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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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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
[2]夏美凤,施鸿宝.基于数据加密的网络通信系统安全模型与设计[J].计算机工程,2001,27(10):117-126
[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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网络是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起,组成数据链路,从而达到资源共享和通信的目的。通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递。网络通信是通过网络将各个孤立的设备进行连接,通过信息交换实现人与人,人与计算机,计算机与计算机之间的通信。。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:使用JAVA编写网络通信程序修改论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
使用JAVA编写网络通信程序 全文如下:
摘要 :本文阐述了使用JAVA编程语言对基于客户/服务器模式的应用编写网络通信程序,讨论了SOCKET机制、输入输出流以及程序实现代码。
关键词 :JAVA,网络,SOCKET,APPLET
网络上的系统结构多为客户/服务器模式,服务器端负责数据和图像等的存储、维护、管理以及传递,客户端则负责人机界面的操作、送出需求及显示收回的数据。
下面介绍一下如何使用JAVA来进行网络编程:
1) 由于客户端通过IE同服务器建立联系,所以客户端使用Applet,服务器端使用Application;
2) 服务器应设置成多线程,应答多个客户的请求;
3) 两端通信使用SOCKET机制。
过滤流DataInputStream 和DataOutputStream 除了分别作为FilterInputStream 和FilterOutputStream的子类外,还分别实现了接口DataInput 和DataOutput。接口DataInput 中定义的方法主要包括从流中读取基本类型的数据、读取一行数据、或者读取指定长度的字节数,如readBoolean() readInt()、readLine()、readFully()等。接口DataOutput中定义的方法主要是向流中写入基本类型的数据或者写入一定长度的字节数组,如writeChar()、writeDouble() DataInputStream可以从所连接的输入流中读取与机器无关的基本类型数据,用以实现一种独立于具体平台的输入方式;DataInputStream 可以向所连接的输出流写入基本类型的数据。
Socket是面向客户/服务器模型设计的,网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个Socket。 Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。客户程序可以向Socket写请求,服务器将处理此请求,然后通过Socket将结果返回给用户。
Socket通信机制提供了两种通讯方式:有联接和无联接方式,分别面向不同的应用需求。使用有联接方式时,通信链路提供了可靠的,全双工的字节流服务。在该方式下,通信双方必须创建一个联接过程并建立一条通讯链路,以后的网络通信操作完全在这一对进程之间进行,通信完毕关闭此联接过程。使用无联接方式时其系统开销比无联接方式小,但通信链路提供了不可靠的数据报服务,不能保证信源所传输的数据一定能够到达信宿。在该方式下,通信双方不必创建一个联接过程和建立一条通讯链路,网络通信操作在不同的主机和进程之间转发进行。
Java语言的优点主要表现在:简单、面向对象、多线程、分布性、体系结构中立、安全性等方面。
(1) 简单性
Java与C++语言非常相近,但Java比C++简单,它抛弃了C++中的一些不是绝对必要的功能,如头文件、预处理文件、指针、结构、运算符重载、多重继承以及自动强迫同型。 Java实现了自动的垃圾收集,简化了内存管理的工作。这使程序设计更加简便,同时减少了出错的可能。
(2) 面向对象
