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近几年,物联网从诞生到迅速发展,受到了产业界及学术界的广泛重视,并上升到国家战略性新兴产业的高度。物联网的概念和内涵目前仍处于不断发展之中,物联网涉及的技术较多,其中M2M技术也是其核心技术之一。以下是今天读文网小编为大家精心准备的:M2M移动通信网络架构研究相关论文。内容仅供参考阅读!
M2M移动通信网络架构研究全文如下:
【摘 要】文章对M2M业务特征和MTC通信网络架构进行了探讨。首先详细分析M2M业务特征以及对现网架构的影响;然后借鉴国际标准组织提出的M2M网络架构,并在此基础上根据现阶段的网络现状和M2M业务需求提出了3G网络阶段适用的网络架构。
【关键词】M2M 网络架构 PCRF 核心网 专用网元
物物通信(M2M,Machine to Machine)是一种涉及一个或多个实体的不需要人为干预的数据通信,也称为机器类型通信(MTC,Machine-Type Communication)。随着M2M业务的快速发展,基于移动通信网络的MTC正日益成为一种主要的移动通信方式,但是传统移动通信网络毕竟是面向人人通信(H2H,Hu-man to human)业务设计的,适应H2H的业务需求,却不能满足M2M业务需求。具体来说,MTC和传统人人通信的不同之处包括以下方面[1]:
(1)基于MTC通信的应用场景比H2H通信的场景丰富很多,而且具有差异性。根据功能特性划分大致可归纳为位置感知和共享、环境信息感知、远程控制与执行、数据收集发布、视频监控、近场通信等。这些应用的差异化一方面表现为功能上的多样性;另一方面也体现在应用特征以及对网络的需求上的差异化。
(2)数据通信为主,包括小流量数据包、视频流等。
(3)要求MTC通信成本比H2H更低。由于M2M业务是在H2H业务之后发展起来的,最小化成本是M2M业务生存的重要考虑。不同的应用因其重要性不同,对通信的要求也是不同的,需要结合事件发生的可能性和需要付出的通信等综合成本来考虑进行成本的最小化。
(4)M2M终端数目巨大,需要更灵活和有策略的终端管理。潜在的海量M2M终端接入通信网络,而且M2M终端无论是从传输特性、QoS要求和移动性,还是从终端的分布密度方面,都与H2H终端有很大不同。
(5)以小数据量传输为主。
如果继续使用传统移动通信系统来进行MTC通信,其系统的效率、成本和适用性都无法达到最优。因此,在考虑M2M业务特征的同时减少对H2H业务的影响,从而设计MTC专用的通信系统,是当前物物通信不断发展背景下的一个重要课题。
网络架构的设计,需要以网络所承载的具体业务为出发点[2]。也就是说,M2M网络架构的设计需要充分分析M2M业务特征和需求,结合终端上下行数据量、频度、QoS需求等方面的业务特征,将物联网应用分为如下五类。其中,对各类应用的部分需求和特征进行了分析,包括移动性、群组通信、鉴权以及按计划周期性处理等,不同场景间有较大差异。
(1)监控报警类:传感器本地监测数据,当发生不符合预期的数据变化时通过网络通知应用层进行报警。
平均数据传输速率:低,仅在某些触发条件下发送少量上行数据流量。
尖峰数据传输速率:不同场景间有较大差异,与应用需求确定的传输的数据内容有关。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求以及当前数据所代表的含义有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据持续性:低,仅在发生预置的事件时存在短暂的或者持续时间较短的数据传输。
与人交互性:低,通常由系统根据预置处理方式自动处理。
对连接性的需求:需要监控连接性以防破坏或无效。
终端移动性:因无下行流量需求,所以无移动性需求。
举例:输血车血液环境监测;井盖监控;移动资产跟踪。
(2)数据收集类
平均数据传输速率
上行流量:中,数据量较大,持续的数据上报或者周期性数据上报;下行流量:低,更多的是用于修改上报规则等。
尖峰数据传输速率:不同场景间有较大差异,与应用需求确定的传输的数据内容有关。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求以及当前数据所代表的含义有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据持续性:取决于数据传输间隔和传输方式的选择。[论文网]
与人交互性:低,通常由系统根据预置处理方式自动处理。
对连接性的需求:需要监控连接性以防破坏或无效。
终端移动性:因偶尔有下行数据,所以需要优化的移动性管理。
举例:气象信息监测;火灾现场数据收集;路况信息收集。
(3)信息推送类
平均数据传输速率
上行流量:通常较低,主要用于提供应用所需的过滤或输入条件(如位置信息);下行流量:通常较大,主要用于传递所推送的信息(如广告、视频媒体等),持续的、基于交互等外界条件出发的或者周期性的数据推送。
尖峰数据传输速率:具有明显的尖峰数据特征,在条件触发后下发匹配的信息。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求以及当前数据所代表的含义有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据持续性:通常具有较长时间的持续性。
与人交互性:高,通常用户会做出反馈,系统根据反馈对推送的信息进行调整。
对连接性的需求:较强,需要维护网络连接以便于进行数据的正确传输。
终端移动性:两极分化。部分终端有很强的移动性;部分终端则通常不移动。
举例:智能博物馆等。
(4)视频监控类
平均数据传输速率
上行流量:高,主要用于传递所监控的多媒体数据;下行流量:低,主要用于传递控制和调节命令等。
尖峰数据传输速率:无明显的尖峰数据特征,数据传输通常维持一个相对稳定的传输速率。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:不同时刻有不同的要求。如在正常情况下要求适中,但一旦发生某些预置的事件则需要较高的可靠性传递。
数据持续性:通常具有长时间的持续性。
与人交互性:低,用户偶尔会对视频监控过程进行干预。
对连接性的需求:较强,需要维护网络连接以便于进行数据的正确传输。
终端移动性:两极分化。部分终端有很强的移动性;部分终端则通常不移动。
举例:家庭安防中的视频监控等。
(5)远程控制执行器类
平均数据传输速率
上行流量:通常较低,主要用于提供应用所需的过滤或输入条件(如预置事件的发生);下行流量:取决于控制对象和控制命令的复杂程度。
尖峰数据传输速率:通常具有明显的尖峰数据特征。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:要求较高,因涉及到控制过程是否能够正常实现。
数据持续性:通常具有长时间的持续性。
与人交互性:高,通常是对人操作指令的具体反映。
对连接性的需求:较强,需要维护网络连接以便于进行数据的正确传输。
终端移动性:两极分化。部分终端有很强的移动性;部分终端则通常不移动。
举例:工业自动化等。
从对现网架构的影响来说,M2M业务可以分为两类:A类是现有网络不能满足需要网络优化的业务,这类业务需要过载控制功能来避免网络过载,以及针对客户的业务需求提供差别化的服务;B类是对于现有网络影响较小的业务,这类业务是对时效性要求不高的MTC业务,而且这些业务和现在的移动网络业务有类似的需求。从整体来说,M2M业务中大部分是A类业务,以下分析的是A类业务对现网架构的影响[3]。
M2M业务的多样性、差异化,网络的多种接入方式,M2M终端的海量性、差异化,以及M2M业务表现出来的传统电信业务所不具有的各种特点,都对现网架构和网元设备产生了很大影响,其直接后果是现网的核心网元如HLR/PCRF/GGSN的能力已经不能满足M2M业务所带来的信令、流量冲击和业务控制需求,主要体现在以下方面:
(1)由于物联网业务的特殊性,可能会产生瞬时大量的信令,会对无线网络的关键信令控制设备(STP/HLR/PCRF)造成影响而导致全网的瘫痪。因此,一方面要大规模提高相关信令控制设备的容量或设备的信令处理能力;另一方面需要进行差异化、分优先级的接入控制;此外,关键信令控制和处理设备要具备一定的设备过载保护机制以及高容灾、高流控能力,避免关键网元的过载,从而有效提升整网的可靠性。
(2)由于物联网业务的特殊性,其接入方式的多样性,涉及行业及用户和设备的多样性、海量性,因此需要对用户数据管理HLR网元进行相应增强,包括其数据库的可扩展性和灵活性,除了标准的用户签约信息,还有设备序列号、设备驱动程序信息、位置信息和配额信息等运营商、M2M客户私有字段等;对多种接入类型的支持,可对由不同接入类型(2G/3G/LTE)接入网络的设备进行鉴权;对用户标识和寻址的灵活动态支持,支持一卡多号或一号多卡;支持对终端设备基本状态的查询,能通过网络侧下发终端“苏醒”请求,发现设备被盗时能够立刻锁死等。
(3)由于物联网业务的特殊性及多样性、群组性,因此有必要对业务进行区分,包括业务分类分级、QoS分级、用户分组、设备分组,从而进行流量管理和业务管理,根据忙闲时、地理位置等各种特性采取不同的接入和传输处理策略等。此外,在现网PCC架构中叠加物联网策略控制,因其特殊性,PCRF(Policy and Charging Rules Function,策略与计费规则功能)进行策略控制时需先判断是个人用户还是物联网用户,而且物联网数据的瞬时爆发性会影响现网PCC架构,所以有必要设置专用的物联网M2M PCRF。
总之,需要对相关网元进行能力的增强和升级,可以改造现有相关网元,也可以设置M2M的专用网元叠加在现有H2H网络上来解决相应问题。
国际标准组织如ITU、ETSI和3GPP等分别从不同角度提出了M2M的网络架构[4]。
根据ITU-T发布的定义,物联网体系架构主要可划分为三个层面:感知层、网络层和应用层。如图1所示,该架构基本达成业界共识,但是其体系架构过于抽象属于概念模型,在转化为技术实现的过程中还需要细化。
在ITU-T物联网体系架构的基础上,ETSI提出了一种可看作逻辑模型的M2M应用顶层架构[5]。如图2所示,ETSI把M2M体系架构划分为M2M设备及网关和M2M网络两个大域。M2M设备及网关域包括M2M设备、M2M网关和M2M局域网,可以基于现有的各类标准实现;M2M网络域则包括广域网和M2M应用系统。
相较于ITU的概念模型,ETSI的逻辑模型侧重于M2M服务能力层,通过对服务能力和接口的定义来实现屏蔽网络细节的M2M应用、M2M服务能力及网络三者之间的相互调用,可供在研究平台和网关设备功能及接口时参考。
在ETSI的体系架构基础上,3GPP也提出了一种支持MTC应用的通信架构。如图3所示,涉及到的实体包括MTC终端、承载网络、MTC服务器和MTC应用。其中,MTC服务器是MTC业务的管理平台;MTC应用负责业务逻辑的实现。承载M2M通信的移动网络包括GPRS、EPC以及短消息和IMS网络。
3GPP提出的MTC通信架构侧重于M2M网络层,对M2M网络中各通信网元的功能和接口进行了定义,其适用于研究MTC业务的管理平台以及M2M核心网络的功能和接口时参考。
以上标准组织虽然都提出了M2M的网络体系架构,但是有其局限性。ITU和ETSI的架构过于框架性,对于实际的网络部署没有较好的指导意义;3GPP虽然对于网络网元功能增强有一定的研究,但是由于目前部署的H2H网络大多处于R7或R8版本,而MTC网络体系的研究是在R10以上版本的网络基础上进行的。因此,在现有网络中按照标准来部署MTC网络还为时尚早,需要研究一种网络架构既具有在现有网络基础上投资和部署的可行性,又能满足现阶段MTC业务应用的需求。
