时间：2022-10-25 02:15:39
【关键词】概述；功能分析；传输技术；轨道交通
中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：
引言
伴随着我国现代化经济与科技的不断发展与进步，我国的城市轨道交通在人们的出行中占据着重要作用。然而城市轨道交通通信系统是一个庞大的系统性工程，它直接为轨道的运营管理服务，是轨道交通的信息传递器和神经系统。作为城市轨道交通的一个综合性系统结构，主要由以下几个方面组成：传输系统、电话系统、视频系统、广播系统等。本论文主要对传输系统做深入剖析。轨道交通通信系统主要完成三个方面的任务：一是【确保】（必须保证）轨道交通指挥和调度有效进行；二是为广大旅客传输各种信息服务；三是维护设备和运营管理的服务。通过这三种任务和能力的完成，才能确保整个轨道交通通信系统的正常运转。
【通信系统包括专用通信系统、公安通信系统和民用通信系统三部分。】
1、通信传输系统概述
通信系统的传输子系统作为城市轨道交通通信网络的重要组成部分和信息传输载体，主要用于承载数据、语音、图像等运营管理信息。数据类信息主要包括通信系统各子系统的监控信息、时钟及网络同步信号、列车自动监控( ATS) 信息、门禁系统( ACS) 信息、自动售检票系统( AFC) 信息、计算机网络系统( EMIS) 信息、电力监控系统( SCADA) 信息、火灾报警系统( FAS)信息、环控信号( BAS) 信息、综合监控信息、乘客信息显示系统( PIDS) 信息等，语音类信息主要包括有线调度信息、无线调度信息、公务电话信息、站间行车电话信息、广播音频信息等，图像类信息主要包括视频监控信息、视频会议信息、乘客信息显示系统车载视频监视信息。
传输的运营管理信息包括语音、数据及图像三类，各类信息的内容如下：
语音信息：专用无线系统、公务电话、专用电话、站间电话、宽带广播；
数据信息：通信系统各子系统的监控信息、时钟及网络同步信号、列车控制（ATS）信息、综合监控系统（ISCS）信息（含机电设备监控（BAS）、电力监控系统( SCADA)信息）、火灾报警系统( FAS)信息、自动售检票（AFC）信息、门禁系统( ACS)、计算机网络( EMIS)信息等；
图像信息：CCTV视频监控信息，乘客信息系统，视频会议
随着通信技术的不断发展，传统的 TDM ( time division multiplex) 业务逐渐被 IP( Internet protocol) 数据业务取代，语音信息向数字化方向发展。同时，随着人们对视频图像的要求越来越高，标清视频、高清视频技术得到快速发展，传统的模拟视频监控系统逐渐被数字视频监控系统取代，城市轨道交通通信网络也呈现数字化、IP 化的发展趋势。通信业务的数字化，对通信网络提出了更高的要求，需要传输系统具有更强大、更灵活的数据处理能力，对传输带宽的要求更为迫切。
2、通信传输系统的功能分析
作为整个城市轨道交通通信系统的“神经”，各种信息都会通过这个“神经”系统的传输。在日常工作中，各种调度信息、电话语音信息、视频信息、自动检票信息等数据的传递都通过传输系统进行。而这些信息都是轨道交通正常运行的必要条件，如果一些信息的传输出现中断就会影响到轨道交通的安全。
当前，国内外所采用的传输技术一般用 SDH、OTN 等技术，可以兼顾技术的安全稳定性和先进性。这种性能的传输网络还应当具备以下几个方面的特点。第一，先进性。构成该网络的 IP 技术和 SDH 技术以及综合端口技术都处于国内外领先水平；第二，容量大。要满足整个城市轨道交通的通信系统畅通无阻必须才有 SDH 光纤技术。第三，网络自愈。在传输过程中一旦某个环节出现故障，该系统必须能够通过自身自愈功能消除故障和安全隐患。
3、传输系统的关键技术分析
当前，国内外主要传输系统有六种：OTN、SDH、ATM、宽带 IP、IPoverSDH 与 IPoverWDM、以太网技术。这六种技术的特点分别介绍如下。
1）OTN 技术。该技术是开放、传输、网络英文首字母的缩写，意为开放的传输网络。因此 OTN 技术的特点主要为：首先，能够合理利用接口模块处理各种物理接口和各种复杂环境中的通信协议。采用光纤技术，传输距离没有限制；其次对于数据、语音和视频传输具有很多优势；再次，该系统的适应性非常强，能够不断扩展适应各种标准端口的发展。
OTN系统是西门子公司依照标准的通信协议自主开发的传输网络，其特点是设备简单，网络可靠、组网灵活、扩容升级方便等。但OTN是一种企业内部规范，是一种非标准的系统，传输制式非国际标准化，很难在公网中得以广泛应用，但特别适合专网的应用，特别是城市轨道交通这样封闭网络。
2）SDH 技术。该技术是同步、数字和体系的英文缩写，意为同步数字体系。该系统广受青睐，是目前世界各国普遍采用的技术。SDH 技术除了核心网应用以外，还可以灵活的提供需要的 2Mbit/s 通道。它有非常成熟的标准和产品，安全性、适用性和可用性都非常强，是世界各国电信传输的基础，其兼容 TM、REG、DXC 等技术模式，并可以在各种模式之间灵活转换。
3）ATM 技术。该技术是异步、传输和模式的英文缩写，意为异步传输模式，该模式可以实现不同信息系统之间的传递和转换，例如电话、视频、IP 数据等。该技术可以承载各种不同业务和流量之间的划分，并对其分析，实现数据的集成处理。
4）IP 技术。IP 技术是互联网迅速普及的后果，当前比较先进的 IP 承载系统有 SDH、ATM 和宽带 IP, 其中又以宽带 IP 为最优。由于轨道通信系网络并非专业地 IP 业务，其不适合在骨干网络中传输。但是宽带 IP 将成为未来传输系统的发展趋势。
5）IPoverSDH 与 IPoverWDM。以 IP 业务为主的数据业务是当前信息传输发展的主要技术标志。目前，ATM 和SDH 均能支持 IP，分别称为 IPoverATM 和 IPoverSDH，两者各有千秋。IPoverATM 利用 ATM 的速度快、多业务支持能力的优点以及 IP 的简单、灵活、易扩充和统一性的特点，可以达到优势互补的目的。
6）以太网技术。该技术也是一个重要承载技术，但是与媒体无关，可以透明地将电缆和各种光纤对接。该技术比较适宜处理突发的 IP 数据流，采用了异步工作方式，具有很好的扩展性能，其速率可以扩展至 10Gbit/s。其最大的特点是可以在光线上以最大速度传输，减少网管开支，提高网络结构。
关键词：电力系统； 通信网络； 网络管理系统； Q3适配器； SNMP； TMN
Abstract：This paper analyses the management requirements of telecommunication network for electric power system. According to the characteristics of network management， the main principle of building the telecommunication network management system and the design method are put forward. In the method， the management system is based on TMN system and is compatible with other protocol. The method emphasizes that the system must have unity， independence and open interface， the system should support network and should be compatible with all kind of system structures. The useful advice in designing and selecting management system is offered.
