个好的做法是预先分配出一大块内存, 然后由应用程序从这块大内存中取出一块小unit用于接收来自网卡的一个数据包, 而不是在每次接受到一个包的之后由系统临时分配一块用户态内存。这样可以降低系统对malloc/free两个函数的调用频率, 提高系统对包的捕获率。但既便如此, 对于包捕获效率的提高依然是有限的。Linux将主机内存分为核心态内存和用户态内存。核心态内存由操作系统来管理, 用户应用程序无法直接访问到核心态内存。在传统的做法上, 捕获、接收数据包的过程是这样的, 当网卡接收到一个数据包后, 网卡驱动程序通过DMA方式调用系统函数netif_rx () , 将数据包从网卡拷贝到核心态内存;应用程序要想访问位于核心态内存中的数据包就必须再次利用系统调用, 将数据包从核心态内存拷贝到用户态内存中。这种对数据包在内存中的重复的拷贝无疑会占用很多的系统资源, 降低主机对捕获到包的处理能力。一个好的办法是采用MMAP技术。Linux 2.2 Kernel以上版本都支持MMAP技术。应用程序通过调用系统函数mmap () , 可以建立核心态内存与用户态内存的映射。具体来说, mmap () 函数负责把系统分配给网卡设备文件的核心态内存映射到一块用户态内存, 返回值是用户态内存的首地址p A。这样, 应用程序就可以通过调用系统函数recvfrom () 把数据包从网卡上直接传送到以p A为首地址的用户态内存中, 减少了一次数据拷贝, 从而很大程度上降低了系统资源的消耗, 提高数据包的捕获效率。

3.2 基于半轮询机制的NAPI技术

NAPI的基本工作流程是:

首先中断唤醒数据接收程序, 然后使用轮询的方法来获取数据。当一批数据包中的第一个数据包到达时, 采用中断的方式通知系统, 系统就将该设备注册到一个设备轮询队列中, 并关闭对该设备的中断响应。同时, 激活一个软中断, 对轮询队列中注册的网络设备进行轮询, 从中读取数据包。采用配额的方法保证对各个网络设备的公平调度。配额是指网络设备每次发送的数据包的最大个数。如果网络设备发送数据包达到这个数时, 设备的数据包接收缓冲区中仍然有数据, 就将该设备重新注册到轮询队列的末尾, 等待下一次轮询到该设备时再向内核提交数据包;接收缓冲区中没有数据则将该设备从轮询队列中注销, 同时打开该设备的中断响应。

NAPI流程如图3.1所示, 图中p表示配额数。

所以说, 当网络负载较低时, 每次到达网卡的数据包的个数比较少, 极端情况下只有一个数据包到达。那么, 当网卡将该数据包提交到上次之后, 就从轮询队列中注销, 同时开中断, 等待下一个网络数据包的到达。这与Linux2.4采用的中断方式是一致的。当网络负载较高时, 每次会有一批数据到达网卡, 在极端情况下, 数据包源源不断的到达。由于接收缓冲区是一个环形的缓冲区, 网卡每向内核提交一个数据包, 就会马上有一个数据包填充进来, 接收缓冲区一致处于满的状态。在这种情况下, 网卡就一直处于在轮询队列中, 并行的进行读取网络上的数据包和向上层提交数据包的工作。这与轮询的方式是一致的。也就是说, 采用NAPI技术, 使系统在轻负载的情况下趋近于中断方式, 响应速度很快;而在重负载的情况下, 趋近于轮询方式, 高效的处理数据包并且避免了重负载情况下的中断活锁问题。

3.3 负载均衡技术

负载均衡技术通过一些工具实时地分析数据包, 掌握网络中的数据流量状况, 把任务合理均衡地分配出去, 用多个设备共同完成任务, 从而以较低成本消除网络瓶颈, 提高网络的灵活性和可靠性。

将负载均衡技术应用在网络处理系统中, 能够解决高速网的网络速度与处理速度不匹配的问题, 将从网络中均衡地捕获的数据包再分配给各处理节点进行处理。所以负载均衡技术满足以下条件将更有利于实现网络分析处理:

(1) 属于同一IP的所有数据包应由同一个捕获节点完成。

(2) 同一类型的数据包, 即使用同一协议的数据包集中在一起以便共同处理。

(3) 可扩展性和容错性。随网络中的流量发生变化, 捕获节点负载分配不均或崩溃时, 负载均衡技术都能针对具体情况进行响应, 调整数据捕获节点之间的负载, 使之重新达到均衡, 并且使对其余数据分析处理器的影响降低到最小。如何在多个数据捕获器之间分配流量是关键问题, 其分配方法, 在分流节点按照控制节点根据当前情况定义的策略向各捕获节点分配任务, 通过调整对应于捕获节点的这些策略来保证每个数据捕获节点的负载均衡。

4 网络设备的改进

传统的网络设备已不能满足网络带宽迅速增长的要求, 面对高速网络的发展趋势, 当前主要有两种解决方案, 即ASIC技术与网络处理器技术。

4.1 ASIC技术

采用ASIC (专用集成电路) 芯片技术通过把指令或计算逻辑固化在硬件中来获得很高的处理能力, 可以为网络产品应用设计专门的数据包处理流水线, 优化存储器等资源的利用, 可以非常有效的提高数据捕获速率, 达到千兆线速较为简单。但ASIC技术存在缺乏灵活性的问题, 一旦指令或计算逻辑固化到硬件中就很难进行修改、升级、增加新功能或提高性能。

4.2 网络处理器技术

网络处理器是一类新出现的可编程%将计算%存储和媒体资源控制高度集成的高性能芯片, 它被优化来实现网络数据包的线速处理, 能够对报文进行深度匹配并以线速进行转发的技术。网络处理器一般具有如通用CPU一样的可编程性, 这种编程性指的是对进行网络处理的可能应用具有灵活的和充分的可编程性能。程序员可以通过对网络处理器芯片进行编程让网络处理器执行所需操作。此外, 网络处理器的设计使其可对OSI网络模型第二层到第四层数据进行处理, 特别是第四层以上数据的处理。它的应用目标是OC-1 (55Mb/s) 到C-192 (10Gb/s) 的速率的网络环境。在网络设备上, 灵活性和可编程性使网络处理器成为替代昂贵而又不够灵活的ASIC芯片进行快速网络数据处理的新手段。

为了提高网络处理器的对某些常用操作的处理速度, 网络处理器通常还集成了多个可编程硬件加速器来提高对数据包的处理速度, 如CRC器件Hash器件等等。网络处理器还集成了高效的存储器子系统控制器来支持对网络数据包存储的优化, 如出/入队列、环操作和原子操作等存储器操作的硬件支持。网络处理器还支持多线程的零开销切换设计来实现存储器时延屏蔽。

5 小结

目前NAPI技术已经在网卡驱动层和网络层得到了广泛的应用, 驱动层次上已经有E1000系列网卡, RTL8139系列网卡, 3c50X系列等主流的网络适配器都采用了这个技术, 而在网络层次上, NAPI技术已经完全被应用到了著名的netif_rx函数中间, 并且提供了专门的POLL方法———process_backlog来处理轮询的方法。

负载均衡技术还面临负载状况的定义、如何 (下接第10页) (上接第12页) 获取网络数据以及获取后如何处理的问题。而如何处理实际上就是选择合适的负载均衡算法, 它能保证设备协同完成任务, 消除或避免现有的网络负载不均、数据流量拥挤和响应时间长的瓶颈。

参考文献

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长距离电缆数据高速通信系统研究 第9篇

系统在通信过程中,由于受到内部条件的制约和外部环境的影响,信息传输的质量、速度、距离等都受到了约束,为了实现长距离的高速通信,就必须对通信的整个过程进行处理。本文从自适应均衡技术,编解码技术,同步技术和调制解调技术四个方面进行了研究。

1.1 编解码技术

本系统主要研究的是信道编码,采用的编码方法是RS码和交织编码。RS码是一种非二进制循环码,是一个极大最小距离码,即可用于纠正随机错误,也适合于纠正突发错误,RS码的生成多项式为:

RS码的码长为n=q-1,监督元数目r=2t,能纠正t个错误。正是由于RS码采用了q进制,所以它是多进制调制时的自然和方便的编码手段,适合于在衰落信道使用,以克服突发性差错。