在现有的3G网络阶段,为解决发展M2M业务面临的网络运营和网络资源问题,运营商可以通过采用物理上隔离的网络来单独承载机器通信业务,在初期可以通过核心网中专设的网元实现业务的隔离,在后期演进也可以延伸到采用专用的接入网实现物联网业务的接入隔离。此外,物联网管理平台也是物联网解决方案中必不可少的组成部分。物联网管理平台与物联网独立网元配合,在物联网业务发展的初期阶段主要实现物联网独立码号集中管理和物联网业务有效管控等功能。随着物联网的发展,平台的功能也会逐步支撑更多资源管控与更多的业务流程,并开放更多资源及能力。可以根据M2M业务的特性,实现基于位置、时间段、接入类型的QoS控制和相应的计费策略;还可以根据用户的属性及行为进行相应的分组,实行基于群组的流量统计、事件分发和策略执行等,这体现在核心网中PCRF/SPR/M2MSP的功能实现。综上所述,在3G发展阶段,M2M网络架构的特征具体体现在以下四个方面:
(1)在无线接入侧对Wi-Fi、2G、3G、无线传感网络等多种方式的整合,实现移动通信网络对行业应用领域的广覆盖,构建面向行业的M2M移动网络。
(2)在核心侧构建M2M专用的HLR、GGSN、SMSC等网元,实现对M2M等物联网业务的集中运维和管理,并能够实现与“现网”的有效隔离,有利于网络的安全、稳定、扩容及升级。
(3)在核心网中部署M2M专用的PCRF等策略控制网元,利用M2M业务的业务特性和用户属性,实现对网络资源的高效利用和对业务服务的精细支撑。
(4)在核心网中搭建M2M业务支撑平台,实现对业务和终端的统一管理。
在物联网业务发展的初期阶段,考虑针对物联网网络通信需求,进行最小成本隔离:只新建核心网的关键节点,实现网络支撑隔离。对于业务系统,需要单独建设物联网平台,实现业务承载隔离;对于接入网络,则公用,不考虑单独建设。如图4所示,是一种在现网上叠加专用M2M核心网络的架构。在该方案中,与现网共用无线和SGSN,新建物联网专用的GGSN/DPI,通过APN选路将物联网数据路由到处理物联网数据的GGSN,新建物联网专用的PCRF+SPR,完成对物联网业务的流量、安全、QoS控制,新建物联网专用的HLR进行物联网设备签约信息、标识及安全管理。
3G阶段的M2M网络架构如图5所示。
其中,主要网元的功能如下:
HLR:由于现网的HLR都是支持H2H的HLR,支持的能力和M2M的支持能力还是有所不同。HLR也有自己特殊的一些需求,包括:需要支持群组签约数据能力;支持终端监控(如位置监控、IMEI监控等)能力,支持某个时间段接入控制,支持扩展ID到MSISDN、IMSI的映射能力,支持终端特征签约(如终端的低优先级、是否为PS only等),供SGSN控制UE的行为;HLR要支持多profile的签约,降低终端漫游时的资费,支持一卡多号和一号多卡的M2M业务。
GGSN:扩展的GGSN需要增强支持基于群组流量统计,基于流的计费信息、QoS策略执行和基于群的事件上报等。
短消息中心:除了现有的短消息的功能外,需要支持短消息完成设备触发的功能,支持在一号多卡的M2M业务中短消息的群发功能。
PCRF:支持群组的策略数据动态下发、更新和删除,支持群组用户的流量监控。
SCP:完成M2M业务中的紧急呼叫等语音呼叫的计费,产生语音呼叫话单。
OCS:实时信用控制、预付费使用数据业务和增值业务实时计费。
M2MSP业务平台:M2M平台为集团客户提供统一的M2M终端管理、终端设备鉴权。提供数据路由、监控、用户鉴权等管理功能;承载信息上报、参数配置、终端状态检测、终端注册等业务功能的短信上下行通道;支持一卡多号和一号多卡的M2M业务,进行动态的号码管理。在实际部署中,物联网业务支撑管理平台按照功能划分为总部平台、省平台两个层面。
M2M业务的多样性、差异化以及M2M业务表现出来的传统电信业务所不具有的各种特点,都对现网架构和网元设备产生了很大影响。本文在研究M2M业务特征及其对现网的影响和国际标准组织提出的网络体系架构的基础上,提出了在现有移动通信网络上部署具有可行性,又能一定程度上满足MTC业务应用需求的网络架构。
运营商发展M2M业务的基础与发展移动通信是一致的,在专用的M2M网络架构中,必须长远规划网络资源,根据业务发展实施网络优化和数据分流,加强平台建设,完善网络覆盖,加大网络容量,从根本上满足M2M业务需求,同时又不影响当前的人人通信业务,提高用户体验。
[1] 沈嘉,刘思扬. 针对移动M2M业务的优化技术研究[J]. 现代电信科技, 2011(10): 37-44.
[2] 沈嘉,刘思扬. 面向M2M的移动通信系统优化技术研究[J]. 电信网技术, 2011(9): 39-46.
[3] 孙其博,刘杰,黎羴,等. 物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J]. 北京邮电大学学报, 2010(3): 1-9.
[4] 诸瑾文,王艺. 从电信运营商角度看物联网的总体架构和发展[J]. 电信科学, 2010(4): 1-5.
[5] 沈苏彬. 物联网技术架构[J]. 中兴通讯技术, 2011(1): 8-10.
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网络安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护,不因偶然的或者恶意的原因而遭受到破坏、更改、泄露,系统连续可靠正常地运行,网络服务不中断。以下是读文网小编今天为大家精心准备的互联网技术论文范文:供电公司的网络安全改造分析。内容仅供参考,欢迎阅读!
电力安全和电力资源供应影响着社会生活的各个方面,主要工作在于电力资源分配、传变和输送的供电公司,应与电力用户、上级管理单位以及电力资源生产企业主动联系。随着我国网络技术和计算机技术的快速发展完善,供电公司也越来越看重其自身与电力用户和外部相关单位之间的联系,网络安全问题的重要性也日渐凸显。
网络安全技术在供电企业中得到了广泛的应用。但是,受到网络安全人员自身能力以及网络安全系统缺陷等方面的限制,随着网络发展速度的加快,供电公司网络安全技术人员自身应逐步增强专业技术能力,以提高供电网络系统的安全性。文章首先分析目前供电网络安全改造中存在的问题,然后提出了解决措施。
第一,通过本地认证方式进行本地登陆。供电公司对于这一问题的规定为:管理SNMP和SSH交换机,SNMP启用访问控制列表模式,以Radius认证为基础实现远程登录,全部系统应用者均有独立账号,从console进行本地认证能够由网络设备登陆本地电脑。
第二,ARP攻击的有效预防。供电公司对于这一问题的规定为:将DHCP Snooping应用于全部供电设备,DAI应用于全部新设备,避免受到ARP攻击。通过保留IP的形式,通过DHCP服务器分配地址。
第三,HUB(HUB是一个多端口的转发器,当以HUB为中心设备时,网络中某条线路产生了故障,并不影响其他线路的工作)的混接控制。该现象所导致的安全隐患表现为:供电公司的网络与路由器、HUB等设备相互连接,这就容易增加用户用电的困难。供电网络安全改造过程中,利用人工检查与网管系统相结合的方式,确定相关的UB端口,一次接入,将HUB这一环节撤销,保证增加端口,经8口交换机网管,替代传统设备,保证网络与全部交换机接入端口相互连接。
第四,为多个部门建立Radius服务器的账号。供电公司对于这一问题的规定为:建立独立的桌面管理系统数据库或是部门之间关联的数据库,验证全部部门用户密码和账户基本相同。第五,网络接入认证,确保桌面管理系统的安装率。供电公司对于这一问题的规定为:桌面管理系统安装率100%,严格认证网络和计算机之间的连接。其主要的安全问题是:不安装桌面客户端的电脑,电脑终端会自动化分和修复VLAN,访问服务器,自动将客户端、杀毒软件和补丁安装在电脑上。客户端安装后,各部门可以由客户端进入并选择,则获取其中的地址和系统用户名。
交换机在接入后,IEEE 802.1x协议将会生效,并从Radius服务器中认证用户。802.1x计算机客户端软件在一般状态下,与终端接口交换机接入后,802.1x协议则会生效,并设定各个端口只能够认证通过一台终端。对于相同的HUB和交换,因其不能提供协议认证端口,能够进行暂时性的uilt-auth认证,从而确保通过所有终端认证。交换机更换后,取消端口认证,并配置下级交换机认证。将Radius服务器设置于信息中心,从而确保Radius服务器工作的可靠性,并保证2台以上的Radius服务器,使其实现账号的自动同步。
在配置交换机时,对各个端口的MAC地址数量进行严格控制,设置值默认为1。通过对登陆交换机进行检查,确定HUB的端口,通过分线的方法达到接入要求,也可用管理交换机替换原来的HUB,从而确保交换机接入端口仅仅存在一台认证通过的终端与网络相互连接,也可下接设备为802.1x接入认证提供支持。Cisco交换机与终端端口相互连接后,会将BPDUGUARD功能启动,进而避免计算机端口与HUB或交换机随意连接,进而形成网络环路。
在网络监察过程中,终端可能并未打开,这就容易形成端口与多台计算机相互连接的现象,需要进行严格控制,在其他终端开机后,无法实现网络连接。信息中心技术支持人员需要配置交换机,保证其与网络的顺利连接。在交换机端口与管理交换机相互连接,而非终端时,需要将BPDPGUARD功能关闭,避免交换机端口的自动关闭。建立每个VLAN独立的ACL并应用后,实现VLAN之间三层隔离的目标。因为目前的业务主要体现为信息中心机房内,因而VLAN只能够访问信息中心服务器,且不限制访问其他兄弟单位网络。
自动绑定交换机端口和MAC地址,通过“port-security maximum”对所有交换机端口接入终端的数量进行控制。利用DHCP服务器内的IP地址保留方式,绑定MAC地址和IP地址,而且,在开启交换机DAI功能后,只能允许终端以过DHCP方式获取IP地址,避免终端手动指定IP地址,进而出现IP地址冲突或是盗用问题。联合应用DAI和DHCP Snooping,有助于ARP攻击的控制。以保留IP的形式在DHCP服务器上对IP地址进行重新分配,从而实现绑定IP地址和MAC地址的目标。为了对非法DHCP服务器进行限制,应控制交换机,确保全部终端均获得合法DHCP服务器的地址。少数计算机需要经常性与各个VLAN网络接入,应实现VLAN内各个IP地址的分配。
综上所述,随着供电公司网络安全改造过程的逐步深入,由此所导致的困难和问题也逐步凸显,并引起了相关企业管理人员的关注。因为变电站漫游障碍是供电公司网络安全改造中最经常遇到的问题,所以维操队工作人员需要收集各种笔记本电脑的MAC地址,并绑定需要介入的电站内交换机指定端口。维操队工作人员的笔记本只能够与特定端口相连接,这一处理方法能够最大限度地提高操作站内笔记本应用的安全性和便利性。
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路由器(Router)又称网关设备,它是用于连接多个逻辑上分开的网络,所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时,可通过路由器的路由功能来完成。以下是读文网小编今天为大家精心准备的大专计算机专业相关毕业论文:基于路由器的网络技术。内容仅供参考,欢迎阅读!