Java提供了简单的类机制和动态的构架模型。对象中封装了它的状态变量和方法,很好地实现了模块化和信息隐藏;而类则提供了一类对象的原型,通过继承和重载机制,子类可以使用或重新定义父类或超类所提供的方法,从而既实现了代码的复用,又提供了一种动态的解决方案。
Java是一种完全面向对象的程序设计语言,它除了数组、布尔和字符三个基本数据类型外的其它类都是对象,它不再支持全局变量。在Java中,如果不创建新类就无法创建程序,Java程序在运行时必须先创建一个类的实例,然后才能提交运行。
Java同样支持继承特性,Java的类可以从其它类中继承行为,但Java只支持类的单重继承,即每个类只能从一个类中继承。
Java支持界面,界面允许程序员定义方法但又不立即实现,一个类可以实现多个界面,利用界面可以得到多重继承的许多优点而又没有多重继承的问题。
(3) 多线程
多线程使应用程序可以同时进行不同的操作,处理不同的事件。在多线程机制中,不同的线程处理不同的任务,他们之间互不干涉,不会由于一处等待影响其他部分,这样容易实现网络上的实时交互操作。
Java程序可以有多个执行线程,如可以让一个线程进行复杂的计算,而让另一个线程与用户进行交互,这样用户可以在不中断计算线程的前提下与系统进行交互。多线程保证了较高的执行效率。
(4) 分布性
Java是面向网络的语言。通过它提供的类库可以处理TCP/IP协议,用户可以通过URL地址在网络上很方便的访问其他对象。
(5) 体系结构中立
Java是一种网络语言,为使Java程序能在网络的任何地方运行,Java解释器生成与体系结构无关的字节码结构的文件格式。Java为了做到结构中立,除生成机器无关的字节码外,还制定了完全统一的语言文本,如Java的基本数据类型不会随目标机的变化而变化,一个整型总是32位,一个长整型总是64位。
为了使Java的应用程序能不依赖于具体的系统,Java语言环境还提供了用于访问底层操作系统功能的类组成的包,当程序使用这些包时,可以确保它能运行在各种支持Java的平台上。
java.lang: 一般的语言包。其中包括用于字符串处理、多线程、异常处理和数字函数等的类,该包是实现Java程序运行平台的基本包
java.util: 实用工具包。其中包括哈希表、堆栈、时间和日期等
java.io: 基于流模型的输入/输出包。该包用统一的流模型实现了各种格式的输入/输出,包括文件系统、网络和设备的输入/输出等
java.net: 网络包。该包支持TCP/IP协议,其中提供了socket、URL和WWW的编程接口
java.awt: 抽象窗口工具集。其中实现了可以跨平台的图形用户界面组件,包括窗口、菜单、滚动条和对话框等
java.applet: 支持applet程序设计的基本包
(6) 安全性
用于网络、分布环境下的Java必须要防止病毒的入侵,Java不支持指针,一切对内存的访问都必须通过对象的实例变量来实现,这样就防止了程序员使用欺骗手段访问对象的私有成员,同时也避免了指针操作中容易产生的错误。
(1) JDK
1) Java编译器
Java编译器将Java源代码文件编译成可执行的Java字节码。Java源代码文件的扩展名为 .java,Java编译器把这种扩展名的文件编译成扩展名为.class的文件。源文件中的每个类在编译后都将产生一个class文件,这意味一个Java源代码文件可能编译生成多个class文件。
2) Java解释器
Java解释器对编译生成的字节码格式的可执行程序的运行提供支持,它是运行非图形Java程序的命令行工具。
3) Appletviewer
它是Java Applet的简单测试工具,可使用它来测试Java Applet程序,而不需要WWW浏览器的支持。
(2) Visual J++
Visual J++ 集成了可视化界面设计、交互式调试、代码编辑、联机帮助信息和介绍如何快速掌握该开发环境的实用向导等多项功能,同时具有能充分利用Active X和COM新技术的优势。利用Visual J++可创建交互性很强的Internet应用程序,是难得的Java 开发系统。
(1) Application 同 Applet 的通信
两端通过Socket机制进行连接:
1) 客户端的编程流程:
打开Socket,新建一个套接字;
为套接字建立一个输入和输出流;
根据服务器协议从套接字读入或向套接字写入;
清除套接字和输入/输出流;
2)服务器端的编程流程:
打开Server Socket,创建一个服务器型套接字和一个普通套接字,服务器型套接字在指定端口为客户端请求的Socket 服务;
使用ServerSocket类的accept()方法使服务器型套接字处于监听状态并把监听结果返回给普通套接字;
为该普通套接字创建输入和输出流;