经RS编码后的数据再进行交织编码,使得信道的突发错误在时间上得以扩散,从而使得译码器可以将它们当成随机错误处理,可以有效地抗传输信道中的短时脉冲干扰。

1.2 调制解调技术

由于系统对数据的传输速率及误码率的要求较高,且不同的工作现场,干扰噪声是不相同的,特别是射频干扰,其干扰的频段也会变化,因此这里采用多载波方式来实现系统的调制解调。多载波调制技术的基本原理是将所要传输的数据流分解成若干比特流,利用多个频率不同但依次排列的载波,将这些比特流调制到这些相互正交的载波上进行传输。其工作原理为:在发送端,高速的串行数据经过串/并变换,形成N路并行的信号,并且比特速率下降为原来的1/N。每一路信号再通过多进制正交幅度调制映射到其星座图上,M比特的二进制码转换为一个QAM码元,再映射为一个复数点X(k)=A(k)+Jb(k),k=0,1,….,N-1。

在接收端,对接收的多载波模拟信号采样,并作下变频处理后,可以恢复多载波基带信号x(n)。再对x(n)作快速傅立叶变换,通过星座图的反映射和并串变换,就实现了MCM信号的解调。

1.3 自适应均衡技术

在电缆高速传输系统中,由于有线信道的传输特性不是理想的,信号的传输受到信道带宽的限制,其幅频响应与相频响应会产生畸变,从而引起码间的干扰。并且信道是随着气候、气温等因素而变化的,使得信道的幅频特性和相频特性的失真随时间而变化,从而引起了码间干扰。自适应均衡技术能补偿由于信道参数变化所引起的畸变、抵消信道信号传输衰减,同时有效地抗码元经传输引起的码间干扰,减少误码,提高传输速率,因此在通信系统中得到广泛的应用。

自适应均衡器由横向滤波器构成,它由多级抽头延迟线、权系数产生电路及加法器组成,自适应均衡的算法有很多,这里选择的是LMS算法。LMS算法虽然具有收敛速度慢、跟踪性能差的缺点,但其程序简单,乘法运算量少,比较适合在DSP中实现,而且克服其缺点。

1.4 同步技术

在接收信号时,必须进行同步,主要有载波同步、位同步和群同步。所谓的载波同步就是在接收端要产生一个与发射端调制载波同频同相的信号;位同步是在接收端传声与接收码元的重复频率和响应一致的定时脉冲序列的过程。

2 系统组成

长距离电缆数据高速通讯系统是一套完整的点对点通讯模块。采用“嵌入式”模块设计技术,可以方便地整合在其它信号处理终端或显示控制等系统中。整个系统是由远端通讯模块RT,中心端通讯模块CO以及应用软件API等三个部分组成

远端通讯模块RT、中心端通讯模块CO的硬件结构除了同主控计算机接口外,其它几乎完全相同。硬件结构如图1,主要包括:

(1)数据通讯接口模块(Int):主要实现与主控计算机的数据高速交换。根据用户的需要可以提供:USB接口、PCI接口或者是RS232接口等。

(2)信号处理模块(DSP):实现数据通讯上行发送及下行接收协议及信号的处理。

(3)上变频处理器(UDC):数字信号的数模转换、调制、上变频处理。

(4)发送驱动器(DRV):上行模拟信号的驱动。

(5)接收预处理(PAMP):下行模拟信号的接收、放大。

(6)数模转换器(A/D):下行信号的模数转换。

(7)下变频处理器(DDC):接收的下行数字信号解调、下变频等处理。

(8)模块管理器(CPU):对通讯模块的管理、参数配置以及程序下载等。

其中的DSP采用TI公司的TMS320vc5402,由于受信号处理器速度的局限,在一块DSP上难以同时处理信号的接收和发射功能,因此硬件上将RT模块和CO模块的发送及接收部分独立设计,由此系统主要由四部分组成:1、数字信号处理器模块;2、中频发射机;3、中频接收机;4、计算机总线接口模块。

结束语

长距离电缆数据高速通信系统中所用到的各种算法都进行了仿真试验,试验证明,这些算法在该系统中是切实可行,是能保证长距离的电缆进行数据高速传输的。由于该系统采用了嵌入式模块设计技术,体积小,可以方便的插入其它设备中使用,可以满足对各种测量设备要求体积小、重量轻原则的需求。