摘要:本文首先介绍了路由器的基本概念和分类方法。在此基础上,重点对Ipv6技术、提高路由器吞吐量的技术、可编程ASIC技术、技术、QoS技术、MPLS技术、多播技术、网管技术等八种与路由器相关的新技术进行了全面的分析,对这些技术的发展作了高度的概括和总结。
关键字:路由器 网络 网络技术
当前基于IP协议的计算机网络用户数量剧增,网络流量每六个月翻一番,比计算机CPU速度每18个月提高一倍还要发展得快得多。为了使网络状况更加适应用户的需要,作为网络核心器件的路由器的不断升级换代也就成为大势所趋。下面就从路由器的基本概念和分类入手,对基于路由器的网络技术进行一个较为全面的介绍。
1977年,国际标准化组织(ISO)制定了开放系统互连基本参考模型(OSI),OSI参考模型采用分层结构技术,将整个网络的通信功能分为职责分明的七层,由高到低分别是:应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。目前计算机网络通信中采用最为普遍的TCP/IP协议吸收了OSI标准中的概念及特征。TCP/IP模型由四个层次组成即:应用层、传输层、网络层、数据链路层+物理层。只有对等层才能相互通讯。一方在某层上的协议是什么,对方在同一层次上也必须采用同一协议。路由器就工作在TCP/IP模型的第三层(网络层),主要作用是为收到的报文寻找正确的路径,并把它们转发出去。
路由器的基本构成部分:
1、两个或两个以上的接口(用于连接不同的网络)
2、 协议至少实现到网络层(只有理解网络层协议才能与网络层通讯)
3、至少支持两种以上的子网协议(异种网)
4、一组路由协议
路由器的基本功能:
1、 存储、转发、寻径功能
2、 路由功能。包括数据包的路径决策、负载平衡、多媒体传输(多播)等
3、 智能化网络服务。包括QoS、访问列表(防火墙)、验证、授权、计费、链路备份、调试、管理等
按照路由器的接口、处理能力、吞吐量、提供的协议、功能等可以把路由器分成高、中、低多种档次。
1、 高端路由器位于WAN骨干网的中心或骨干位置,构成IP网络的核心。
2、 中端路由器适合于有分支机构的中小型企业,一般位于路由中心位置上,互连企业网的各个分支机构,并作为企业网的出口,上行接入高端路由器中。中档路由器边缘可以接入低端系列路由器。对于中小型企业来说,中端路由器是其网络的中心。
3、 低端路由器主要针对派出机构,接口少,处理能力要求不高等场合。
4、 专用路由器:如路由器、加密路由器、语音路由器,通过特殊的附加(软)硬件实现特定功能。
1、 IPv6技术
IPv6是IP的一种新的版本,它同目前广泛使用的的IPv4相比,地址由32位扩充到128位。从理论上说,地址的数量由原先的4.3×109个增加到4.3×1038个。经由IPv6,路由数可以减少一个数量级。
IPv6所以能使互联网连接许多东西变得简单而且使用容易是因为它使用了四种技术:地址空间的扩充、可使路由表减小的地址构造、自动设定地址以及提高安全保密性。
IPv6在路由技术上继承了IPv4的有利方面,代表未来路由技术的发展方向。
2、提高路由器吞吐量的技术
路由器的吞吐量是指路由器单位时间内能够转发的报文数,通常用pps(Packet Per Second)表示。 以一个典型的企业网为例,一个派驻机构的上行速率有2000pps就够了,分支的核心路由设备必需具有几万pps的吞吐能力,而公司总部的路由中心则可能需要几十万甚至上百万pps的处理能力。
目前主要有下面的提高路由器吞吐量的技术:
改造路由表;采用Cache;采用分布式处理;高层交换;硬件(FPGA/ASIC)转发等
交换式路由器(Switch Router)就是利用这些技术的结晶。
3、可编程ASIC技术
ASIC技术能够使得路由器的速度提高并降低制造成本。由于设计生产的投入相当大,ASIC基本上都用于已完全标准化和固化的过程。为了满足计算机网络各种结构和协议的频繁变化的要求,出现了“可编程ASIC”技术。实际应用中多数采用在ASIC芯片中内嵌入专门处理通信协议的CPU,通过改写微码,使其具有处理不同协议的能力。
4、技术
(Virtual Private Network)虚拟私有网络就是利用公共网络来构建的私人专用网络。用于构建的公共网络包括Internet、帧中继、ATM等。在公共网络上组建的象企业现有的私有网络一样能够保证安全性、可靠性和可管理性等。
“虚拟”的概念是相对传统私有网络的构建方式而言的。对于广域网连接,传统的组网方式是通过远程拨号连接来实现的,而是利用服务提供商所提供的公共网络来实现远程的广域连接。通过,企业可以以更低的成本连接它们的远地办事机构、公司出差员工和业务合作伙伴,企业内部资源享用者只需连入本地ISP的POP(Point Of Presence,接入服务提供点)即可相互通信;而利用传统的WAN组建技术,彼此之间要有专线相连才可以达到同样的目的。虚拟网组成后,出差员工和外地客户只需拥有当地ISP的上网权限就可以访问企业内部资源;如果接入服务器的用户身份认证服务器支持漫游,甚至不必拥有本地ISP的上网权限。这对于流动性很大的出差员工和分布广泛的客户与合作伙伴来说是很有意义的。并且企业开设服务所需的设备很少,只需在资源共享处放置一台服务器就可以了。
常见的分为三种类型:远程访问虚拟网(Access )、企业内部虚拟网(Intranet )和企业扩展虚拟网(Extranet ),这三种类型的分别与传统的远程访问网络、企业内部的Intranet以及企业网和相关合作伙伴的企业网所构成的Extranet相对应。
5、QoS(Quality of Service)
QoS是两网合一和等应用推广的前提。在融合的推动下数据网上承载的业务越来越广泛,话音、电子商务、远程教育等。传统的数据网对业务是不区分的,当网上数据流量比较大时话音质量将急剧下降,某些重要的公司业务流也将受到影响。QoS就是要区别对待这些业务,提高网络的服务质量。
QoS包含的流分类是将接入的用户数据按业务进行分类,赋予不同的优先级;流量整形是指对特定的业务流进行带宽限制,使之符合QoS协定;流量工程则是从全网管理的高度保障QoS。
6、MPLS(Multi Protocol Label Switch)——多协议标记交换
IP的发展存在着一个非常明显的障碍,这是由IP本身固有的一个缺陷决定的,IP是一个无连接的协议,因此IP网上的应用无法得到很好的QoS保证。由于缺乏连接性,每一个IP包都是单独地发到目的地的,网络中的各个节点都无从知晓这些无连接的包中的某一个是如何到来的。与此相比,面向连接的协议如帧中继则需要建立一个固定的虚电路。连接路径上的各个节点以及干线可以先为其预留资源,以提供QoS保证。IP具有其他网络协议所无法比拟的灵活性,这一点通过Internet已经得到了证明,而面向连接的协议可以保证QoS,因此这两种协议的结合是非常有意义的,这就导致了MPLS的产生。
MPLS将IP的灵活性和帧中继、ATM等面向连接网络的QoS保证特性有效地结合在了一起,这对于 IP的进一步广泛应用无疑有着巨大的推动作用。
7、多播技术
多播(Multicast)主要用于视频会议等应用场合,这种应用需要同一份数据同时发送给多个用户。多播包的目的地址使用D类IP地址,即从224.0.0.0到239.255.255.255的多播地址。每个多播地址代表一个多播组,而不是一台主机。IGMP(Internet组管理协议)用于控制用户加入或离开多播组,多播路由协议则用于建立多播路由表,或称多播树。
如果一个局域网中有一个用户通过IGMP宣布加入某多播组,则局域网中的多播路由器就将该信息通过多播路由协议进行传播,最终将该局域网作为一个分枝加入多播树。当局域网中的所有用户退出该多播组后相关的分枝就从多播树中删掉。
多播路由协议有下列几种。DVMRP:距离向量多播路由协议;MOSPF:多播OSPF;CBT:基于核的树;PIM:协议无关的多播
多播网中可能有不支持多播的路由器,此时多播路由器使用“IP over IP”的隧道方式将多播包封装在单播IP包中透传给相邻的多播路由器。相邻的多播路由器再将单播IP头剥掉,然后继续进行多播传输。
8、网管系统
网管在网络运营中起着非常重要的作用。方便、强大的网管可以协助用户有效地管理网络和降低网络维护费用。网管协议非常多,与路由器产品相关的网管协议主要有SNMP、RMON等,其中SNMP最常见。SNMP采用代理(Agent)工作方式,设备侧(路由器上)运行Agent,网管站运行管理软件。代理的作用包括收集路由器统计数据(如端口收发报文总数等)和状态信息(如端口地址等),回答网管站对这些信息的查询;传达网管站的设置命令,如TCP连接复位、配置端口IP地址等;发生异常事件时主动向网管站报告等。
以上对目前最新的基于路由器的网络技术进行了介绍。相信随着上网用户的越来越多,随着宽带网建设的如火如荼,对路由器技术更新的要求会越来越强烈。通过业界同仁的不懈努力,未来更加先进、更能适应网络发展要求的新一代技术定将层出不穷地涌现出来。
1. 张公忠.《现代网络技术教程》[M] .电子工业出版社, 2000年1月
2. 李晓东. 《IP QoS的实现》[N] . 计算机世界日报, 2000年7月3日
3. 赵慧玲及ITU-T SG13中国代表团.《新一代IP网络标准的发展》[J].中国通信, 2001,(2)
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摘要:网络通信系统已经具备了一定的加密系统,而我们说到的是在原有的加密体系上,设计一种更加安全、有效的加密系统。该系统在原有的安全系统上将数据以三重IDEA加密,而密钥则采用RSA加密,并用单向数字函数SHA—1实现数字签名,从而确保了用户在使用时更加的安全。本文主要介绍该系统的设计以及其应用。
关键词:三重IDEA算法RSA算法网络通信系统数据加密
目前网络通信系统采用的协议都是TCP/IP协议,因此,在对网络通信系统中传输的数据进行加密时主要研究的就是会话应用层。在数据形成的最初就将其加密不仅可以使数据在通过网络传输的过程中更加的安全,还能够避免在传输过程中需要进行加密的繁琐。由此可见,在进行加密设计时首先必须将整个网络通信系统的结构弄清楚,然后才可以根据网络系统的结构设计出最适合该网络的加密系统。
为了确保网络通信系统的安全,数据加密已经普遍的投入使用,也确保了网络通信系统的安全。但是原有的数据加密网络通信系统难免存在一些漏洞,因此,我们就在原有的数据加密网络通信系统上进行了一些设计,从而确保数据的传输更加的安全、可靠。
(一)加解密模块的设计。本系统是将对称密码算法和公钥密码算法相结合,使两者的优缺点相互结合,以弥补各自的不足。对称密码算法具有加密速度快、加密强度高的特点,可以满足大量数据的高效加解密;而公钥密码算法具有加密速度慢、加密强度高、密钥便于管理的特点,因此,它可以对明文的密钥进行加密。这样就弥补了对称密码算法中密钥不便于传递的缺陷。两者结合,各取其优点,使之互补,能够更便于网络通信系统的加密。
(二)用外部CBC模型三重IDEA算法加解密。三重IDEA算法是分组密码算法中比较优秀的算法,该算法的密钥长为128bit,而且它还具有较好的抗差值分析和相位分析性,并且便于硬件和软件的实现。
三重IDEA算法即是采用IDEA算法在三个密钥的作用下对一个明文进行多次加密,在该算法加密的系统中所使用的三个密钥必须保证相互独立。假设所使用的三个密钥为K1、K2、K3,明文为P,密文为C,用密钥加密过后用EK表示,解密过后则用DK表示。因此,整个算法的过程的描述如下:
加密:C=EK3(DK2(EK1(P)));解密:P=DK1(EK2(DK3(C)))
CBC不是一种加密算法,而是一种算法的实现方式,是一种密码模式。密码模式不会损坏密码算法的安全性,而CBC模式的应用主要就是在明文被加密之前将其与前面的密文进行异或运算。在一组明文分组被加密过后,其结果会被存在反馈寄存器里面,然后再进行下一组明文分组加密的时候,CBC模式就会先将这一组明文分组与前面加密过后的密文进行异或运算,然后将结果又存到反馈寄存器中,又将其与下一组明文分组进行异或运算,一直循环到明文分组加密结束。CBC模式采用这样的方法主要就是为了将完全相同的消息加密成不同的密文消息,这样就可以避免窃听者采用分组重放的方式再进行攻击。整个加密过程实现起来并不难,但是必须保证用于加密的密钥相互独立,而该系统所使用的密钥是由系统的随机函数产生的。
RSA算法的安全性与大数的分解难度是息息相关的。使用RSA算法求取密钥的方法大致如下:首先,我们随机的选择两个大素数P和Q;然后将两个数相乘计算出模数,将两个数分别减去1相乘,计算出欧拉函数Φ(n);计算出欧拉函数后选择与其互素的正整数d,其必须满足gcd(d,Φ(n))=1的条件;最后计算密钥e,而其必须满足的条件是d*e=1mod(Φ(n))。这些密钥中e、n是公开的,而p、q、d则是保密的,e是公开的加密密钥,d是秘密解密密钥。
该加密系统是基于Internet的C/S通信模型建立的,也主要是在该模型中使用。它主要是在应用层对数据进行加密、数字签名或身份认证等运算,然后发送方再将数据用三重IDEA算法进行加密,用单向散列函数SHA-1实现数字签名,并将三重IDEA的密钥K1,K2,K3等信息用RSA算法进行加密,最后将加密完成的密文发送给接收方。而接受方在接受到信息后将会按照发送方加密的方式对数据进行解密,得到发送方发送的原文,然后进一步进行验证。这样,客户端与服务器之间的通信就可以正常的进行了,从而保障了两者之间通信的安全性。
基于数据加密的网络通信系统在很多的领域都可以用到,它主要就是避免信息在传输的过程中被截取或是篡改,在需要用到通信系统的领域都需要使用加密系统,从而才能保障网络中信息的安全性。加密系统是网络通信系统必不可少的一个部分,也在网络通信系统中将它的作用发挥的淋漓尽致。
