通信软件论文(精选8篇)
指导老师:汪汉新
一、题目
学生可根据自己的兴趣从以下参考题目中选择其中一个(使用的编程语言不限,Matlab,C,C++均可),学生也可以自行选择与通信系统相关的题目。
题目1.信源编码的软件实现
软件编程实现信源压缩编码中的香农编码,费诺编码或哈夫曼编码。要求任意给定一个离散的无记忆信源的符号个数和发生的概率,能够计算和输出显示该信源的信息熵,编码的码字,码长,平均码长和编码效率,并对编码的性能进行比较分析。
题目2.离散无记忆信道容量迭代计算的软件实现
软件编程实现通信系统的离散无记忆信道容量的计算。要求在设置迭代精度的情况下,对于任意给定一个离散的无记忆信道的转移概率矩阵,能够给出达到信道容量的信源最佳概率分布,并计算信道的容量。
题目3.模拟调制与解调的软件实现
软件编程实现上述通信系统的功能。要求信号源产生随机的模拟信号,进行单边带SSB或双边带DSB的模拟调制与解调,信道加入高斯白噪声,结果能以图形的方式显示整个调制与解调的工作过程中各个信号的时域和频域的波形图,并分析比较调制的性能。
题目4.数字调制与解调的软件实现
软件编程实现上述通信系统的功能。要求信号源产生随机的数字信号,进行ASK,FSK或PSK数字调制与解调,信道加入高斯白噪声,结果能以图形的方式显示整个调制与解调的工作过程中各个信号的时域和频域的波形图,计算相应的误码率,并分析比较调制的性能。
二、要求
每个学生可选择一个自己感兴趣的题目,必须独立完成,不能互相抄袭。设计完成后,将所完成的工作交老师检查。并按电信学院的软件课程设计报告模板格式(从电信学院主页下载专区大三课件中下载)写出一份详细的设计报告。
1. 查阅资料:通过期刊、网络等查找资料,并阅读所得资料。
2. 总体设计:在已查资料的基础上进行总体方案的设计。
3. 编 程:用相关语言编程实现课程设计。
4. 调 试:对所编程序试运行、查错、修改。
5. 撰写设计报告:A4幅面打印,报告中流程图和其他所有图形要求用Visio软件绘图。
三.参考书籍
1.曲炜,朱诗兵。信息论基础及应用[M]。北京:清华大学出版社,2005。
2.钟麟,王峰。Matlab仿真技术与应用教程[M]。北京:国防工业出版社,2002。
3.韩利竹,王华。Matlab电子仿真与应用[M]。北京:国防工业出版社,2003。
4.John Proakis.现代通信系统-应用Matlab.北京:科学出版社,2003(中文或英文版)
四.安排
1.时间:第6-11周,周四下午3:00-5:30。
2.地点:15号楼816。
关键词:串口通信,SPCP,多线程,Win32 API
0 引言
Windows API方法编写串口通信软件实际上是通过调用计算机操作系统提供的一系列底层例程来实现的。目前采用MSComm实现串口通信的实例相当多,因控件屏蔽了API调用细节,所以使用也较为简便。使用WinAPI进行程序设计,可以容易地掌握串口通信的机制,便于多线程实现,具有较高的灵活性和高效性。
SPCP协议的设计基于帧传输的方式,对于上层应用程序,发送和接收的都是数据流,这些数据流如果需要上层协议解析就需要重新拼装。为保证通信双方建立可行的通信,双方必须采用相同的通信协议。
1 Win32 API 串口编程
和串口通信相关的Win32 API函数有20多个,但编程时并不是所有的函数都要用到,在实际编程时,要根据具体情况选用。API串口软件编程的一般流程及其用到的API如下:
(1)打开串口:CreateFile函数。
(2)建立串口通信事件:CreateEvent函数。
(3)初始化串口,设置串口参数: SetCommState函数。
(4)建立辅助线程:用到函数较多,主要有WaitCommEvent, WaitForMultipleObjects,ClearCommError等函数。
(5)读串口:ReadFile函数。
(6)写串口:WriteFile函数。
(7)结束时关闭端口:首先终止辅助线程。停止WaitCommEvent的等调用。
CloseHandle关闭端口。
本设计总体设计思路归根到底是以上的设计方法,限于篇幅具体函数的使用方法不再赘述。
2 多线程编程
2.1 多线程基本概念
进程和线程都是操作系统的概念。进程是应用程序的执行实例,每个进程是由私有的虚拟地址空间、代码、数据和其它各种系统资源组成,进程在运行过程中创建的资源随着进程的终止而被销毁,所使用的系统资源在进程终止时被释放或关闭。每一个进程至少有一个主执行线程,它无需由用户去主动创建,是由系统自动创建的。用户根据需要在应用程序中创建其它线程,多个线程并发地运行于同一个进程中。一个进程中的所有线程都在该进程的虚拟地址空间中,共同使用这些虚拟地址空间、全局变量和系统资源,所以线程间的通讯非常方便,多线程技术的应用也较为广泛。
2.2 建立辅助线程函数
在本设计中,辅助线程的建立是一个关键点,它负责对串口事件的监视以及为主线程发送读、写消息来通知主线程处理数据。本设计中线程函数的主要工作过程如下:
(1)以串口打开标志为条件建立无限循环体,从而使线程建立后可以不间断执行监视已打开串口的任务。
(2)调用WaitCommEvent函数等待设定的串口事件,获取串口事件掩码并使其操作的OVERLAPPED结构体完成异步操作。本文中指定为EV_RXCHAR,设定串口事件方法为:SetCommMask(m_hCom, EV_RXCHAR)。如果异步操作不能立即完成,且调用GetLastError返回ERROR_IO_PENDING,表明操作正在后台执行。当异步操作完成时,OVERLAPPED结构的hEvent成员会置为有信号状态,可以以此作为发送读信号的条件。