摘要：本文对通信系统的原理进行了阐述,并对影响长距离电缆数据高速通讯的调制解调技术、均衡技术、同步技术进行了深入研究,确定了各个试验算法,在此基础上对系统的硬件进行了设计。本文还针对长距离电缆数据高速通信系统所具有作用距离远、传输速率快,误码率低的特点,对其应用进行了探索

关键词：通信,均衡,编码,同步,调制解调

参考文献

[1]樊昌信,张甫翊等.通信原理.国防工业出版社,2004

对当前无线高速数据传输技术的研究 第10篇

一、当前无线传输技术

目前, 无线通信技术不断趋于成熟, 无线数据传输技术也随之快速发展起来, 针对当前的研究发展方向, 将无线数据传输技术分为两类:第一是基于局域网的无线传输方式, 例如WLAN、蓝牙、红外线通信技术Ir DA、Home-RF等技术;第二是基于蜂窝的无线传输方式, 例如通用分组无线传输技术GPRS、蜂窝数字式分组数据传输技术CDPD、增强型数据速率GSM演进技术等。当前无线传输技术有:3G、WCDMA、CDMA2000、GSM、GPRS、蓝牙、Wi-Fi、红外线传输等, 下面介绍常见的传输技术。

(1) 红外线通信技术。主要完成互联设备上的信息与文件交换工作以及负责将互联网和信息终端互连, 具有成本低、点对点高速通信、跨平台的优点, 但是传输距离短, 并且数据传输过程中不能随处移动, 遇到障碍物传输过程随即中断, 目前主要作用是取代线缆, 进行无线传输, 但是由于其扩展性能较差、功能单一已经被“蓝牙”技术慢慢取代。

(2) 蓝牙技术。作为一种段距离内传输的无线电技术, 采用的分散式网络结构和快跳频技术, 工作频段为24GHz ISM, 能够将平板电脑、笔记本电脑以及智能手机等终端设备上的通信简化为高速的数据问题, 并且支持点对点、点对多点通信, 实现了上述终端设备与Internet网络之间的通信, 使用“蓝牙”技术不仅使得数据传输速率更加高效, 更加拓宽了无线通信道路。

(3) Wi-Fi技术。Wi-Fi即为Wireless Fidelity的缩写, 意为无线保真技术, 目前常用的是IEEE802.11a和IEEE802.11b, 工作在2.4GHz频段附近, 广泛使用在办公室和家庭网络, 具有覆盖范围广、传输速率快的优点, 但是传输质量有待提高。

二、当前传输技术存在的问题以及解决方案

(1) 存在的问题。目前, 虽然无线传输技术慢慢取代了传统的线缆传输, 但是在其发展的过程中仍然存在着一些问题, 就其无线数据传输技术存在的缺点进行分析, 最根本的原因是传输过程中的信号衰落以及噪声干扰:

信号衰落。由于信号在传输过程中存在多径衰落尺度效应, 以及不可改变因素的存在, 例如自由空间传播衰落、大气吸收、反射等自然条件的影响, 使得数据不能够完整的被传输到客户终端。

噪声干扰。与有线的发射机对接收机传输方式不同, 无线用户接收的数据都是经过空中传输而来, 因此多个用户在同时传输数据时就会存在信号干扰, 尤其是工作在相同频段的无线传输技术来说, 干扰更是强大。

(2) 解决方案。处理信号衰落和噪声干扰这两大问题是无线传输技术面临的最大的挑战, 以下就针对如何解决这个问题进行探讨:

加强网络规划。避免信号在传输过程中的衰落现象, 首先要做的就是加强网络规划。由于无线信号传输信道带宽有限, 并且有较大的随机性, 因此在网络规划中首先要保证传输链路足够强大, 规划好网络是十分必要的。

优化信号传输算法。无线信道的多径选择频率是信号衰落的主要原因, 因此研究出更新进的算法是及其重要的, 目前用于信道传输就有很多算法, 例如矢量单载波域均衡算法就大大的改善了网络的稳定性, 提高了数据传输的鲁棒性。

