高速传输

高速传输（精选十篇）

高速传输 篇1

在全业务运营的背景下, 我国近从2010年到2011年两年的时间里, 平均每个月有超过150万的用户入网宽带。在这种宽带用户快速增长的情况下, 光纤接入能力也相应的迅速增长, 由最初的100kbit/s量级增长到10Mbit/s量级, 接入能力增长了100倍左右。但是即便是这样也面临着无法满足用户的增加和用户对带宽的要求提更等问题。因此, 这些问题都迫使网络的带宽进一步的增加[1]。现在业界提出的40Gbit/s的高速宽带光传输技术也在我国迅速的发展起来。经过几年的发展, 我们在使得我国在40Gbit/s的高速宽带光传输技术领域已经取得了骄人的成绩, 接近了国际领先水平, 成为推到高速宽带光传输技术发展的主要国家之一。目前, 40G的高速宽带光传输技术已经在商业上开始规模性的应用。40G高速宽带光传输技术的应用可以初步解决当前网络对容量的需求。下面我们就对高速带宽光传输技术的发展情况进行一下分析。

2 40G的应用情况

高速带宽光传输技术的核心是密集波分复用技术。40G技术从提出到成为高速传输技术的主角大约只经过了两年的时间。到2010年的时候, 40G就成为网络建设的主力军。特别是在一级干线, 几乎都采用了40G的高速带宽光传输技术来建设, 在解决网络带宽需求方面, 40G高速带宽光传输技术成为拓展传输容量的最主要的技术手段。40G高速带宽光传输技术已经相当成熟, 而且随着40G高速带宽光传输技术在各个领域应用的不断拓展, 40G高速带宽光传输技术的编码方式也趋于归一化和集中化, 现在运营商和设备商主要选择的传输系统主要有PDPSK (部分差分移相键控) 和RZ-DQPSK (四相相对相移键控) 两种[2]。

PDPSK传输系统在OSNR (光信噪比) 容限和非线性容限方面的优势是很明显的, 但是它的DGD容限较小, 这是PDPSK的最大不足。因此, PDPSK的主要应用于光缆PMD指标较好的环境下, 最好是能在12*22d B的跨段以下。PDPSK的一个优势就是的成本较低。

RZ-DQPSK传输系统在OSNR容限和非线性容限的性能是比较均衡的, RZ-DQPSK的DGD容限比RPPSK要大, 它对光纤的PMD值要求很低, 可以在16*22d B以下的应用环境中进行40G网络的建设。

40G高速带宽光传输技术在发展的过程中也遇到了很多问题, 40G高速带宽光传输技术在发展过程中的最大的瓶颈是它的上游产业链的供货能力、速度和价格和40G高速带宽光传输技术的发展速度比起来, 还需近一步的发展。而且100G高速带宽光传输技术的发展也影响了40G的上游产业链。很多企业, 如芯片企业、器件企业等把他们的的精力过多的放在100G上面, 这样就进一步导致了40G技术配套的产业链的结构不够合理。

我们国家的第一条商用40G高速带宽光传输系统是中国电信开发的, 该系统始建于2008, 是从上海到无锡的80×40G高速带宽光传输系统, 从这以后40G高速带宽光传输技术在国内的普及速度加快。其中的主力是中国电信和中国联通两大宽带运营商, 在短短几年里, 40G高速带宽光传输技术建设的网络覆盖了全国大部分省际干线和一些较大城市的城际干线。相对于2010年, 在2011年, 中国电信和中国联通的40G高速带宽光传输技术系统的建设量均有所增长。我国成为全球40G高速带宽光传输设备的主要市场, 也成为全球50G高速带宽光传输技术的和重要增长源泉。

3 100G的发展趋势

当40G高速带宽光传输技术正在大规模的投入商用的时候, 100G高速带宽光传输的标准在2010年6月获得通过, 人们不得不把焦点从40G高速带宽光传输技术转到100G高速带宽光传输技术上来, 这说明如今是一个数据业务爆炸式增长的年代, 新一代的高速带宽光传输技术的推出的速度越来越快。很快, 100G高速带宽光传输技术就成为业界关注的热点。40G高速带宽光传输技术刚刚在过去几年里成为高速宽带光传输技术发展的主角, 但是仅仅几年后, 也就是在刚刚过去的2011年, 100G高速带宽光传输技术就开始撼动40G高速带宽光传输技术的主角地位。到现在为止, 100G高速带宽光传输技术并没有完全替代40G高速带宽光传输技术成为高速带宽传输技术的主导, 但是它的发展速度却比40G高速带宽光传输技术的发展速度快了很多, 而且业界明显对100G高速带宽光传输技术的感兴趣程度要大于40G高速带宽光传输技术传输技术, 对100G高速带宽光传输技术的期望值也很高[3]。

2012年, 100G高速带宽光传输技术传输技术发展进程明显加快。2012年, 业界会对100G高速带宽光传输技术传输技术的成熟度、性能、成本等因素进行全方位检验, 这些验证的结果将成为未来几年100G高速带宽传输技术商用化的依据。骨干路由器100G高速接口设备的发展将会推动100G高速带宽光传输技术传输系统的发展。2010年年中IEEE制定了100GE接口技术标准之后, 主要路由器设备厂商就紧接着推出了支持100G接口的核心路由和线卡。中国电信等运营商也随后开始了对这些100G路由器及线卡等设备的研究, 并开始在某一个小范围内试运行这些设备。随着各大运营商对100G的试运行的成功, 100G传输应用的应用条件逐渐成熟。中国电信于2011年底率先启动100G高速带宽光传输技术传输设备及系统测试工作, 测试了国内市场的主流厂商的100G的传输设备。中国联通、中国移动也会再不久继中国电信后陆续发布评估测试计划。在此基础上, 我国预计会再2012年底完成100G高速带宽光传输技术传输系统和设备的行业技术标准。标准化工作的完成为未来100G高速带宽光传输技术传输系统规模应用的打下基础。现在100G高速带宽光传输技术尚出去开始阶段, 没有规模应用, 因此100G高速带宽光传输技术的相关设备的成本还是比较高的, 目前100G高速带宽光传输设备的单位比特传输成本比40G高速带宽光传输技术设备的单位传输成本要高, 但是其路由器100G的接口成本比40G的接口成本却要低很多。综合考虑100G和40G的传输设备和路由器接口成本, 二者总的成本是相当的。从技术角度分析, 100G高速带宽光传输技术相对于40G高速带宽光传输技术减少了色散补偿器等光器件的应用, 这样成本就会明显降低, 因此随着100G高速带宽光传输技术的发展, 100G高速带宽光传输技术的单位比特传输成本会很快低于40G高速带宽光传输技术。

综上所述, 随着100G高速带宽光传输技术的设备和路由器接口技术的成熟和成本的降低, 100G高速带宽光传输技术将会在2012年迎来一个商用化的元年。但是现在还不能确定100G高速带宽光传输技术的发展的速度, 因为影响100G高速带宽光传输技术发展速度的因素太多。其中成文因素是个决定性因素。

4 超100G的方案的提出

随着信息技术的发展和网络规模的不端增大, 100G高速带宽光传输技术绝不会成为高速带宽光传输技术的终点, 实际上, 就在现在, 100G高速带宽光传输技术还没有规模化应用的时候, 单波400G乃至1T的研究已经处在实验阶段。由于速率的增加, 对信号的调制难度更大, 需要运用更加先进的调制码型来实现, 400G和1T可能会采用的调制格式有偏振复用、OFDM (正交频分复用) 、QAM (正交幅度调制) 等。更快速的传输技术对于信号谱宽的要求增加, 400G的信号谱宽将达到75~150GHz, 而1T的谱宽预计将不小于150GHz, 由于谱宽的限制, C波段的波长数将受到限制。下一步研究的方向就是如何开发出更高级的调制格式或是使用更宽的光纤低损耗窗口来使速率达到更高的水平。

5 小结

随着信息社会的发展, 从40G、100G乃至将来的400G和1T都会有满足不了需求的时候。依据宽带用户发展的趋势预测, 在未来5年, 带宽增长的速度会以每年50%-60%增长。截止到2010年, 干线带宽流量已经达到50Tbps。好在高速带宽光传播的发展趋势很好, 相信在不久的将来, 单波速率将不断创造新的记录。

摘要：高速带宽光传输技术的发展速度之快让业界也非常震惊。在短短几年间, 从最初的100kbit/s、10Mbit/s到40Gbit/s一直到100Gbit/s甚至到超100Gbit/s。这个高速带宽光传输技术的快速发展过程标识着高速带宽光传输技术迎来了一个崭新的时代。

关键词：高速,复用,光传输

参考文献

[1]张桂玉等.浅谈带宽高速发喊下大型互联网应对策略[J].数据通信.2011.8, 53pp.[1]张桂玉等.浅谈带宽高速发喊下大型互联网应对策略[J].数据通信.2011.8, 53pp.

[2]张宾.高速光传输系统的发展与展望[J].电信传输, 2011.4, 61pp.[2]张宾.高速光传输系统的发展与展望[J].电信传输, 2011.4, 61pp.