从输入和输出流中读入或写入字节流,进行相应的处理,并将结果返回给客户端;
在客户端和服务器工作结束后关闭所有的对象,如服务器型的套接字,普通套接字,输入和输出流。
正是由于Java系统具有基于Socket的灵活通信机制,因而其应用程序能自由地打开和访问网络上的对象,就象在本地文件系统中一样。
(2) Applet之间的通信:
Applet之间的通信使用Applet Context类的getApplet()方法。
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计算机网络技术是通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机网络是按照网络协议,将地球上分散的、独立的计算机相互连接的集合。连接介质可以是电缆、双绞线、光纤、微波、载波或通信卫星。计算机网络具有共享硬件、软件和数据资源的功能,具有对共享数据资源集中处理及管理和维护的能力。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈计算机通信网络安全与防护策略的分析相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
近几年来,计算机网络技术已经开始进入到社会的各行各业中,比如:教育、商业、军事等,这就导致人们的生活习惯都开始发生变化。当前,新一代年轻人对计算机网络的依赖性是非常高的,他们会借助计算机网络来查找资料、听音乐、看电影以及找工作等。但是在计算机技术发展的同时一些安全问题开始涌现出来,因此人们比较重视计算机通信网络的安全。
现阶段,社会各界开始关注计算机通信网络安全问题,并且很多专家已经研发出新的防护软件,比如:防火墙、代理服务器等,但是还是会出现黑客侵袭、网络数据被盗等现象。当前,人为因素、计算机本身因素成为引发计算机通信网络安全问题的两大原因。下面详细分析了这两大因素:
1.1 人为因素
当前,很多网络管理人员的网络安全意识淡薄,他们在平时的工作中经常会出现一些人为失误,比如:无意中将密码口令泄露给其他人、并没有严格按照规定的步骤来进行操作等。还有一些黑客会伪装自己的身份,以此来盗取商业机密或者盗取一些重要的数据,严重的情况下还会导致数据的丢失。同时计算机终端用户自身缺乏安全意识,他们在使用计算机的时候,经常会访问一些缺乏安全性的网址,因此他们的计算机极容易染上病毒。
1.2 计算机因素
当前,计算机网络系统已经进入到人们的日常生活中,再加上网络具有开放性的特点,这就导致在传递过程中无法保证数据信息的安全。同时计算机软件系统本身也存在着问题。在设计软件的时候,设计者的考虑不全面,因此软件应用系统中存在着问题。如果黑客了解到该系统的漏洞之后,其往往会借助漏洞来攻击计算机系统。一些普通的设计者会设置一些后门程序,但是如果黑客可以解开设计者的后门程序,那么会给整个计算机系统带来严重的创伤。现阶段,计算机病毒也威胁着计算机系统。所谓计算机病毒是指利用自身所设计的程序来破坏计算机原有的系统、数据以及程序指令。近几年来,在计算机技术快速发展的同时,计算机病毒的种类也变得越来越多。现在3G网络已经普及,人们认为在不久的将来3G 运行平台有可能成为传播病毒的一个平台。
2.1 集中管理软件的安装
在计算机通信网络安全防护过程中,集中管理软件安装是一项非常重要的工作。究其原因在于集中管理软件以及安装软件影响着计算机通信网络防护的质量,还影响着计算机通信网络的安全。从某种程度上来讲,通过将安装软件与检测系统技术有效结合起来才可以真正保证计算机通信网络的安全。当前已经开始涌现出很多种检查网络安全的软件,但是在平时的检测过程中,相关工作者要依据实际情况来选择合适的检测软件,这样做可以保证计算机通信网络具有安全性。
2.2 提高计算机通信网络安全技术
当前计算机通信网络安全防护技术在维护计算机通信网络安全中起着非常重要的作用。通常情况下要想促使计算机通信网络安全防护技术得以提高,这就要做好以下几项工作:
(1)提高加密技术。所谓加密技术是指以伪装信息技术为支撑,然后要设置密码,避免他人侵入到计算机通信系统中。现阶段对称、不对称这两种加密方式成为加密技术经常用到的。与此同时,代替、乘积以及移位这三种密码是现代密码最主要的类别。
(2)设置防火墙。为了能够维护计算机通信网络的安全,这就要做好设置防火墙的工作。通常情况下,数据过滤、代理等技术是经常用到的防火墙技术。所以防火墙可以有效的识别外来数据,并且也可以拒绝外来数据的入侵,以此来确保计算机通信网络具有安全性。
(3)提高鉴别技术。一般通过鉴别技术来检查计算机通信网络中是否隐藏着安全隐患。在鉴别过程中,如果发现计算机通信网络中存在着安全隐患,那么就要及时采取有效的措施来解决这些安全问题。