选取基站天线。基站设置天线直接控制接受的信号方向, 并且选取的智能天线可以将使用同一频率、同一时隙的用户信号区分开来, 使得客户终端在同一个信道上接受和发射信号互不干扰, 选取基站天线不仅解决了多频域之间的干扰问题, 而且还大大的降低了信号衰落的影响。

三、结语

综上所述, 无线数据传输技术有了较为完善的发展, 并且应用范围更加广泛, 例如在无线管理、列车安全监控、航海航空救援以及抢险救灾等方面都应用了无线传输技术, 这一技术的应用大大的缩减了设备之间的传输时间, 改善了传统的线缆传输的缺点, 提高了系统的鲁棒性。虽然在信号衰落和干扰方面还有待进一步的改进, 但是我们会不断的发现问题, 解决问题, 并不断地更新无线数据传输技术, 使更多的新技术应用到无线通信系统中。

参考文献

[1]付景兴, 杨大成.MIMO——无线高速数据传输的关键技术[J].通讯世界, 2003, 9 (10) :56-58

高速数据通信技术论文 第11篇

关键字：PCI总线；现场可编程门阵列；片上系统；直接存储器存储

随着战场电磁环境复杂程度越来越高，侦察与通信系统的融合成为一种必然的发展趋势。数据量大、算法复杂是数字化侦察接收系统的主要特征。使用DSP和FPGA进行高速信号谱分析、滤波等预处理，借助通用计算机平台实现信号的分选、显示等后处理是一种理想的系统设计方案。因此，如何构建与PC机间的高速数据通道，便成了侦察接收系统设计中的关键问题之一。PCI(Peripheral Component Interconnect)总线，即外围部件互连总线，是目前应用最广泛的一种高速同步总线，在32位总线宽度33Mz时钟下，其理论最大传输速率可达132Mbyte/s(64位总线宽度66MHz时可达到528Mbyte/s)，因此成为上述侦察接收系统中高传输速率、低成本PC接口的首选实现方式。目前，实现PCI总线接口的常用方法有两种：一是采用专门的PCI桥芯片实现PCI接口，如PLX 公司的PCI905X系列芯片等；二是使用可编程芯片实现PCI接口。

随着集成电路技术的发展，可编程芯片成本越来越低、资源越来越丰富，用户可将PCI桥和其它用户逻辑在一片可编程芯片上实现，其中后者不需要额外的PCI桥芯片，系统硬件电路得以简化，系统的稳定性和可靠性更高，进而可以缩短系统开发周期。 基于以上考虑，本文提出一种采用可编程片上系统(System-On-Programmable-Chip，SOPC)实现侦察接收机PCI总线高速数据传输系统的设计方案，并采用直接存储器访问(Direct Memory Access，DMA)传输方式来提高数据传输速率。

1PCI总线接口方案设计

在PCI总线接口标准中，根据数据传输的发起者所在位置，PCI接口有从模式和主模式两种工作模式。根据工作方式的不同，DMA传输方式可分为连续式DMA(Continuous DMA)和集散式DMA(Scatter-Gather DMA)两种。

1.1PCI模式的选择

PCI总线标准中，由PC发起数据传输、读/写PCI接口卡的模式称为从模式。这种模式只要求PCI接口设备具备PCI从设备的功能，接口逻辑相对较简单；主模式是由PCI接口卡主动读写PC内存，PCI接口的逻辑相对复杂。频繁地要求PC发起数据传输会占用PC的资源，为了减少PC的负担，使其有更多的资源用于后续的数字信号处理，在侦察接收系统中，PCI接口卡的传输模式选择主传输模式。

1.2DMA传输方式的选择

DMA是提高数据传输速率和微处理器使用效率的一种数据传输机制。连续式DMA用于实现连续数据块的传输，即在一次DMA传输中设备端读/写物理地址连续变化(读存储器空间)或不变化(读IO口)，PC端的物理存储地址连续变化。集散式DMA用于实现不连续数据块的传输，各传输数据块的起始读/写地址和长度都可以不同，它采用一个寄存器链表存储每个数据块的读/写起始地址和长度，DMA传输过程中自动从该链表加载地址和长度信息。集散模式DMA应用灵活，其缺点是在传输完一个数据块之后要重新配置DMA控制寄存器的值，速度比连续模式稍慢。在侦察接收系统中，DMA传输模式选择连续式传输模式。