Keywords：power systems; telecommunication network; network management system; Q3 protocol adapter; simple network management protocol (SNMP); telecommunication management networks (TMN)
0引言
近年来随着通信技术的发展，为了满足电力系统安全、稳定、高效生产的需求及电力企业运营走向市场化的需求，电力通信网的发展十分迅速。许多新的通信设备、通信系统，例如SDH、光纤环路、数字程控、ATM等，都纷纷涌入电力通信网，使网络的面貌日新月异。新设备的大量涌入表现出通信网的智能化水平不断提高，功能日益强大，配置、应用也十分复杂。层出不穷的新产品、新功能、新技术及技术经济效益等诸多因素的影响，使可选择的设备越来越多，造成电力通信网中设备种类的复杂化。技术的发展使某些旧的观念有了根本的改变，计算机网络技术与通信技术相互交融。传统通信网络的交换、传输等领域引入了计算机网络设备，例如路由器、网络交换、ATM设备等。某些传统的通信业务通过计算机网络实现，例如IP电话等。今天通信网与计算机网的界限已越来越模糊。电力通信业务已从调度电话、低速率远动通道扩展到高速、数字化、大容量的用户业务，例如计算机互联网、广域网、视频传送等。电力通信网的结构也已从单一服务于调度中心的简单星形方式发展到今天多中心的网状网络，以保证能为日益增长的电力信息传输需求服务。
此外，由于网络规模的限制，电力通信网实际上是一个小而全的网络。小是指网络的业务量不大；全是指作为通信网所有环节一样不少，而且电力通信网地域广大、数量繁多。由于规模的原因，电力通信网的管理传统上一直都是不分专业统一管理，每一位通信管理维护人员都必须管理包括网络中传输、交换、终端各个环节上的设备，还包括电源、机房、环境等网络辅助设备，同时还要管理电路调配等网络业务。
由于电力系统行政划分的各级都设置电力调度，电力通信网又被人为的划分成不同级别、不同隶属关系的网络。一般来说，电力通信网分为主干网、地区网；主干网分国家、网局、省局、地区4级；地区网又分为地区、县级网。各个级别的网络根据隶属关系互联，各行政单位所属的网络管理、维护关系独立。而且由于传统的原因，上级网络的设备维护工作多由通信设备所在地区的下级网络的通信管理人员负责。网络设备管理与维护分离，集中运行，分散维护。
面对这样一个复杂的网络，这样一些苛刻的管理要求，唯一的也是十分有效的方法就是建立具有综合业务功能、综合接入功能的电力通信网络管理系统（简称网管系统）。
早期的电力通信网管理方式简单，由于通信设备的功能单一、智能化水平不高，自动化管理表现为监控系统，具有监视通信设备运行状态，实时通告设备的告警和运行异常信息，远程实时控制设备的主、备切换等功能。随着电力通信网的发展，作为新一代通信网基础的智能化设备出现后，产生了网元管理系统，它除了对设备故障的监控功能外，还包括对设备性能、配置及安全的管理。时至今日，网元管理系统的应用在通信网的运行管理过程中已随处可见。随着通信设备智能化水平的提高和通信业务需求的增长，通信组网的灵活性越来越大，通信网的规模也越来越大，网络管理系统应运而生。
1电力通信网络管理的设计原则
1.1全面采用TMN的体系结构
TMN是国际电信联盟ITU—T专门为电信网络管理而制定的若干建议书［1］，主要是为了适应通信网多厂商、多协议的环境，解决网管系统可持续建设的问题。TMN包括功能体系结构、信息体系结构、物理体系结构及Q3标准的互联接口等项内容。通过多年来的不断完善和发展，TMN已走向成熟。国际上的许多大的公司（例如SUN，HP等）都开发出TMN的应用开发平台，以支持TMN的标准；越来越多国际、国内的通信设备制造厂商也宣布接受Q3接口标准，并在他们的设备上配置Q3接口。国内的公用网、部分专用通信网都有利用TMN来建设网管系统的成功范例，例如：全国长途电信局利用HP的TMN平台OVDM建设全国长途电信三期网管；无线通信局利用SUN的SEM平台建设TMN网络管理系统［2］。TMN的优点在于其成熟和完整性，是目前国际上被广泛接受的体系中最为完整的通信网管标准体系；TMN的不足在于其复杂性和单一化的接口。这些问题在网管系统建设中应该加以考虑。
1.2兼容其他网管系统标准
在接受TMN的同时，兼容其他流行的网管系统的标准以解决TMN接口单一的问题，对电力通信网管系统的建设十分有好处，尤其在强调技术经济效益的今天，这一点更为重要。
SNMP简单网路管理协议所构成的网络管理是目前应用最为广泛的TCP/IP网络的管理标准，SNMP网络管理系统实际上也是目前世界上应用最为广泛的网络管理系统。不仅计算机网络产品的厂商，目前越来越多的通信设备制造厂商都支持SNMP的标准。因此电力通信网管系统应该将SNMP简单网路管理协议作为网络管理的标准之一，尤其在通信网与计算机网的界限越来越模糊的今天，其效益是显而易见的。
另外，目前出现了新发展的网管体系和标准，例如对象管理组织OMG的CORBA体系、基于Web的网管体系、分布式网络管理技术等，这些新的技术都应当引起我们的重视。总之，对于电力通信网这种组织结构分散的网络来说，网管系统对各种体系的兼容性很有必要。
1.3采用高水平的商用TMN网管开发平台作为开发基础
网络管理是一个巨大、复杂的工程，涉及面广，难度大，特别是像TMN这样的系统，而综合业务及综合接入功能的要求又增加了系统的难度。依照标准的建议书从基础开发做起的方法无论从时间、经济的角度来说都是不可取的。高层网管应用开发平台是世界上具有相当实力的厂商，投巨资历时多年开发出来的商用系统，目前比较成熟的有SUN公司的SEM、HP公司的OPEN View、IMB的NetView等［3］。每一种商用系统都为建设通信网络管理系统提供了一整套管理、代理、协议接口及信息数据库开发的工具和方法。利用商用TMN网管平台作为核心来构筑电力通信网管系统，屏蔽了TMN网管系统的复杂性，可大大降低开发难度，缩短开发时间，提高分开的成功率。对电力通信网管系统的建设来说不失为一种经济有效的方法。
当然，商用化高层网管应用开发平台的成本相对比较高，因此对于规模小、层次低的通信网，采用一些专用的自行开发的网络管理系统平台可能更为实际。
1.4网管系统的网络化
网管系统互联组成网管网络这一点是不言而喻的。从长远的观点来讲，电力通信网管应接受异构网互联的观念，即不同层次、不同厂商甚至不同体系结构的系统之间应不受阻碍的互联，组成一个具有广泛容纳性的网管网络。
规定一种或几种统一的标准互联接口作为系统互联的限制约定是目前网管系统之间互联的最可行的方法，如采用CMIP的Q3接口、SNMP的简单网络管理协议作为网管之间互联的标准协议接口。当然随着技术的发展这种限制可能会有所改变，例如：CORBA技术的应用会对目前的状况产生影响。虽然统一接口有系统花费大的不足，但是统一接口在数据互联中的优点是显而易见的。
网管系统的数据共享和可互操作性机制是网管系统互联的基础。完善的安全机制是网管系统互联成功的保障。网管系统还应支持与网管系统以外的信息管理系统的互联，实现数据共享。
1.5综合接入性
网管必须满足各种通信网络、通信设备的接入要求，兼容各种制式、各个厂商的产品。
TMN网管系统本身支持的标准接口有限，能够直接接入TMN网管系统的通信系统、通信设备并不多，大量通信设备的接入依靠网管系统提供的代理转换机制，网管系统通过协议适配器这样的网管部件，将通信设备上的五花八门的管理数据接口转换成统一的网管系统支持的标准接口（例如Q3适配器，SNMP PROX等），实现网管对通信设备的接入。对于设备种类繁多的电力通信网，这个环节尤为重要。
对于网络层次多、设备分布广、智能水平低的电力通信网，如果全盘依照TMN的代理方案，势必造成代理系统十分庞大，整个网管系统变得很不经济。因此，选用一种综合接入能力强、成本低的网管系统直接面向大量的通信设备，将通信设备集中转换，再通过标准接口送入TMN高层次网管。建立综合接入网管系统来完成接入的任务对电力通信网不失为一种经济可行的方案。
对于大量中等以下规模的网络完全可以依靠综合接入网管系统的功能来管理网络，既可实现通信设备的综合接入，又建立了网络的分层管理，一举两得，而且这种方案的经济效益十分可观。对于系统已经在建的大量的监控、网元管理系统来说，也可以采用先将其改造成综合接入网管系统再接入高层TMN网管的方案。
1.6完善的应用功能及客户应用接口的开放性
在今天这样的市场竞争环境下，网管系统的应用功能是否完善、丰富，能否满足用户的要求、适应网络的变化，总之网管系统的应用功能是否能得到用户的认可，是网管系统成败的关键。
应用功能的设置应该能由用户来选择，用户的应用界面应该满足用户的要求。这要求网管系统除了具有根据用户要求定制的能力外，重要的一点是网管系统的应用功能接口应具有开放性，应能支持满足应用功能接口的第三方应用程序，在不改变基础系统的情况下不断推出新的应用功能、用户界面，满足用户的要求。由于电力通信网采用行政划分的管理方式，各级用户的管理功能要求的不一致性更大，应用功能开放性的要求显得更为重要。
1.7网管系统的一体化和独立性
网管系统应实现电力通信网的一体化管理，即各种功能网络管理系统的应用程序统一设计，采用统一的界面风格，采用一致的名词术语。用统一的管理操作界面去操作控制不同型号、厂家的同类功能设备。在同一个平台、界面上监视、处理网络告警，控制网络运行。
真正的网络管理系统应具有独立性，系统不应依赖于某个设备制造厂商；网管系统应能保证所有的厂商都得到同样公平和有效的支持。这样做的目的是为了保证通信系统本身的发展，确保不会因网管系统方案选择限制通信系统本身。这一点对于多样化特点十分明显的电力通信网尤为重要。
1.8网管系统的人机界面
首先，对象化的思想应该贯穿在网管界面的设计中。将图形上的元素及元素的组合定义成图形对象，将图形对象与它所表示的数据对象、实际的通信设备串联起来，实现实物、数据、表示界面的统一。这种对象化的设计方法保证了网管系统数据和界面的统一，保证了网管系统对被管理系统的变化的适应能力。对象化的设计观念应推广到网管系统人机界面的各个方面，例如：语音申告、媒体管理等。
其次，网管系统的界面应不断采用新技术加以更新、改造。界面是表示一个系统的窗口，界面的优劣直接影响人们对系统的第一印象，影响人们对系统的使用。引入新的技术，提高系统界面的功能、界面的可观赏性、系统的易使用程度是网管系统成败的又一关键因素。