(3)监视读写信号状态。本文参考了应用较多的通用串口类CSerialPort中的做法:将读和写的信号句柄初始化为无信号状态,然后放入一个句柄类型的数组当中,然后调用WaitForMultipleObjects同时监视两个信号的状态。
(4)读、写信号发送。通常情况下串口通信数据到来的时刻是随机的,如果采用查询方式将非常浪费系统资源,因此读操作采用事件驱动的方式,即当串口接收到数据时,自动执行接收数据的函数。当监测到读事件后,执行ClearCommError(pDlg->m_hCom,&dwErrorFlags,&ComStat)清除错误标志并获取COMSTAT ComStat结构中返回的通信设备状态信息,其中最重要的是cbInQue成员,代表了串口设备缓冲中字节个数,一旦该成员不为0,就可以发送消息通知读串口函数接收串口数据。消息的建立方法如下:
①在头文件中定义消息。
②添加消息映射函数。
③在消息映射表中关联消息和响应函数。
这样就可以通过::PostMessage发送自定义消息通知读处理函数执行接收串口数据的操作。完成读取操作后调用ResetEvent函数复位事件,等待下次读事件的到来。
写操作相对于读较为简单,当写事件到来时直接调用写函数进行写操作。和读操作一样,在完成后调用ResetEvent复位事件,等待下一次写操作事件到来。
2.3 启动辅助线程
当串口成功开启后就可以启动辅助线程对其进行监视。启动辅助线程可以采用AfxBeginThread(CommProc, this, THREAD_PRIORITY_NORMAL, 0, CREATE_SUSPENDED, NULL)方法创建并挂起线程,其中第一个参数是线程函数名,第二个参数是传递给线程的参数,本文用所在对话框类的指针。最后调用ResumeThread启动创建好的辅助线程。
2.4 线程同步
多线程提高了程序执行的效率和编程灵活性,但同时也引入了新的问题。线程之间经常要同时访问一些资源,因此会对共享资源的访问引起冲突,为解决此类问题需引入线程同步的概念[3]。本程序采用临界区的方法同步线程,在访问共享资源前通过EnterCriticalSection进入临界区,完成访问后通过函数LeaveCriticalSection释放临界区实现对共享资源的保护。
3 SPCP协议设计
利用串口进行数据通信、数据采集等是计算机应用的重要领域之一,建立在串口之上的数据传输可以根据具体的实际情况构建自己的数据交换规则,即通信协议。本设计中文本传输采用了自定义的通信协议。
3.1 串口通信用户层协议编制原则
(1)数据包必须有包头。包头是供接收方判断 包开始的重要标志,须有别于数据信息。
(2)非定长数据包必须有包尾,同包头一样须有别于数据信息。
(3)定长数据包应指明长度。
(4)一般应对数据进行校验,可对数据进行进一步排错,确保数据可靠性。
3.2 自定义通信协议定制
本程序采用定长数据包格式,发送方将文件分成1024字节单位的N个片段,最后一个数据片段的长度不确定,为简化设计,暂不采用数据校验处理。数据格式如表1所示。
起始头部采用“#”标志,结尾采用“$”标志,序号用来标志数据包在整个传输过程中所处的位置。发送文件的流程如图1所示。
3.3 程序测试
测试环境是用串口线将两台计算机相互连接,在两台机器上分别运行本程序,进行文本数据的交换。测试结果如图2所示。
试验结果显示,可以完成基本通信传输功能,且较为可靠。
4 结束语
本文基于Win32多线程技术,结合串口通信技术和自定义简单串口通信协议编写了适用于双机通信的串口通信程序,从中可以了解到计算机串口通信程序的编写方法。当然本软件还有许多不完善的地方,如协议过于简单,传输效率不是很高等,有待于以后进一步优化设计。
参考文献
[1]李景峰,杨丽娜,潘恒,等.Visual C++串口通信技术详解[M].北京:机械工业出版社,2010:76-105,145-165.
[2]龚建伟,熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信编程实践[M].北京:电子工业出版社,2004:87-160,197-217.
[3]刘书智,李琳娜.Visual C++实践与提高——串口通信与工程应用篇[M].北京:中国铁道出版社,2009:103-142,230-272.
[4]孙鑫,余安萍.VC++深入详解[M].北京:电子工业出版社,2006:1-134,557-621.
关键词 软件通信体系结构 无线电系统 软件定义
中图分类号:TP319 文献标识码:A
在现实生活中,软件定义无线电技术在军事方面的应用不断地发展研究,各国为了早日实现军事化的软件定义无线电技术,加大了对软件定义无线电的研究。目前,软件定义无线电技术已成为未来军事通信发展的趋势。①
1 软件通信体系结构
1.1 硬件体系结构
软件通信体系中硬件体系结构采用了面向对象技术,通过面向面向对象技术的概念对系统内部的典型模块进行划分,要求实际系统一旦实现,必须将其详细的、完整的接口进行公开。软件开发人员可以通过公开的接口,对硬件的性能和容量以加载特定的波形,第三方则通过公开的接口,提供系统内部模块,方便了新技术的插入。