高速传输 篇2

——全国农村党员干部现代远程教育工作巡礼观后感

历史的车轮飞速发展，时代的强音正在奏响。在当今信息飞速发展的时代，互联网已经实现了地球村的构想，将你我他紧密的联系在了一起，互联网远程教育则将丰富的资源和信息以及博大精深的知识体系呈现在我们每一个人的面前。远程教育架起了人们相互沟通的桥梁，远程教育开启了人们求真务实的通道。它不愧是信息传输的高速路，教育培训的直通车。

春风化雨润神舟，富民强国展宏图，在人类社会迎来信息时代、中国全面建设小康社会进入攻坚阶段的关键时刻，党中央高瞻远瞩，在全国普及农村党员干部现代化远程教育工作。党中央高度重视，联合各部门编写、制作丰富的远程教育教材和课件，为我们农村党员干部现代化远程教育提供了丰富多彩的教育资源。远程教育已经成为我们基层党员生活的一部分，各级各地党组织活学活用已经把远程教育运用在了各个方面，各种领域：党中央围绕中心工作，组织直播重大题材课件，制作播发宣传中央精神和重大部署，解读相关政策法规和教学课件，让中央精神直达基层。各级党委运用远程教育将农业知识送到基层，同时组织专家通过远程教育进行指导，带动我们广大农村党员科学种田，科技致富。在突发公共安全事件和灾难面前远程教育同样发挥了巨大作用，中央远程办联合各相关部门制定有效措施通过远程教育提高公众在灾难面前的自我保护意识和生存能力。远程教育让我们基层党员的生活变得丰富多彩，更让我们基层党员紧密的团结在党周围，不但从思想上在第一时间里领悟党中央的各种决策，还在工作、生活中得到了各级党组织的惠农、惠民的各种帮助和扶持。远程教育还赋予了我们康复医院党支部浓烈的学习氛围，为我们支部党员提供了一个相互学习、相互探讨的平台，同时也丰富了支部党员的民主生活。在支部的带领下支部党员将所见、所闻、所学、所感熟练的运用到工作和生活中来。将理论与实践有机的结合在一起。作为支部的一员，每当参加远程教育电视电话会议时，我都会感到非常的骄傲和自豪，同时也很亲切和温暖。远程教育拉近了基层党员和上级党组织的距离，提高了各级党组织的执政能力和办事效率，也促进了党员之间的相互沟通和交流，方便了我们基层党员利用资源和分享资源。使得我们基层党员能够用知识来武装头脑，用科学去创造未来。

高速孤子传输系统稳定性研究 篇3

关键词:光孤子通信 孤子互作用 传輸控制 稳定传輸

中图分类号:TN91文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0007-01

1 引言

孤子间往往紧密装填以获得最大比特率,因而孤子间无法避免相互作用。由于两孤子间相互作用强烈依赖于它们的间隔和相对相位,且两者都因放大器噪声而波动,所以相互作用在很大程度上改变着定时抖动。考虑到噪声致相邻孤子的相对相位波动,相位的随机化将导致定时抖动的减小。孤子互作用的一个重要结果是:定时抖动的统计偏离无互作用时的高斯统计。研究了通过使用约束编码来抑制脉冲非线性问题。约束-迭代误差校正(前向纠错)方案中码元增益为12.1dB,误码率为10-9,表明插入错误是一种很有效的方法来控制编码复杂度和实现码元增益。但是论文只单独考虑了编码方式设计对非线性的抑制,并没有结合色散管理和时频复合控制的方法。研究了通过光学相位耦合的方法来进行适当的色素管理从而控制160G传輸系统的非线性效应。论文具体分析了几种色散补偿计划对1200km传輸系统所产生的信噪比和误码率进行比较。

2 DWDM孤子系统的定时抖动

在波分复用系统中,第i个放大器后的时间抖动TN是有关i的级联函数。幅度A的抖动传递到频率K,再由频率的抖动传递到时间,这样时间Ti是个级联函数,经过运算分析可得。

取滤波器通带宽度Bf=180GHz,调制器通带带宽Δτm=4ps。根据孤子能量E(1)的均值为0,方差为2SE,符合正态分布,P0为孤子脉冲的峰值功率,在DWDM系统中对孤子传輸系统的结构参数和性能进行分析设计,设调制器、滤波器和光放大器均位于n*Lm处,间距Lm=40km,传輸速率Br=160Gb/s,脉冲宽度t0=1.125ps,光纤色散系数D=1.55ps/(km*nm),孤子间距tR=6fs,的稳态脉冲流,群速度色散系数β2=-1.98Ps2/km,光纤损耗系数α=0.2dB/km的G.655光纤,则TR=6fs,tR=TR/t0=5.332·10-3,δ=β3/6|β2|t0=1.167·10-3,s=2/t0ω0=1.461·10-3,取N=1,光脉冲峰值功率P0=250.624mW.自陡峭通过自频移影响系统性能,所以我们先控制自频移,为了使传輸中频移为零,调制器参数bm=2.2·10-4,滤波器色散控制系数Kf=0.0249,取附加增益Δg=0.0335。幅度的抖动符合正态分布,根据公式(15)带入自发辐射系数S=7.75·10-18和孤子能力E=0.12PJ,经计算得出归一化幅度抖动平方的均值<(δA)2>=1.52·10-3,<(δK)2>=6.9355·10-6,<(δT)2>=6.4643·10-6。

在码率为160Gbit/s及其以上的光孤子通信系统中,光纤的群速度色散、非线性效应、孤子互作用等问题日益突出。受激喇曼散射产生自频移,自陡峭效应通过啁啾和自频移影响孤子的稳定传輸,自陡峭效应、自频移和孤子互作用均通过孤子幅度的涨落产生定时抖动。系统160GB/s允许的时间抖动最大容限为0.25ps2,在无控制条件下孤子最长传播距离为630km,采用视频符合控制的方法,孤子传輸最长距离为5500km。可见采用合理设计滤波器和控制器的参数可以很好的抑制孤子的定时抖动,稳定了孤子中心频率,实现了孤子零频移稳定传輸。

3 结语

本文推导出孤子传輸系统定时抖动的计算公式,比较了几种信道间隔条件下的孤子互作用,采用时域和频域复合控制方法有效的抑制孤子的定时抖动。对高速孤子系统中对互作用和拉曼自频移起抑制作用的滤波器通带带宽,插入调制器和滤波器的距离间隔;孤子间的互作用会导致孤子中心频率上频移,对孤子的传輸有一定的影响。对一个典型的时频复合控制160Gb/s高速孤子传輸系统进行仿真,通过仿真得出:采用时频复合控制的方法,有效地抑制了孤子互作用、受激拉曼散射和自陡峭效应对定时抖动的影响,稳定了孤子的中心频率,实现孤子稳定长距离传輸。

参考文献

[1]时娟娟,诸波.OTDM高速孤子传輸系统的稳定性研究.电子与信息学报.第33卷第4期电子与信息学报,Vol.33No.4.

[2]徐铭.色散控制孤子理论及其应用的研究,博士学位论文[D].南京:南京邮电大学,2002.

高速动车信号数据传输网络研究 篇4

高速动车的信号数据通信网络是由RBC/联锁安全数据通信以太网、TCC/联锁安全数据通信局域网、CTC数据通信以太网、信号监测数据通信以太网组成, 实现RBC、TCC、CTC、信号监测系统及系统间的安全数据通信和非安全数据的通信。有力地保证高速动车的安全运行。

一、RBC/联锁安全数据通信以太网

为了防止单设备出现故障或单通道失效而导致通信的中断, 数据传输网络都采用双独立设备和双物理通道。因此, RBC设备及联锁设备采用双以太网接口接入安全通信网。为了实现RBC与车站联锁设备、RBC与相邻RBC之间的信息无差错传递, RBC/联锁安全数据通信以太网通常采用能满足信息安全传输要求的冗余工业以太网, 用专用光缆作为传输媒体。

1.1网络组成。RBC/联锁安全数据通信以太网选用可靠性高的工业以太网交换机、采用客运专线两侧不同物理路由的两条干线光缆中的各4芯光纤构成。网络结构采用双环冗余方案, 全线车站和调度所的交换机以环形方式构成两独立运行的环形千兆以太网。网络构成如图1所示:

由图可知这种网络是双网同时运行, RBC和联锁设备不仅可决定数据选择在哪个网上传输, 而且可决定数据是否从一个网络切换到另一个网络上传输。当一个环网上出现单点故障时, 其路径切换时间不超过200ms.