(4)把握好计算机通信网络内部协议。在设计协议过程中,要考虑到加密技术,以便于更好的保护计算机通信网络的安全。
(5)入侵检测技术。当病毒侵入到计算机通信网络中,此时借助该技术可以检测到病毒的类型,然后工作人员根据病毒类型来采取措施。
2.3 提高计算机通信网络系统自身性能
在防护计算机通信网络安全时,要充分认识到计算机通信网络的实效性以及安全性这两个特点。同时还要提高安全等级鉴别技术以及安全防护技术,以此来提高计算机通信网络系统的安全性。
2.4 加强计算机通信网络安全教育和内部管理
通过注重计算机通信网络的内部管理,增强工作人员的安全意识来维护计算机通信网络的安全。在平时的工作中,要向工作人员灌输相关的安全思想,让他们在潜移默化中来提高自身的安全意识。与此同时要做好相关的教育工作,在教育中让工作人员真正了解到相关的安全技术,确保这些工作人员在日后遇到相关安全问题时可以及时采取有效的措施来确保计算机通信网络的安全。
当前,很多计算机用户都比较关注计算机通信网络的安全问题,一些人为因素、计算机自身系统原因都会影响到计算机通信网络的安全。在这两种因素中,人为因素对计算机通信网络的危害是非常大的。所以要制定完整的安全策略,还要不断增强工作人员的安全意识,以此来为计算机用户提供更为优质的服务。
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[论文关键词]智能光网络电力通信系统应用
[论文摘 要]智能光网络技术弥补了传统电力通信系统中SDH技术的不足,其在电力通信系统中的应用已经成为大势所趋。本文首先简要分析电力通信中光纤通信的现状,然后介绍智能光网络的概念及其主要技术,进而探讨其在电力通信系统中的应用。
我国智能化电网建设的加速对电力通信系统实时控制的要求更高,电力通信工作越来越重要。现有SDH光传输网络难以满足电网发展的需求,以SDH以及光传送网为基础的智能光网络的成为电力通信系统发展的方向。
智能光网络是构建下一代光网络的核心技术,这种技术和组网思路能带来显着的优势,不过不便之处在于这种技术目前尚处于发展之中,尤其是接口规范以及协议标准等都还处于制定过程当中。因此,可以采取以下措施在电力通信系统中应用智能光网络技术。首先是充分利用已有的网络资源,在保证目前投资的情况下逐渐引入智能光网络,达到少投入并且多收益的目的。其次是要坚持网络的兼容性以及技术的标准性,信令协议标准是智能光网络在电力通信系统中应用的前提,因此应当根据现有设备与网络以及评价方案选择标准协议抑或专有协议。最后要根据自身业务以及网络发展的实际状况引入并开展新的业务,逐步过渡到智能光网络。
从技术层面而言,智能光网络在电力通信系统中的应用可以从以下几个方面入手。第一是在已有的网络中引入集中控制系统,与此同时要向外提供标准的UNI接口,实现带宽与流量的按需配置。可以考虑在已有的光传输网层面选择核心节点配置大型交叉连接系统,通过这种方式能够屏蔽目前网络条件下的多厂商环境,构建一个灵活强大的智能核心层,也可以在保持已有传输网的前提下在集中管理系统上进行智能控制系统的配置,借助提供的标准OIF-UNI接口来实现与数据业务层之间的自动互联,最终搭建起结构重叠的智能光网络。第二,等智能光网络技术实现标准化后,可以在电力通信网络中建立信令机制,配置带宽的工作就可以由信令网来实现。对于目前电力通信网络中的带宽配置则仍然可以继续使用集中控制系统来实现。在一段时间内两种方式共同使用,平滑过渡,保证全网间的端到端配置。智能光网络技术是构建下一代电力通信系统的核心技术之一,它的网络体系结构能够给电力通信网络带来深远的影响。目前智能光网络技术受制于协议标准等问题的掣肘而没有得到广泛的应用,并且其产品的成熟度也有待考验。不过智能光网络在电力通信系统中的应用已是大势所趋,可以通过上述两种方式逐步推广应用以提高电力通信系统的通信效率。
总而言之,在电力通信系统中应用智能光网络技术能够实现技术上的自动化以及信息化,提高光缆的利用率以及光纤通信的可靠性,改善网络的多业务接人能力,并且其友好的操作界面也便于管理用户信息,从而达到降低成本提高电网运作效率的目的。
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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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【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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随着网通通信系统不断的发展,不仅其规模越来越大,其复杂程度也越来越高,系统之间的联系也逐渐密切起来。随之而来系统的不确定性也越来越大,而系统的复杂性使得网络通信系统易受环境的不确定性影响,从而使系统出现脆性风险,甚至给环境带来一定影响。在这种情况下,有必要基于网络系统脆性风险建立脆性风险评估体系,以减少不必要的网络脆性风险。如何更好的对网络通信系统信息脆性风险评估进行分析,已经成为相关部门值得思索的事情。