硬件体系结构除了要对所有无线设备系统内部硬件模块的组成进行定义,还要给出所有无线设备内部硬件的物理属性。当无线设备系统内部硬件物理属性符合条件时,这些硬件设备就可以应用到实际平台硬件模块,具有统一性,针对所有的通信设备来说都是通用的,实现了硬件模块设计的实用性与通用性,节约了系统成本。未来无线通信系统发展主要以软件为主,而现代无线通信系统是由软件与硬件相结合来实现无线通信的功能。因此,为满足无线通信系统未来发展的需求,硬件模块要具有一定的可扩展性,这可以确保在原有硬件模块基础上,通过增加新的功能或者在已有的硬件模块中增加新的硬件模块来实现新的技术,既保证了硬件模块统一性,又增加了硬件模块内在的灵活性,满足软件无线电发展的需求。②
1.2 软件体系结构
在软件通信体系中软件与硬件所承担的功能不同,根据软件在通信体系中所承担的功能,可将软件体系结构由上到下分为应用程序、核心框架、公共对象请求代理体系中间件和嵌入式实时操作系统四部分。其中核心框架、公共对象请求代理体系中间件以及嵌入式实时操作系统三部分共同构成了软件体系结构中的核心内容,也是软件体系结构中一个通用的软件平台。软件平台的构成给开发人员和波形的设计带来了新的要求与限制,有利于实现波形从一个无线通信系统到另一个无线通信系统的移植。
1.3 安全体系结构
软件通信体系中安全体系结构,为了保证在不同的无线通信系统能够相互通连与相互操作,是为了确保用户的信息在传输、发送、处理以及存储过程中的完整性与机密性。在安合体系结构中,整个系统的安全功能是由一个通信保密模块、红边处理器以及黑边处理器三部分共同来完成的,而非一个边界分明的安全模块来单独完成。③
2 软件定义无线电系统
软件定义无线电系统又称为软件无线电系统,是一种可以通过软件进行编辑,实现全部功能的无线电,具有较高的灵活性与通用性。用户通过软件无线电系统,对动态修改配置对系统中的网络装备与软件更新设备进行修改,从而获得更好的服务与性能。软件定义无线电系统是通过一个简单的终端设备,运用软件重配置功能来支持各种不同种类的无线系统与服务的新技术。固定或者移动的软件定义无线电设备,都能让用户通过改变软件改变接收与发送的特征。移动无线电系统与改变运行模式的软件定义无线电设备相互通联,并且能够同时在多种公共安全频带中工作。
软件定义无线电系统不仅具备基本的无线通信功能,还具有以下三个方面的功能:一是通过软件定义无线电系统能够升级系统所装载的软件,以此来达到对系统的升级与功能的更新。④二是软件定义无线电系统可以支持不同电台系统的相互通联,达到不同独立运行的电台系统能够互传信息。三是软件定义无线电系统主要以软件为主,解放了硬件通信业务传输方式,通过软件定义无线电系统所装载不同软件实现动态配置系统功能。
3 软件定义无线电的发展
软件定义无线电技术采用现代化高端软件进行操纵与控制,具有高自动化程度与较强的扩展能力,打破传统依赖于硬件发展的通信体系。软件定义无线电体系的发展是通信领域的第三次革命,经历了从固定通信到移运通信,模拟通信到数字通信的改革。
软件定义无线电技术作为现代通信行业新技术,在未来的无线电通信应用中有良好的发展前景,可能成为未来无线电通信技术的支柱。软件定义无线电技术可以多频段多模式的手机、卫星通信、智能天线以及蜂窝移动通信系统、无线局域网等各个相关的应用领域。
4 总结
随着科学技术的不断发展,软件定义无线电系统在各个领域中得到了广泛的应用,无线通信体系朝着通信数字化、智能一体化的发展。由于我国目前无线通信体系硬件水平的有限,导致软件无线电通信还达不到理想的要求。针对软件通信体系与软件定义无线电系统的研究,可以预见,软件定义无线电技术可能成为未来通信行业发展的核心内容。⑤
注释
① 范建华,王晓波,李云洲.基于软件通信体系结构的软件定义无线电系统[J].通信技术,2011,51(8):1031-1037.
② 刘献,张栋岭,陈涵生.软件定义无线电及软件通信体系结构的规范[J].计算机工程,2009,30(1):95-98.
③ 邱永红,朱勤.基于软件通信系统的无线通信系统研究[J].系统工程与电子技术,2009,26(5)621-625.
④ 范建华.基于软件通信体系结构的软件定义无线电系统[J].清华大学学报,2011,51(8):1031-1037.
⑤ 陈大海.软件无线电体系结构研究[J].信息与电子工程,2009,1(4):318-322.
上位机无线通讯接口使用串行端口与无线数传模块相连,数字信号通过天线调制后送到下位机的一台外置无线模块,然后通过串口送入单片机进行处理。系统组成框图如图1所示。(本网网收集整理)
2 串行通讯控件
利用VB开发通信程序主要有两种方法,一是利用VB本身提供的控件(CONTRALS),另一种是利用WINDOWS API应用程序接口。在实际应用中,用VB 控件实现通讯的方法比调用SDK的API动态连接库的方法更加方便和快捷,而且可以用较少的代码实现相同的功能,这就是用VB 控件实现通讯的优点所在,下面主要介绍一下利用VB 控件实现无线通讯的方法。
VB控件工具箱中提供了一个使用非常方便的串行通讯控件MSComm,它提供了使用RS-232串行通讯上层开发的所有细则。通过它完成串行通讯既可以使用查询方式,又可以使用事件驱动方式。控件的一些重要属性及其说明如表1所列。
表1 MSComm控件的属性说明
属 性设定值
说 明
ComPort1串口号,如果串口1已所用,改用串口2InBufferSize1024接收缓冲区大小InputLen0从接收缓冲区读取的字节数,0表示全部读取InputMode1接收数据的类型,0表示文本类型,1表示二进制类型OutBufferSize1024发送缓冲区大小RThreshold1设定接收几个字符时触发OnComm事件,0表示不产生事件,1表示每接收一个字符就产生一事件SThreshold0设定在触发OnComm事件前,发送缓冲区所允许的最少的字符数,0表示发数据时不产生事件,1表示当发送缓冲区空时产生OnComm事件Settings1200,n,8,1串口的参数设置,依次为波特率、奇偶校验(n-无校验,e-偶校验,o-奇校验)、数据位数、停止位数