该网络是依据下列的技术参数要求来设计: (1) 在调度所, 其交换容量>9.6Gb/s, 转发能力>6.4Mpps;在车站, 其交换容量>5.6Gb/s, 转发能力>3.8Mpps. (2) 支持静态 (RIPv1/2) 的IP路由。 (3) 不低于8k的MAC地址表深度。 (4) 至少支持512个整机组播。 (5) 支持基于端口VLAN, 不低于64个802.1Q VLAN。 (6) 不低于16M的SDRAM容量。 (7) 能抑制广播风暴, 支持ROMN1、SNMP1/2/3、WEB网管、CLI配置、TELNET配置及FTP配置。 (8) 当单环出现故障时, 信号端到端的延时不超过200ms。 (9) 该网络已设置下列IP地址, 供与其他信号主机联网时分配使用:

10.0.0.0-10.255.255.255 (或记为10/8, 它又称为24位块)

172.16.0.0-172.31.255.255; (或记为172.16/12, 它又称为20位块)

192.168.0.0-192.168.255.255 (或记为192.168/16, 它又称为16位块)

上述三个地址块是RFC 1918指明的的专用地址块。这些地址只能用于一个机构的内部通信, 而不能用于和因特网上的主机通信。也就是说, 专用地址只能用于作本地地址而不能用作全球地址, 在因特网中的所有路由器, 对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。

1.2网络的系统功能。该网络是一个从全线车站至调度的广域互联网, 提供独立的双网通信服务, 双网可同时在线, 没有主用与备用之分。可对信号数据传输网络设备的每个端口进行安全设置, 只允许符合条件的设备接入该端口;端口可以设定为固定速率, 可以关闭不使用的端口;可以同时从多个端口接收数据, 也可同时发送数据到多个端口;端口与设备地址对应关系表存储在交换机的内存中, 交换机可通过这张表判断数据的来源及决定数据的目的端口。该网络只提供物理层、数据链路层的通信服务, 上层的安全协议由RBC和联锁系统实施, 支持快速生成树协议 (RSTP) , 支持三层功能, 可按需求实现多种业务的隔离与互通。可提供SNMP进行远程网络管理。

1.3网络安全与网络管理。通过只允许授权的MAC地址访问网络来杜绝非法入侵, 运用SSL协议确保数据的安全性和完整性。

在调度所设置信号数据传输网络网管中心设备, 在重要大站设备机房设置网管远程终端设备。网管系统的主要功能是:记录每个交换机的各端口状态、端口及网络流量监测、交换机配置管理、各种故障报警、历史故障查询、系统的安全维护等。基于SNMP协议网管对网络进行监视和控制, 具有对标准RMON1-3&9参数 (统计、历史、报警和事件) 的图形化显示功能。网管基于WEB浏览器管理或C/S方式实现对网络中某一单个网络设备的远程配置、设备运行状态监测等。该网络能自动发现并显示所有支持SNMP的设备, 自动识别所有的网络产品, 显示网络的逻辑结构及IP地址与MAC地址之间的关系, 具有完善的安全管理功能, 可以实现不同等级的控制访问权限。总之, 通过对网络的全面监控, 能够实现综合的负载和故障分析, 能够实现流量的实时监测及网络设备故障的报警监测。

二、TCC/联锁安全数据通信局域网

TCC/联锁安全数据通信局域网是由专用光缆作为媒体的信号安全信息传输专网, 用于实现车站联锁设备与TCC之间、车站联锁设备之间、TCC之间的信息交换。其特点是:由L回线和R回线构成局域网双重回线;具有双系统装置局域网传递信息快, 系统周期范围是200~400ms;每次发送数据的长度为4KB。组网方式如图2所示:

三、CTC数据通信以太网

CTC系统独立组网, CTC调度中心与车站分机之间的信息传输依靠通信数据网提供的站间光纤和2M专用数字通道, 组网方案如图3所示。

CTC系统独立组网, 设计为双网, 包括调度中心的双局域网、车站的双局域网、车站之间的双光纤通道网络、调度中心与抽头站间的双2M数字通道网络、车站与相关段所间的双2M数字通道网络等。每个车站配置双交换机和光纤接入设备, 连接站间光纤。抽头站配置路由器和协议转换器, 连接调度中心 (和相关段所) 的数字通道。调度中心配置路由器和协议转换器, 连接车站的数字通道。相关动车段所配置路由器和协议转换器, 连接相关车站的数字通道。

四、信号监测数据通信以太网

信号监测数据通信以太网采用通信数据网提供的2M专用数字通道, 用于微机监测系统的信息传输。组网方案如图4所示:

信号集中监测系统独立组网, 设计为单网, 包括综合维修段的局域网、车站的局域网、综合维修区和调度所的监测终端局域网、车站间的2M数字通道网络、综合维修段与抽头站间的2M数字通道网络、终端与车站间的2M数字通道网络等。

每个车站配置路由器和协议转换器, 构成车站间以太网。综合维修段配置路由器和协议转换器, 构成综合维修段与抽头车站间的以太网。终端系统配置路由器和协议转换器, 构成终端与相关车站或综合维修段间的以太网。

采用TCP/IP技术组网。传输控制协议 (TCP) 定义了由网络提供一个关键服务, 即可靠的流交付。TCP使用滑动窗口协议来高效地交换大量数据。同时TCP提供流量控制, 能够使各种不同速率的系统相互通信。这保证信息在监测网上无差错地传递。

五、高速动车网络性能的提高和优化

车载通信网络、车地无线通信网络和地面综合监视网络系统相结合, 可以实现车载控制系统的远程实时监控。随着人们对动车运用要求的提高, 人们希望动车控制系统信息处理的容量大、速度快、运行更可靠。为了适应这种要求, 有必要提高动车通信网络的带宽, 提高数据传输的速率, 满足大数据流的传输需求。同时, 优化动车控制网络的系统结构, 如改变单元控制机的结构和组织, 更好适应动车通信网络安全性的要求。

其次, 将动车信号传输网络逐步接入公共的网络平台 (例如互联网) , 这是运输部门实现大系统闭环控制的必然要求。随着计算机技术和通信技术的发展, 工业以太网技术已渗透到工业控制的各个领域中, 出现了以太网等开放型网络技术与现场总线型网络技术自然融合。以太网既是动车控制网络中的高层信息网络, 又可直接控制车载控制设备, 进而将信息网络与控制网络有机结合。动车通信网络接入公共网络平台有利于各种新技术的运用, 如云计算技术, 运用云计算技术可提高信息传输质量, 改善控制系统故障诊断和运行控制效果, 提高动车运行的安全性和可靠性。

结束语

动车信号数据传输网络技术是多种技术结合的产物, 是多学科综合应用的结合体。动车信号数据传输网络技术的发展极大地依赖于通信技术、计算机技术及电子器件的发展。相信随着计算机技术、电子技术和自动控制技术的发展, 动车信号数据传输网络也会随之发展到一个更新、更高的程度, 更好满足用户诸如动车的调度、网络的远程诊断与维护、旅客信息与舒适性支持等需求。

参考文献

[1][美]Douglas E.Comer.Internetworking With TCP/IP[M].电子工业出版社, 2007.

[2]谢希仁.计算机网络[M].北京:电子工业出版社, 2013.

[3]陈特放, 曾秋芬, 等.列车微机与网络控制技术及应用[M].北京:科学出版社, 2012.

高速传输 篇5

11月21日，XX乡政府在乡会议室组织收看了《信息传输“高速路” 教育培训“直通车”——全国农村党员干部现代远程教育工作巡礼》专题片，参加会议的由全乡干部、村两委主要干部和各村远程站点管理员，该片系统回顾了远程教育工作历程，全面总结了远程教育工作经验，从建设、管理、使用、成效和优化升级、拓展服务等方面反映了远程教育的工作概况和未来发展方向。

观看结束后，XX乡党委书记阮崇春作了重要讲话: 开展农村党员干部现代远程教育，是新形势下加强和改进农村基层党组织建设的重大举措，是构建和谐社会和推进社会主义新农村建设的基础工程，是用先进文化武装农村党员干部、促进先进生产力发展并造福亿万农民群众的务实之举。各村要开展远程教育工作，各村支持和帮助各站点正常运转情况，各站点管理员要认真负责地开展工作，使党员和群众得到实实在在的好处，“让干部经常受教育，使农民长期得实惠”的口号贯彻落实到实处。本次乡集体观看之后，各站点管理员回村之后要组织本村的党员和群众观看《专题片》。

观看结束后，参会人员一致认为，远程教育是建设新农村的知识源泉；利用远程教育平台服务新农村村，建设好新农村，以一个模范村的形象展现，时时从网上学习优秀的弥补自身的不足，自己的工作才会更出色。通过本次专题片的学习，党员干部进行了反思，彻底转变观念，解放了思想，为今后工作打下了坚实的基础。截止11月26日，全乡21行政村通过丽水时代先锋网等各种方式收看了专题片。

青田县XX乡人民政府

高速传输 篇6

摘 要：针对双CPU遥控模型直升机机载飞控系统中微处理器间高速可靠数据传输这一关 键性问题，设计了双口RAM数据共享的软硬件，在基于旗语逻辑的令牌仲裁方式下，实现了DSP 和单片机的双向数据通信。测试结果表明，本文所设计的双口RAM软硬件可满足机载飞控系统 双CPU间高速可靠数据通信的要求，数据传输效率高，为后续机载飞控系统的开发奠定了基础， 并对其他多CPU系统数据传输有很好的借鉴意义。

关键词：遥控模型直升机；机载飞控系统；数据传输；双口RAM；令牌仲裁

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2014）01-0053-04

TheTechnologyofHighSpeedDataTransmission BasedonDualPortRAMinTokenArbitrationMethod

LUYingyue，JIANGJu，WANGXinhua，HANShengnan

（CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China）

Abstract：Forthekeyproblemofhighspeedreliabledatatransmissionbetweenmicroprocessorsin theairborneflightcontrolsystemofdoubleCPUremotemodelhelicopter，thispaperdevisesboththesoft wareandthehardwareofdualportRAMdatasharingsystem，andrealizesthetwowaydatacommunica tionbetweenDSPandsinglechipprocessor.TestresultsshowthatthedualportRAMsystemcansatisfy theneedofhighspeedreliabledatacommunicationintheairborneflightcontrolsystemwithhighdata transferefficiency.Ithaslaidthefoundationforthedevelopmentoffollowupairborneflightcontrolsys tem，andisagoodreferencetodatatransmissioninothermultiCPUsystem.