1.3PCI总线DMA传输方案设计

PCI接口总体结构框图如图1所示。数据输入到乒乓RAM缓冲区，乒乓切换信号通知CPU数据准备好，CPU通过PCI桥的控制状态寄存器判断PC端是否备妥，如PC备妥则配置并启动DMA控制器，DMA控制器读口从乒乓RAM中读数据，写口将数据写至PCI总线访问端，PCI总线接口单元申请并获得PCI总线访问权，将数据送上PCI总线。

2PCI总线接口的SOPC实现

SOPC是Altera公司提出的一种灵活、高效的片上系统解决方案，它将处理器、存储器、I/O口以及一些通用的功能模块集成在一个PLD器件上，构成一个可编程的片上系统。利用SOPC开发侦察接收机中的PCI总线接口，具有开发周期短、系统稳定性好的优点。

2.1系统实现

PCI总线接口的SOPC内部结构如图2所示。实现PCI总线DMA传输系统使用到4类功能模块，分别是实现PCI桥逻辑的pci_comiler组件(pci_compiler)、负责数据传输的DMA控制器(dma)、控制整个SOPC的NiosII 处理器(cpu)及其数据程序存储器(onchip_mem)，以及SOPC和外部用户逻辑通信的接口模块(BA1、DMARD和datardy)，上述组件通过avalon总线连接在一起组成SOPC。

PCI总线DMA传输系统功能模块之间的交互过程如图3所示，过程描述如下：

(1)CPU等待PC使能DMA传输，PC使能DMA后，执行(2)；

(2)PC等待乒乓RAM的数据准备好信号，数据准备好后，执行(3)；

(3)CPU将DMA的读/写地址和传输长度参数写入DMA控制器中，使能DMA控制器，DMA控制器开始数据传输，即读口通过DMARD接口从RAM中读数，写口将数据写到PCI桥，PCI桥将数据送至PCI总线；

(4)当传输结束后，DMA控制器产生一个中断(IRQ1)送CPU；

(5)CPU判断传输是否完成，传输完成则通过PCI桥向PC发送中断，并执行(1)，开始下一次DMA传输；

(6)PCI总线发生异常时，PCI橋逻辑中断CPU，CPU查询异常状态，并自动从异常中恢复。

2.2PCI总线异常的自动处理

PCI总线DMA传输过程中，可能出现的异常包括：

(1)PCI总线上SERR信号为高，系统错误。

(2)PCI总线上PERR信号为高，数据奇偶校验错误；

(3)主设备或从设备中止传输；

(4)主设备或从设备中止传输，或重试次数超过门限，导致PCI桥对总线读/写失败。

在侦察接收系统设计中，上述异常一旦发生，PCI接口便中断Nios CPU，CPU接收到中断后，通过查询PCI桥的控制寄存器访问(Control Register Access，CRA)空间，获得异常信息。系统错误发生时，PCI接口设备是没有办法恢复的，在这种情况下，Nios CPU可点亮指示灯，指示系统错误发生；其它异常情况发生后，Nios CPU可立即通过对DMA控制器的状态空间的长度写零来停止DMA传输，然后重新启动DMA传输，让系统从异常中恢复过来。

2.3提高PCI总线DMA速率的优化措施

为了尽可能提高DMA传输速率，本方案中共采取了以下三个方面的措施。

(1)PCI总线的突发传输与Avalon总线的流水线操作

为了提高系统传输速率，应充分利用PCI总线的突发传输特性，使PCI总线处于突发传输状态。为此，在系统设计中，一方面使Avalon总线工作于流水线模式下，降低Avalon总线的延迟时间；另一方面适当增大缓存存储空间，避免因缓冲区满造成的传输延迟等待。

(2)DMA控制的优化

为了使DMA传输更为灵活，如程序运行过程中改变DMA长度、读写地址、数据的帧长度，以及发生异常时程序自动恢复等，本文中使用Nios CPU控制DMA传输。CPU的主要任务是在PC使能DMA和数据准备好时启动DMA传输，应尽可能使程序紧凑，减少冗余操作，做到条件具备立即启动DMA传输。