3 应用实例
本系统的通讯网络并非点对点的通讯,而是采用一点对多点的广播式通讯方式。由于无线通讯可能会有空间的噪声干扰,因此,需要采取一些抗干扰措施。首先是身份识别码,因为给下位机编码可以保证网络通讯的有序性,因此,每个站都应有身份码。其次是包头识别码,由于在发送了传输命令之后,下位机开始以打包的形式传输数据,因而每一包都有一个包头和包尾识别码,假如识别码有误,则表明该次传输为不正常数据。因此,应使用1200波特率、无奇偶校验位、8 个数据位、1 个停止位的较稳定状态。
上位机向下位机发送的参数有站号、状态(开机、关机)、频率、重复周期、脉宽、天线转速、天线扫描方式、天线状态、天线角度等。发送命令有手动方式和自动方式两种。自动方式是由定时器自动完成的。为了及时知道分站的状态和运行情况,还应设计定时查询和即时查询。
在无线通讯过程中,除了规定合理的协议之外,为了保证通讯的正确性,在数据发送时还应适当地增加延时,特别是当速度较慢的计算机向速度较快的计算机发送数据时,更应适当增加延时。
由于该项目的软件源代码较长,故只给出和串口通讯有关的程序片段供大家参考。笔者在工作中实践了三种通讯方式,即查询方式、事件驱动方式、事件驱动转查询方式。这三种方式各有利弊,其中查询方式具有方便可靠的特点,可利用协议或设定时钟来进入和退出查询状态,但它不是资源的有效利用方式;事件触发方式对于定长通讯非常有效,但其定长通讯在有些场合不适用;而事件驱动转查询方式既有事件驱动的特点又有转查询方式的特点,可以说是汇集了前二者之长,故可有效利用资源。下面着重介绍事件驱动转查询方式。
由于在通讯中,RTS电平可置高或置低,如果用事件驱动,计算机就会进入中断,资源就没有有效利用,所以在程序中添加了一个接收函数。为了保证程序的可靠性和灵活性,可以运用设置身份码等方法来保证各个子站互不干扰,具体实现过程的主程序流程图如图2所示。
除以上处理外,还可以使用以下方法来增加系统的可靠性、灵活性和效率。
(1)设置身份码和目的地址
每个数传模块均有表示其唯一身份的身份码,身份码长为两个字节共十六位。第一字节表示组码,第二字节表示组内识别码,身份码可用D7H?F5H?XXH?YYH设置,可设置于模块内的EEROM中,掉电后不丢失。在数据传送前,应设置目的地址,以便确定由哪个来接收数据。采用此方法可以有效地防止干扰。
(2)使用动态数组
接收字节数据时,必须使用动态数组。一个动态数组被声明后,可以利用Input属性将串行端口输入缓冲区内的数据指定到该动态数组中。被接收到的数据的实际大小必须利用Lbound及Ubound才能取得最大及最小索引值,同时也只有这样,才能利用程序将内部的值一一显示出来。另外,利用最大和最小索引值还可以判断是否为一次成功接收。
(3)最优化TimeDelay
在每次传输指令后,一定要等待一段时间才可能从串行端口的输入缓冲区中取得信号源传回的数据,这个时间有多久是项目的关键,太长了效率太低,太短了,数据有可能接收不全,所以有必要进行最佳化测试。具体代码如下:
Public Declare Function GetTickCount Lib ″ker-nel32″ ?As Long
Dim Buf$
Dim T1&?T2&
Comm1.Output=Trim(Ucase(txtsend..Text)) & vbcr
T1=GetTickCount?()
Do
Buf=Buf & Comm1.Input
Loop Unitl Instr(1,Buf,vbCr)>0
T2=GetTickCount()
LblTime.Caption=CStr(T2-T1) & “ms”
该程序中使用GetTickCount来取得系统自开机后每千分之一秒更新的`Tick值,在接收的前后加上取Tick值的叙述,自然就可以得到传输的时间了。从测试的结果来看,传输单个数据的时间为100ms,10个群组的时间约为500ms。
(4) 增加程序的效率
利用下面的程序可在无线通讯受到干扰或对方设备电源没有打开等原因造成对方数据不能上传时,避免程序一直在等待。如果在规定时间内还没等到规定的字节数时就跳出循环,并出现一个重新发送对话框。此时如果还是不对,就弹出一个对话框“请检查系统!"。具体程序如下:
Public Sub ReceiveData()
′On Error Resume Next
Dim start, dend As Integer
Dim byin() As Byte
Dim byindata(11) As Byte
Dim I%? buf$
′根据事件分发处理
Do While frmMSCommDemo.MSComm1.CommEvent = 2
Exit Do
Loop
Timedelay 850 ′适当延时
byin = frmMSCommDemo.MSComm1.Input
′接收串行端口内的数据至动态数组中
dend = UBound(byin) ′得到最大值
start = LBound(byin) ′得到最小值
If dend < 5 Then
MsgBox RadarNoOut & “信号源出现系统
故障,请求检修!”? vbOKOnly
Exit Sub
End If
′接收串行端口内的数据至动态数组中
′ReDim Preserve byin(11) As Byte
If byindata(0) = &H55 And byindata(1) = &HAA
Then ′包头正确,接收到包头进行数据处理
.
.
.