Keywords：remotecontrolmodelhelicopter；airborneflightcontrolsystem；datatransmission；du alportRAM；tokenarbitration

0 引 言

无人直升机自主飞行控制系统的设计一直是飞控领域的研究热点[1]。单CPU由于其控制能力 和信息处理能力有限，难以满足部分飞控系统实 时性和高效数据处理的要求[2]。因此，本文给出了 一种双CPU遥控模型直升机自主飞行控制机载电 路方案。

多CPU间常采用串行方式进行通信，这种方 法的缺点是传输速率低、数据提取困难[3]。若采用 标准总线结构进行并行数据传输，其硬件结构和 软件协议都比较复杂，开发周期长[4]。对飞控系统 而言，双CPU间快速可靠的数据传输是整个系统 正常运行的基础，而高性能的双口RAM可保证高效的数据传送，其传输速度快、电路结构简单、可 靠性高，能满足多CPU系统的要求[5-6]。在此基 础上，本文设计了采用令牌仲裁方式、基于双口 RAM的双CPU间通信方案，完成了硬件搭建和软 件编程，并进行了性能测试。

1 基于DSP和单片机的模型直升机飞控系 统方案设计

遥控模型直升机机载飞控系统的结构设计框 图如图1所示。其结构按功能模块划分，主要分为 CPU最小系统模块、外扩存储器模块、无线通信模 块、传感器模块和执行器控制模块。本系统充分考 虑了系统接口的灵活性和可拓展性，飞控机硬件 资源丰富、成本低，便于调试。其主控制器采用双 CPU结构：DSP为主CPU，负责控制律解算、导航 算法、飞行管理以及舵面输出等功能；单片机作为 CPU，负责机载设备的信息采集、与地面监控设备 通信等功能；DSP和单片机之间通过双口RAM进 行实时通信。

如图1所示，传感器子系统采集姿态角速度、 线加速度等数据，以数据帧的形式送往单片机，单 片机通过双口RAM将数据传输到DSP，DSP解帧 后即可提取出传感器数据；借助一对相互通信的 无线数传模块，地面站发送控制指令帧给单片机， 单片机通过双口RAM将指令传输到DSP，DSP解 帧后即可提取出指令：获取了必要的数据和指令后 DSP可进行控制律解算，产生PWM脉冲输出至4 个航模舵机，用于控制纵向周期变距、横向周期变 距、总距和尾桨桨距。此外，DSP输出的舵机PWM 占空比可以通过双口RAM传送至单片机，单片机 再通过无线数传模块发送到地面站显示，供地面实时监控用。

由此可见，在以上的飞控计算机工作流程中， 双口RAM是单片机和DSP之间通信的桥梁，双 CPU间高速可靠的数据通信是系统得以正常运作 的关键技术。

2 双CPU间数据通信的硬件设计

作为一种不同于单端口RAM的高速并行传输 芯片，双口RAM配备两套独立的地址、数据和控 制线，数据存取功能与普通单端口RAM相同，存 取速度能满足不同CPU的要求而无需插入等待状 态，允许两个独立CPU同时异步地访问存储单元， 因此在多CPU系统中应用广泛。本文采用IDT公 司高性能CMOS工艺生产的容量4K×16位的高速 双口静态数据存储逻辑器件IDT70V24[7]，可满足 应用需求。endprint

当两侧CPU在同一时刻对双口RAM的同一 内存单元写数据，或对同一存储单元一读一写数 据时，会发生竞争使用现象，此时大多数双口 RAM内部集成的几种仲裁逻辑可以仲裁CPU使用 权，以避免竞争发生。常见的有硬件地址仲裁 （BUSY）、令牌仲裁（SEM）和中断仲裁（INT） 等[8]。芯片自身并不具备以上这些仲裁功能，需要 用户编写软件以配合实现硬件的功能。本文采用 的是令牌仲裁方式。令牌仲裁方式与旗语（Sema phore，或SEM）有关。

2.1 IDT70V24的旗语逻辑

旗语单元是IDT70V24的8个不同于存储单元 的独立标志单元，用作端口间的标志（或称为令 牌）传送，以申明对某一块共享资源的使用权。从 硬件上来说旗语逻辑是8个锁存器，其闭锁逻辑框 图如图2所示。两个D触发器在初始化时均使 SEM输出高电平，等待双方申请SEM。如果收到 一方写入SEM低电平信号，仲裁电路将使该方的 触发器输出端为0，同时继续闭锁另一个SEM输 出端，使其继续保持1。只有当先请求的一方撤销 SEM信号，即写入1，才使得另一方SEM输出端的 闭锁信号得以解除，恢复等待新的SEM申请。也 就是说，任何想使用RAM共享资源的一方CPU首 先要申请令牌，即向SEM写0；然后通过读取SEM 的值以确定是否申请成功。若申请成功，则该CPU 获取了对RAM资源的使用权；若未成功，则表明 另一方CPU获取了令牌且正在使用共享资源，此 时用查询的方式等待另一方CPU释放了SEM后即 可获取对RAM资源的使用权。

旗语单元内部的读写机制能保证在读写周期 间隙系统级竞争现象不会发生。旗语模式下，CPU 间的这种软件握手机制与硬件操作无关，因此为 资源共享提供了最大的灵活度。但需注意，旗语初 始化并不是自动发生的，程序初始阶段要用软件 释放所有要使用的令牌。

2.2 双口RAM与CPU的硬件连接

IDT70V24的引脚接线参照图1所示，电源引 脚和未使用到的引脚没有画出。其片选使能引脚 和旗语使能引脚与CPU的通用I/O口相连；读写 引脚与CPU的读写引脚相连，无需软件控制；本 文中只使用低8位数据，据此设置高/低位数据使 能引脚；每侧各12根地址线和8根数据线分别和 CPU的地址引脚、数据引脚对应相连，以便正确寻 址和读写。

在开始针对飞控系统的特殊应用之前，首先 完成了一个全功能测试，即

（1）测试是否每个地址空间都能正确读写数 据；

（2）使用双CPU对双口RAM的同一地址单 元进行读写，观察双口RAM的通信功能是否正 常。

本文对双口RAM的两种测试方案都编写了相 应的测试代码，并在飞控板硬件平台上进行了测 试验证。结果表明，双口RAM的每个地址单元都 能正确读写数据，且双CPU对同一地址单元的读 写也正确无误。这为下一步飞控系统特定功能的 实现奠定了保证。

模拟遥控直升机飞控板的工作，验证令牌判 优下双口RAM在本系统中实现双CPU间数据通 信的流程，本文设计以下两种实验方案：

（1）单片机通过串口接收地面监控站发送来 的指令帧并解帧，将指令存于双口RAM中；DSP 在定时器中断中从双口RAM里提取出指令，调用 相应的舵机PWM脉冲产生函数，控制某一通道舵 面偏转；

（2）单片机采集航姿传感器AHRS每50ms发 送来的数据帧，于定时器中断处理程序中解帧，将 数据存储于双口RAM中；DSP也在定时器中断中从 双口RAM里提取出数据，以便做解算处理用。

首先分析本文飞控系统CPU间数据传输软硬 件设计的可靠性：

以上方案中，（1）是不定时接收小规模数据， （2）是定时接收大规模数据。实验证明，两者都取 得了满意的效果：方案（1）中，地面站发送对油门 通道的某一指令后，油门通道PWM脉冲输出的波 形能按既定规律变化，这一方案已在试飞中验证 成功，这表明指令帧读取正确；方案（2）中，多次 运行程序，对比单片机收到的数据帧和DSP接收 该数据帧的数组中的内容，发现每次结果两者都 几乎一致，误码率在1%以下，这表明数据帧读取 基本正确。以上说明令牌判优下基于双口RAM的 数据通信是可靠的，数据传输没有出现明显错误。

再来分析本文飞控系统CPU间数据传输软硬 件设计的高速性。DSP部分的程序全速运行时，将双口RAM的写信号接往示波器观察，如图5所 示：图5（a）是读使能和写使能的总线时序，图5 （b）是放大后的某次写使能总线时序。