脆性是伴随着复杂系统而存在的,基于脆性定义,系统脆性特点进行分析。现在网络通信系统中脆性不能明显的显现出来,只有当其受到强烈干扰之后,才能显现出来,并将脆性随时激发出来。随着网通通信系统不断的发展,其脆性可能随时被激发。因此,网络通信系统信息脆性问题是具有隐藏性的;因网络通信系统容易受复杂系统干扰,当其受一定条件限制时,其系统有脆性联系的系统就会受脆性的影响而产生崩溃;因网络通信系统进化方式较多,再加上受外界环境的影响,使其表现结果具有多样性,这也使得状态脆性变化形式更加多样化,系统脆性损失也变得多样化。在系统脆性的影响下,系统工作状态会呈现出混乱的状态,其脆性持续一段时间后会产生不同程度的危害性,甚至影响社会秩序的有序进行;网络通信系统子系统之间常会因为熵相互争夺,而使其熵值降低,从而使网络通信系统信息出现非合作博弈。此外,网络通信系统脆性也具有连锁性、延时性和整合性。网络通信系统在实际运行过程中一旦受外界干扰,其系统脆性就会随之产生逐渐崩溃,但是系统崩溃是可以延时一段时间的,毕竟系统有一定的开放性和组织性。再加上脆性是具有一定属性的,在对系统脆性进行研究时,需要全局分析。
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我国智能化电网建设的加速对电力通信系统实时控制的要求更高,电力通信工作越来越重要。现有SDH光传输网络难以满足电网发展的需求,以SDH以及光传送网为基础的智能光网络的成为电力通信系统发展的方向。
智能光网络是构建下一代光网络的核心技术,这种技术和组网思路能带来显著的优势,不过不便之处在于这种技术目前尚处于发展之中,尤其是接口规范以及协议标准等都还处于制定过程当中。因此,可以采取以下措施在电力通信系统中应用智能光网络技术。首先是充分利用已有的网络资源,在保证目前投资的情况下逐渐引入智能光网络,达到少投入并且多收益的目的。其次是要坚持网络的兼容性以及技术的标准性,信令协议标准是智能光网络在电力通信系统中应用的前提,因此应当根据现有设备与网络以及评价方案选择标准协议抑或专有协议。最后要根据自身业务以及网络发展的实际状况引入并开展新的业务,逐步过渡到智能光网络。
从技术层面而言,智能光网络在电力通信系统中的应用可以从以下几个方面入手。第一是在已有的网络中引入集中控制系统,与此同时要向外提供标准的UNI接口,实现带宽与流量的按需配置。可以考虑在已有的光传输网层面选择核心节点配置大型交叉连接系统,通过这种方式能够屏蔽目前网络条件下的多厂商环境,构建一个灵活强大的智能核心层,也可以在保持已有传输网的前提下在集中管理系统上进行智能控制系统的配置,借助提供的标准OIF-UNI接口来实现与数据业务层之间的自动互联,最终搭建起结构重叠的智能光网络。第二,等智能光网络技术实现标准化后,可以在电力通信网络中建立信令机制,配置带宽的工作就可以由信令网来实现。对于目前电力通信网络中的带宽配置则仍然可以继续使用集中控制系统来实现。在一段时间内两种方式共同使用,平滑过渡,保证全网间的端到端配置。智能光网络技术是构建下一代电力通信系统的核心技术之一,它的网络体系结构能够给电力通信网络带来深远的影响。目前智能光网络技术受制于协议标准等问题的掣肘而没有得到广泛的应用,并且其产品的成熟度也有待考验。不过智能光网络在电力通信系统中的应用已是大势所趋,可以通过上述两种方式逐步推广应用以提高电力通信系统的通信效率。
总而言之,在电力通信系统中应用智能光网络技术能够实现技术上的自动化以及信息化,提高光缆的利用率以及光纤通信的可靠性,改善网络的多业务接人能力,并且其友好的操作界面也便于管理用户信息,从而达到降低成本提高电网运作效率的目的。
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随着通信技术的发展及信息业务量的剧增,社会对通信专业人才的需求不断加大,从近几年的就业情况来看,企业需要的是既有较好的理论基础,又有较强的实践能力,并且了解通信行业技术的综合应用型人才。因此,高校必须不断完善通信实验室建设,改进实验模式,才能适应市场对人才的需求。我院于2009年提出了建设综合通信网络实验平台的计划,并获得了中央地方共建专业特色实验室项目的资助。