End sub
′延时程序
Sub Timedelay(TT As Long)
Dim t As Long ′声明一个长整数,记录计数值
t = GetTickCount() ′取得系统计数值
Do ′开始循环
DoEvents
If GetTickCount - t < 0 Then t = GetTick-Count ′归零
Loop Until GetTickCount - t >= TT ′计算延迟是否到达
End Sub
4 结论
根据本系统的研制经验,利用MSCOMM控件开发无线通信要把握好以下三条:
(1) 收发之间应延时适当,这需要在测试中不断地调试,以达到最佳效果。
(2) 选用好的且必须具有纠错功能的无线数传模块,否则将达不到理想的效果。
光纤通信技术在广播电视中的应用初探【1】
【摘要】随着我国的科学技术水平在不断的提高,一些新的技术在实际生产生活中得到了广泛应用,提高了人们的生活质量,促进了工作的整体效率。
广播电视领域运用光线通信技术就显得比较重要,这一技术的应用对广播电视传输效率以及质量水平的提高就有着积极作用。
本文主要光纤通信的主要系统以及光线通信传输的特性加以阐述,然后结合实际,对光纤通信技术在广播电视传输当中的应用进行详细探究。
【关键词】广播电视传输;光纤通信技术;应用
引言
从近些年我国的光纤通信技术的发展现状来看,其中在广播电视领域中的应用发挥着积极作用,成为广播电视传输的重要支持技术,对传输效率以及质量的提高发挥着重要作用。
通过从理论上加强广播电视传输中光纤通信技术的应用研究,就能从理论上进行深化,从而进一步促进光纤通信技术的应用质量水平提高。
1光纤通信的主要系统构成以及光线通信传输的特性
1.1光纤通信的主要系统构成
光纤通信的系统是通过多个部分组成的,光纤通信系统是通过光波作为载体的,并将光纤作为传输介质,光纤通信主要是由光发射机以及光接收机,光中继器以及光纤连接器和耦合器无源器件所组成[1]。
光模块则是光纤通信系统当中比较核心的器件,这一器件的性能对整体通信系统传输的质量就有着直接性的影响。
系统构成当中,光发射机是比较重要的,主要的作用是进行光电转换信号;
光接收器部件则是通过光检测器以及光放大器构成的,主要是将光纤以及光缆探测器光转变为电信号,在弱信号电平经放大电路发送到接收机;
系统构成中的中继器部件,则是通过光检测器以及光源和判决再生电路所构成的,主要的作用就是作为光信号传输衰弱的补偿,以及对脉冲波形的校正;
系统构成中的光纤构建就是把一个调制的光信号对电缆以及光纤长距离传输,耦合到光检测器接收器进行发送信息,这样就完成了整个任务;
系统中的光纤连接器也是比较重要的部件,主要是用在耦合器中。
1.2光纤通信传输的特性分析
光纤通信技术的应用中,对信号传输的效率以及质量提高有着积极促进作用。
光纤主要是通过高纯度玻璃材料进行制造的。
线路主要是通过光纤以及光纤接头和连接器进行组成的,而光纤则是通信线路的主体部分。
在光纤的使用过程中,就成为容纳多根光纤的光缆,线路的性能是通过光缆内光纤传输特征所决定的[2]。
当前对光纤的使用有着多种类型,如单模的光纤只传输主模,沿着光纤的内芯进行的传输,这就避免了模式射散造成单模光纤传输频带宽的情况,对大容量以及长距离的光纤通信比较适用。
还有一种类型就是多模的光纤,工作的波长下多模式在光纤当中进行传输,在受到色散的因素影响下,光纤传输性能就相对比较差,频带方面也较窄。
光纤通信传输过程中,造成光纤损耗的因素比较多,其中主要的因素就是吸收损耗以及辐射损耗和散射损耗,光纤的损耗和光纤通信传输距离长度以及中继距离选择有着直接关系。
2光纤通信技术在广播电视传输当中的应用
将光纤通信技术应用在广播电视传输过程中,就能通过多种方式进行应用,在非压缩传输方式的应用方面就比较重要。
这一传输方式主要是广播电视信号的传输中,信号能从信号源到终端设备不经过处理,这一技术在广播电视的现场直播过程中比较常用[3]。
这一通信传输的技术对设备物理距离的要求比较严格,为能对传输效率的提高,就要采用主设备以及冷设备来实现单边信号传输,这就能对双光缆的优势得以充分发挥,对信号的传输性能也能有效提高。
广播电视传输过程中对光纤通信技术的应用中,通过光缆作为传输的介质,SDH作为传输的平台实施传输。
通过光缆网络作为基础,就能实现数字化数据传输。
压缩传输通信技术的应用中,是信号在传输前在压缩设备的应用下,对光波信号实施压缩,这样就能有效减少信号占用的空间,能有效满足多样化的数据传输,这一技术的应用在独立性方面比较突出,占用的空间也比较少等[4]。
具体操作过程中,技术人员按照最大限度保障传输信息稳定及时性,把压缩传输以及非压缩传输的方式进行结合应用,这样就能有助于广播电视传输的质量效率水平提高。
广播电视传输工作实施中,对光纤通信技术的应用,非本地区光纤电缆再者中心点TER机房汇集,通过传输电路连接到机房覆盖范围。
为能更好的保障传输数据的完整性,通过解码器应用对传输的信号实施压缩解码,就能获得AIS信号,再和网络适配器进行结合,对信号长距离输送到IBC机房,就能对节目信号实施解码处理。
3结语
综上所述,广播电视传输过程中对光纤通信技术的应用,要注重和实际的情况紧密结合,在此次对光纤通信技术的研究分析下,就能从理论层面进行深化,从而进一步提高广播电视传输的质量。
参考文献
[1]刘卫红.光纤通信技术的发展及其研究[J].山东工业技术,(23).
[2]范秀国.浅析电力通信中光纤通信技术的运用与影响[J].通讯世界,(04).
[3]任爱辉.光纤通信技术在电力系统调度自动化中的应用[J].低碳世界,2016(34).
[4]裘建开,庄建勇,何君杰.光纤通信技术的特点及其应用分析[J].信息化建设,2015(11).