首先分析图5（a）。图中体现出的是读写信号 之间的时序关系。写使能拉高后，经过不到80ns 的时间进入读使能时序，这对应于测试代码中，写 操作过后立刻进入读操作，在此期间需要经历一 个地址建立时间，估算值为42ns，因此这部分时 序正确。读使能拉低后，经过约500ns的时间进入 写使能时序；测试代码中，读操作过后，软件延时 了约600ns，才进入下一个写操作，故而这部分时 序也是正确的。

再来分析图5（b）。低电平表示写信号使能， 从图中读出其持续时间约为180ns。可以通过计算 来验证：程序中根据DSP外设时钟配置知，读写外 扩RAM时前导阶段（LEAD）、有效阶段（ACTIVE） 和结束阶段（TRAIL）分别为3，7和3个机器周期， 而DSP初始化设置为2分频，其机器周期为6.67 ns，故理论上的写信号使能时间为（3+7+3）×2× 6.67ns=173ns，这表明计算值与实际值相当。endprint

当两侧CPU在同一时刻对双口RAM的同一 内存单元写数据，或对同一存储单元一读一写数 据时，会发生竞争使用现象，此时大多数双口 RAM内部集成的几种仲裁逻辑可以仲裁CPU使用 权，以避免竞争发生。常见的有硬件地址仲裁 （BUSY）、令牌仲裁（SEM）和中断仲裁（INT） 等[8]。芯片自身并不具备以上这些仲裁功能，需要 用户编写软件以配合实现硬件的功能。本文采用 的是令牌仲裁方式。令牌仲裁方式与旗语（Sema phore，或SEM）有关。

2.1 IDT70V24的旗语逻辑

旗语单元是IDT70V24的8个不同于存储单元 的独立标志单元，用作端口间的标志（或称为令 牌）传送，以申明对某一块共享资源的使用权。从 硬件上来说旗语逻辑是8个锁存器，其闭锁逻辑框 图如图2所示。两个D触发器在初始化时均使 SEM输出高电平，等待双方申请SEM。如果收到 一方写入SEM低电平信号，仲裁电路将使该方的 触发器输出端为0，同时继续闭锁另一个SEM输 出端，使其继续保持1。只有当先请求的一方撤销 SEM信号，即写入1，才使得另一方SEM输出端的 闭锁信号得以解除，恢复等待新的SEM申请。也 就是说，任何想使用RAM共享资源的一方CPU首 先要申请令牌，即向SEM写0；然后通过读取SEM 的值以确定是否申请成功。若申请成功，则该CPU 获取了对RAM资源的使用权；若未成功，则表明 另一方CPU获取了令牌且正在使用共享资源，此 时用查询的方式等待另一方CPU释放了SEM后即 可获取对RAM资源的使用权。

旗语单元内部的读写机制能保证在读写周期 间隙系统级竞争现象不会发生。旗语模式下，CPU 间的这种软件握手机制与硬件操作无关，因此为 资源共享提供了最大的灵活度。但需注意，旗语初 始化并不是自动发生的，程序初始阶段要用软件 释放所有要使用的令牌。

2.2 双口RAM与CPU的硬件连接

IDT70V24的引脚接线参照图1所示，电源引 脚和未使用到的引脚没有画出。其片选使能引脚 和旗语使能引脚与CPU的通用I/O口相连；读写 引脚与CPU的读写引脚相连，无需软件控制；本 文中只使用低8位数据，据此设置高/低位数据使 能引脚；每侧各12根地址线和8根数据线分别和 CPU的地址引脚、数据引脚对应相连，以便正确寻 址和读写。

在开始针对飞控系统的特殊应用之前，首先 完成了一个全功能测试，即

（1）测试是否每个地址空间都能正确读写数 据；

（2）使用双CPU对双口RAM的同一地址单 元进行读写，观察双口RAM的通信功能是否正 常。

本文对双口RAM的两种测试方案都编写了相 应的测试代码，并在飞控板硬件平台上进行了测 试验证。结果表明，双口RAM的每个地址单元都 能正确读写数据，且双CPU对同一地址单元的读 写也正确无误。这为下一步飞控系统特定功能的 实现奠定了保证。

模拟遥控直升机飞控板的工作，验证令牌判 优下双口RAM在本系统中实现双CPU间数据通 信的流程，本文设计以下两种实验方案：

（1）单片机通过串口接收地面监控站发送来 的指令帧并解帧，将指令存于双口RAM中；DSP 在定时器中断中从双口RAM里提取出指令，调用 相应的舵机PWM脉冲产生函数，控制某一通道舵 面偏转；

（2）单片机采集航姿传感器AHRS每50ms发 送来的数据帧，于定时器中断处理程序中解帧，将 数据存储于双口RAM中；DSP也在定时器中断中从 双口RAM里提取出数据，以便做解算处理用。

首先分析本文飞控系统CPU间数据传输软硬 件设计的可靠性：

以上方案中，（1）是不定时接收小规模数据， （2）是定时接收大规模数据。实验证明，两者都取 得了满意的效果：方案（1）中，地面站发送对油门 通道的某一指令后，油门通道PWM脉冲输出的波 形能按既定规律变化，这一方案已在试飞中验证 成功，这表明指令帧读取正确；方案（2）中，多次 运行程序，对比单片机收到的数据帧和DSP接收 该数据帧的数组中的内容，发现每次结果两者都 几乎一致，误码率在1%以下，这表明数据帧读取 基本正确。以上说明令牌判优下基于双口RAM的 数据通信是可靠的，数据传输没有出现明显错误。

再来分析本文飞控系统CPU间数据传输软硬 件设计的高速性。DSP部分的程序全速运行时，将双口RAM的写信号接往示波器观察，如图5所 示：图5（a）是读使能和写使能的总线时序，图5 （b）是放大后的某次写使能总线时序。

首先分析图5（a）。图中体现出的是读写信号 之间的时序关系。写使能拉高后，经过不到80ns 的时间进入读使能时序，这对应于测试代码中，写 操作过后立刻进入读操作，在此期间需要经历一 个地址建立时间，估算值为42ns，因此这部分时 序正确。读使能拉低后，经过约500ns的时间进入 写使能时序；测试代码中，读操作过后，软件延时 了约600ns，才进入下一个写操作，故而这部分时 序也是正确的。

再来分析图5（b）。低电平表示写信号使能， 从图中读出其持续时间约为180ns。可以通过计算 来验证：程序中根据DSP外设时钟配置知，读写外 扩RAM时前导阶段（LEAD）、有效阶段（ACTIVE） 和结束阶段（TRAIL）分别为3，7和3个机器周期， 而DSP初始化设置为2分频，其机器周期为6.67 ns，故理论上的写信号使能时间为（3+7+3）×2× 6.67ns=173ns，这表明计算值与实际值相当。endprint

当两侧CPU在同一时刻对双口RAM的同一 内存单元写数据，或对同一存储单元一读一写数 据时，会发生竞争使用现象，此时大多数双口 RAM内部集成的几种仲裁逻辑可以仲裁CPU使用 权，以避免竞争发生。常见的有硬件地址仲裁 （BUSY）、令牌仲裁（SEM）和中断仲裁（INT） 等[8]。芯片自身并不具备以上这些仲裁功能，需要 用户编写软件以配合实现硬件的功能。本文采用 的是令牌仲裁方式。令牌仲裁方式与旗语（Sema phore，或SEM）有关。

2.1 IDT70V24的旗语逻辑

旗语单元是IDT70V24的8个不同于存储单元 的独立标志单元，用作端口间的标志（或称为令 牌）传送，以申明对某一块共享资源的使用权。从 硬件上来说旗语逻辑是8个锁存器，其闭锁逻辑框 图如图2所示。两个D触发器在初始化时均使 SEM输出高电平，等待双方申请SEM。如果收到 一方写入SEM低电平信号，仲裁电路将使该方的 触发器输出端为0，同时继续闭锁另一个SEM输 出端，使其继续保持1。只有当先请求的一方撤销 SEM信号，即写入1，才使得另一方SEM输出端的 闭锁信号得以解除，恢复等待新的SEM申请。也 就是说，任何想使用RAM共享资源的一方CPU首 先要申请令牌，即向SEM写0；然后通过读取SEM 的值以确定是否申请成功。若申请成功，则该CPU 获取了对RAM资源的使用权；若未成功，则表明 另一方CPU获取了令牌且正在使用共享资源，此 时用查询的方式等待另一方CPU释放了SEM后即 可获取对RAM资源的使用权。

旗语单元内部的读写机制能保证在读写周期 间隙系统级竞争现象不会发生。旗语模式下，CPU 间的这种软件握手机制与硬件操作无关，因此为 资源共享提供了最大的灵活度。但需注意，旗语初 始化并不是自动发生的，程序初始阶段要用软件 释放所有要使用的令牌。

2.2 双口RAM与CPU的硬件连接

IDT70V24的引脚接线参照图1所示，电源引 脚和未使用到的引脚没有画出。其片选使能引脚 和旗语使能引脚与CPU的通用I/O口相连；读写 引脚与CPU的读写引脚相连，无需软件控制；本 文中只使用低8位数据，据此设置高/低位数据使 能引脚；每侧各12根地址线和8根数据线分别和 CPU的地址引脚、数据引脚对应相连，以便正确寻 址和读写。