在信息急速发展的时代,网络通信系统的安全是非常重要的,也受到了极大的重视。而为了保证网络通信系统的安全,研究以及使用加密系统就显得非常必要了。我们在文中谈到的加密系统在进行测试的过程中确实实现了对数据加密以及数字签名等功能。而网络通信系统在不断的发展,加密系统也将会不断的发展。加密系统在网络通信系统中也将其作用发挥了出来,并且随着发展将会为网络通信系统提供更加完善的安全保障。
[1]孟艳红,秦维佳,辛义忠.基于数据加密的网络通信系统的设计与实现[J].沈阳工业大学学报,2004,26(1):93-95
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[3]王智超.基于数据加密的网络通信紫铜的研究[D].河北工业大学,2006,11
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OPC是一种被广为接受的开放式的工业通信标准,在工业控制领域越来越得到广泛应用。OPC技术在工业控制领域的应用越来越广泛,并备受广大用户的青睐。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈基于OPC技术的上位机与S7-300的通信研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
在工业自动化控制领域,采用PC作为上位机进行监控,以PLC控制现场设备是较常见的系统构建方式。因此,如何解决上位机与PLC之间的实时通信是自动化控制系统设计开发的重点之一。开放式过程控制(OPC)技术是一种过程控制领域非常流行的数据交换技术,它的出现解决了各仪器接口不统一而无法互联的问题。OPC是一种连接硬件装置或软件数据库等数据源与过程控制客户应用程序之间的标准化的接口协议,它可以显著地增强过程控制领域中的控制系统、现场设备、管理应用程序之间的互操作性,为实时综合监测系统的开发提供一条高效、可靠的新途径。
2.1软件和硬件的配置
软件配置:SIMATIC NET,用于通信组态并配置OPC服务器(OPC.SimaticNET);STEP7,用于SIEMENS PLCS7-300的编程和OPC服务器与S7-300连接通信的组态。Visual Basic 6.0,用于上位机编程,编写OPC服务器客户端应用程序。
硬件配置:普通PC机、PS307电源模块、CPU315-2DP CPU模块、DO 32xDC输出模块,DI 32xDC输入模块,CP343-1以太网通信模块、网络双绞线。其中CP343-1以太网通信模块用于实现PC与PLC以太网通信。此外,PC机上还需要安装工业以太网网卡或直接使用普通网卡。
2.2OPC服务器与S7-300连接通讯的组态
采用OPC技术,上位机与S7-300之间即可通过工业以太网实现实时通信。通过工业以太网建立OPC服务器与PLC的连接是建立通信的前提,因此,在设计客户端应用程序之前需要完成OPC服务器的硬件组态。
O P C 服务器与S 7 - 3 0 0 连接通讯的硬件组态利用SIMATIC NET和STEP7软件完成,具体步骤如下:
2.2.1配置PC站的硬件机架。添加OPC Server和IE General;进行网卡参数配置,选择本地连接属性菜单设置网卡参数,并设置PC Station的名称。
2 . 2 . 2 配置控制台的使用与设置。在A c c e s sP o i n t s 设定窗口中, 将S 7 O N L I N E 指向P C i n t e r n a l(local)。配置控制台的组态可为后续下载PC站组态做准备。
2.2.3在STEP 7中组态PC Station。在SIMATICManager中创建一个新项目并插入一个PC站,更改PCStation默认名称;硬件组态;配置普通以太网络参数;OPC Server建立一个新连接“S7 connection”;编译存盘。
2.2.4组态下载。
2.2.5数据通讯的测试——OPC Scout。将所定义的Item嵌入到OPC Scout中。如Quality显示good,则表明OPC Server与PLC之间已经建立连接。
2.3OPC应用程序开发
OPC规范规定了两种通讯方式:同步通讯方式和异步通讯方式。同步通讯时,OPC应用程序的返回必须在OPC服务器对应的全部操作完成以后,在此期间OPC应用程序一直处于等待状态;异步通讯时,OPC应用程序不用等待操作后立刻返回,同时还可以进行其他操作。当OPC服务器完成操作后再通知OPC应用程序。因此相对于同步通讯,异步通讯的效率更高,适用于多客户访问同一OPC服务器和大量数据的场合。因此,该设计采用异步通信方式。
VB采用可视化的图形用户界面(GUI)、面向对象的程序设计思想、事件驱动的工作机制和结构化的程序设计语言,具有简单易学、功能强大、界面丰富、价格便宜等特点。因此本方案运用VB设计OPC应用程序。
2 . 3 . 1 引用O P C D A A u o t o . D L L 文件, 并选择OPC Automation 2.0;在OPC应用程序开始定义全局变量,包括OPC服务器、组集合、标签集合、服务器句柄、事务标识符、取消标识符。为使被声明的对象变量引用可以响应事件,必须在声明中加上“WithEvents”语句。
2.3.2连接OPC服务器并建立OPC组;添加OPC项标识符。项标识符的数量与实际所需访问的S7-300的变量数量相一致,并一一对应。
2.3.3定义定时器事件调用异步写事件,将数据信息传送给S7-300,从而使PLC根据上位机传送的信息实时控制现场设备;调用DataChange事件监控现场设备的状态。
运用上述通信方案,本文以自动化集装箱码头的仿真模型为研究对象,设计了自动化集装箱码头监控系统。该模型中的现场设备主要有六大部分:远端场桥岸桥、场桥、地面小车、低桥旋转吊、低桥小车,各部分又都有几个不同的执行机构。将传感器安装在执行机构,PLC对传感器的信号进行采集处理并传送给监控系统。最终执行机构的状态,以指示灯、方向标识、文字等形式直观显示在监控界面。此外,报警信息的采集和保存也是监控系统非常重要的功能。根据报警信息工作人员可以第一时间消除故障,同时可以对历史报警信息进行的详细分析以便对系统加以改进。因此,本文设计的监控界面添加了报警记录界面并在其中设置了打印功能,从而可以方便地打印历史报警信息。
综上所述,自动化集装箱码头监控系统界面分别设计了任务计划、电气状态、运行状态、报警记录四个分界面。
OPC技术为上位机与PLC的通信提供了极大的方便;VB语言易于编程使用,为实现PLC与上位机的通信提供了简化的开发平台,同时节约了使用组态软件所需的开发成本。实验证明,以OPC技术实现上位机与PLC S7-300的通信为基础,开发的自动化集装箱码头监控系统,功能都能够满足规范要求,经运行,系统稳定可靠,达到了设计目标。按照上述方案运用OPC技术实现上位机与S7-300的通信,采用VB软件所设计的人机界面监控平台还可应用到其他的工业控制设备,在工业自动化控制领域具有一定的应用价值。
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摘 要:随着因特网、多媒体和无线通讯技术的发展,人们与信息网络已经密不可分。当今无线通讯在人们的生活中扮演着越来越重要的角色,低功耗、微型化是用户对当前无线通讯产品尤其是便携产品的强烈追求,作为无线通讯技术一个重要分支的短距离无线通讯技术正逐渐引起越来越广泛的关注。本文通过Bluetooth和UWB的技术对比及多角度的分析,证实了蓝牙+UWB作为下一代高速无线通讯技术的可能。
关键词:无线通讯重要作用Bluetooth UWB
目前,我国大型石化企业在厂内的通讯方式,一般仍然采用传统的有线传输方式,即依靠有线通讯电缆来传输信号,配合以传统的程控交换机和防爆电话,防爆扬声器等等设备终端来实现在防爆区与非防爆区之间的通讯。这样的通讯系统庞大,线缆众多不易于人员维护,加之厂区内部腐蚀性气体,工作环境,自然环境等经年累月极容易造成设备的线缆损坏,影响通讯,由于是有线电缆连接在事故发生时更加容易遭受破坏。一旦通讯中断,对企业的事故救援,员工的人身安全,都造成巨大的损失。所以要大力发展无线通讯网络在企业的应用。 1、无线通讯技术的重要作用
石化工厂厂区面积大,人员分布散,防爆区内移动作业人员和零散作业人员众多。无线通讯系统对满足人员通讯需要,加强防爆区内分布人员的动态管理,优化厂区网路结构,实现企业安全生产,调度指挥的有线,无线互联互通,相互结合的信息传递,保证企业安全高效的生产具有十分重大的现实意义。
目前广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。 2.1 数字电台用于点对点或点对多点的工作环境,能够提供标准RS-232接口,可直接与计算机、RTU、PLC等数据终端连接,实现透明传输。数传电台的传输速率从1200~19.2Kbit,传输距离20~50公里。具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟,标准统一。但随着GPRS/CDMA技术的日渐成熟,相应的设备价格的降低,使得在很多应用场合中数传电台被GPRS/CDMA所取代。但同时,数传电台的相关技术也在不断发展,智能化、网络化、高带宽的数传电台也不断涌现。
2.2 扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩频微波最大优点在于较强的抗干扰能力,以及保密、多址、组网、抗多径等,同时具有传输距离远、覆盖面广等特点,特别适合野外联网应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线(微波)进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备,可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离(可达50km)、高速(可达百Mbps)无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。
“蓝牙(Bluetooth)”是一个开放性的、短距离无线通讯技术标准,也是目前国际上最新的一种公开的无线通讯技术规范。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讯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讯。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讯设备,使设备去掉了连接电缆的不便,通过无线建立通讯。 蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础,采用高速跳频(Frequency Hopping)和时分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先进技术,为固定与移动设备通讯环境建立一个特别连接。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讯技术,它必将在不久的将来渗透到生活的各个方面。
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讯设备中使用。随着无线通讯的飞速发展,人们对高速无线通讯提出了更高的要求,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%的无线通讯方案。与常见的使用连续载波通讯方式不同,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。在高速通讯的同时,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讯方式,它有望在无线通讯领域得到广泛的应用。UWB的特点如下:
4.1 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。 4.2 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。 4.3 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讯系统同时工作而互不干扰。 4.4 消耗电能少:通常情况下,无线通讯系统在通讯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。 4.5 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。 4.6 发送功率非常小:UWB系统发射功率非常小,通讯设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通讯。低发射功率大大延长了系统电源工作时间。 4.7 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。
总之,无线通讯方式由于其建立物理链路简单易行,成本低,可以根据现场需求及时调整项目方案,灵活性好,系统的功能扩展方便,因此特别适合石化行业对通信链路的要求。
[1]方旭明,何蓉.短距离无线与移动通讯网络[M].北京:人民邮电出版社,2004.