通信技术对网络传输安全性的要求【2】
【摘要】通信网络在快速发展的同时,受到诸多因素的影响,削弱信号强度,网络传输安全性受到质疑。
因此,在通信技术的应用过程中,网络传输安全性应放在第一位。
保证网络通信安全需要从防范机制的建立、防范问题的查找和网络传输安全问题的解决入手。
面对众多的通信干扰问题,我国应不断的革新通信技术,保证其先进性。
【关键词】通信技术;网络传输;安全性;要求
移动通信产业发展迅速,在人们生活、娱乐和工作中发挥了积极的作用。
并且随着科技的发展,移动通信信号的质量增强,移动通信的应用范围较广。
微商迅速崛起,以微信、微博为主的网络通信技术成为普通民众的热爱,而航空航天企业、国家卫星系统的设计上均使用了通信技术,由于通信技术在使用过程中存在一定的安全隐患,因此必须得到重视。
保证通信技术的安全才能维持其可持续发展,未来以微电子和多媒体为基础的技术产业链将构建,保证网络传输的安全性则是其必然要求。
1通信技术行业安全问题的现状
1.1无线通信安全分析
目前,我国移动通信业务发展迅速,使用人数增加,服务领域扩展。
在工业、军事等领域,移动通信业有着广泛的应用。
但是随着无线通信技术的发展,基站开始覆盖于偏远地区,基站的辐射信号就会受到影响。
同时,移动通信信号的影响因素增多,无线通信干扰也成为通信安全的重要起因,由于基站的设计过程中存在漏洞,加上城市周边安全措施少的影响,移动信号相对较差,移动安全隐患大量存在。
无线电的输出功率远大于额定功率,导致设备的负荷增大,出现互调干扰现象,并且主要体现在发射端和接收端。
1.2移动通信安全与发展
目前,移动通信系统面临的安全隐患包括信息丢失,垃圾短信侵入等。
现阶段,移动通信在人们生活中的地位不断提高,新媒体也随之出现,移动通信作为较为先进的通信方式被普遍使用,掌握新媒体的应用方式是保证移动通信安全的主要手段之一。
但是移动通信使用过程中,尤其是信息传输过程中,安全隐患依然存在。
新时期网络变得更加方便,微信、支付宝等网络软件都可以提供消费、转账功能,而这恰恰给不法分子提供了机会。
网上购物等行为带来的密码丢失,金钱被盗现象大量存在。
最简单的加密方法就是用WinRAR打包并且设定解压密码。当你需要使用的时候,就把这个加密包解压,完成之后再重新加密打包。这个办法是最可靠的加密方法,没有密码,连WinRAR的开发者也没有办法重新获得你已经加密的数据。可靠性高是WinRAR加密的最大优点。
但是用WinRAR加密数据也有很大的弱点。那就是加密速度极慢,加密数据量稍微大一点就会使加密过程漫长的无法让人忍受,极大地影响了这种加密方式的实用性。这种蜗牛式的加密速度是WinRAR为了保证加密的绝对可靠性而付出的时间代价。对于极其重要的商业资料,这种时间代价的支付是完全应该的,也是完全值得的。但是,对于绝大多数用户而言,他们的秘密资料并不需要这么高强度的加密效果,他们更关心的是加密速度快,使用起来方便。只要能够阻止一般电脑用户对敏感数据的访问就可以了。
网上有很多软件宣称可以快速加密一个文件夹,无论这个文件夹的数据量有多大,加密都可以在1秒钟之内完成。稍微有一点密码学知识的人都会知道,凡是真正意义上的数据加密,其加密时间总是和加密数据量成正比的。如果加密时间和加密数据量完全不相关,那么可以断定这不是真正意义上的加密,而是对文件夹进行某种特殊方式的隐藏。
目前,这种用隐藏代替加密的加密软件可以在网络上找到很多。但是软件质量实在无法让人恭维,很多软件在加密后,经常无缘无故地无法解密,
很多时候,只要把加密文件夹所在驱动器回收站的名字换一下就无法解密了。这些加密软件居然还统统要收费!我想这些软件作者想钱真是快想疯了。
幸好,前几天我在华军软件园偶尔发现了一款完全免费的公益软件:《文件夹加密大师》2.1版。这一款软件的最大特点就是:免费 + 功能稳定。这款软件没有捆绑任何流氓插件或者广告。可以说是一款完全意义上的公益软件。这款软件很轻量级,文件大小只有254KB,比一张普通图片的大小还要小。没有任何花里胡哨的东西。
为了测试这款免费软件的稳定性和安全性,我试过更改回收站的名字,发现这款软件依然可以正常解密,这是目前那些收费软件都没有做到的。在整个使用过程中,还没有出现过解密失败的情况。总而言之,我个人认为,这款软件不但完全免费,而且在功能和稳定性方面比那些收费的文件夹加密软件做得还要好。
个人的加密心得:如果需要对单个文件加密,最好用WinRAR加密。如果需要对特别重要的文件夹加密,也建议使用WinRAR加密。如果只是简单地对付一般计算机用户在短时间内无法接触你的秘密文件夹,那么使用《文件夹加密大师》2.1版是最简单,最方便的。
最关键的是:《文件夹加密大师》2.1版在同类软件中不但是最优秀的,而且还是免费的。完全免费的文件夹加密软件目前只有《文件夹加密大师》2.1版。
某通信软件安装于上位机中, 主要用于上位机与产品 (下位机) 之间的数据传输、初始参数装订、标识码检验及检查。其主要工作流程如下:在程序主流程完成数据包标识码检验、初始参数装订后, 下位机软件进行初始参数及数据检查, 完成相关计算并发送给上位机, 上位机对下位机发送过来的初始参数和数据帧进行判断, 判断正确后下位机继续运行流程。上位机、下位机对初始参数检查时的数据流向如图1所示。根据通信协议, 初始参数及数据帧格式如表1。
上位机通信软件只对下位机发送的初始参数及数据帧校验和进行校验, 不校验具体数据。校验不正确时, 向下位机发送"初始化参数及初段数据错误"状态字, 下位机收到错误帧后重发, 三次校验均不正确时下位机提示"初始参数错, 放弃", 程序退出并中止运行。
数据校验和计算公式为:数据校验和
2、软件缺陷分析
2.1 问题
在产品实际运行过程中, 出现流程中止故障现象, 此故障为随机出现。具体故障现象为:当主程序运行流程至下位机按下"运行"键时, 提示栏出现"初始参数错, 放弃";通信软件上"与下位机通信"框内, 数据包标识码显示"正确";"向下位机发送信息"框内有数据显示;"产品状态"中显示"终止流程"。
通过对上位机、下位机数据通信机制、接收与发送数据协议分析, 出现此故障现象的原因有以下五个:
a) 硬件传输错误;
b) 下位机处理软件收发数据帧错误;
c) 下位机处理软件计算校验和错误;
d) 上位机通信软件收发数据帧错误;
e) 上位机通信软件计算校验和错误;
经分析与试验验证, 可排除a) ~d) 四个因素, 出现流程中止故障的原因为上位机通信软件判断校验和错误。
2.2 缺陷分析
检查上位机通信软件初始参数及数据帧校验和处理程序时, 发现在进行校验和计算时存在设计缺陷, 其判断校验和是否正确的方法为:表1中第3个数据累加到第28个数据取低字节后与校验和相加是否恒为零, 为零则校验和正确, 否则错误。当校验和为0x80时, 利用上述方法计算出来的结果不为零, 而导致下发校验和错误帧, 下位机收到错误帧后重发, 同样的原始数据与算法缺陷使得三次均判断校验和错误, 最后下位机提示栏出现"初始参数错, 放弃", 流程中止, 出现上述故障现象。
2.3 机理分析
分析上位机通信软件初始参数及数据帧校验和处理程序, 发现当遇到了校验和为0x80时, 其表1中第3个数据累加到第28个数据取低字节后与校验和相加结果为0xff00, 而不是为零, 从而判断帧校验和不能通过, 而导致下发校验和错误帧, 下位机收到错误帧后重发, 同样的原始数据与算法缺陷使得三次均判断校验和错误, 最后下位机提示栏出现"初始参数错, 放弃", 流程中止。经分析, 若下位机计算并发送的校验和为0x00~0xff除0x80外的数值, 均不会有问题, 所以此问题出现的概率很低, 在产品前期使用过程中未暴露, 只有在大量使用过程中才会出现。程序原先算法为:
当SumParity为0x80时, 原程序第四行:
(SumParity+ ( (char) Buff_7A[88]) ) 一句计算机默认计算结果为多字节0xff00, 而不是取低字节0x00。0xff00不恒等于0, 所以程序进入else分支, 给下位机发送校验错误帧。导致故障出现。
2.4 问题复现
针对产品流程运行出现的问题及分析结果, 采用人工拟制一包初始参数及数据帧, 使其数据校验和为0x80 (表1中第3个数据到第28个数据累加低位为0x80) 。在故障产品及同批次产品中进行验证试验, 上位机通信软件均判断校验和错误, 故障复现。在程序运行过程中对数据校验和进行监视, 结果为0x80。这说明软件缺陷分析是正确的。
3、软件更改
针对软件存在的该缺陷, 对上位机的通信软件进行更改。根据通信协议分析, 累加后低字节恒为0, 所以更改后程序采取累加后取低字节的方法, 避免出现此前的错误。上位机通信软件软件更改后进行了软件评测和试验验证, 下位机计算并发送的初始参数及数据帧校验和为0x00~0xff, 一共256个数, 试验结果正常, 流程运行正常。
通信软件初始参数及数据校验和判断更改内容:
更改前:
更改后:
4、结论
针对某产品在流程运行中出现的流程终止问题, 对问题发生的原因进行了分析及故障定位, 找出了上位机通信软件中存在的缺陷并进行了更改, 更改后的软件进行了试验验证, 结果表明, 软件更改正确, 上位机与下位机工作正确、协调。
摘要:本文针对某设备在使用过程中出现的"初始参数错"故障问题进行分析, 发现上位机通信软件中的初始参数及数据帧校验和处理程序设计存在缺陷, 当校验和为0x80时, 数据帧校验和无法通过, 导致故障出现, 对软件设计缺陷进行了更改, 并进行了试验验证, 取得了很好效果。
在量子的世界中,對于一个微观的粒子,测量过程本身将不可避免的给我们要测量的物体造成一个显著的扰动,而且即使在原则上,我们也完全没办法把这一扰动减小到零;另一方面,观测行为本身又会破坏粒子原来的状态,让你永远不可能知道粒子本来的状态是什么。这就是量子不可克隆原理:你不能够复制一个未知的量子态,而不改变量子态本身。量子不可克隆原理是量子加密的基础。如果我们把想要保密传输的信息,加载到一个个不可能被准确观测和复制的量子态上,而任何的窃听行为都会改变原本传输的数据。那么最后我们取一部分数据出来,检查原本传输的信息是否被破坏,就能够检测到窃听者是否存在。
整个量子通信中,具有短期内真实的应用潜能的就是量子保密通信,其中最有用的部分就是量子密钥分发。经典通信使用最广泛的公钥密码,是假定一些数学难题,最典型的是假定大型数据分解的数学难题。但是,随着计算能力的不断提高,特别是未来量子计算机如果实现的话,这种数学难题的复杂性就迎刃而解了,换句话说,经典保密通信基于的数学方法不能获得严格的数学证明。在这个背景下,量子保密通信最大的卖点就是它的安全性获得了严格的数学证明,这也可以从其量子力学的基本原理来解释。
量子通信另一个核心内容是隐形传输,是利用了光子等基本粒子的量子纠缠原理来实现保密通信过程。纠缠是一种诡异的超距离相互关联的现象:两个纠缠在一起的粒子,即使被完全隔离,当观测一个粒子的状态时,另一个粒子的状态也会发生瞬时的改变。换言之,两个粒子的量子状态是完全关联的。量子物理让人最不可思议的地方在于,事物的状态并不是唯一确定的。对于宏观的硬币而言,只可能存在两种状态:正面朝上或是反面朝上。但对于一枚量子硬币,它可以既是正面朝上又是反面朝上。对于两枚纠缠在一起的量子硬币,如果发现其中一枚是正面朝上,另一枚也一定是正面朝上;当发现一枚是反面朝上,另一枚也一定是反面朝上;如果发现一枚既是正面朝上又是反面朝上,另外一枚也一定既是正面朝上又是反面朝上。因此,纠缠所包含的关联性,要比我们通常理解的宏观上的关联性强得多。
事实上,纠缠的两个粒子尽管可以在很远的距离上一个影响另一个,但它们无法传递任何信息。以密钥为例,当双方共享同一套密钥时,并没有发生信息的传递,直到加密的文本传来,密钥才有意义。量子通信和传统通信的唯一区别在于,量子通信采用了一种新的密钥生成方式,而且密钥不可能被第三方获取。
向全球的量子通信网迈进
发展量子通信技术的终极目标是构建广域乃至全球范围的绝对安全的量子通信网络体系。通过光纤实现城域量子通信网络连接一个中等城市内部的通信节点、通过量子中继实现邻近两个城市之间的连接、通过卫星与地面站之间的自由空间光子传输和卫星平台的中转实现遥远两个区域之间的连接,是实现全球广域量子通信最理想的路线图。