在开始针对飞控系统的特殊应用之前，首先 完成了一个全功能测试，即

（1）测试是否每个地址空间都能正确读写数 据；

（2）使用双CPU对双口RAM的同一地址单 元进行读写，观察双口RAM的通信功能是否正 常。

本文对双口RAM的两种测试方案都编写了相 应的测试代码，并在飞控板硬件平台上进行了测 试验证。结果表明，双口RAM的每个地址单元都 能正确读写数据，且双CPU对同一地址单元的读 写也正确无误。这为下一步飞控系统特定功能的 实现奠定了保证。

模拟遥控直升机飞控板的工作，验证令牌判 优下双口RAM在本系统中实现双CPU间数据通 信的流程，本文设计以下两种实验方案：

（1）单片机通过串口接收地面监控站发送来 的指令帧并解帧，将指令存于双口RAM中；DSP 在定时器中断中从双口RAM里提取出指令，调用 相应的舵机PWM脉冲产生函数，控制某一通道舵 面偏转；

（2）单片机采集航姿传感器AHRS每50ms发 送来的数据帧，于定时器中断处理程序中解帧，将 数据存储于双口RAM中；DSP也在定时器中断中从 双口RAM里提取出数据，以便做解算处理用。

首先分析本文飞控系统CPU间数据传输软硬 件设计的可靠性：

以上方案中，（1）是不定时接收小规模数据， （2）是定时接收大规模数据。实验证明，两者都取 得了满意的效果：方案（1）中，地面站发送对油门 通道的某一指令后，油门通道PWM脉冲输出的波 形能按既定规律变化，这一方案已在试飞中验证 成功，这表明指令帧读取正确；方案（2）中，多次 运行程序，对比单片机收到的数据帧和DSP接收 该数据帧的数组中的内容，发现每次结果两者都 几乎一致，误码率在1%以下，这表明数据帧读取 基本正确。以上说明令牌判优下基于双口RAM的 数据通信是可靠的，数据传输没有出现明显错误。

再来分析本文飞控系统CPU间数据传输软硬 件设计的高速性。DSP部分的程序全速运行时，将双口RAM的写信号接往示波器观察，如图5所 示：图5（a）是读使能和写使能的总线时序，图5 （b）是放大后的某次写使能总线时序。

首先分析图5（a）。图中体现出的是读写信号 之间的时序关系。写使能拉高后，经过不到80ns 的时间进入读使能时序，这对应于测试代码中，写 操作过后立刻进入读操作，在此期间需要经历一 个地址建立时间，估算值为42ns，因此这部分时 序正确。读使能拉低后，经过约500ns的时间进入 写使能时序；测试代码中，读操作过后，软件延时 了约600ns，才进入下一个写操作，故而这部分时 序也是正确的。

高速传输网络应大力部署低损耗光纤 篇7

巨大成本优势不得不用

据了解, 低损耗和超低损耗光纤分别减少跨段损耗2和3dB, 3dB折合成跨段数可加倍, 相当总传输距离可延长100%, 或折合成跨段数不变, 每段延长17%, 总传输距离也延长17%, 已无任何手段有这样的收益。从这一层面来看, 已经具备一定成本优势, 若能省一个80波100G再生站, 即可节约数千万元, 速率越高, 可省的站越多, 成本优势越明显。

根据中国电信现网模拟计算的结果来看, 低损耗光纤相比普通光纤光缆工程成本增加不到1%, 而100G和400G系统由于站数减少, 反而可以使总的传输系统成本降低约10% (10亿元) 。超低损耗光纤相比普通光纤, 光缆工程成本增加不到10%, 而100G和400G系统由于站数明显减少, 反而可以使总的传输系统成本降低约20% (25亿元) 。

韦乐平进一步指出, 低损耗光纤可以在成本增加极少的前提下, 减少系统成本, 优势明显, 近期可以立即采用;超低损耗光纤可以在光纤成本增加不多的前提下, 明显减少系统总成本, 优势更明显, 理应立即采用。但是考虑产业链风险, 可以先试点, 再扩大应用。

国内厂商研发能力不足

中国电信北京研究院副总工张成良表示, 根据对康宁、富通、长飞、烽火、亨通反馈的低损耗光纤成缆调研结果显示, 各厂家光缆在成缆后的光纤1550nm衰减平均值基本在0.183～0.185dB附近, 1550nm衰减最大值在0.188～0.19dB之间, 均能做到90%以上光纤小于0.188d B。成缆后的光纤在1550nm的衰减主要分布在0.182～0.184d B之间, 小于0.181d B的分布较少。各厂家反馈, 目前正在积极改进技术, 希望能进一步降低损耗, 但要做到平均值小于0.180d B的难度很大。考虑到产业的成熟度和光缆与系统的综合造价, 近期骨干光缆建设宜全面采用兼容G.652D标准的低损耗光纤。

PCI总线高速数据传输技术实现 篇8

目前,在工程应用中,为了满足设备小型化、智能化要求,许多功能集成在一块板卡上,嵌入到计算机中,利用个人计算机作为数据采集和处理的平台,通过数据总线将采集的数据高速地传输到计算机的内存之中,是实现采集系统数据存储和处理的有效手段。PCI总线理论传输速率可达132 Mbit/s,传输稳定,可靠性高。因此PCI总线已经广泛应用于数据采集、测控等相关领域的工程应用开发中。

实现高速数据传输,关键技术是数据的实时采集或发送,为了满足数据的实时性和完整性,数据传输方式易采用DMA方式,DMA传输不占用CPU资源的优势,使它具备快速采集大量的带有突发性的数据的能力。

为了访问PCI板卡,需要编制设备驱动程序,美国KRFTech公司出版的用于编写设备驱动程序的工具包WinDriver,它可以直接探测硬件,可用于开发PCI/PCMCIA/ISA/ISA PnP/EISA/CompactPCI和USB等设备的驱动程序,并很方便的生成驱动硬件的应用程序级API函数。

2 工作原理

WinDriver提供了与操作系统核心层交互的内核windrvr.sys。windrvr.sys把底层的各种功能封装成C/C++函数库,用户只需要调用WinDriver中用户模式的函数就可以与WinDriver内核交互进而由内核实现与Windows底层的通信,实现与硬件的交互。

普通的通信方式需要依赖于CPU在内存与处理卡之间的数据传输,对于大量数据的快速交互,会引起太多的系统开销,不能保证数据的实时性和完整性。PCI总线提供了不依赖于CPU参与的DMA数据传输通道,使得CPU在进行I/O操作时同时进行其它工作。

2.1 DMA数据传输简介

为了实现DMA数据传输,首先要了解PCI总线接口协议,在这里介绍与DMA数据传输有关的PCI智能桥路9054芯片用到的主要寄存器。

(1)中断控制/状态寄存器(INTCSR):偏移量是BAR0的68H单元,它是32位寄存器,与DMA传输有关的位定义如下:

D8:PCI中断使能位,写“1”允许PCI中断;D10:异常中断使能位,写“1”允许PCI异常中断,与D8联合使用;D11:本地中断使能位,写“1”允许本地中断,与D8联合使用;D18:DMA通道0中断使能,写“1”允许DMA通道0中断,与本地中断使能位D11联合使用;D21:DMA通道0中断产生位,该位为“1”表示有DMA通道0中断产生;

(2)DMA通道0方式字寄存器(DMAMODE0):偏移量是BAR0的80H单元,它是32位寄存器,用于设置DMA通道0的工作方式。

(3)DMA通道0本地地址寄存器(DMALADR0):偏移量是BAR0的88H单元,它是32位寄存器,表示DMA传输操作中应该从缓冲区的什么地方开始。

(4)DMA通道0传输字节数(DMASIZ0):偏移量是BAR0的8CH单元,它是32位寄存器,用D0到D22表示DMA传输的字节数。

PCI9054芯片支持两个DMA通道,每个DMA通道有DMA控制器和一个双向的FIFO组成,两个通道均支持Block方式传输和Scatter/Gather方式传输,驱动程序必须为传输操作设置DMA控制器。

对于Block传输方式,主机处理器或本地处理器设置本地或PCI起始地址、传输字节数、传输方向,在开始传输时设置DMA启动位,PCI9054请求PCI或本地总线传输数据,传输完成后,PCI9054设置传输完成位(DMACSR0[4]=1或DMACSR1[4]=1),它要求分配存储区为一整块缓冲区,一次完成全部数据的传输,这种传输方式实现起来比较简单,但内存开销比较大,并且不能满足连续的数据传输要求。