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思想政治教育学是一门指导人们形成正确思想行为的科学,它以人的思想行为形成变化的规律,以及实施思想政治教育的规律作为自己的研究对象。其中人的思想,观点和立场的转变以及人生观,世界观的形成规律是研究的重点。思想政治教育学是一个复杂的网络系统,以下是读文网小编今天为大家精心准备的:基于移动互联网的大学生思想政治教育实效性研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
摘要:现阶 段移动互联网技术的飞速发展,改变了大学生的生活方式和行为习惯。大学生既是移动互联网技术的主要服务对象,也是高校思想政治教育工作的主要教育对象。移动互联网技术的不断发展在一定程度上影响了高校思想政治教育工作的开展与有效的进行,这就给高校思想政治工作提出了新的标准要求。本文基于移动互联网技术角度,对如何提高大学生思想政治教育的实效性进行相关研究,对其中产生的问题,提出了一些看法和见解。
我国高等教育将思想政治教育工作放到了重中之重的位置,高校负责思想政治教育工作的教师肩负着对学生进行思想政治教育工作的重任。但是现阶段,高校在思想政治教育工作中的投入的教学资源与收到的教学效果难以平衡。移动互联网技术的飞速发展使人们获得信息、知识的渠道更加的宽泛,尤其是随着3G、4G技术的普及,无线网络的覆盖面积的扩大,一些以电子通讯设备为媒介的移动终端已经渐渐超过了以PC为终端的网络,移动终端已经成为现阶段人们上网获取各种信息的主要渠道。
据中国互联网络信息中心发布的《第34次中国互联网络发展状况统计报告》中的最新数据显示,截至2014年6月我国网民规模达6.32亿,较2013年底增加1442万人。我国网民上网设备中,手机使用率达83.4%,首次超越传统PC整体使用率(80.9%),呈现出移动互联网带动整体互联网发展之势。移动互联网时代的来临,使现阶段我国高校思想政治教育工作面临严峻的形势,为了能够更好应对这种形势,更好解决高校学生思想政治教育传统课堂教学方面的问题,高校思想政治教育工作者应该紧跟时代的发展潮流,利用现有的资源,积极研究探索思想政治教育的新方法、新途径,有效提高思想政治教育的实效性。
无线通讯行业的鼻祖Alston & Maqitalu(奥斯顿?马齐塔卢)曾经说过以PC端为主的网络时代只是一个过渡期,以移动电话为代表的无线通讯技术才是占据未来市场的主流互联网技术。现阶段,随着4G时代的来临,使用手机上网的人每年都在增加,越来越多的人们感受到移动互联网技术的无限魅力。据不完全统计,在手机用户中,3G和4G用户2014年1月至5月间增加6990万户,总数达到4.72亿户,渗透率达到37.5%,进入高速发展期。
(一)移动互联网的概念
移动互联网(Mobile Internet,简称MI)是一种通过智能移动终端,采用移动无线通信方式获取业务和服务的新兴业务。其中移动终端是指可以在移动中使用的计算机设备,广义上包括手机、笔记本、平板电脑、POS机甚至包括车载电脑。但是大部分情况下是指手机或者具有多种应用功能的智能手机以及平板电脑。简单来说,移动互联网就是互联网与移动通信的相互覆盖。它既具有传统互联网即时性、交互性、延展性等特征,又具备便携性、随时随地收发、浏览信息等优势。现阶段,在一些新兴媒体的帮助下,移动互联网技术正在不断迅猛发展,人们都在利用着移动媒体技术进行交流与沟通,随着这些新习惯建立、4G时代的来临,相关行业专家预测,移动互联网将会成为21世纪最具有影响力的新媒体势力。
(二)移动互联网的发展
1995诞生了第一代移动通讯设备,当时手机只能进行简单的通话功能,没有数字通讯功能,只能被称为1G。1996年,中国电信首次开放了移动数据流量业务,也就是后来的2G网络。九十年代的中国,科技发展水平落后,手机通讯行业的服务技术水平低,服务内容也是单一的。1999年WAP制式网络首次以杭州为试验基地开通运营,移动数字通讯行业从此进入WAP时代。2000年,中国移动首推移动梦网的概念。2009年初,国务院批准发放3G牌照,为移动通讯网络提供了更大的发展空间。2013年12月4日,工业和信息化部正式向中国移动、中国电信、中国联通颁发三张TD-LTE制式的4G牌照,这标志着中国移动通信正式步入上网速度更快、业务应用更多、流量价格更低的4G新时代,移动通信进入了全新的发展时期,移动互联网也迎来了新的里程碑。
作为伴随着移动通信和网络技术发展成长起来的一代新人,“90”后是使用移动互联网的主要人群,在大学校园、教室、宿舍随处可见拿着手机或平板电脑网上冲浪的大学生。移动互联网在高校学生中被广泛使用,对现今高校思想政治教育工作带来了极大的冲击和挑战。
(一)移动互联网对高校思想政治教育主体地位的挑战
移动互联网的开放性、便捷性,使高校学生可以随时随地的查询想要知道的信息,这使得高校学生已不满足于传统的思想政治课堂教育形式。传统的高校思想政治教育,教师只是一味灌输知识,学生在课堂只是扮演听众角色,根本没有体现学生主体地位。由于高校思想政治教育工作者年龄层次存在较大差异,加之日常工作生活压力大等因素,致使他们无法像年轻学生一样能在短时间内接受新兴的移动互联网技术,处于信息时代发展的劣势地位。如果教师没有及时了解时事新闻,紧跟时代脚步对所教授知识进行融合发挥,就会使学生怀疑教师的能力,影响课堂教学质量。这就是为什么很多高校思政课堂越来越多地出现了学生手机上网成热潮,教师一个人唱着独角戏的现象。
(二)移动互联网对大学生的影响
一项关于“90后”大学生上网状况的研究指出,当前用手机上网的大学生比例相当大,高达84.6%。“90后”大学生每天上网平均时间为3.18小时,23%每天上网的时间超过5.5小时,43%为3~5小时,24%为1~2小时,只有10%低于1小时。此外,89.5%的“90后”大学生以QQ和短信作为人际交往的主要手段,其中77%全天24小时保持手机QQ在线,67.5%认为网络给生活带来了方便和乐趣,61%因为互联网而减少其他课外活动,42.2%认为网络已经成为日常生活的一部分,36.7%表示课余时间大多在网上度过,只有6.2%认为网络在生活中是可有可无的。这些数据表明,网络尤其是手机上网已成为大学生日常生活中的重要组成部分。但是,移动互联网技术给大学生的学习生活带来便利的同时,也给大学生带来了很多负面影响。
第一,移动互联网对大学生学习生活的负面影响。
移动互联网为大学生的学习生活带来的便利,使大学生对手机的依赖越来越严重,一旦离开了手机就会觉得全身不自在,无法专心致志的学习。大学生只要有空闲的时间,就会拿出手机,即使是课堂时间也随意地拿出手机,这样的习惯会使得大学生变得随意懒散,漠视规则、纪律的约束,严重影响了学习效率以及学习效果。在日常学习生活中,遇到问题不愿意动脑、动手去解决,而是一味依靠网络,在网络上下载他们需要的学习资料,这最终阻碍了大学生创新思维能力的发展,影响大学生学习能力的培养。
第二,移动互联网对大学生的世界观、人生观、价值观的负面影响。
在这个信息爆炸的时代,大学生在纷繁复杂的移动互联网世界可以学习文化知识,体味学习的快乐,了解不同国家的文化思想、生活方式、宗教信仰等等,但是移动互联网也存在很多低俗信息,这些信息借助移动互联网进行传播,影响使用移动互联网获取信息的人们。此外,移动互联网的存在使大学生无时无刻感受到发展变化的世界,会使大学生觉得,对于这个变化万千的世界,似乎只有不断进入网页、刷新、查看,才能紧紧跟随时代的发展,这使得大学生为此付出了大量的时间跟精力。大学生长时间海量的不断接收新信息,使得他们对现实世界周遭发生的事情反应迟钝。这些情况使得大学生对事物的判断缺乏科学合理理解,对事物的看法一旦产生错误,很容易形成错误世界观、人生观、价值观。
第三,移动互联网对大学生身心发展的负面影响。
移动互联网的诞生丰富了大学生的生活,虚拟的网络环境使大学生不必忌讳什么,可以随心所欲发表自己的言论,进行情绪的宣泄,释放生活、学习的压力,这给大学生带来极大的满足感和安全感,但这也促使越来越多大学生沉迷于网络虚拟的世界。大学生对网络世界的沉迷,使他们对现实世界越来越冷漠,导致大学生日常缺乏人际交流沟通机会,严重减低了现实社会中的人际交往能力,久而久之会使大学生养成封闭的性格。
网络虚拟世界的不稳定性和网络人际关系的不确定性会使大学生对现实生活的人际交往信心不足,产生各种各样的心理问题。并且,大学生长期进行现实世界与虚拟世界的转换,比较严重的情况是个别大学生的精神出现分裂,形成不一样的人格。此外,大部分大学生缺乏自控性,不能控制上网时间的长短,长此以往,会严重地影响大学生的身体健康。
(三)移动互联网对思想政治教育载体的影响
移动互联网技术的移动特点,使高校思想政治教育工作不必再限制于特定的地点和时间,使大学生在只要能接受手机讯号地方都可以实现移动学习。使用移动互联网技术进行网络教学,可以使教学成本大大降低,方便快捷。移动互联网虚拟性的特点避免了传统课堂教学面对面的尴尬,大学生可以用别的名字,讲出对教师教学方面存在的意见,这种方式就避免了大学生因为自身身份的顾忌,而对一些教学方面意见有所保留的情况发生。移动互联网技术开放性等特点也促使学校、家长的沟通更加的便捷。总之,移动互联网新媒体技术对传统的思想道德教育提出了新的课程标准和挑战。
移动互联网时代的到来,给当代大学生思想政治道德教育工作带来了新的机遇和挑战。移动互联网技术不断发展是社会发展趋势的必然,我们应该积极的顺应这种趋势,顺应时代发展。在移动互联网时代,教师想要提高学生思想政治教育的实效性,除了对思想政治教育课堂教学进行积极的改革之外,还必须要探索利用好移动在线教育,为此要不断加强教师自身建设,在网络技术运用及学习上多下功夫,使自身教学水平不断提升。
(一)积极地对高校思想政治教育进行教学改革
在移动互联网时代,要把大学生从五彩缤纷的网络世界拉回到课堂上,改变教师在课堂上唱独角戏的局面,就必须对思想政治课的教学手段和方法进行改革,激发学生的学习兴趣,增强教学实效性。思想政治课应采取多种教学手段,综合运用各种教学方法,如启发式教学法、讨论法、案例教学法等,引导学生带着疑问学习,在辩论中学习。在课堂中,结合教学内容,紧贴大学生生活实际,就社会热点问题和各种社会现象,有的放矢地组织学生进行演讲、讨论、辨析,充分发挥学生的主体作用,促进学生积极主动思考,提高学生分析问题、解决问题和辨别是非的能力。
此外,要想完成对高校思想政治教育的教学改革,还必须要注重大学生身心健康,提高大学生思想道德修养。高校思想政治教育工作者必须从大学生网络习惯入手,使他们养成科学合理地使用手机的习惯,帮助大学生树立起正确的观念,在正确时间地点使用手机,使移动互联网真正有利于大学生的学习、生活。面对移动互联网的开放性和信息的复杂性,高校思想政治教育工作者应当开放思想,以当今中国特色社会主义核心价值观为指导,更加注重对不同的思想之间进行有效地互动。这就是要求高校思想政治教育工作者在日常的教学工作中,必须要对马列主义基本原理、中国特色社会主义理论进行深入思考,理解其根本内涵。
另外,高校政治思想教育工作者必须要对各种资本主义思想进行关注,研究其跟马列主义的根本不同点,认清其危害,善于利用课堂环境,引导学生更好学习思想政治教育中的各门学科,帮助他们建立正确的世界观、人生观、价值观,提高其对网络信息的鉴别分析能力,提高个人思想道德修养,以思想政治教育课程中的准则规范自身。
(二)充分利用移动在线学习将思想政治课堂扩大到无限
在移动互联网时代,传统课堂教学已经不能满足日益增长的个人学习需求,利用互联网进行在线学习必将获得长足发展,而随着智能手机和ipad等移动客户端的普及,让在线教育逐渐从PC端跨入到移动端则成为在线教育发展的必然趋势。
在线教育顾名思义,是以网络为介质的教学方式,通过网络,学员与教师即使相隔万里也可以开展教学活动。近两年在线教育最火的一个词是MOOC(慕课),MOOC是Massive(大规模的)、Open(开放的)、Online(在线的)、Course(课程)四个词的缩写,指大规模在线开放课程。2012年,哈佛、斯坦福等美国顶尖大学投入数百万美元陆续设立了网络学习的平台,在网上提供免费课程。