GIS是目前实用化和技术经济性能都比较高的一项可视化信息技术，GIS采用对象化设计思想，支持地理信息数据，支持多图层控制，采用矢量化图形方式。GIS在信息管理系统的数据表示界面方面应用广泛，在表示与地理信息有关的数据界面时尤其优秀，电力通信网管系统可以采用GIS技术开发基于地理信息系统的网管应用界面。
Web是一种影响非常广的、为人们广泛接受的、使用方便的数据浏览界面，Web支持的数据包括文本、图形、图片、视频等，支持数据库的浏览，而且支持的数据种类和数据格式还在不断丰富。利用Web的优势作为网管系统的信息发布媒介是一种非常明智的选择。 2电力通信网管系统方案
2.1需求分析
在选择网管系统方案时各种因素都会影响最终的决定，如网络管理要求、通信系统规模、通信网络结构、技术经济指标等。网络管理要求应是确定网管系统方案的首要因素。并不是在任何情况下网管的配置越高、功能越全越好，如果管理要求只关心对通信设备的实时监控，那么最佳方案是选择监控系统。在完成监控功能方面，监控系统的实时性能、准确程度都较复杂的网管系统要高。同样如果管理要求只关心通信设备的信息，只需要建立网元管理系统即可。但如果是一个管理一定规模的通信网络而且提供通信服务的管理单位，那么就应该选择能够涵盖整个通信网的网管系统。
2.2网络设计
初期的网管系统一般只注重网络某些部分（如通信设备）的管理，其主要原因是通信网管系统在发展初期一般依赖于通信设备生产厂商。真正的网络管理系统应包括以下各个层次：
网元数据采集层：网元(设备)的数据接入、数据采集系统。
网元管理层：直接管理单个的网元(设备)，同时支持上级的网络管理层。这一层主要是面向设备、单条电路，是网络管理系统的基础内容。其直接的结果实现设备的维护系统。
网络管理层：在网元管理的基础上增加对网元之间的关系、网络组成的管理。主要功能包括：从网络的观点、互联关系的角度协调网元(设备)之间的关系；创建、中止和修改网络的能力；分析网络的性能、利用率等参数。网络管理层的另一个重要的功能是支持上层的服务管理。
服务管理层：管理网络运行者与网络用户之间的接口，如物理或逻辑通道的管理。管理的内容包括用户接口的提供及通道的组织；接口性能数据的记录统计；服务的记录和费用的管理。
业务管理层：对通信调度管理人员关于运行等事项所需的一些决策、计划进行管理。对运行人员关于网络的一些判断的管理。这一层管理往往与通信企业的管理信息系统密切相关。其功能包括：日志记录，派工维护记录，停役、维护计划，网络发展规划等。
网络管理系统应当是全网络的，对于面向用户服务的规模较大的通信网络，管理的重点应放在网络、服务、业务等层次的管理上。
2.3系统功能
一个完善的网络管理系统应具备如下功能。
故障管理：提供对网络环境异常的检测并记录，通过异常数据判别网络中故障的位置、 性质及确定其对网络的影响，并进一步采取相应的措施。
性能管理：网络管理系统能对网络及网络中各种设备的性能进行监视、分析和控制，确保网络本身及网络中的各设备处于正常运行状态。
配置管理：建立和调整网络的物理、逻辑资源配置；网络拓扑图形的显示，包括反映每期工程后网络拓扑的演变；增加或删除网络中的物理设备；增加或删除网络中的传输链路；设置和监视环回，以实施相关性能指标的测试。
安全管理：防止非法用户的进入，对运行和维护人员实现灵活的优先权机制。
2.4系统结构
为了保证网管系统能较好适应电力通信网的特点，满足电力通信网的管理要求，网管系统应能兼容多机种、多种操作系统；应能设计成冗余结构保证系统可靠性；应能充分考虑系统分期建设的要求，充分考虑不同档次的网管系统的需求。
网管系统可采用IP级的网络实现系统中各硬件平台之间的互联，利用现有的各种管理数据网络的路由，组织四通八达的网管系统网络。
数据服务器：是网管管理信息数据库的存储载体，用于存储和处理管理信息。
网管工作站：为网管系统提供人机接口功能。它为用户提供友好的图形化界面来操作各被管设备或资源，并以图形的方式来显示网络的运行状态及各种统计数据，同时运行各种网管系统的应用程序。
浏览工作站：通过广域网、Internet或Intranet网接入网管系统，提供网管系统数据信息的浏览功能。
协议适配器：完成网管系统与被管理设备之间的协议转换。
前置机代理：通过远方数据轮询采集及网管系统与采集系统之间的协议转换，实现对各种通信站、通信设备的实时管理。
网管系统的软件由管理信息数据库、网管核心模块、若干应用平台、若干网络高级分析程序及数据转换接口程序组成。
管理数据库：负责存储和处理被管设备、被管系统的历史数据， 以及非实时的资料、统计检索结果、报表数据等离线数据。
网管核心模块包括管理信息服务模块、管理信息协议接口及实时数据库；
通信调度应用平台包括系统运行监视、运行管理、设备操作、图形调用、数据查询等功能。
图形系统实现网管系统图形应用界面，包括图元制作工具、绘图工具、图形文件管理工具、数据库维护工具等。
通信运行管理应用平台提供网管系统所需的各种管理功能，包括运行计划管理、维护管理、报表管理、权限管理等。
网络高级分析软件包括网络故障分析、性能分析、路由分析、资源配置分析。
3结语
电力通信网络管理系统的开发与应用起步比较迟，相对于公用网和其他一些专用网都落后了一步。目前，在电力通信网中未见真正的规模比较大的网络管理系统，网络的运行管理主要依靠通信监控系统和一些随通信系统和通信设备引进的网元、网络管理系统。随着网络规模、管理水平的提高，越来越显示出目前这种状况的不适应性。从事电力通信网运行、管理、开发的建设者们有能力、有决心解决好这些问题。
转贴于 参考文献
［1］ITU-T M.3010-96.Principles for a Telecommunication Management Networks.
关键词：城市轨道交通；信息通信系统；信息传输系统
城市轨道交通信息通信系统主要是为轨道交通运营而服务，是保障列车运行过程中一个关键的因素。目前，我国城市轨道交通信息通信系统的发展方向主要是两个方面，分别是城市轨道交通信息通信系统的宽带化和城市轨道交通信息通信系统中新系统的开发应用。
1我国城市轨道交通信息通信系统现状
为了有效保障我国城市轨道交通信息通信系统安全、可靠以及快速地运行，就必须将城市交通系统与通讯系统之间进行有效配合，从而发挥城市轨道交通信息通信系统的服务功能。我国城市轨道交通专用通讯系统主要包括了十二个子系统，分别是公用电话系统、专用电话系统、广播系统、闭路电视系统以及传输系统等。
随着科技地不断发展，我国城市轨道交通信息通信系统正逐步向多样化方向发展。目前，我国城市在发展过程中，建立了大量城际轨道交通线，从而使城市轨道交通信息通信系统逐渐向大运量、中运量以及市郊线并存的方向共同发展。
2城市轨道交通信息通信系统中的核心系统
传输系统是城市轨道交通信息通信系统的核心，主要为各种应用业务提供必要的通道。通常来说，城市轨道交通信息通信系统的业务主要包括三种，分别是语言、数据以及图像。
对城市轨道交通信息通信系统而言，主要包括了控制中心、车场与各个车站需要通信业务。其业务流程如附图所示。
在实际运行过程中，为了保障传输系统的可靠性，就需要采用环形组网，也就是说控制中心与车站、车场形成了一个自愈性环形组织，当某一个部分出现问题时，整个系统能够自行保障业务正常运行。
通常来说，城市轨道交通信息通信系统有两个部分组成：其一，传输部分。该部分主要是为各种业务提供相应通道，并有效保障各种业务可以安全地从一个节点中进入到另一个节点中；其二，接入部分。该部分主要是对需要完成的业务进行接入与汇聚工作，同时将汇聚后的业务传输到传输节点中，并由传输节点完成最后的传输工作。
目前，主要应用的传输方式有三种形式：其一，开放式传输网络技术。其优点是，该技术主要为城市轨道交通而开发的技术，接口类型比较多，同时接口数据也比较多，此外，在运用过程中性能比较稳定。其缺点是，标准还未得到统一，如果业务量比较大的时候，将无法胜任宽带的要求；其二，同步数字传输技术。其优点是发展比较成熟，并拥有统一的标准以及强大的自愈功能。其缺点是主要是为语音而设置的，因此对业务中数据与图像部分不能进行有效支持；其三，异步转移模式技术。
3城市轨道交通信息通信系统中的其他系统
（一）公务电话系统与专用电话系统
城市轨道交通信息通信系统中的公务电话系统主要是为城市轨道交通提供有效的通讯工具。目前，在交换机技术不断发展的基础上，该系统在应用上有了更加多样的选择，其中，可靠性比较强而扩容比较方便的交换机在公务电话系统中的使用，促使了城市轨道交通的迅速增长。
专用电话系统主要是为列车指挥人员进行列车运行的指挥以及设备的操作提供相应通讯工具。通常来说，行车调度的可靠性越高，那么行车过程中的安全性也就越高，而行车调度的安全进行需要相应的设备支持。
（二）电视监控系统
城市轨道交通信息通信系统中的电视监控系统能够对列车的运行情况、车站客流情况进行实时、动态以及直观的图像跟踪与记录。由于闭路电视监控系统具有良好的指挥与管理功能，因此可以为城市轨道交通的调度与管理提供相应的依据。
一、数转电台与车载微机的接口
无线通信技术在单片机通信系统中的应用，存在的最大问题就是数转电台与车载微机的对接问题，在单片机通信系统运行过程中，要保证数转电台与车载微机之间对接的准确性和数据传输的稳定性。车载微机系统采用的处理器是DALLAS公司研发的DS80C320处理器，其在运行中能够提供两个全双工串行口，两个数据指针、13个中断源。通过处理器自身强大的数据处理能力，可以结合数转电台和车载微机所处的不同的实际运行状况，对其对接的方式进行选择，保证数转电台车载微机系统在对接活动中最大限度的接口连接安全和数据传输安全，减轻了单片机控制接口的负担，同时提高了单片机通信系统运行的可靠性[2]。
二、通信软件设计
1、通信格式。车载微机向地面通信系统发送请求信号主形式为ABBAIDSUMNFF、其中数据帧一共包含有6个字节，前两个字节（ABBA）表示起始位置，第三个字（ID）表示该趟列车的车载微机的编码号，第四字节(SUM)为通信活动中的标注字节，第五字节（N）表示在本次通信活动中从起始字节到结束字节的字节数，是为了防止在通信中信息丢失而设置的，第六字节（FF）表示通信内容结束。无线通信技术在单片机通信系统中的应用，对通信模式最大的创新就是实现了信息通信的数字化。单片机通信系统在我国的应用广泛的存在着运行中一对多的运行模式，一般大型机务段都拥有数百台机车。因为铁路运输自身的特性，大量的机车回段的时间都不确定，机车在完成运输任务返回机务段时，应该首先与地面信息系统取得联系，这种联系由机车首先发出通信请求，在得到地面信息系统的回应后，与地面信息系统建立通信连接并完成数据信息的转发。当车载微机连续三次申请通信都得不到回复或者回复信息不正确的时候，车辆管理人员应该保留该车次的数据信息，并与维护人员联系进行车载微机的修理[3]。