(3)功能模块的时钟设置

如图2所示，SOPC中包括7个功能组件，为了进一步提高系统的速度，需要分别让这7个组件的时钟处于最佳状态。PCI总线访问相关组件的时钟为33MHz，Nios CPU相关的组件运行在150MHz时钟上。使系统在正确稳定运行的基础上，最大限度地提高运行速度。

3结束语

本文给出了一种基于SOPC系统的PCI总线高速DMA传输方案。与传统的使用PCI桥芯片实现PCI总线的方案相比，该方案将PCI桥和用户逻辑在一片FPGA中实现，减少了硬件电路的复杂度、降低了系统成本；采用SOPC创建PCI桥，大大缩短了开发周期，提高了系统的可靠性，且因使用了片上Nios CPU进行DMA的在线配置和自动异常处理，使DMA传输更加灵活。通过在EP3C120芯片上验证，该设计能够实现大于100Mbytes/s的PCI总线DMA传输速率。

参考文献

[1] 闵小平，陆达. 基于FPGA支持PCI接口的片上系统实现[J]. 计算机应用研究，2007，24(8): 272-275.

[2]梁科，李国峰. 通用多通道高性能DMA控制器设计[J]. 天津大学学报，2008，41(5): 621-626.

[3]颜建峰，吴宁. 基于PCI总线的DMA高速数据传输系统[J]. 电子科技大学学报，2007，36(5): 858-861.

[4]黄崧，曾芳玲，杨景曙. 嵌入式智能云控制系统的原理与设计[J]. 电光与控制，2007，14(3): 99-102.

作者简介

张用宇(1977-)，男，湖北鄂州，硕士，工程师，研究方向为无线通信系统与技术。

高速公路通信系统数据传输方案探究 第12篇

关键词：高速公路,通信系统,多元数据,数据传输

1 高速公路通信系统数据传输的内容与设计

通过前面的分析, 高速公路通信系统数据传输的主要内容需要满足:收费系统业务数据传递、图像监控系统数据传递;监控系统中心与场外设备的数据传递;高速公路信息系统的数据传递, 如:办公自动化的数据传递;收费系统的视频信号的处理与传递;会议电话系统数据传递;业务电话、传真、指令电话的数据传递。综合这些业务新需求, 按照工程经验其数据传递的数据量如下:各种电话业务的数据传递需要300kpbs, 监控系统最大的数量为50kpbs (以5套远程设备为例) , 收费系统最大数据传递量为5Mbps, 信息系统正常的传递量为1Mbps, 闭路电视系统 (视频) 最大数据量为4Mbps, 综合在一起就构成了通信系统的数量, 因此通信方案的最大带宽为9.35Mbps, 其中大部分满足的是数据业务。

2 高速公路通信系统采用的传输技术与特点

按照前面的分析, 高速公路光传输系统主要是以传递数据为主要任务, 电话业务仅仅是一小部分。所以光传输的系统只要可以满足数据传输就可以满足高速公路通信系统的功能需求。在高速公路的数据业务中, 除了点对点数据传递外, 还具有大量的点对点、多点对多点、对点对对点的数据传输, 如视频数据、收费管理等, 需要数据传输系统提供对上述传输方式的支持, 并具有良好的功能。

随着网络性技术的发展, 引发了大量基于IP的数据业务进入数据传输中, 窄带网络也被宽带网络技术所取代成为了数据传输的主要技术。宽带业务对整个通信系统数据传输的方案产生了较大的影响, 主要体现在面向电路优化的传统SDH网络方案, 已经不能完全适应数据业务的需求, 在宽带利用、网络构建成本、业务传输速度、满足灵活性等方面都不能适应数据传输的需求。虽然SDH技术在不断改进, 但是其固有的连接特性并没有改变, 这就使得其在办理数据业务时不能完全满足业务需要的改变。因此在构建高速公路的通信系统数据传输方案的时候可以选择以太网络为主要技术措施。以太网技术在网络组建、端到端业务实现、传输质量、管理优势、稳定性等方面都可以体现其优势, 完全可以满足各类型的数据传输业务。在语音、视频、数据相融合的高速公路通信系统中, 以太网络可以发挥其优势, 可以降低网络维护的费用要求, 提高通信网络的传输效率, 为高速公路数据业务提供必要的支持。