对于Scatter/Gather传输方式,主机处理器或本地处理器设置本地或PCI起始地址、传输字节数、传输方向,使用DMA数据传输的驱动程序必须为一个缓冲区分配内存,DMA传输使用这个缓冲区完成操作。在分配一个缓冲区后,从属设备的驱动程序可以开始处理一个请求DMA传输。它从锁定的用户缓冲区拷贝数据到驱动程序分配的公用缓冲区,在传输期间,驱动程序读DMASIZ0或DMASIZ1寄存器以确定有多少字节被传输,读DMALADR0或DMALADR1寄存器以确定应该在缓冲区的什么地方开始传输,以保证任何在系统DMA控制器中高速缓存的数据被读到系统内存中或者写到设备。Scatter/Gather DMA方式内存描述指针初始化见图1。

2.2 DMA数据传输实现步骤

(1)使用Windriver的Driver Wizard应用程序,在设备列表中选择PCI板卡,然后选择生成API函数,API函数库文件名为P9054__Lib.c和头函数文件P9054__Lib.h。

(2)创建应用程序,调用API函数P9054_Open(…)函数打开设备,中断允许参数设为TRUE;

调用P9054_IntAEnable(…),开中断;设置与DMA有关的寄存器,调用P9054_DMAOpen(…),初始化DMA通道;分配DMA缓冲区,源代码如下:

(3)调用P9054_DMAStart(…)函数启动DMA通道,进行数据传输,数传传输采用中断方式,中断服务程序接收到中断后,读中断控制/状态寄存器,判断是否是DMA产生的中断,是DMA中断则读DMA通道本地地址寄存器,确定传输操作中应该从缓冲区的什么地方开始采集数据。

(4)调用void P9054_DMAClose(P9054_HANDLE hPlx,P9054_DMA_HANDLE hDma);

关闭DMA通道,调用void P9054_Close(P9054_HANDLE hPlx),关闭板卡,释放系统资源。

3 应用方案

用Windriver生成设备驱动程序后,首先安装设备的驱动程序,然后进行应用程序的开发。

本案例采用Visual c++6.0为软件设计平台。首先创建应用程序,把生成的API函数库P9054-lib.c添加到工程文件中,在程序中像调用Win32标准API函数那样直接调用P9054-lib.c文件里的函数。数据采集设计流程图见图2。

其中中断服务程序是软件设计的关键部分,源代码如下:

值得注意的是中断服务程序应尽可能快的完成它的工作,进入中断服务程序后,首先要清中断源(为了避免中断信号连续产生),重新设置中断使能位,然后判断是否是DMA产生的中断,是的话处理DMA传输数据,否则返回;若中断服务程序需要处理的数据很多,应该在中断服务程序内设置一个事件,然后开中断退出中断服务程序,创建一个处理数据的线程,在线程内等待中断服务程序设置的事件,处理相应数据。

在退出程序前要加入:

4 结束语

用Windriver工具包开发硬件驱动程序,可以很方便生成API库函数,采用DMA数据传输提高了数据采集或发送的能力,满足了高速数据采集和发送的可靠性,可以广泛适用于具有高速数据传输卡的开发。它支持Visual C++和C++Builder编程语言,开发灵活,移植性好,具有很高的使用价值。

参考文献

[1]施诺等译.Windows2000设备驱动程序设计指南.机械工业出版社,2001,9.

[2]张帆.史彩成著.Windows驱动开发技术详解.电子工业出版社,2008,3.

[3]WinDriver V5User’s Guide.Jungo Ltd,2002,2.

[4]PCI9054Data Book.PLX资料.

高速移动无线图像传输链路误差分析 篇9

对于通信链路误差建模,现有方法主要是根据误差描述的精细程度选取转移状态数量,构建有限或无限状态马尔科夫链和隐性马尔科夫链误差模型[1,2,3]。这些模型要准确描述链路误差特征,需要确定的参数较多,算法也十分复杂。为此,本文在分析无线图像传输系统链路误差转换过程基础上,借鉴“瑞士奶酪模型”思想,提出了高速移动无线图像传输误差链概念模型,以帧差错间隔、帧内误比特数和错误位置为随机变量,采用具有两个参数的Weibull分布近似帧差错间隔与帧内误比特数样本统计分布,并假定错误位置样本分布服从均匀分布,建立了一种简单而灵活的高速移动无线图像传输链路误差模型,并对所提出的误差模型性能进行了仿真和验证。仿真结果表明,所提出的误差模型比较准确地反映了真实高速移动无线图像传输系统的链路误差特性,进而验证了误差模型的正确性与有效性。

1 无线图像传输系统误差链概念模型

无线图像传输过程是为实现特定应用目的而对图像信息进行一系列转换或变换的活动。这些信息转化活动都不可避免地会造成原始图像信息的丢失并引入一定量误差,同时,各种误差在信息传递与转换过程中也会发生抵消、扩大或累积等现象,构成一种链式关系,所有的链式关系共同组成了误差信息传输链,即误差链。如图1所示,按照典型数字通信系统构成[4],无线图像传输误差链可由图像获取环节、图像预处理环节、图像发送环节、信道传输环节、图像接收环节和图像重构环节所组成。

图1中6个环节误差转换关系简要描述如下:1)在图像获取环节,目标背景反射或辐射能量经大气衰减、吸收后被传感器感受,并通过采样、量化完成原始图像数字化处理。在此过程中,误差来源主要是大气传输引入的目标背景发射与辐射能量损失、传感器和光学系统引发的图像几何失真和图像数字化处理过程采样量化误差,以及信息传输时延。2)预处理环节重点完成原始数字图像的压缩编码,误差主要包括前一环节中采样量化与大气吸收引入误差、压缩编码导致图像部分信息丢失以及信息传输时延。3)发送环节包含从加密、信道编码、调制到滤波、射频的全部信号处理过程,误差主要由对预处理环节数字图像信号的调制误差、滤波误差和传输时延组成。4)信道传输过程中,多径干扰和其他电磁干扰主要导致数字图像传输信号的码间串扰、阴影衰落等,以及图像传输系统收发终端相对运动引起的非常大的多普勒频移。5)接收环节组成与发送环节相反,包括射频、滤波、解调、信道解码和解密等信息处理单元,误差组成主要表现为误码和传输时延。6)重构环节主要完成图像重构,前述各环节误差在这个环节表现为误码在时空域扩散引起的图像分组数据包丢包、包错误以及传输时延,最终导致重构图像质量严重恶化。

基于上面分析,借鉴安全科学领域“瑞士奶酪模型”[5]的思想(即所有系统都是由若干基本要素构成,每个基本要素中存在的漏洞或缺陷形如每片奶酪上的孔洞,且孔洞的位置和大小不断变化,当所有奶酪上的孔在瞬间排列在一条直线上时,形成“事故机会弹道”,危险就会穿过所有基本要素导致事故发生),以误差链中各环节为基本要素,以各环节中存在误差为漏洞或缺陷,形成高速移动无线图像传输误差链概念模型,如图2所示。

2 高速移动无线图像传输系统误差链分析与建模

2.1 统计参数选取

高速移动无线图像传输时,各种链路误差因其属性不同对图像重建质量的影响比重差异很大。如图像获取环节形成待传输的原始图像信息,经无线传输后要求重建图像可以最大限度地准确再现这些原始图像信息,而大气环境、采样量化等引入的误差造成原始图像信息与真实目标背景间的差异,与图像重建质量无因果关系;相反,信道传输环节中,多径干扰、阴影效应和多普勒频移等引入的误差,直接导致图像数据解码的误码,成为引发图像重建质量恶化的关键因素。加之各种链路误差在传递过程中,其属性和形式也发生变化且转换复杂,很难用数学形式确切描述。因此,高速移动无线图像传输系统误差链,需要根据应用需求,选取适当的统计参量进行分析。

考虑实际无线图像传输系统中,图像数据是根据所采用数据链路层协议封装成帧,以“帧数据”形式进行传输;而每帧数据中错误发生是随机的,且错误比特因发生位置不同导致其在数据帧内或相关数据帧之间扩展,直接造成端到端无线图像传输质量恶化。因而,建立无线图像传输系统链路误差模型,主要考虑引入以下统计参量[6,7]:

1)帧差错间隔(Frame Error Separation,FES),表示两个连续发生损坏的数据帧之间的间隔;

2)帧内误比特数(Number of Error per Corrupted Frame,NECF),表示每个损坏的数据帧中错误比特个数;

3)错误位置(Error Location,EL),表示每个损坏的数据帧中每个错误比特在该数据帧所处的位置。

基于上述3个统计参量,可以给出高速移动无线图像传输数据流的帧结构,如图3所示。帧差错间隔与帧内误比特数的分布规律,可以通过对大量实测数据的统计分析,并采用曲线拟合方法分别得到其概率密度函数。文献[7]中,以数字视频广播系统为例,将帧差错间隔、帧内误比特数和错误位置的统计特性分别用离散的指数分布、高斯分布与均匀分布近似描述,在此基础上,采用这3个随机变量建立了误差模型并验证其有效性。

2.2 误差模型的建立

建立误差模型实质上就是选取反映误差特征的统计参量,并将其统计特性用经典的概率分布或随机过程近似描述的过程。遵循这一误差模型设计思想,本节在文献[7]的基础上,以帧差错间隔、帧内误比特数和错误位置为随机变量,提出以两个参数的Weibull分布分别替代离散的指数分布和高斯分布,对帧差错间隔与帧内误比特数的统计特性进行近似,以均匀分布近似错误位置样本统计特性,建立高速移动无线图像传输链路误差模型。