在这一路线图的指引下,欧洲、美国和中国等在过去几年中均进行了战略性部署,投入了大量的科研资源和开发力量,进行关键技术攻关和实用化、工程化探索,力争在激烈的国际竞争中占据先机。光纤量子密码技术目前正从点对点量子密钥分发的初级阶段向实现多节点网络内的量子安全性方向深入发展阶段,全球各地正在加紧进行量子通信系统的实用化和工程化建设。
由美国国防部高级研究署(DARPA)支持, BBN公司(具有很强的军方特色)技术部联合波斯顿大学与哈佛大学共同开展了量子保密通信与IP 互联网结合的五年试验计划。该计划主要内容是以BBN技术部、波斯顿大学和哈佛大学作为三个节点以构建融合现行光纤通信网、互联网和量子光通信的量子互联网,并在此基础上实现保密通信。
在欧盟发布的《量子信息处理和通信:欧洲研究现状、愿景与目标战略报告》中给出了欧洲未来五年和十年量子信息的发展目标,例如将重点发展量子中继和卫星量子通信,实现1000公里量级的量子密钥分配。欧洲空间局计划到2018年将国际空间站上的量子通信终端与一个或多个地面站之间建立自由空间量子通信链路,首次演示绝对安全的空间量子密钥全球分发的可行性。欧盟在2008年9月发布了关于量子密码的商业白皮书,启动量子通信技术标准化研究,并联合了来自12个欧盟国家的41个伙伴小组成立了SECOQC工程。
实用化进程:与经典通信的融合
从目前的实际应用来看,将量子通信网络与现有网络进行融合是最优的发展战略。互联网在设计时并没有深入地考虑安全性,这造成当今的网络安全问题十分突出。量子通信是人类能掌握的最保密的通信技术,量子通信和经典通信网络的融合研究对于提升未来网络的安全性具有重要的意义。
量子通信和经典网络的融合需要解决物理层和组网技术、中继技术和通信应用技术等几个方面的融合问题。对于未来网,应当从基础设施的建设和利用上就考虑和量子通信的融合。由于传统的光通信可能在很长一段时间内仍然是主要通信技术手段,在光通信网络上实现量子通信网络,将是融合的基础。
实际的量子通信中,量子通信与现有通信的融合是一个相互取长补短的过程,量子通信不会完全替代现有的通信技术,而是在现有的技术上在物理层、网络层、应用层将两者进行了融合。
从物理层来说,可以从光源、探测器和信道方面考虑。在光源方面,利用单光子源或者单离子源,或者将激光光源衰减到单光子量级应用到实际工程中;在探测方面,因为是单光子信号源,需要特测器有单光子量级特征,对量子密钥分发中的连续变量进行测量;在信道方面,对于不同的光源用不同波长的商用光纤即可满足条件。
从网络层来说,一方面我们可以采取独立的信道和统一的网络结构,也可以用一根光纤既传递量子信号又传递经典信号;除了光纤技术,还需要采取例如基于纠缠交换的量子中继技术来解决量子通信的远距离传输这一核心问题;此外,在组网的往来上,可以采取电路交换或者波长复用技术,并且增加量子路由器来进行控制。
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从应用层来看,我们可以跟现有的互联网安全协议结合,用量子密码来替换现有协议中的初始密码,这样既可以得到更高的安全性也可以保持实际的通信速率。现在实际用到的量子保密分发的方法都是用诱骗态量子密钥分发的方法。而一旦用量子的方法产生密钥,则必须与后继的经典通信结合才能实际应用。比如,我们用量子密码生成种子密钥,然后用经典的方法进行扩张,这样既保证了种子密钥的安全,同时也有很高的通信效率。
量子通信在中国
量子信息因其传输高效和绝对安全等特点,被认为可能是下一代IT技术的支撑性研究,并成为全球物理学研究的前沿与焦点领域。基于我国近10年来在量子纠缠态、纠错、存储等核心领域的系列前沿性突破,中科院于2011年启动了空间科学战略性先导科技专项,力争在2015年左右发射全球首颗“量子通讯卫星”。
中国科学技术大学教授潘建伟、彭承志、陈宇翱等人,与中科院上海技术物理研究所王建宇、光电技术研究所黄永梅等组成联合团队,于2011年10月在青海湖首次成功实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。实验证明,无论是从地面指向卫星的上行量子隐形传态,还是卫星指向两个地面站的下行双通道量子纠缠分发均可行,为基于卫星的广域量子通信和大尺度量子力学原理检验奠定了技术基础。
如果应用量子通信这项高科技,中国军方能瞬间传送军事信息而又确保万无一失。通过这项保密力度极强的科技的应用,能大幅度提升军队的指挥和控制能力,使得中国在信息战能力方面超越美国。
发射量子通讯卫星早就被中国科学界列为一项核心任务。早在2011年9月,中国科学院院长、党组书记白春礼在谈到中国能否抓住第六次科技机遇时透露,中科院计划在未来十年发射五颗科学卫星,其中,量子通讯卫星的卫星发射将列为重中之重。
由于量子信号的携带者光子在外層空间传播时几乎没有损耗,如果能够在技术上实现纠缠光子再穿透整个大气层后仍然存活并保持其纠缠特性,人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。这样一来,这种世界上最为保密的通信手段将会覆盖世界任何角落。
在西方眼中,中国未来将要发射的首颗量子通讯卫星将是一颗战略性和科学试验性的卫星。关于这颗卫星,中国科技大学早在三四年前就提出申请,国家2011年批准可发射,目前计划在2015年发射。据中国科技大学内部人员透露,首颗量子通讯卫星属于一颗小卫星,一般的卫星都是几吨重,它只有几百公斤。另外,这枚量子通讯卫星的执行目标很单一,就是用来试验量子通信的相关内容。据了解,将会有专门的机构制造出量子通讯卫星,中科大只是在它上天后利用其做实验。
此外,首颗量子通讯卫星的设计寿命也很短,只有两三年,完成预定的实验后可能就要坠毁。看来,这颗卫星只是“探路者”,今后更多的量子通讯卫星“上天”后,就可以打造一个全球性的量子通信网络。
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