2、程序流程。无线通信技术在单片机通信系统中的应用结构包括有数转电台和车载微机系统，其运行流程为机车管理人员将通信键按下，车载微机系统向地面通信中心发送通信请求，车载微机系统在通信请求发出之后其接收系统就开始工作，验证是否收到地面数据中心的应答，如果收到应答则进入到数据传输程序，如果超过三次通信请求没有收到应答系统将提示维护，同时如果一次通信请求在10分钟之内没有收到应答信息系统也会自动提示维护[4]。
三、结论
单片机通信系统在社会经济社会中的应用是比较广泛的，其对机车的数据信息管理作用不容忽视，所以针对单片机通信系统在运行中暴露出的问题，利用无线通信技术进行升级改造是很有必要的。
作者：沈珂 单位：中船重工第七二二研究所
1光纤通信技术在铁路通信系统中的应用分析
1.1PDH光纤通信在铁路通信系统中的应用
光纤通信技术之所以在铁路通信系统里发挥重要作用，是因为当前对光纤通信技术的划分十分精细，在各个铁路通信系统里都会使用相应的光纤通信技术，达到最理想的通信效果。PDH光纤通信作为十分重要和关键的方面，能有效清除铁路通信系统里存在的隐患以及漏洞，确保铁路通信系统的正常与稳定。但PDH存在标准不一、复用结构过于复杂以及网络管理功能较弱的问题，所以其难以得到长远、有效的发展。
1.2SDH光纤通信在铁路通信系统中的应用
SDH光纤通信在铁路通信系统里的使用解决了PDH光纤通信使用存在的问题，并在此基础上有所突破，让铁路通信系统更加稳定和流畅。借助SDH设备构成的具备自愈保护作用的环网形式，能在传输媒体主要信号中断的时候自动利用自愈网及时恢复正常的通信状态。相较于与PDH技术，SDH技术有四个显著优点：一是网络管理能力更强；二是比特率和接口标准均统一，让各个厂家设备间的互联成为了可能；三是提出“自愈网”这一新理论，能在传输媒体主要信号中断时及时恢复正常；四是运用字节复接技术，简化网络各个支路信号。鉴于SDH光纤通信技术有诸多优点，所以在铁路通信网发展规划里，已经明确提出了要着重发展基于同步数字系列（SDH）基础上的传送网。就以xx铁路为例，该铁路基于新敷设20芯光缆里的其中4芯光纤基础上，开设SDH2.5Gb/s（1+1）光同步传输系统为长途传输网，在铁路的相应经过点均设置了SDH2.5Gb/sADM设备，并借助622Mb/s光口同接入层传输设备相连，发挥上联和保护作用。此外，还借助2芯光纤开设了SDH622Mb/s（1+0）光同步传输系统，将其作为当地的中继网，并在铁路相应经过点以及新开设的各个中间站和线路新设置了SDH622Mb/s设备。
1.3DWDM光纤通信在铁路通信系统中的应用
DWDM光纤通信技术是借助单模光纤宽带与损耗低的特点，由多个波长构成载波，许可各个载波信道能同时在同一条光纤里传输，如此一来，在给定信息传输容量的情况西夏，就能降低所需光纤的总量。使用DWDM技术，单根光纤能传输的最大数据流量可以高达400Gb/s。DWDM技术最显著的优点就是其协议与传输速度是没有关联的，以DWDM技术为基础的网络可以使用IP协议、以太网协议、ATM等进行数据传输，每秒处理数据流量在100Mb~2.5Gb之间。也就是说，以DWDM技术为基础的网络能在同一个激光信道上以各种传输速度传输各种类型的数据流量。当前，在国内铁路通信网里DWDM技术得到了广泛应用，其中沪杭-浙赣铁路干线就是国内第一条使用DWDM光纤传输系统的铁路。此外，京九、武广等铁路的DWDM光纤传输系统也在建设与使用中。就拿京九铁路来说，京九铁路线使用的是具有开放性的DWDM系统和设备，能兼容各种工作波长以及厂商的SDH设备。波道数量为16，波道速率基础为每秒2.5Gb，借助京九线20芯光缆里的2芯G.652单模光纤，使用单纤单向传输的方式，也就是说相同波长在两个方向上都能多次使用，光接口满足ITU-TG.692协议的标准。
2结语
综上所述，光纤通信技术在铁路通信系统中占有重要地位，发挥着重要作用，本文主要基于光纤通信结构和原理的基础上，分析了PDH、SDH和DWDM三种光纤通信技术在铁路通信系统中的应用情况，其中应用较多和值得推广使用的就是SDH和DWDM两种光纤通信技术，望能给铁路通信工作者提供一定借鉴。
作者：李士军 单位：通号工程局集团天津交通信息技术有限公司
1.现行空地通信网状态及其局限性
现行的空地通信网是由甚高频（VHF）空地通信系统，高频（HF）空地通信系统和VHF数据通信系统即飞机通信选址报告系统（ACARS）组成的。其中甚高频（VHF）空地通信系统和高频（HF）空地通信系统主要用于话音通信。
现行空地通信系统构成如图1所示。
图1
甚高频（VHF）空地通信是一种优秀的通信方式，它是现行ATM中应用的最广泛的空地通信方式。目前民航的VHF通信以话音通信为主，但是存在许多局限和不足。话音传信速度慢，占用信道时间较长，同时，容易出错，口音不一致可能导致听不懂、听错等。另外，还存在多信宿的限制以及业务种类限制。
高频（HF）通信时一种廉价的远距离通信手段，被广泛用于政府、外交、气象和军事等专业部门。高频通信在民航方面也主要用于话音通信。但是高频电台传播信号是利用电离层反射，容易受到干扰，性能较差。
利用空地数据通信可以克服话音通信的缺点。自从20世纪80年代后期，美国开始使用ARINC公司的飞机通信、寻址和报告系统（ACARS）以来，世界各国民用航空普遍利用空地数据链进行通信，但是随着民航业的快速发展，尤其是飞机数量与飞行量的不断增加，空地数据通信量也迅速增加，当前国外部分区域的ACARS系统已达到饱和状态。我国也由民航数据通信公司引进了ARINC的ACARS系统，网络覆盖了国内大部分主要航路。然而与新技术相比，目前的ACARS数据链还存在着缺陷。首先，调幅调制方式决定了频率利用率相对较低，并且容易受射频干扰。其次，ACARS数据链作为面向字符的系统不如面向比特的通信技术灵活，与预定用于航空电信网（ATN）的开放系统互连（OSI）方式不兼容。另外，如果要使话音和数据链同时工作，现行系统需要两套航空电子设备，同时用两个射频载波工作 。
鉴于现行空地通信网的种种限制及缺点，新航行系统中的空地通信系统的具有良好的发展前景。
2.新航行系统中的空地通信系统
ICAO鉴于21世纪全世界所有地区民航客流量和空中交通将有巨大的增长，而现有的民用航空通信、导航、监视和空中交通管理系统存在着明显的缺陷和局限性，为了适应21世纪全球民用航空的需求和满足新的要求，在1983年提出了新航行系统的概念，并且经过论证，得出了新航行系统的具体实施措施。
CNS/ATM对于通信系统实施的关键问题是地面与空中数据的双向传输。其传输途径包括：
（1）保留并发展甚高频（VHF）空地通信系统，用作语音和数据链通信，主要用于高交通密度的陆地和终端区域。
（2）引进航空卫星移动业务通信（AMSS），主要用于海洋和边远陆地飞行使用。
（3）高频（HF）空地通信系统，对于边远陆地，卫星通信不能覆盖的地方，将保留并发展HF通信。
（4）二次雷达S模式（SSR S）数据链通信，在空中交通高密度空域和终端区供空中交通服务（ATS）使用；
（5）建立航空电信网（ATN），将地面数据和空地数据通信融为一体，将上述各种子网交联后，在相应的计算机系统之间进行高速的数据交换。
下面本文主要对VHF空地数据通信系统做详细的介绍。
VHF空地数据通信系统（又称VHF空地数据链）由机载航空电子设备、遥控地面站（RGS）、地面数据通信网、网络管理与数据处理系统（NMDPS）、和各用户子系统构成。
（1）机载航空电子设备（Avionic System）是甚高频（VHF）数据通信系统的空中节点，其主要功能是将机载系统采集的各种飞行参数信息通过空地数据链路发到地面的遥控地面站（RGS）站，并接收地面网中通过RGS站转发来的信息。
（2）遥控地面站（RGS）是甚高频（VHF）数据链系统的地面节点，用机与地面数据通信网的连接，并可实现地面数据通信网节点问数据通信。RGS站通过VHF接收机接收来自飞机的数据，信道间隔25KHz，采用单信道半双工工作方式，数据传输速率为2400bit/s，用MSK调制方式发射或接收数据。RGS站对于下行信息的处理，解调出来的数据将存贮在缓存器中，直到获得网络管理中数据处理系统（NMDPS）取消数据的命令，才释放存储器的数据。
（3）网络管理与数据处理系统（NMDPS）是VHF空地数据网的中心，它采用以太网的拓扑结构，使用工业标准的TCP / IP网络协议。NMDPS作为VHF空地数据通信网的核心，它的功能主要是：
对航空公司地面用户经过RGS到达飞行器上的信息进行交换，完成数据信息的寻址、路由选择及一系列的处理；
对飞行器发射的报文，经过RGS到达航空公司地面用户所在地的信息进行交换寻址和传输；
记录发送和接收的信息，此信息可实时查阅，同时可下载到公告栏里，以供分析等；
提供系统管理功能，包括状态对RGS的控制和监测，整个子系统状态的监控、配置、管理，实施对射频（RF）信道的分配，以及NMDPS组件和BGS运行时间的控制；
另外，还可以灵活地根据管理者的需求增加许多功能，包括航空公司的各种管理应用、空中交通管理的应用。民航运行保障管理的应用和该子系统自身管理的完善。
（4）用户子系统可按应用对象分为面向航空公司的飞行管理系统，面向空管部门的空管信息系统和面向管理部门的管理信息系统。通过用户子系统的终端，空管中心的地面管制员。航空公司的签派员可以直接看到与之相关的飞机数据报文，包括飞机识别信息、航班号、飞机四维信息（经度、纬度、高度和时间）以及起飞和降落报告等。
目前已有四种甚高频（VHF）数据链方案写入了附件10，他们分别命名为：方式1（ VDL 1），方式2（VDL 2}，方式3 （VDL 3），方式4（VDL 4）。
（1）VDL 1是从现有ACARS 和其他VHF数据通信方式向VHF数据链方式过渡的中间步骤。