Weibull分布主要用于可靠性工程和失效分析领域,因它具有多功能性,可通过参数调整获得近似指数分布、正态分布等分布形式,因而在天气预报、生存分析以及通信系统工程等诸多领域都有广泛的应用。具有两个参数的Weibull分布概率密度函数定义为[8]

式中:a和b分别为尺度参数和形状参数。确定这两个参数的具体步骤如下:

1)设定高速移动无线图像传输场景条件,进行图像传输试验并存储接收图像数据,形成分析图像传输链路误差统计特性的样本数据集;

2)分析样本数据集的帧差错间隔与帧内误比特数的统计特性,计算帧差错间隔、帧内误比特数的样本统计均值、方差及概率分布;

3)采用曲线拟合方法,以Weibull分布近似帧差错间隔与帧内误比特数的样本概率分布,进而确定a和b数值。

如图4所示,采用H.264+RS+OFDM方案的无线图像收发系统,在车载高速移动条件下实测无线图像传输试验的样本数据集,经统计分析形成的样本FES分布和NFES分布,并将两个样本分布与采用指数分布、高斯分布和具有两个参数的Weibull分布的近似描述进行了对比。从图4中可以看出,确定适当的尺度和形状参数,Weibull分布对样本FES分布和NFES分布的近似效果要好于指数分布和高斯分布。

3 仿真实验及验证

3.1 仿真方案设计

为验证所提出误差模型的有效性,仿真实验设计方案如图5所示。该方案中,视频序列传输分两路处理:一路是原始视频序列经H.264编码器后,加入误差模型生成的错误序列,然后由H.264解码器完成解码,整个过程由软件仿真实现;另一路是在车载高速移动条件下,由采用H.264+RS+OFDM方案设计的无线图像收发硬件系统进行实测。最终,以重构视频序列的峰均值信噪比(PSNR)作为检验误差模型有效性的参考标准。

3.2 仿真实验

依据仿真方案,在不同信噪比(EbN0)条件下进行了误差模型的性能仿真,并将仿真结果与高速公路环境下的硬件系统实际测试结果进行了对比,如表1所示。比较表1中两组PSNR值,结果表明本文所提出的误差模型比较准确地反映真实高速移动无线图像传输系统的链路误差特性,进而验证了误差模型的正确性与有效性。

4 小结

本文在分析无线图像传输系统链路误差转换过程基础上,借鉴“瑞士奶酪模型”思想,提出了高速移动无线图像传输误差链概念模型;以两个参数Weibul分布近似表示帧差错间隔和帧内误比特数样本统计特性、均匀分布近似表示错误位置样本统计特性,建立了具有3个随机变量的高速移动无线图像传输误差链模型,并以PSNR值为指标对所提出的误差链模型性能进行了仿真和验证。仿真结果表明,所提出的误差模型比较准确地反映了真实高速移动无线图像传输系统的链路误差特性,进而验证了误差模型的正确性与有效性。

摘要：借鉴“瑞士奶酪模型”思想,提出了无线图像传输误差链概念模型。以帧差错间隔、帧内误比特数和错误位置为随机变量,采用具有两个参数的Weibull分布和均匀分布,建立了无线图像传输链路误差模型,给出了仿真实验和验证。仿真结果表明,所提出的误差模型比较准确地反映了真实高速移动无线图像传输系统的链路误差特性,进而验证了误差模型的正确性与有效性。

关键词：瑞士奶酪模型,Weibull分布,无线图像传输,误差模型

参考文献

[1]BAI Haowei.Error modeling schemes for fading channels in wirelesscommunications:a aurvey[J].IEEE Communications Surveys&Tuto rials,2003,5(2):2-9.

[2]SALIH O S,WANG C-X,LAURENSON D I.Three layered hiddenmarkov models for binary digital wireless channels[C]//Proc.IEEEInternational Conference on Communicaitons.[S.l.]:IEEE Press,2009:1-5.

[3]ROBERT P N,DARWISH A M,REED J W.Fast bit error genera tion for simulation of MPEG-2 transmission in wireless systems[C]//Proc.IEEE Wireless Communications and Networking Conference.[S.l.]:IEEE Press,1999:324-328.

[4]SKLAR B.数字通信原理与应用[M].徐平平,宋铁成,叶芝慧,等,译.2版.北京:电子工业出版社,2002.

[5]REASON J.Human error[M].New York:Cambridge UniversityPress,1990.

[6]FARRUGIA R A,DEBONO C J,MICALLEF P.Channel modelingand simulation of a Ka-band videoconferencing system[C]//Proc.IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference.[S.l.]:IEEE Press,2006:613-616.

[7]FARRUGIA R A,DEBONO C J.A statistical bit error generator foremulation of complex forward error correction schemes[C]//Proc.IEEE International Conference on Communications.[S.l.]:IEEEPress,2007:177-182.

高速传输 篇10

3月6日, 阿尔卡特朗讯推出了全新光子业务引擎 (PSE) 芯片, 该芯片可支持400Gbit/s的数据传输速率, 可广泛适用于城域网、骨干/国干网及超长距传输, 支持在现有或全新光纤链路上进行光信号传输。同时该芯片可通过单根光纤传输超过23TB的数据流量, 并可将传输性能进一步提升超过50%, 同时将单位 (GB) 功耗削减三分之一。该芯片可配置性强, 能帮助运营商灵活、恰当地调整光网络参数, 应对多样化的现网状况, 实现最佳性能。

高带宽业务的驱动力不断加强, 迫使运营商进一步提升现有网络的传输性能。如今全球主流运营商都在加大对于100G传输系统的测试, 并开启了多个100G的实验网, 100G的部署尚处于起步阶段, 而400G光传输商用芯片的推出无疑将推动100G传输网络的全面部署。

PSE芯片的四大优势

PSE芯片可将现有网络容量翻倍, 并将网速提升至四倍, 帮助运营商显著提升现有100G相干光网络质量, 并为未来向400G网络平滑演进奠定坚实的基础。上海贝尔高级投标方案总监丁浩告诉记者, 阿尔卡特朗讯的100G以及PSE芯片都是贝尔实验室自主设计研发的, 其中融入了大量阿尔卡特朗讯对传输的理解, 单从技术方面而言, PSE芯片有四大优势:芯片中的模数转换速度进一步加快, 采样速度加快, 信号保真度得到保障;采用动态解调的方式, 应用了软判决FEC, 抗误码能力进一步提高;提升了频率和相位的恢复精度, 有效抑制周波滑动, 减轻对信号传输的危害;强化了对输出波形的控制, 频谱效率提升了30%。

在3月6~8日于美国洛杉矶举行的美国光纤通讯展览会及研讨会 (OFC/NFOEC Conference) 上, 阿尔卡特朗讯现场演示了支持400Gbit/s数据传输流量的光子业务引擎, 得到了运营商及第三方咨询机构的认可。多家咨询机构给予PSE高度评价, 认为在400G光传输方面, 阿尔卡特朗讯相比业界其他厂商要领先2~3年。与此同时, 丁浩指出, 从目前的市场来看, 传统的芯片厂商目前刚刚推出100G单频的芯片, 而阿尔卡特朗讯已经推出了100G成熟产品, 同时在现网中得到广泛应用, 而现在凭借自主设计研发, 又成功推出了400G芯片, 领先优势不言而喻。

传输距离提升至3000km

对于高速传输技术而言, 如何最大程度地提升其长途传输距离是其应用的关键。PSE芯片将被广泛应用于阿尔卡特朗讯的1830光子业务交换机, 并进一步提升这一产品的性能。丁浩指出, 应用了PSE芯片的1830光子业务交换机将进一步提升现有100G相干光传输的性能, 最远传输距离可达3000km, 为业界之最。

PSE的推出也得到了很多运营商的关注, 日本软银电信技术部副总裁Keiichi Makizono表示:“目前, 对于所有运营商而言, 速度至关重要, 这不仅仅包括网速, 还包括新业务投放市场的速度。数百万用户都希望软银能够提供全面的在线业务, 阿尔卡特朗讯的400G技术创新将帮助我们在未来取得成功并长期保持市场领先优势。”同时, 阿尔卡特朗讯也跟德国电信旗下的创新实验室 (T-Labs) 合作, 针对该芯片进行技术测试, 打破了光纤网络传输距离的世界纪录, 同时将传输容量提升了一倍。

在PSE芯片推出之前, 阿尔卡特朗讯还推出了FP3路由器芯片, 将路由器侧的数据吞吐率提升至400Gbit/s, 与PSE芯片400Gbit/s的数据传输速率结合在一起, 构成了阿尔卡特朗讯高效能网络架构的重要一环。丁浩强调, FP3与PSE将是下一步核心网转型的关键, 不仅可以提供更高的带宽、更智能的网络, 而且能使功耗、成本、业务复杂性得到进一步的优化。