TD-SCDMA技术是目前广为使用的新技术,大幅提升了数据传输速率,实现了移动宽带,能够处理图像、音乐、视频等多种媒体形式,提供网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。
系统由TD-SCDMA无线侧基站控制器单元(RNC)、无线侧基带处理及射频单元(Node B)及无线网络操作维护中心(OMC-R)等主要设备及相关系统软件组成。
TD-SCDMA无线侧基站控制器单元(RNC)采用华为公司新一代基站控制器DRNC820型设备,该设备集成度高、容量大、可靠性好,可以满足未来高速分组业务发展,大大提升TD-SCDMA全系统的带宽和容量。系统采用MAIO(Multiple Access To I n One)技术,统一ATM,TDM和IP交换体系,既支持对2G传输资源的前向兼容,也支持向全网IP的演进。设备采用模块化设计,支持单框解决方案与平滑升级;采用双平面GE Star交换网,可提供最大120Gbps的交换容量;接口丰富,可提供多种组网方式。
TD-SCDMA无线侧基带处理及射频单元采用业界技术领先的多形态统一模块设计,具有体积小、容量大、功耗低、安装灵活的特点,最大可支持36载扇的TD-SCDMA基带处理能力。
操作维护系统主要完成软件管理、故障管理、性能管理、测试管理、传输管理等功能。
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摘要:光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中,也可以在电力通信控制系统中发挥作用,进行工业监测、控制,现在在军事上也被广泛应用,基于各领域对信息量的需求不断增长,光纤通信技术的应用发展趋势也备受关注。一条完整的光纤链路除受光纤本身质量影响外,还取决于光纤链路现场的施工工艺和环境。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及发展趋势,和它以光纤链路为基础的现场测试。
关键词:光纤通信技术特点发展趋势光纤链路现场测试
1光纤通信技术
光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。光纤由内芯和包层组成,内芯一般为几十微米或几微米,比一根头发丝还细;外面层称为包层,包层的作用就是保护光纤。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤,而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。由于玻璃材料是制作光纤的主要材料,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路;光波在光纤中传输,不会发生信息传播中的信息泄露现象;光纤很细,占用的体积小,这就解决了实施的空间问题。
2光纤通信技术的特点
2.1频带极宽,通信容量大。光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的限制往往发挥不出带宽大的优势。因此需要技术来增加传输的容量,密集波分复用技术就能解决这个问题。
2.2损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤和其它传输介质相比的损耗是最低的;如果将来使用非石英极低损耗传输介质,理论上传输的损耗还可以降到更低的水平。这就表明通过光纤通信系统可以减少系统的施工成本,带来更好的经济效益。
2.3抗电磁干扰能力强。石英有很强的抗腐蚀性,而且绝缘性好。而且它还有一个重要的特性就是抗电磁干扰的能力很强,它不受外部环境的影响,也不受人为架设的电缆等干扰。这一点对于在强电领域的通讯应用特别有用,而且在军事上也大有用处。
2.4无串音干扰,保密性好。在电波传输的过程中,电磁波的传播容易泄露,保密性差。而光波在光纤中传播,不会发生串扰的现象,保密性强。除以上特点之外,还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设;光纤的原材料资源丰富,成本低;温度稳定性好、寿命长。正是因为光纤的这些优点,光纤的应用范围越来越广。
3不断发展的光纤通信技术
3.1SDH系统光通信从一开始就是为传送基于电路交换的信息的,所以客户信号一般是TDM的连续码流,如PDH、SDH等。伴随着科技的进步,特别是计算机网络技术的发展,传输数据也越来越大。分组信号与连续码流的特点完全不同,它具有不确定性,因此传送这种信号,是光通信技术需要解决的难题。而且两种传送设备也是有很大区别的。