与此同时,Udacity、Coursera、edX等多家专门提供MOOC平台的供应商兴起,这给更多学生提供了系统学习的可能,也引起了世界很多国家及地区高等教育界的高度关注,因此,2012年被有关学者称作“MOOC元年”。2013年,北大、清华、复旦等中国的一流大学陆续加盟了Coursera、edX课程提供商,2013年又被称作“中国的MOOC元年”。2013年10月,清华大学发布了中国大陆第一个由高校主导的MOOC平台――学堂在线。此外,还有网易云课堂、过来人公开课、好大学在线,2014年5月爱课程与网易联袂打造的中国大学MOOC平台正式上线,这些网络在线学习的平台定能更好的满足广大国内学习者们的需求。
不同于网络公开课和精品课程,MOOC有一套集“选课听课――互动讨论――课后作业――评价考核――结业”于一体的全套完整过程,免费的MOOC课程使更多的学生汲取到了更多更前沿的知识和科研成果,在比较中学习到了不同学校对同一门课程的不同解读。如在清华大学“学堂在线”中清华大学公开课《马克思主义理论》,网易云课堂中的上海交通大学公开课《大学生思想道德修养与文化素质》、北京大学公开课《近代中国人对国家出路的早期探索》,好大学在线中的上海交通大学公开课《中国近现代史纲要》等思想政治教育相关课程,都可使广大学生在本学校教师教授的基础上集思广益,吸取其他学校教师讲授的精华。
为加快推进学校信息化教学资源建设,丰富课程资源,笔者学校山东管理学院引进了“尔雅通识课”,作为我校全校任选课程,并于2014~2015学年第一学期开始初步实施。尔雅是以MOOC为基础的定向课程体系学习的平台,尔雅通识课以高校通识教育课程为突破点,与国内外百余所名校合作,涵盖6910名知名教师,通过网络自主学习、修习学分的形式来进行第二课堂的教学,实现了MOOC与高校学分制学习的融合,开创了高等教育教学的新形式。
《形势与政策》课程开启了我校思想政治课在线学习的先河,《形势与政策》系列课程主要介绍了中国梦与中国特色社会主义道路、中共以来关于党的建设的论述与群众路线教育、三中全会精神解读等当今形势政策的动态变化。本课程需要学生在线学习41集视频(20分钟/集),根据要求按时在线完成课后作业和考试,最终得到教务处确认的综合成绩达到60分以上者,可以认定相应学分。这种全新的教学模式的诞生,有利于克服思政课堂学生人数太多、缺乏互动等缺点,学生随时可以通过论坛、在线即时通讯等工具与教师进行沟通,并获得在线帮助。同时,线上学习和线下学习相结合,学生可根据具体课程安排,参加见面课程答疑或小组讨论等,这极大地提高了学生学习思想政治课程的兴趣及效果。
除了MOOC外,还有微课在线教育形式。所谓微课,是一种以5~10分钟甚至更短时长为单元的微型课程,它以视频为主要载体,记录教师在课堂内外教育教学过程中围绕某个知识点或教学环节而开展的精彩教与学活动全过程。在移动互联网时代,微课网通过与智能手机、平板电脑等移动设备相结合,为所有希望获取知识的人提供了碎片化、移动化的学习新体验。
为推动高校教师专业发展和教学能力的提升,教育部全国高校教师网络培训中心于2012年12月至2013年8月举办首届全国高校微课教学比赛,并于2014年3月启动了第二届全国高校微课教学比赛。2014年4月至7月中共山东省委高校工委和中宣部《时事报告》杂志社举办了山东省高校形势与政策课微课教学比赛,这些比赛都极大地激发了广大高校思想政治教育工作者投身在线教育的热情,提高了自己的教学能力,更好地应对移动互联网时代带来的挑战。无论是MOOC,还是微课,均利用网络,将有限的课堂扩大到了无限,为实现“先教后学”向“先学后教”翻转课堂式教学模式奠定了基础。
现阶段,虽然PC是互联网在线学习的最主要工具,但伴随着移动互联网的崛起,在线教育也逐渐平移到了手机移动端。例如,过来人公开课为全力布局移动互联网,陆续推出了iPad版、iPhone版、Android版客户端,覆盖全球10亿移动互联网人群。移动端学习方式已经开始成为人们普遍接受的学习方式,特别在学生群体中。
《2013-2014中国在线教育趋势报告》数据显示,在学生群体中,使用手机获取知识的比例甚至超过了PC,二者分别为90.5%和71.5%。很多大学生手机用户都下载了大量的教育类APP,如掌上新东方、英语流利说、超级课程表等。诸如此类的教育类APP便携、灵活、互动性强、有很强的趣味性,这些优势使得教育类App更好地实现了“寓教于乐”,深受“90后”大学生的欢迎。由此可见,移动应用开发是在线教育的必然趋势,基于移动互联网的移动式学习也将大有用武之地。
(三)优化思想政治教育队伍
在移动互联网技术飞速发展的今天,思想政治教育工作者为了能够更好地与学生进行交流沟通,更好地顺应时代的发展,必须要积极地去接受学习移动互联网新媒体技术,积极更新知识结构,通过在线教育平台实现自我学习,优化自己的讲课方式,促进教师专业知识、教学能力、信息技术应用能力的全面提升,尤其是提高将信息技术融入学科内容和教学方法的能力。此外,加强利用移动互联网平台,了解学生日常学习生活情况,掌握学生思想动态,引导大学生健康的成长发展。
(四)建立校内网等自身移动媒体终端
在移动互联网时代,高校为了能够更好顺应时代的发展,可以建立属于学校自己的校园网络,积极创建校园网络文化基地。充分利用能够为大学生带来视觉冲击的视频技术、游戏技术等形式,以符合大学生网络浏览习惯的方式,潜移默化地进行思想政治道德教育。帮助学生在吸收网络文化的同时,剔除一些不良信息的影响。学校还可以建立官方微博,公众微信号等,让学生们进行关注,形成一个综合的思想政治教育体系。
(五)加强移动互联网的信息监控
面对移动互联网良莠不齐的信息,加强对网络站点信息监管是非常必要的。目前就移动互联网监控的技术来谈,监控还存在一定的局限性,所以完善、加强对移动互联网信息的监控刻不容缓。为了帮助学生科学利用移动互联网,可以从几个方面入手,在学生使用移动互联网技术的时候,设置安全提示,通过这些安全提示,警示学生屏蔽不良信息。学校应该对校园微博,还有学校的贴吧等进行技术程序研发,借助高新技术智慧,分析学生日常在学校的动向,形成思想政治教育的自动化能力。
移动互联网时代的大学思想政治教育工作,必须引导大学生对移动互联网中信息进行批判性的吸取,远离那些消极低俗网络信息,引导大学生树立正确思想观念,使大学生能够规范、自律的使用移动互联网。移动在线学习是思想政治教育课堂教学的重要延伸,高校思想政治教育工作者必须在做好课堂教学的基础上,充分利用好移动在线学习的平台,形成思想政治教育工作的整体合力,使移动互联网在思想政治教育工作的优势得到最大发挥。
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目前,我国大型石化企业在厂内的通讯方式,一般仍然采用传统的有线传输方式,即依靠有线通讯电缆来传输信号,配合以传统的程控交换机和防爆电话,防爆扬声器等等设备终端来实现在防爆区与非防爆区之间的通讯。这样的通讯系统庞大,线缆众多不易于人员维护,加之厂区内部腐蚀性气体,工作环境,自然环境等经年累月极容易造成设备的线缆损坏,影响通讯,由于是有线电缆连接在事故发生时更加容易遭受破坏。一旦通讯中断,对企业的事故救援,员工的人身安全,都造成巨大的损失。所以要大力发展无线通讯网络在企业的应用。
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讯设备中使用。随着无线通讯的飞速发展,人们对高速无线通讯提出了更高的要求,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%的无线通讯方案。与常见的使用连续载波通讯方式不同,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。在高速通讯的同时,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讯方式,它有望在无线通讯领域得到广泛的应用。UWB的特点如下:
4.1 消耗电能少:通常情况下,无线通讯系统在通讯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。
4.2 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。
4.3 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。
4.4 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。
4.5 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讯系统同时工作而互不干扰。
4.6 发送功率非常小:UWB系统发射功率非常小,通讯设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通讯。低发射功率大大延长了系统电源工作时间。
4.7 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。
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国际标准组织如ITU、ETSI和3GPP等分别从不同角度提出了M2M的网络架构[4]。
根据ITU-T发布的定义,物联网体系架构主要可划分为三个层面:感知层、网络层和应用层。如图1所示,该架构基本达成业界共识,但是其体系架构过于抽象属于概念模型,在转化为技术实现的过程中还需要细化。
在ITU-T物联网体系架构的基础上,ETSI提出了一种可看作逻辑模型的M2M应用顶层架构[5]。如图2所示,ETSI把M2M体系架构划分为M2M设备及网关和M2M网络两个大域。M2M设备及网关域包括M2M设备、M2M网关和M2M局域网,可以基于现有的各类标准实现;M2M网络域则包括广域网和M2M应用系统。
相较于ITU的概念模型,ETSI的逻辑模型侧重于M2M服务能力层,通过对服务能力和接口的定义来实现屏蔽网络细节的M2M应用、M2M服务能力及网络三者之间的相互调用,可供在研究平台和网关设备功能及接口时参考。
在ETSI的体系架构基础上,3GPP也提出了一种支持MTC应用的通信架构。如图3所示,涉及到的实体包括MTC终端、承载网络、MTC服务器和MTC应用。其中,MTC服务器是MTC业务的管理平台;MTC应用负责业务逻辑的实现。承载M2M通信的移动网络包括GPRS、EPC以及短消息和IMS网络。
3GPP提出的MTC通信架构侧重于M2M网络层,对M2M网络中各通信网元的功能和接口进行了定义,其适用于研究MTC业务的管理平台以及M2M核心网络的功能和接口时参考。
以上标准组织虽然都提出了M2M的网络体系架构,但是有其局限性。ITU和ETSI的架构过于框架性,对于实际的网络部署没有较好的指导意义;3GPP虽然对于网络网元功能增强有一定的研究,但是由于目前部署的H2H网络大多处于R7或R8版本,而MTC网络体系的研究是在R10以上版本的网络基础上进行的。因此,在现有网络中按照标准来部署MTC网络还为时尚早,需要研究一种网络架构既具有在现有网络基础上投资和部署的可行性,又能满足现阶段MTC业务应用的需求。
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视频会议系统,又称会议电视系统,跟灰鸽子不同,这是指两个或两个以上不同地方的个人或群体,通过传输线路及多媒体设备,将声音、影像及文件资料互传,实现即时且互动的沟通,以实现会议目的的系统设备。视频会议的使用有点像电话,除了能看到与你通话的人并进行语言交流外,还能看到他们的表情和动作,使处于不同地方的人就像在同一房间内沟通。以下是今天读文网小编要与大家分享的:基于IP网络构建视频会议系统技术浅析相关论文。内容仅供参考,希望能帮助到大家!