（2）VDL 2是ICAO航空移动通信专家组（AMCP）在1997年指定的空地数据链方式，有许多国家参与了开发和建设。目前，欧洲各国是VDL2的主要支持者和实施者。他们从2001年开始对使用VDL2数据链的可行性进行试验，一个基于VDL2的ATN网络项目Link2000+正在建设当中。日本也在实施VDL2数据链建设，已建了2个地面站，并计划在2004年再建8个。
（3）VDL 3是美国FAA大力推行的数据链方案。FAA计划逐步替换美国现有的46000个地面VHF电台和UHF电台。
（4）VDL 4是由瑞典提出的方案。其利用GNSS系统信息定时，采用面向比特协议，与ATN网完全兼容，还可提供超过ATN网性能的服务，如广播和空空通信。
在4种优选甚高频（VHF）数据链手段中，VDL1由于传输速率低，频谱利用率差而没有得到进一步发展，VDL mode 2，3 ，4成为更受关注的实现方案。
3.新航行系统中的空地通信系统在我国的应用前景
预计到2020年，我国商用运输飞机保有盘将达到2000架，而且通用飞机也会有很大发展。随着飞机数量和飞行数量的增加，以及空地之间大量信息交换的需要，今后民航空地通信的信道需求将不断增长，并将越来越多地使用空地数据链。
对我国而言，如果采用多种数据链方式共存、逐步过渡的方案，将需要引进不同的地面和机载系统。由于不同数据链技术彼此互不兼容，设备和软件不能通用，因此只选用一种数据链方式，逐步过渡是一种经济的和易于操作的方案。中国目前航路话音通信多依赖HF电台。传统的单边带通信的话音效果较差，易受干扰。考虑到既能改善话音通信的质量，同时满足所有ATN数据传输需求，并且飞机设备配备方面成本相对较低，VDL3应该是一个具有吸引力的方式。对于过渡的具体实施，可以考虑分区域逐步部署地而设施，使用多模式电台，允许在一段时间内与传统通信方式共存，分阶段实现数据链对所有航路和航站的覆盖，直至完成向ATN的最终过渡。
4.总结
随着数据链技术的不断完善及其在地-地、地-空系统的广泛应用；随着卫星通信技术的不断应用，新航行系统将逐步趋于完善，通信、导航、监视将成为一个不可分割的整体。新航行系统将各种有效的手段融合在一起，对各个方面的信息进行及时、有效的处理，为各用户提供实时、可靠、全天候的服务，并最终实现全球一致的、连续的、无缝的空中交通管理。数据链在飞机、地面、地面之间传输各种实时、有效的信息，可以显著地减轻飞行人员的工作负担、减少信道拥挤和现行话音方式的字符通信错误。更为精确的数据将使提高安全、减少延误、增加空域和机场能力成为可能，适应用户优选航路的能力将进一步提高。
总之，新航行系统的空地通信系统特别是甚高频（VHF）空地通信系统将作为一种有效的通信手段越来越被人们所重视，它所起的作用也日益显著，它必将为我国以及世界的空中交通管理事业发展起到极为积极的作用。
参考文献
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[4] 毕心安.新航行系统的关键技术，空中交通管理，2003，06.
【关键词】数据通信;通信系统;发展
引言：
互联网+、物联网、大数据、人工智能、5G、3D打印等技术的不断创新与突破，通信计算机技术与传统制造业的高度融合，促进了通信计算机等技术的不断发展。为了更好的对数据通信技术以及其在通信系统中的应用进行分析探讨，有必要针对数据通信技术进行详细的研究，以发现数据通信技术的优势和不足之处，更好的促进数据通信技术的进一步发展。
一、数据通信技术
1、数据通信技术基本原理。数据通信作为一种通信方式，其系统主要由输入设备、输出设备、传输控制器、传输信道、数据电路中接设备、数据电路终接设备、通信控制器以及处理主机等构成。具体的数据终端包括分组型和非分组型终端两个类别，常见的有计算机、用户分组交换机、数字传真机、可视图文接入设备、局域网等专用终端设备；而非分组型终端包括个人计算机终端、用户电报以及可视图文终端等终端。根据通信传输调制方式，划分为模拟信道和数字传输信道；根据传输介质，划分为有线信道和无线信道传输；根据数据传输应用场景，划分为专用线路传输和交换网线路传输，其中交换网线路要建立呼叫过程进行通信连接，再进行通信完成之后将交换网线路拆除，而用于专线的连接则无需建立与拆除呼叫连接，是专门用于处理某项业务而搭建的永久性的连接。常用的数据通信类别包括电路交换、报文交换以及分组交换三种形式，其中电路交换可靠性比较高，适用于对传输业务安全可靠性要求比较高的业务传输，但线路利用率比较低，成本较高；报文交换可以对使用不同速率、不同协议、不同代码终端之间进行存储转发，但传输时延比较大，不适用于实时性要求高的网络；分组交换则同时具备电路交换及报文交换的优点，成本低、传输质量高且可实现不同速率终端之间的通信，但不适用于可靠性要求较高的大型网络结构。
2、数据通信技术指标。与通信系统的其他技术一样，用以衡量数据通信技术的相关指标主要有以下几项。(1)传输速率，用于衡量表示信道上信息传送的速度，对数据进行传输所描述的一个重要指标，包括信号速率(比特/秒)和调制速率(波特/秒)两种表示形式。(2)信道带宽，包括模拟信道带宽和数字信道带宽，由信道的物理特性所决定。(3)信道容量，指的是单位时间内信道上所能传输的最大比特数。
二、数据通信在通信系统的应用
1、有线数据通信应用。有线数据通信的应用范围包括，一是对公用的数字数据通信网进行组建；二是为公用数据交换网、行业业务专用网、会议电视系统等高速信息网络提供中继或数据信道；三是为局域网、帧中继以及虚拟专用网等不同类型的网络提供网络间的连接；四是实现行业中大型用户，如国家电网、银行系统、教育系统、公安系统等局域网联网；五是为用户自组专用数字数据传输网提供租用线等。帧中继技术主要应用包括，一是组建帧中继公用网并提供帧中继业务；二是分组交换机上进行帧中继接口的安装以提供业务；三是为用户提供低成本的虚拟宽带业务；四是在搭建的专用网络中，采用复用的物理接口用以减少局域网互联时的桥接器、路由器和控制器所需的端口数量；五是适用于不同系统之间局域网与广域网之间连接；六是对不同类型的局域网之间进行连接，以实现数据互通互传。
2、无线数据通信的应用。无线数据通信在业务上的应用，包括基本数据和专用数据业务两种类别，其中基本数据业务的应用有传真、信息广播、局域网接入等业务；专用业务的应用有个人移动数据通信、计算机辅助调度、远程数据接入等业务。无线数据通信在一些大型企业中的应用，包括固定式应用、移动式应用和个人应用三种类型，其中固定式应用是指通过无线接入公用数据网的固定式应用系统及网络，如电力系统偏远地区的数据接入、公共交通部门的交通监测与控制以及灾害的遥测和一些监测告警系统等；移动式应用是指勘探、设计、施工等部门及交通运输部门和快递公司为发布指示或记录实时事件，通过无线数据网络实现业务调度、远程数据访问、报告输入、通知联络等采用移动式数据终端；个人应用是指专业性很强的业务技术人员、公安外线侦察破案人员等需要在外办公时，通过无线数据终端进行传真、访问数据库查询、查证等。
中文分类号：U491文献标识码：A
1.引言
随着汽车交通运输的发展，交通拥挤、道路阻塞和交通事故频繁发生正越来越严重地困扰着世界上的各大城市。汽车工业发展引发的道路交通不能满足需求的种种交通问题越来越突出。与此同时，除了修建必要的道路网以外，针对交通事故多发道路，需要紧急确保交通安全的道路，还建设了一系列的交通安全设施，如建设信号机、道路标识、交通指挥中心等有助于交通安全的设施，以期改善道路的交通环境，提高交通的顺畅性，这在一定程度上缓解了交通拥挤状况。但是，交通需求不断增长、交通系统日益复杂，单独从车辆方面或道路方面考虑，均很难有效地解决交通问题。于是，近年来把道路、车辆等，凡与交通有关的所有一切都归为一体，通过采用信息通信技术、电子技术以及其他的科学技术把它们联系起来，致力于使之智能化的智能交通系统（ITS）的研究开发应运而生。
先进的交通信息系统（ATIS）是ITS的重要组成部分，也是发展ITS的基础和关键技术，ATIS是建立在完善的信息网络基础上的，交通参与者通过装备在道路上、车上、换乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，可以向交通信息中心提供各处的交通信息；中心得到这些信息并通过处理后，实时向交通参与者提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息；出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选择路线。概括地说，交通信息系统就是要收集相关交通信息，分析、传递、提供信息，为出行者在从起点到终点的出行过程中提供实时帮助，使整个出行过程舒适、方便、高效。
近年来，信息技术得到了较快发展，在中国的个别城市，实现了部分开发的城市地图网上地理信息系统，如成都市，但是，目前在国内的各大中城市，综合运用信息网络技术建设相对完善的城市交通信息系统还没有一例。近来，在部分城市的交通管理规划中对交通信息系统有所涉及。如果把城市比作人体，那么，交通信息系统就象一双明亮的眼睛。在高度发达的信息社会，人类虽然有很多获取信息的途径，但是，若有一个完善的系统，能够让人们轻松地获取更多、更方便、更有价值的信息将是非常重要的。作为居民，不管在哪里，他都知道用最短的时间，走最近的路，办最快捷的事；作为一个交通管理者或物流业者，不管在何时，他都能耳聪目明，有的放矢，这一切都势必会对交通产生积极的影响，如缓解城市交通压力、减少环境污染、降低交通事故发生率、节约能源等。因此，研究与实施城市交通信息系统具有重要的理论价值和现实意义。
2.国外交通信息系统研究现状
许多发达国家近年来投入了大量的人力、物力和财力对先进的交通信息系统进行研究、试验和开发。下面就欧洲、美国及日本等一些国家有代表性的ATIS作一简要介绍。
2.1欧洲的代表性系统
欧洲的代表性系统有：SOCRATES、EUROSCOUT、Trafficmaster。
SOCRATES是一种有效发挥传统的蜂窝无线电话的基础设施（地面站）的作用，使交通指挥中心与行驶中车辆进行双向通信的系统，它的下行线路可通过“广播方式”向行驶在各种地面站的网络内的装有SOCRATES车载装置的车辆提供道路交通状况的详细数字信息。上行线路利用多频存取协议经过基地台向交通指挥中心发送信息。
EUROSCOUT是以红外线信标为媒体的动态路线引导系统。车辆和信标间的红外线通信是双向进行的，汽车就变为一个探头，将旅行时间、排队等候时间及OD信息等交通信息数据传输给中央引导计算机。