3.2不断增加的信道容量光通信系统能从PDH发展到SDH,从155Mb/s发展到lOGb/s,近来,4OGB/s已实现商品化。专家们在研究更大容量的,如160Gb/s(单波道)系统已经试验成功,目前还在为其制定相应的标准。此外,科学家还在研究系统容量更大的通讯技术。
3.3光纤传输距离从宏观上说,光纤的传输距离是越远越好,因此研究光纤的研究人员们,一直在这方面努力。在光纤放大器投入使用后,不断有对光纤传输距离的突破,为增大无再生中继距离创造了条件。
3.4向城域网发展光传输目前正从骨干网向城域网发展,光传输逐渐靠近业务节点。而人们通常认为光传输作为一种传输信息的手段还不适应城域网。作为业务节点,既接近用户,又能保证信息的安全传输,而用户还希望光传输能带来更多的便利服务。
3.5互联网发展需求与下一代全光网络发展趋势近年来,互联网业发展迅速,IP业务也随之火爆。研究表明,随着IP业的迅速发展,通信业将面临“洗牌”,并孕育着新技术的出现。随着软件控制的进一步开发和发展,现代的光通信正逐步向智能化发展,它能灵活的让营运者自由的管理光传输。而且还会有更多的相关应用应运而生,为人们的使用带来更多的方便。
综上所述,以高速光传输技术、宽带光接入技术、节点光交换技术、智能光联网技术为核心,并面向IP互联网应用的光波技术是目前光纤传输的研究热点,而在以后,科学家还会继续对这一领域的研究和开发。从未来的应用来看,光网络将向着服务多元化和资源配置的方向发展,为了满足客户的需求,光纤通信的发展不仅要突破距离的限制,更要向智能化迈进。
4光纤链路的现场测试
4.1现场测试的目的对光纤安装现场测试是光纤链路安装的必须措施,是保证电缆支持网络协议的重要方式。它的目的在于检测光纤连接的质量是否符合标准,并且减少故障因素。
4.2现场测试标准目前光纤链路现场测试标准分为两大类:光纤系统标准和应用系统标准。①光纤系统标准:光纤系统标准是独立于应用的光纤链路现场测试标准。对于不同的光纤系统,它的标准也不同。目前大多数的光纤链路现场检测应用的就是这个标准。②光纤应用系统标准:光纤应用系统标准是基于安装光纤的特定应用的光纤链路现场测试标准。这种测试的标准是固定的,不会因为光纤系统的不同而改变。
4.3光纤链路现场测试光纤通信应用的是光传输,它不会受到磁场等外界因素的干扰,所以对它的测试不同于对普通的铜线电缆的测试。在光纤的测试中,虽然光纤的种类很多,但它们的测试参数都是基本一致的。在光纤链路现场测试中,主要是对光纤的光学特性和传输特性进行测试。光纤的光学特性和传输特性对光纤通信系统对光纤的传输质量有重大的影响。但由于光纤的特性不受安装的影响,因此在安装时不需测试,而是由生产商在生产时进行测试。
4.4现场测试工具①光源:目前的光源主要有LED(发光二极管)光源和激光光源两种。②光功率计:光功率计是测量光纤上传送的信号强度的设备,用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中,测量光功率是最基本的。光功率计的原理非常像电子学中的万用表,只不过万用表测量的是电子,而光功率计测量的是光。通过测量发射端机或光网络的绝对功率,一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用,组成光损失测试器,则能够测量连接损耗、检验连续性,并帮助评估光纤链路传输质量。③光时域反射计:OTDR根据光的后向散射原理制作,利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息,可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。从某种意义上来说,光时域反射计(OTDR)的作用类似于在电缆测试中使用的时域反射计(TDR),只不过TDR测量的是由阻抗引起的信号反射,而OTDR测量的则是由光子的反向散射引起的信号反射。反向散射是对所有光纤都有影响的一种现象,是由于光子在光纤中发生反射所引起的。
虽然目前光通信的容量已经非常大,但仍有大量应用能力闲置,伴随着社会经济和科学技术的进一步发展,对信息的需求也会随之增加,并会超过现在的网络承载能力,因此我们必须进一步努力研究更加先进的光传输手段。因此,在经济社会发展的推动下,光通信一定会有更加长久的发展。
参考文献:
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[2]何淑贞,王晓梅.光通信技术的新飞跃[J].网络电信.2004.(2).
[3]辛化梅,李忠.论光纤通信技术的现状及发展.山东师范大学学报.2003.4.
[4]李超.浅谈光纤通信技术发展的现状与趋势.沿海企业与科技.2007.7.
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