基于IP网络构建视频会议系统技术浅析全文如下:
摘要:根据IP网络的主要特点,重点从网络带宽、压缩技术、多播技术、传输协议、QOS等五个方面论述了基于IP网络构建视频会议系统的技术要求。
关键词:多媒体通信;IP;视频会议
随着多媒体计算机技术和通信技术的发展,产生了一种新的技术——多媒体通信技术,它是多媒体、通信、计算机和网络等相互渗透和发展的产物,兼收了计算机的交互性、多媒体的复合性、通信的分布性以及电视的真实性等特点,具有明显的优越性。目前,如何在IP网络中更好、更快地实现视频、音频的传送已成为当今的研究热点之一。
随着IP网络的速率越来越高,从窄带走向宽带,承载业务从非实时走向实时,IP技术已成为实现视频、音频、数据等综合业务的最佳选择。在IP网络上建立视频会议系统需要多种技术支持,是比较复杂、完整的多媒体应用系统。
2.1 要有足够高的带宽
要传送视频,必须要有足够的网络带宽,就像大车要有足够宽的马路才能通行一样,否则,视频数据无法通过网络。以一帧1024×768像素的图像为例,如果用12bit表示每个像素,则共需要9.4Mb,如果按照25帧/秒的传输速率,则1秒内需要传输的数据量就是235Mb。在现有的网络条件下,传输这么大的数据是无法接受的。
2.2 要有好的压缩技术
只有采用高压缩比的压缩算法,有效地降低数据量,才能使视频、音频数据在IP网上传输成为可能。例如:在H.323会议系统中,图像编码主要采用H.261和H.263标准,支持CIF、QCIF的分辨率,而正在完善之中的H.264是比H.263和MPEG-IV压缩比更高的标准,节约了50%的编码率,而且对网络传输具有更好的支持,可获得HDTV、DVD的图像质量。
2.3 要有基于IP网络的多播技术
多播是一种多地址广播,发送与接收是一对多的关系。在传输过程中,发送端只需发送一次数据包,位于多播组内的各个用户就可以共享这一数据包。在视频会议系统应用中,将一个节点信号传送到各个节点时,无论是重复采用点对点通信,还是采用广播的方式,都会严重浪费网络带宽,而多播技术将数据传送分布到网络节点中,减少了网络中的数据总量。
2.4 要有相适应的传输协议
TCP、UDP协议均不能很好地支持视频会议系统,这就需要与之相适应的协议,如RTP、RTCP、RSVP等。RTP运行在UDP之上,音频、视频等数据被封装在RTP数据包中,每个RTP数据包被封装在UDP包中,然后再封装到IP包中进行传输。在底层网络支持多播的情况下,RTP还可以使用多播向多个目的端点发送数据。RTCP是RTP的控制协议,负责反馈控制、检测QoS和传递相关信息,对RTP的数据收发做相应调整,使之最大限度地利用网络资源。
2.5 要提供服务质量保证
网络服务质量是网络与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质量约定。第一,在任何网络中,时延总是存在的。视频会议系统具有较高的实时性和可靠性要求,为了获得各会场的真实的现场感,音频、视频的时延都要小于0.25s,最大时延抖动应小于10ms。其次,在视频会议系统中,还要求唇音同步,只有达到时间上的同步,才能自然有效地表达关于会场的完整信息。第三,允许一定的丢包率。因为人的感知能力有限,在一个视频会议系统中,个别分组丢失,人眼是感觉不到的,因此可以允许一定的传输误码,丢包率应控制在人能接受的范围内。
基于IP网络构建视频会议系统的标准主要有:H.323和SIP。
H.323沿用了传统的电话信令模式,比较成熟,已经出现了很多产品,形成了比较成熟的应用体系和市场体系。SIP协议将音、视频传输作为Internet上的一个应用,增加了信令和QoS要求,借鉴了其它Internet标准和协议的设计思想,遵循简练、开放、兼容和可扩展等原则,比较简单,但其推出时间不长,协议并不是很成熟,应用也不是很多。
随着网络、多媒体、通信技术的飞速发展和性能的提升,基于IP网络构建视频会议系统技术会不断被发展和完善,必将以其独特的优势广泛应用到Internet、Extranet、Intranet上,为政府机关、商业集团、科研院所、医疗机构及普通个人等进行异地交流提供方便条件,成为工作、学习、生活中不可或缺的工具。
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【摘 要】文章对M2M业务特征和MTC通信网络架构进行了探讨。首先详细分析M2M业务特征以及对现网架构的影响;然后借鉴国际标准组织提出的M2M网络架构,并在此基础上根据现阶段的网络现状和M2M业务需求提出了3G网络阶段适用的网络架构。
【关键词】M2M 网络架构 PCRF 核心网 专用网元
物物通信(M2M,Machine to Machine)是一种涉及一个或多个实体的不需要人为干预的数据通信,也称为机器类型通信(MTC,Machine-Type Communication)。随着M2M业务的快速发展,基于移动通信网络的MTC正日益成为一种主要的移动通信方式,但是传统移动通信网络毕竟是面向人人通信(H2H,Hu-man to human)业务设计的,适应H2H的业务需求,却不能满足M2M业务需求。具体来说,MTC和传统人人通信的不同之处包括以下方面[1]:
(1)基于MTC通信的应用场景比H2H通信的场景丰富很多,而且具有差异性。根据功能特性划分大致可归纳为位置感知和共享、环境信息感知、远程控制与执行、数据收集发布、视频监控、近场通信等。这些应用的差异化一方面表现为功能上的多样性;另一方面也体现在应用特征以及对网络的需求上的差异化。
(2)数据通信为主,包括小流量数据包、视频流等。
(3)要求MTC通信成本比H2H更低。由于M2M业务是在H2H业务之后发展起来的,最小化成本是M2M业务生存的重要考虑。不同的应用因其重要性不同,对通信的要求也是不同的,需要结合事件发生的可能性和需要付出的通信等综合成本来考虑进行成本的最小化。
(4)M2M终端数目巨大,需要更灵活和有策略的终端管理。潜在的海量M2M终端接入通信网络,而且M2M终端无论是从传输特性、QoS要求和移动性,还是从终端的分布密度方面,都与H2H终端有很大不同。
(5)以小数据量传输为主。
如果继续使用传统移动通信系统来进行MTC通信,其系统的效率、成本和适用性都无法达到最优。因此,在考虑M2M业务特征的同时减少对H2H业务的影响,从而设计MTC专用的通信系统,是当前物物通信不断发展背景下的一个重要课题。
网络架构的设计,需要以网络所承载的具体业务为出发点[2]。也就是说,M2M网络架构的设计需要充分分析M2M业务特征和需求,结合终端上下行数据量、频度、QoS需求等方面的业务特征,将物联网应用分为如下五类。其中,对各类应用的部分需求和特征进行了分析,包括移动性、群组通信、鉴权以及按计划周期性处理等,不同场景间有较大差异。
(1)监控报警类:传感器本地监测数据,当发生不符合预期的数据变化时通过网络通知应用层进行报警。
平均数据传输速率:低,仅在某些触发条件下发送少量上行数据流量。
尖峰数据传输速率:不同场景间有较大差异,与应用需求确定的传输的数据内容有关。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求以及当前数据所代表的含义有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据持续性:低,仅在发生预置的事件时存在短暂的或者持续时间较短的数据传输。
与人交互性:低,通常由系统根据预置处理方式自动处理。
对连接性的需求:需要监控连接性以防破坏或无效。
终端移动性:因无下行流量需求,所以无移动性需求。
举例:输血车血液环境监测;井盖监控;移动资产跟踪。
(2)数据收集类
平均数据传输速率
上行流量:中,数据量较大,持续的数据上报或者周期性数据上报;下行流量:低,更多的是用于修改上报规则等。
尖峰数据传输速率:不同场景间有较大差异,与应用需求确定的传输的数据内容有关。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求以及当前数据所代表的含义有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据持续性:取决于数据传输间隔和传输方式的选择。[论文网]
与人交互性:低,通常由系统根据预置处理方式自动处理。
对连接性的需求:需要监控连接性以防破坏或无效。
终端移动性:因偶尔有下行数据,所以需要优化的移动性管理。
举例:气象信息监测;火灾现场数据收集;路况信息收集。#p#副标题#e#
(3)信息推送类
平均数据传输速率
上行流量:通常较低,主要用于提供应用所需的过滤或输入条件(如位置信息);下行流量:通常较大,主要用于传递所推送的信息(如广告、视频媒体等),持续的、基于交互等外界条件出发的或者周期性的数据推送。
尖峰数据传输速率:具有明显的尖峰数据特征,在条件触发后下发匹配的信息。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求以及当前数据所代表的含义有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据持续性:通常具有较长时间的持续性。
与人交互性:高,通常用户会做出反馈,系统根据反馈对推送的信息进行调整。
对连接性的需求:较强,需要维护网络连接以便于进行数据的正确传输。
终端移动性:两极分化。部分终端有很强的移动性;部分终端则通常不移动。
举例:智能博物馆等。
(4)视频监控类
平均数据传输速率
上行流量:高,主要用于传递所监控的多媒体数据;下行流量:低,主要用于传递控制和调节命令等。
尖峰数据传输速率:无明显的尖峰数据特征,数据传输通常维持一个相对稳定的传输速率。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:不同时刻有不同的要求。如在正常情况下要求适中,但一旦发生某些预置的事件则需要较高的可靠性传递。
数据持续性:通常具有长时间的持续性。
与人交互性:低,用户偶尔会对视频监控过程进行干预。
对连接性的需求:较强,需要维护网络连接以便于进行数据的正确传输。
终端移动性:两极分化。部分终端有很强的移动性;部分终端则通常不移动。
举例:家庭安防中的视频监控等。
(5)远程控制执行器类
平均数据传输速率
上行流量:通常较低,主要用于提供应用所需的过滤或输入条件(如预置事件的发生);下行流量:取决于控制对象和控制命令的复杂程度。