Trafficmaster是以伦敦为中心的广范围高速公路使用的系统，采用传呼机网络提供交通信息。收集高速公路交通状况数据的传感器向前后方向发出2条红外线光束，并根据各光速在车上的反射波时间差检测车辆的速度。
2.2美国的代表性系统
美国的代表性系统有：TRAVTEK、ADVANCE、FASTTRAC。
TRAVTEK以实时路线引导和服务信息系统实用化为目的，由交通管理中心、信息与服务中心、装有导航装置的车辆组成。交通管理中心进行道路交通信息的收集、管理及提供，同时还进行系统运行所必需的信息管理和提供；信息服务中心收集观光设施、旅馆、饭店等为对象的各种服务信息；车载导航装置由车辆位置测定、路线选择及接口3种功能构成，可显示交通堵塞地段、事故及施工等信息的奥兰多地区的地图、按驾驶员需要进行的路线引导及提供服务的文字信息等。
ADVANCE通过电波的双向通信直接将车载导航装置和交通管制中心连通，导航装置由接触式屏幕、显示器及导航计算机构成。一输入最终目的地便可利用最新交通信息计算最佳路线。路线引导是采用声音合成及用显示器上的符号指示的形式。
FASTTRAC是把先进交通管理系统（ATMS）和先进交通信息系统（ATIS）技术组合在一起的ITS项目，它计划进行使实验车辆与信息控制方式统一的试验，亦即根据车辆测量的等候时间等使信号控制和绿色信号实现最佳化。
2.3日本的代表性系统
日本的代表性系统有VICS和ATIS。
VICS中心通过日本道路交通通信中心汇总交通管理者和道路管理者双方的交通信息。由VICS提供的信息有：交通堵塞信息、所需时间信息、交通障碍信息、交通管制信息和停车场信息5种。
ATIS是先进的交通信息服务系统，它的通信媒体是电话线路（无线、有线）。交通信息利用者通过车上装载的导航装置或自己家及办公室的微机，可按需要接收多媒体的地图信息和文字信息。
3.交通信息系统结构方案
信息系统的本质是通过高新技术的有效应用，使得对各种决策（包括交通战略决策、交通管理决策、交通方式及交通路线选择决策等）起到支持作用的信息和知识在系统中有效流通，提高决策的科学性，引导合理的交通行为，达到最大限度地发挥已有交通设施潜力的目的。
为了实现智能化控制交通的要求，收集相关的实时可靠的交通信息是交通信息系统的前提和基础，然后根据不同交通管理与控制的目的和要求，进一步分析、传递、提供信息。信息流程。
出行者所关注的信息大致包括3个方面：对“出发前”移动计划有效的信息、对“驾驶中”在道路上移动过程中有益的信息以及对“换乘”火车、客车、民航或轮船等提供乘车方便的信息。
依据出行者的信息需求以及交通管理者和物流业者在经营管理方面的需求，结合中国在行政管理方面的实际情况，确定了交通信息系统结构见图2。
城市交通信息系统包括一个中心即交通信息中心，交通管理、电子收费、交通诱导、交通信息服务、地理信息、紧急救援、营运车辆管理、车辆安全辅助驾驶八个子系统以及道路交通管理和车辆管理两个数据库。交通信息系统各子系统功能结构。
交通管理子系统主要由交通指挥中心提供通过采集的路段、交叉口、高架交通以及城市出入口的基础数据组织而成的信息。营运车辆管理子系统包括公交和物流管理，公交管理涵盖出租车和公交车辆的管理，物流管理包含货运和租赁车管理。紧急救援子系统包括一般性的事故报警以及特殊情况的灾害救助。诱导系统含有路径诱导和停车诱导。部分子系统采集的信息将提供给整个系统共享，通过提供历史数据和实时可供预测的信息，用以支持出行决策的制定，系统实时地通过网络查询对公众交通信息，向各种媒体诱导信息。
系统的结构为分布与集中相结合，各子系统分布相对平等，交通信息中心拥有信息整合的共用信息平台。各子系统完成数据采集、局部运行管理、共享信息整合等项任务。
城市交通信息系统的建设可分阶段进行，条件相对成熟的部门可优先发展，建成示范工程，推动其它部门发展。同时，交通信息系统的实用化进程需要各子系统所涉及的各个部门之间通力合作，实现系统的优化建设与运行。系统设计不但要重视系统核心的研究开发，而且要重视与各子系统之间的相互衔接关系，资源共享是交通信息系统的命脉。人类的生活离不开交通，在以人为本的交通规划、管理与设计中，综合运用现代信息与通讯技术等手段提高交通运输的效率是必由之路。交通信息系统在确定了基本结构之后，需要通过进一步的系统设计后，加以实施。
4.交通信息系统的主要媒体和特点
城市交通信息系统中可传递信息的媒体主要特点。
小卫星通信系统具有研发费用少，重量轻，性能稳定，信号覆盖范围广以及不受地域条件限制等优点，能够对当前大型同步轨道的卫星通信进行补充作用，在全球范围内得到广泛应用的同时也受到了众多研究机构的重视，因此对小卫星通信系统的技术进行研究同时具有实践意义和理论意义。
【关键词】
小卫星；通信系统；作用；研究；意义
卫星通信技术在军事、政治、工业、生活等方面均具发挥着重要作用，而相比之下，小卫星则更具有大型同步卫星所无法实现的众多优势而受到国内外研究学者的重视，同时，卫星向小型化趋势发展也是全球卫星产业的主要发展方向。我国从本世纪初期开始着手小卫星的相关研制和发射工作。
1小卫星的技术优势
1.1荷载较少小卫星在每次的的任务中一般仅需要装载一种特殊设备，进而很好地避免了大型卫星中出现的荷载间复杂配比问题。
1.2研制时间短、费用低小卫星的研制一般只需经过一到两年，同时相关的研究经费也相比大型卫星明显降低，因此更具有经济性，更体现其实践意义。
1.3重量轻小卫星的重量一般较小，就当前国际情况来看，最微型的小卫星的质量仅有几百克，体积也很小，因此功能密度大，模块可多次利用。
1.4信号覆盖范围广由于小卫星具有较强的组网能力，因此能够形成精度较高，功能强大而且信号覆盖范围广的星座系统，进而具有易于补网和星座功能稳定的优势。1.5减缓频率压力小卫星的星座中包括多颗卫星，可以频率复用，因此具有减小空间任务所具有的频率压力。
2小卫星通信系统主要技术简介
卫星在通信中起着中转作用，即将地球站传送来的信号经过变频和放大转送到另一端的地球站，地球站是卫星与地面信息系统的链接点，用户通过地球站途径进入卫星通信系统中，形成链接的电路信号链；为了确保系统的运行正常，卫星通信系统必须和地面的监测管理系统和测控系统想链接,测控系统能够对通信卫星运行的轨道进行检测和控制，以保证地面检测系统能够对卫星所传送的通信信息进行有效的监控，保证系统安全与稳定的运行。小卫星通信的关键技术主要有通信系统的链路预算以及接收机参数估计技术和同步技术等，其中链路预算技术是设计小卫星通信系统的主要计算方法和参考依据，精确的链路预算能够确保通信系统的稳定运行。近年来，通信系统接收技术和相应的算法逐渐由信号模拟技术向数字化转变；由于卫星通信整体码速率有所提升因此对接收机的信息处理速度以及算法的复杂度、同步速度和稳定性也提出了更高的要求；信息传输量的大幅增加使得遥测领域中逐渐采用比特传输速率更高的调制方式；由于卫星通信系统在数字通信过程中的发射机和接收机的晶振不同，以及移动平台引起的多普勒效应，造成发射机和接收机之问会产生相位和频率的偏移，这种多普勒频移一般较高，即便在频偏较大时，接受同步技术也应能够正常工作，即捕获带宽较大。
3小卫星通信系统关键技术简介
3.1链路预算技术
（链路预算），即对一通信系统中发射设备，传送信道以及接收设备的通信链路的变化情况进行的全面核算，是对小卫星通信系统性能的评价，具体而言是从发射端的信源起始，通过编码、调制、变频等多项操作，将信号通过天线发射出去，再由信道进行传输，最后到达接收天线处由接收机进行信息处理，解调所需信息。其重要性在于：
（1）可确定系统工作是否满足系统实际需要；
（2）通过计算链路余量检查系统能否满足设计要求；
（3）验证在部分设备具有硬件限制的情况下链路其他部分能否进行弥补。对于模拟电路来说，该性能指标是基带信道的信噪比；对于数字电路来说，其性能指标是基带信道上测得的误码率；卫星链路分为两种信号路径：由地面站到卫星的上行链路和从卫星到地面站的下行链路，其中上行链路的信号发射过程包括编码调频上变频放大功率等操作，信号从天线传送到小卫星的接收端，而下行链路则包括低噪声放大下变频解调解码等操作，是地面站对接收信号的处理操作。与通信系统链路预算有关的数据因素有天线特性，传输距离最大值，信号发射/接受功率，热噪声，信噪比以及接收系统的质量。
3.2同步算法
无论是接受哪种形式的调制信号，接收机同发射机都必须保持同步，对于数字调频技术而言，有载波同步和码元同步两种基本同步模式，前者是对载波频率以及相位进行估计，后者则是对定时抽样时钟进行估计。由于发射信号在卫星通信的传输过程中必然存在一定延迟，因此产生了载波相位的偏移，同时由于其在传播过程中受到噪声干扰和多普勒效应影响，还会产生频率偏移，因此同步技术是数字通信中的关键技术，研究调制信号的载波同步和码元同步技术能够保障卫星通信系统可靠、有效、快速的运行。由于载波同步算法利用的是判决反馈环路的模型，是在时钟已同步的基础之上才能进行，因此载波同步应位于码元同步滞后才可工作。下面以先码元同步再载波同步的模式为例，如图1所示，模拟信号被天线接收后，由ADC（analog-to-digitalconverter，模数转换器）转换为数字信号，再将频带信号通过下变频转变为基带信号，之后通过码元同步和载波同步对有载波偏差以及时钟偏差的信号进行估计，最后解调输出，码元同步位于载波同步前，以码元时间为基本数据处理周期，对相关硬件的要求较低，同步性能较好。
3.3型号参数盲
估计卫星通信信号的参数估计是重要的非合作通信接收技术，因为对信号的频率和调制方法等重要数据进行检查和估测是保证解调准确和达到监视、截获信息的目的的重要方法，以便为侦察系统的工作打好基础。小卫星通信系统的常用解调方式有BPSK解调，QPSK解调，CPM解调，SOQPSK解调等。一般情况下，欲通过卫星通信捕捉信号，接收系统的带宽需远大于信号带宽，解应使用宽带接收机。
4结语
小卫星通信系统具有的多重优势使其在当今世界范围内的卫星通信领域得到广泛的应用，吸引了众多研究学者，本文针对其中的几项关键性技术进行了简单说明。卫星通信的作用范围广，涉及的技术种类众多而且较为复杂，需要我们不断进行深入研究和实践，进而推进卫星通信向小型化方向发展。
参考文献
[1]杨猛.卫星通信系统技术及其未来发展分析[J].中国科技纵横,2014(14):52-53.