利用以太网技术成本低、结构简单、扩展方便、可以实现IP包的分组传输以及处理等。以太网技术在网络技术中的广泛应用与普及, 都证明了以太网技术优势。QoS技术针对各种不同的需求可以为其提供不同的服务质量, 如:组建专线宽带、降低错误率、降低延时性等, 完全可以替代专门的语音系统与视频系统数据传输质量, 因此可以满足高速公路通信系统的数据传输需求。

3 基于以太网的高速公路通信系统数据传输方案

以太网近似的应用和新功能的不断增加, 使得传统的各种业务包括了语音、视频图像等不断地进入到以太网的系统中, 并为其提供了更好的传输性能, 得到了广泛的应用。这些优势的拓展保证了各种应用功能的稳定运行。当前, 视频与语音的数字化处理技术已经十分成熟, 使得以太网成为多种数据传输的重要技术措施。在高速公路机电工程中, 视频编码器已经成为了工程中的主要数字处理设备, 语音电话网络也在高速公路工程中得到了广泛应用, 在此基础上采用以太网作为数据传输的方案已经水到渠成, 其整体网络的实现方式如下:

主要传输系统构成, 光纤传输系统采用的是SDH光同步数字传输系统为系统的主干, 设计的传输速度为STM-4等级, 采用保护方式为1+1.区域通信中心设置采用的是分插复用器。

分段传输系统构成, 各个区域的光纤传输系统以及各个路段到区域通信中心的光纤网络是以太网, 各个路段设置有采集信息的集中设备, 从各个收费站到信息集中点利用100M的速率进行传输, 从信息集中点到区域采集中心则是1000M速率。各个通信站设置的有三层交换机结构, 信息集中点和路段的采集终端利用三层汇聚交换模式, 区域中心则是利用高等级路由交换机来实现功能。为了保证系统的稳定性, 信息汇集中心上设置了双通道设备互为备用。利用此种结构方案通信系统的数据传输就可利用以太网完成, 数据传输的效率也得到了提高, 方便可靠, 同时为系统的扩容增加了冗余的部分, 可以适应高速公路长度不等、区域跨度大的特征。

程控数字交换系统构成, 在区域处理中心, 设置有SPC设备。交换系统可以采用新一代的程控交换机, 组成综合性的数据处理网络, 主要负责整个网络的电话通信和视频交换业务, 并具有公共系统编码设施, 并实现完整的性能与系统透明度。交换机提供的是V5.2接口性能, 远端各站点的电环通过交换机V5接口和IP接入以太网络。

数据传输的实现, 区域中心的路由器提供区域系统与高等级控制中心完成数据传递, 其他本区域内的所有监控与收费数据传输通道都采用10/100M的网络通道。在ADM设备上设置有专用的网络接口来代替2M支路板, 收费系统、视频系统图、办公指令等都通过这个计算机网络完成系统之间的数据传递, 这样的系统为今后的业务增长预留了空间, 只要调整每个通道的传输带宽就可以满足管理和运行中机电系统的数据业务需求, 且不需要增加过多的设备投入。

系统中各个通信站设置均为三层交换机, 设置信息中心点和路段中心点也是三层交换机结构, 区域中采用的是高端的路由交换机。这样就可以将多元数据源汇集在一起, 实现了视频、语音、数据都可以通过这样的网络实现传输。在三网合一的应用中, 利用设备分流将语音、视频、数据这三种不同的传输需求设置为不同的优先等级, 同时保证高等级的语音报文在网络出现繁忙的时候获得优先的服务, 以此将低语音通信的传输延时。网络设备还可以提供对数据流量的控制以降低网络的用度, 防止其出现堵塞, 同时保证网络堵塞的时候需要优先通信的数据优先传递, 以此降低重要数据的延时和延时抖动等情况, 这样设计可以保证数据在敏感时段的传输效率, 保证其传输的质量提高管理效果。

4 结语

综合来看, 以太网技术为高速公路通信系统数据传输方案提供了新的方案选择, 此种以太网技术可以帮助高速公路通信系统中的语音、视频、数据信号的传递, 通过以太网技术构建一个多层次、分布式控制网络, 进而保障高速公路通信系统数据的传输。

参考文献

[1]王彤.吐乌高速公路机电系统改造[J].中国交通信息技术, 2008 (3)