尖峰数据传输速率:通常具有明显的尖峰数据特征。
QoS要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据安全要求:不同场景间有较大差异,与应用需求有关。
数据可靠传递要求:要求较高,因涉及到控制过程是否能够正常实现。
数据持续性:通常具有长时间的持续性。
与人交互性:高,通常是对人操作指令的具体反映。
对连接性的需求:较强,需要维护网络连接以便于进行数据的正确传输。
终端移动性:两极分化。部分终端有很强的移动性;部分终端则通常不移动。
举例:工业自动化等。#p#副标题#e#
从对现网架构的影响来说,M2M业务可以分为两类:A类是现有网络不能满足需要网络优化的业务,这类业务需要过载控制功能来避免网络过载,以及针对客户的业务需求提供差别化的服务;B类是对于现有网络影响较小的业务,这类业务是对时效性要求不高的MTC业务,而且这些业务和现在的移动网络业务有类似的需求。从整体来说,M2M业务中大部分是A类业务,以下分析的是A类业务对现网架构的影响[3]。
M2M业务的多样性、差异化,网络的多种接入方式,M2M终端的海量性、差异化,以及M2M业务表现出来的传统电信业务所不具有的各种特点,都对现网架构和网元设备产生了很大影响,其直接后果是现网的核心网元如HLR/PCRF/GGSN的能力已经不能满足M2M业务所带来的信令、流量冲击和业务控制需求,主要体现在以下方面:
(1)由于物联网业务的特殊性,可能会产生瞬时大量的信令,会对无线网络的关键信令控制设备(STP/HLR/PCRF)造成影响而导致全网的瘫痪。因此,一方面要大规模提高相关信令控制设备的容量或设备的信令处理能力;另一方面需要进行差异化、分优先级的接入控制;此外,关键信令控制和处理设备要具备一定的设备过载保护机制以及高容灾、高流控能力,避免关键网元的过载,从而有效提升整网的可靠性。
(2)由于物联网业务的特殊性,其接入方式的多样性,涉及行业及用户和设备的多样性、海量性,因此需要对用户数据管理HLR网元进行相应增强,包括其数据库的可扩展性和灵活性,除了标准的用户签约信息,还有设备序列号、设备驱动程序信息、位置信息和配额信息等运营商、M2M客户私有字段等;对多种接入类型的支持,可对由不同接入类型(2G/3G/LTE)接入网络的设备进行鉴权;对用户标识和寻址的灵活动态支持,支持一卡多号或一号多卡;支持对终端设备基本状态的查询,能通过网络侧下发终端“苏醒”请求,发现设备被盗时能够立刻锁死等。
(3)由于物联网业务的特殊性及多样性、群组性,因此有必要对业务进行区分,包括业务分类分级、QoS分级、用户分组、设备分组,从而进行流量管理和业务管理,根据忙闲时、地理位置等各种特性采取不同的接入和传输处理策略等。此外,在现网PCC架构中叠加物联网策略控制,因其特殊性,PCRF(Policy and Charging Rules Function,策略与计费规则功能)进行策略控制时需先判断是个人用户还是物联网用户,而且物联网数据的瞬时爆发性会影响现网PCC架构,所以有必要设置专用的物联网M2M PCRF。
总之,需要对相关网元进行能力的增强和升级,可以改造现有相关网元,也可以设置M2M的专用网元叠加在现有H2H网络上来解决相应问题。
国际标准组织如ITU、ETSI和3GPP等分别从不同角度提出了M2M的网络架构[4]。
根据ITU-T发布的定义,物联网体系架构主要可划分为三个层面:感知层、网络层和应用层。如图1所示,该架构基本达成业界共识,但是其体系架构过于抽象属于概念模型,在转化为技术实现的过程中还需要细化。
在ITU-T物联网体系架构的基础上,ETSI提出了一种可看作逻辑模型的M2M应用顶层架构[5]。如图2所示,ETSI把M2M体系架构划分为M2M设备及网关和M2M网络两个大域。M2M设备及网关域包括M2M设备、M2M网关和M2M局域网,可以基于现有的各类标准实现;M2M网络域则包括广域网和M2M应用系统。
相较于ITU的概念模型,ETSI的逻辑模型侧重于M2M服务能力层,通过对服务能力和接口的定义来实现屏蔽网络细节的M2M应用、M2M服务能力及网络三者之间的相互调用,可供在研究平台和网关设备功能及接口时参考。
在ETSI的体系架构基础上,3GPP也提出了一种支持MTC应用的通信架构。如图3所示,涉及到的实体包括MTC终端、承载网络、MTC服务器和MTC应用。其中,MTC服务器是MTC业务的管理平台;MTC应用负责业务逻辑的实现。承载M2M通信的移动网络包括GPRS、EPC以及短消息和IMS网络。
3GPP提出的MTC通信架构侧重于M2M网络层,对M2M网络中各通信网元的功能和接口进行了定义,其适用于研究MTC业务的管理平台以及M2M核心网络的功能和接口时参考。
以上标准组织虽然都提出了M2M的网络体系架构,但是有其局限性。ITU和ETSI的架构过于框架性,对于实际的网络部署没有较好的指导意义;3GPP虽然对于网络网元功能增强有一定的研究,但是由于目前部署的H2H网络大多处于R7或R8版本,而MTC网络体系的研究是在R10以上版本的网络基础上进行的。因此,在现有网络中按照标准来部署MTC网络还为时尚早,需要研究一种网络架构既具有在现有网络基础上投资和部署的可行性,又能满足现阶段MTC业务应用的需求。
在现有的3G网络阶段,为解决发展M2M业务面临的网络运营和网络资源问题,运营商可以通过采用物理上隔离的网络来单独承载机器通信业务,在初期可以通过核心网中专设的网元实现业务的隔离,在后期演进也可以延伸到采用专用的接入网实现物联网业务的接入隔离。此外,物联网管理平台也是物联网解决方案中必不可少的组成部分。物联网管理平台与物联网独立网元配合,在物联网业务发展的初期阶段主要实现物联网独立码号集中管理和物联网业务有效管控等功能。随着物联网的发展,平台的功能也会逐步支撑更多资源管控与更多的业务流程,并开放更多资源及能力。可以根据M2M业务的特性,实现基于位置、时间段、接入类型的QoS控制和相应的计费策略;还可以根据用户的属性及行为进行相应的分组,实行基于群组的流量统计、事件分发和策略执行等,这体现在核心网中PCRF/SPR/M2MSP的功能实现。综上所述,在3G发展阶段,M2M网络架构的特征具体体现在以下四个方面:
(1)在无线接入侧对Wi-Fi、2G、3G、无线传感网络等多种方式的整合,实现移动通信网络对行业应用领域的广覆盖,构建面向行业的M2M移动网络。
(2)在核心侧构建M2M专用的HLR、GGSN、SMSC等网元,实现对M2M等物联网业务的集中运维和管理,并能够实现与“现网”的有效隔离,有利于网络的安全、稳定、扩容及升级。#p#副标题#e#
(3)在核心网中部署M2M专用的PCRF等策略控制网元,利用M2M业务的业务特性和用户属性,实现对网络资源的高效利用和对业务服务的精细支撑。
(4)在核心网中搭建M2M业务支撑平台,实现对业务和终端的统一管理。
在物联网业务发展的初期阶段,考虑针对物联网网络通信需求,进行最小成本隔离:只新建核心网的关键节点,实现网络支撑隔离。对于业务系统,需要单独建设物联网平台,实现业务承载隔离;对于接入网络,则公用,不考虑单独建设。如图4所示,是一种在现网上叠加专用M2M核心网络的架构。在该方案中,与现网共用无线和SGSN,新建物联网专用的GGSN/DPI,通过APN选路将物联网数据路由到处理物联网数据的GGSN,新建物联网专用的PCRF+SPR,完成对物联网业务的流量、安全、QoS控制,新建物联网专用的HLR进行物联网设备签约信息、标识及安全管理。
3G阶段的M2M网络架构如图5所示。
其中,主要网元的功能如下:
HLR:由于现网的HLR都是支持H2H的HLR,支持的能力和M2M的支持能力还是有所不同。HLR也有自己特殊的一些需求,包括:需要支持群组签约数据能力;支持终端监控(如位置监控、IMEI监控等)能力,支持某个时间段接入控制,支持扩展ID到MSISDN、IMSI的映射能力,支持终端特征签约(如终端的低优先级、是否为PS only等),供SGSN控制UE的行为;HLR要支持多profile的签约,降低终端漫游时的资费,支持一卡多号和一号多卡的M2M业务。
GGSN:扩展的GGSN需要增强支持基于群组流量统计,基于流的计费信息、QoS策略执行和基于群的事件上报等。
短消息中心:除了现有的短消息的功能外,需要支持短消息完成设备触发的功能,支持在一号多卡的M2M业务中短消息的群发功能。
PCRF:支持群组的策略数据动态下发、更新和删除,支持群组用户的流量监控。
SCP:完成M2M业务中的紧急呼叫等语音呼叫的计费,产生语音呼叫话单。
OCS:实时信用控制、预付费使用数据业务和增值业务实时计费。
M2MSP业务平台:M2M平台为集团客户提供统一的M2M终端管理、终端设备鉴权。提供数据路由、监控、用户鉴权等管理功能;承载信息上报、参数配置、终端状态检测、终端注册等业务功能的短信上下行通道;支持一卡多号和一号多卡的M2M业务,进行动态的号码管理。在实际部署中,物联网业务支撑管理平台按照功能划分为总部平台、省平台两个层面。
M2M业务的多样性、差异化以及M2M业务表现出来的传统电信业务所不具有的各种特点,都对现网架构和网元设备产生了很大影响。本文在研究M2M业务特征及其对现网的影响和国际标准组织提出的网络体系架构的基础上,提出了在现有移动通信网络上部署具有可行性,又能一定程度上满足MTC业务应用需求的网络架构。
运营商发展M2M业务的基础与发展移动通信是一致的,在专用的M2M网络架构中,必须长远规划网络资源,根据业务发展实施网络优化和数据分流,加强平台建设,完善网络覆盖,加大网络容量,从根本上满足M2M业务需求,同时又不影响当前的人人通信业务,提高用户体验。
[1] 沈嘉,刘思扬. 针对移动M2M业务的优化技术研究[J]. 现代电信科技, 2011(10): 37-44.
[2] 沈嘉,刘思扬. 面向M2M的移动通信系统优化技术研究[J]. 电信网技术, 2011(9): 39-46.
[3] 孙其博,刘杰,黎羴,等. 物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J]. 北京邮电大学学报, 2010(3): 1-9.
[4] 诸瑾文,王艺. 从电信运营商角度看物联网的总体架构和发展[J]. 电信科学, 2010(4): 1-5.
[5] 沈苏彬. 物联网技术架构[J]. 中兴通讯技术, 2011(1): 8-10.
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