[2]沈宙,马忠松.高速卫星通信中全数字载波同步算法的研究[J].国外电子测量技术,2014,33(04):36-39.
【关键词】光纤通信系统构成性能指标
一、引言
作为信息产业基础的通信网建设，光纤通信网的建设规模与水平，已成为衡量国家综合实力的重要方面。未来，我国的高速宽带骨干网络，特别是城域网、光纤用户接入网以及有线电视分配网的建设规模将进一步发展，光纤网络将覆盖全国城乡，并最终进入办公室与家庭。
二、光纤通信的特点
（1）巨大的传输容量；（2）极低的传输衰耗；（3）抗电磁干扰；（4）信道串音小、保密性好；（5）光缆尺寸小、重量轻、可挠性好。
三、光纤通信系统的主要构成部分
3.1光纤通信系统的基本构成
光纤通信是以光波为信号载频、光纤为传输介质的通信方式。光纤通信系统采用由多根光纤构成光缆作为传输线路。为了在光纤中以光的形式来传送信号，分别在发送端装有将电信号变换为光信号的光发送机，在接收端装有将线路送来的光信号还原成电信号的光接收机。
由于光纤传输带宽极大，特别适用于数字化通信网，图1为光纤数字通信系统简图。
3.2光纤通信辅助系统
（1）监控告警系统。首先，通信设备的每块机盘上都有机盘工作状态的监测电路，监测结果一方面用本机盘上的指示灯显示，同时又向外提供监测部位和接收本身和外来控制信号的控制。安装在同一机架上的所有机盘的监测结果又予以汇总，并通过安装在机架上的信号灯和铃响显示出本机架的工作状态。
（2）公务联络系统。公务系统是供值守人员在局、站间为日常维护、管理进行联络使用的，分为选址呼叫、同线呼叫和分组呼叫三种通信方式。选址呼叫适用于数字段或维护段内或段间的公务联络，沿途各局站编为不同的号码，维护人员可以有选择地呼叫某个局站。同线呼叫又称为广播呼叫，适用于所有局站以群呼方式进行公务联络。分组呼叫是对部分局站进行同时呼叫的联络方式。
（3）主备倒换系统。为了确保光纤通信长途干线的可靠性，光纤通信系统的线路终端设备应具有利用系统本身光纤提供辅助信道的自动倒换设备。在主系统出现线路故障或者系统误码率超过指标时，用备用系统代替主系统。运行统计资料表明，通信中断故障的90%～95%出自光缆线路和光电器件，5%～10%出自系统的终端设备。因此只对线路传输系统设有备用系统，数字终端设备出现故障时，用更换机盘的方式解决。
（4）供电系统。端局一般设在市内，市内机房有专门的电力室向所有通信设备供电。考虑到市电停电问题，端局应配有大容量蓄电池采取浮充方式供电，只有电力不足的地方，才需配备油机发电。
四、光纤通信系统的主要性能指标
（1）系统参考模型。目前广泛采用的SDH传输系统，采用假设参考数字连接来分配系统的性能指标，然后直接考核复用段、再生段的性能。
（2）误码特性。造成误码的原因有系统内部噪声及定位抖动，还有色散引起的码间干扰等。工程上常采用平均误码率BER，即在一段相当长的测试时间内（>24h）出现误码个数与传输的总码元数的比值，可表示为：
（3）抖动与漂移性能。抖动是指数字信号的有效瞬间与其理想时间位置的短时间偏离，是数字传输中的一种信号受到损伤的现象，严重时会出现误码和信号失真。漂移为数字信号在特定时刻相对其理想参考时间位置的长时间偏移，所谓长时间是指变化频率低于10Hz的相位变化。漂移是一种与信号频率无关的参数，因而亦可称为时间间隔误差。与抖动相比，漂移无论从产生机理、本身特性及网络影响均有所不同。
参考文献
关键词：SystemView仿真；通信系统；调制与解调；动态仿真
中图分类号：TP391.9 文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)10-185-02
Simulation of Communication Systems Based on SystemView Software
WU Qiong,ZHA Genlong
(Suqian College,Suqian,223800,China)
Abstract：Multi-schematic design and experiment parameters can begotwith simulation software,and then the best schematic design also can be got.The method for simulation analysis with SystemView in experimentation of communication principle is presented.And the process of communication system simulation is discussed in detail.Simulation circuits and waves on modulation &demodulation of 2FSK are shown.With SystemView,studedents can know communication system easily,andsimulationis good to improvement of testing experiment.
Keywords：SystemView simulation;communication system;modulation & demodulation;dynamic simulation
随着计算机虚拟现实技术的发展,仿真技术已被逐渐应用到大学课程教学领域,尤其是基于信号的系统级设计与仿真[1]。《通信原理》是电信类专业中一门非常重要的课程这门课在专业课程设置中起着承上起下的作用,因此加强学生的理解是非常重要的。如何将理论与实践、原理与应用紧密相结合,是课程教学所面临的较大问题[2]。而这门课程的特点是数学公式和理论推导相对较多,理论性也很强。如果在教学上单纯依靠课堂的理论讲解,有关知识是不容易被掌握和理解,只有借助一些辅助的工具才能让学生更好的学习这门课程。SystemView以其强大的系统设计功能脱颖而出,利用他能在一定程度上帮助学生理解和掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法,更好地掌握理论知识,打下良好的理论基础。
1 动态系统仿真软件SystemView简介
美国Elanix公司的SystemView是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化设计环境。他运行于微软的Windows,并提供一种开发模拟和数字电子系统的工具,包括数字信号处理、通信、控制以及构造通用数学模型,为用户提供先进的嵌入式的模块化分析引擎。随着SystemView软件版本的升级,软件的功能也不断增加,新的模块和选项、系统分析和设计能力都更加丰富和增强,如与Excel,C,C++,FPGA和Matlab等软件联合使用。总之,SystemView是一个先进的动态系统模拟、仿真和设计平台。
2 SystemView软件进行通信系统的动态仿真步骤
《通信原理》这门课,从原理上讲,核心内容有2个：模拟信号的调制与解调；数字信号的编码与译码。模拟部分又可以分为AM，FM，PM；数字部分又可分为：数字调幅（ASK）、数字调频（FSK）、数字调相（PSK）。教材上对这些信号的产生、处理与传输及其解调都有详细介绍,但是这些只是停留在静态的理论分析与推导上。学生很难理解或进行形象的思维。为了使得学生更直观掌握这些技术,本文采用动态仿真软件SystemView从动态上对其进行仿真分析。 使用SystemView进行系统仿真,一般要经过以下几个步骤：
（1）建立通信系统的基本数学模型：
根据通信系统的基本工作原理,确定总的系统功能,将各部分功能模块化,然后找出各部分之间的关系,画出系统框图。
（2）建立仿真电路图：
在信号源图符库、算子图符库、函数图符库、信号接受器图符库中选取满足需要的功能模块、将其双击或拖动到设计窗口,按设计的系统框图组建系统。即从各种功能库中选取、双击或拖动可视化图符,组建通信系统。
（3）设置仿真系统参数：
参数设置包括运行系统参数设置和功能模块运行参数,如正弦信号的频率、幅度、初相。
（4） 运行仿真电路：
根据系统性能指标,不断调整各模块参数设置,实现系统运行仿真,可在系统的关键点处设置观察窗口实时显示,观察分析结果。
3 基于SystemView软件实现2FSK系统仿真实例
本文主要通过二进制频移键控（2FSK）的动态仿真说明SystemView软件在通信原理教学中的应用及其优越性。频移键控的原理载波频率是随着调制信号而变化。
3.1 建立仿真电路
首先分析二进制频移键控（2FSK）的调制原理,SystemView软件绘制如图1所示的仿真电路,该电路是分别使用调频法和键控法产生2FSK信号的2种方法的综合仿真图。具体方法是在SystemView的设计窗口中从功能库中找到相应的图符,按照2FSK信号调制和解调的原理框图连接图符即完成电路图的建立。SystemView可自动对系统的连接进行检测,如果功能模块之间没有连接,则会对用户提出警告并会显示没有被连接的模块,包括现在多层子系统中未被连接的模块[3]。用鼠标双击代表每种功能模块的图标,对其进行参数定义。其中的参数设置为第一路信号频率是f1=50 Hz,幅度是1 V,初相位是0°；第二路信号频率是f2=100 Hz,信号的幅度也为1 V,初相位是110°；这些参数可方便地在系统窗口进行更改和设置。
3.2 仿真结果
运行系统图1得到仿真结果,即可在分析窗口中得到图2所示的各观察点上的仿真波形。在分析时间内,输出调制波形与输入数字信号比较,完成2FSK的调制。由键控法2FSK的输出波形看其相位不连续。调制与解调是一对逆变换。本文同时建立FSK的相干解调仿真电路图（如图3所示）,其中图3信号源信号是一组二进制随机序列。
通过对上面几对波形的比较,学生们很容易加深对这种调制和解调方法的记忆与理解,进而熟练的掌握这种调制方法。利用SystemView软件的强大动态仿真功能,可对以上的各种频带调制方法进行仿真。可以通过绘制实际的硬件描述电路,得到最后的仿真结果,对仿真结果进行分析、比较在不同初始条件下得到的不同结果。在使用SystemView软件的辅助教学,使得原本枯燥无味的理论知识变得生动起来,对于提高学生的学习效率与积极性、培养学生科研能力都有很大的帮助。
4 结 语
实践证明,SystemView软件拥有强大的功能模块,使用起来方便而且简单,利用该软件在通信类的基础课和专业课中进行辅助教学,无疑使教学的方法更加简便,应用更加宽广。一方面解决了学生对理论知识的理解与验证。另一方面降低了对实际仪器的要求。仿真软件的应用改变了传统的教学模式,使教与学的方式发生了很大变化,其可视性、交互性、灵活性、多样性等特点,显示和促进了教学的最优化,这是教学改革和发展的重要目标。另外该软件还可用于实验教学中,这是对验证性实验很好的补充,具有现实意义。
参 考 文 献
［1］宋爱军,余环虎,陈育兴.SystemView仿真软件在实验教学中的应用［J］.中国计量学院学报,2003,14（2）：147-149.
［2］吴怡,陈俊.SystemView仿真软件在《通信原理》课程教学中的应用［J］.福建师范大学学报:自然科学版,2004,20(3):35-37.
［3］曾捷,滕建辅.SystemView软件在通信系统仿真中的应用［J］.天津通信技术,2000(4)：36-39.
关键词：网络通信；FPGA；加密
绪论
信息安全的解决方案目前主要集中于采取单一的措施来保证信c息的安全性，针对各种攻击手段，防范措施主要集中于信息加密技术、安全交换机技术、防火墙技术、认证技术，入侵检测技术等，这些技术从不同的方面对安全性提供了较好的保障，但各有缺点和不足，这将成为网络防护的软肋，因此，本文也尝试性地提出了一种集数据加密技术和访问控制策略于一体的信息安全解决方案。
加密算法的硬件实现具有高速率、高可靠性、高安全等特点，因此，加密算法在FPGA平台中实现是一种很好的硬件实现方案。本文在Xilinx公司的spartan-3e平台中构建一个嵌入式系统来实现安全网络通信。
系统设计
该系统主要针对信息传输过程中存在信息泄露、信息篡改、非法用户入侵等安全威胁而设计的一套基于FPGA平台的网络信息安全传输系统。该系统采用客户机/服务器模式，因此，系统主要包括两个部分：客户端和服务器端。
系统服务器端设计
服务器端采用Xilinx公司的Spartan-3e开发平台，在该平台上构建基于MicrBlaze处理器和Xilkemel操作系统的嵌入式系统，在该系统中通过定制AES加密IP、键盘IP、LCDTP、通用扩展接口控制IP并添加EDK中自带的网络控制器IP、串口IP等，服务器端的系统结构框图如图1所示。当服务器端收到经过AES~H密的请求IP数据包时，在服务器端，信息需要经过AES解密处理，根据解密后信息分析并提取请求方的ID信息和IT信息，客户端的ID信息是唯一的授权证号，根据客户端的ID信息，作出相应的处理。
客户端同样采用Xilinx公司的Spartan-3e开发平台，但该系统中只需要定制AES加解密IP、键盘IP、LCD IP并添加EDK中自带的网络控制器IP，客户端的系统结构框图如图2图所示。客户端作为整个系统的控制中心，当需要采集信息时，客户端经md5算法形成自己的唯一授权ID，指令信息和ID信息经过AES加密后发送至服务器端，当服务器端响应其请求后，视其身份权限做出相应处理。
系统具体实现
系统服务器端实现
・AES算法的硬件实现
AES算法是一种迭代分组密码，采用的是代替/置换网络(SP)。AES加密算法的实现包括密钥扩展过程和加密过程。AES解密算法的实现包括密钥扩展过程和解密过程。解密过程与加密过程类似，是加密过程的逆运算，AES加解密过程如图3所示。
AES加解密算法通过硬件描述语言来实现，在该系统中采用VHDL语言编写代码。根据AES加解密算法的相似性，很多电路模块可以共用，其占用资源可以尽可能的少。在该系统中采用密钥长度和分组数据块长度都为128bits，输入信息都为字符型的数据，采用对字符加解密，因此，每一个字符都将对应其ASCII值输入。AES加解密实现主要有4个模块：控制模块、AES加解密运算实现模、SBOX模块、密钥操作模块，实现的框图如图4所示。
・接口模块的实现
服务器端采用Spartan-3e平台扩展了PS2接口、16×2的LCD液晶显示，3个6针的通用扩展接口，这些接口方便了外设的连接和扩展。键盘在该系统中实现了单向通信，扩展接口模块通过平台通用扩展接口J1、J2、J3与外接设备进行信息交互。Spartan-3e平台通过串口DTE和GSM模块进行通信，将相应的信息通过短信的方式发送到指定手机中。
各个接口模块通过EDK添加自定义IP的方式添加到OPB总线中，其中键盘、LCD、串口DTE使用中断。驱动程序在自动生成的驱动程序模板基础上完成各个模块的驱动程序。
・网络安全检测及报警实现
服务器端通过添加EDK中网络控制器IP核，移植LwIP网络协议栈，实现基于SOCKET的网络通信。服务器端收到客户端请求时，对接收到的IP数据包进行解密，对请求的IP数据包进行分析，提取对应的ID信息和IP信息，由于该ID信息是经过md5算法产生的，因此该ID作为授权客户的唯一ID，根据ID信息与授权的ID列表进行比较，若为授权ID，则根据客户请求把相应的信息加密处理后发送至客户端；若为非授权ID，则说明该网络已存在非授权ID用户，此网络已经存在不安全性，则把提取的IP信息通过GSM网络发送至指定接收端手机，达到网络的实时检测和报警功能。
・服务器端软件实现
服务器端构建基于MicroBlaze处理器和Xilkernel操作系统的嵌入式系统，通过扩展PS2键盘，LCD液晶显示屏等设备，实现具有良好的人机交互接口的系统。Xilkernel操作系统支持多线程操作，通过配置一些参数就可以灵活应用。虽然其没有网络系统，但可以通过移植LwIP协议栈就可以实现基于SOCKET的网络通信。
应用程序的设计主要包括系统的初始化、系统对客户端请求的处理、网络安全监测及报警等。系统的初始化主要针对外设的初始化，LCD初始化工作：允许中断函数microblaze_enable interrupts()，初始化函数LCD INIT_LCD()，PS2键盘初始化：初始化键盘函数i nit―kb d()，允许中断函数enable_interrupt()，系统调用xilkernel_main()进入xilkernel，创建socket_thread。初始化1wip，并创建socket_app_thread。该线程主要是针对网络参数设定，通过IP4_ADDR()函数设定ip、网关、子网掩码。
当系统运行时，液晶显示相关信息，当出现等待键盘输入密钥时，输入16个字符密钥，同时对密钥进行密钥确认。系统调用socket()函数创建socket，调用listen()函数开始监听。
一旦接收到用户请求时就创建socket―process―thread线程。在socket_process_thread线程中，提取IP数据包的相关信息，首先检查客户端发送的ID是否在授权ID列表之内，如果ID无误，将从无线模块接收到的数据进行AES加密，发送加密过后的数据给客户端。如果ID有错误，提取其收到IP数据包中的IP，并启用GSM模块，将提得的IP通过短信发送给指定接收端。
系统客户端实现
客户端的系统构建与服务器端相似，系统的原理可以参考服务器端的系统设计。应用程序的设计也包括系统的初始化，客户请求的处理及解密处理，服务器端返回的信息处理。初始化外设，LCD初始化：允许中断函数microblaze_enable_interrupts()，初始化LCD函数INIT_LCD()，PS2键盘初始化：初始化键盘函数init_kbd()，允许中断函数enable―interrupt()。系统调用xilkernel_main()进入xilkernel，创建socket__thread。液晶显示等待键盘输入密钥，输入密钥后需再次确认密钥，确认成功后启动客户端。初始化LWIP，并创建socket_app_thread。配置网络参数，通过IP4_ADDR()函数设定ip、网关、子网掩码。等待用户按键，提出所要数据申请。调用socket()函数创建socket，连接server，发送经过md5加密后的授权ID，等待server响应。当接收到server返回的数据时，调用AES解密模块进行解密。在LCD上显示数据，并等待用户再次提出所要数据申请。
结论
该系统采用FPGA平台构建基于Microblaze软核和Xilkernel操作系统的嵌入式系统。本文主要对下述内容进行了论述和自主开发：
1 AES加解密算法的原理介绍及基于FPGA的硬件自主实现。
2 构建基于Microblaze软核和Xilkernel操作系统的嵌入式系统，自定制外设接口IP。
