通信监测技术与通信网（精选十篇）
通信监测技术与通信网 篇1
随着移动通信技术的发展,基于移动短信技术的各类监测系统已广泛应用于电力工业的在线监测中[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。这些在线监测装置或系统既能可靠地实现远程在线监测[1,2,3,4,5,6,7,8],也能实现对电机转子等高速旋转物体的在线监测[9]。虽然人们对基于短信服务的在线监测技术做了大量研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9],但这些研究多侧重于短信模式、AT命令或系统硬件方面,对于数据通信的研究不够系统全面,通信协议过于简单,很难保证数据传输的可靠性与安全性,因而不利于基于短信服务的在线监测技术的推广与应用。由此可见,对基于移动短信技术的在线监测系统中的数据通信问题展开全面系统的研究是很有意义的。
文献[9]把基于短信服务的在线监测技术用于大中型高压电机转子温度的非接触测量中,成功地实现了电机转子温度的在线监测。本文在文献[9]的基础上,结合基于短信技术的电机转子温度的在线监测系统,全面而系统地论述了基于移动短信技术的在线监测系统的数据通信技术与通信协议。
1 通信平台
在基于短信技术的电机转子温度在线监测系统中,数据通信采用无线数据传输方式,其物理平台如图1所示。
图1中,TC35IT终端、全球移动通信(GSM)网络与各个TC35I模块构成了电机转子温度在线监测系统的无线数据传输通道,即系统数据通信的物理层。其中,TC35IT终端以及每个TC35I模块各需安装一个SIM卡,而相应的卡号则可唯一地代表转子温度监控单元与各转子温度采集单元的地址。借助于该通信平台,利用移动通信服务商提供的短信服务(SMS),通过短信即可实现转子温度监控单元与各个转子温度采集单元之间的双向数据传送[9]。
2 短信收发
2.1 短信模式
转子温度采集单元与转子温度监控单元之间的信息传输是利用短信方式实现的,而短信的收发主要有2种模式,即PDU模式与TEXT模式。PDU模式可以收发中英文短信,因而应用较为广泛,但其短信的编码与解码比较复杂[1,2,3]。TEXT模式只能收发ASCII字符表示的英文短信,但其短信编码与解码相对简单,非常适合于工业测控系统[4,5]。为了简化软件编程,本文采用TEXT模式的英文短信实现转子温度在线监测系统的数据传输。在TEXT模式下,转子温度采集单元与转子温度监控单元之间传输的数据短信或命令短信都是用ASCII字符表示的英文短信(ASCII字符串),英文短信的最大长度为150个英文字符。
2.2 短信命令
转子温度采集单元中的微控制器MCU与转子温度监控单元中的监测计算机都是利用AT命令分别控制TC35I模块或TC35IT终端完成短信息的收发。为此,要用到对TC35I或TC35IT进行初始化设置的AT命令以及与短信服务SMS有关的AT命令,相关的AT命令见表1。它们的使用可参阅有关厂商提供的技术文档,也可参见文献[1,2,3,4]。
3 通信方式
各个转子温度采集单元与转子温度监控单元之间的数据传输采用双向、点对点短信方式(SMS方式),双方之间的通信可以采用多主方式或主从方式。
3.1 多主方式
在多主方式下,转子温度监控单元可以根据需要随时发送参数设置命令(命令短信)到转子温度采集单元,转子温度采集单元则是主动按照设定的时间间隔定时发送转子温度数据(数据短信)到转子温度监控单元。
3.2 主从方式
在主从方式下,转子温度监控单元作为通信主站,各个转子温度采集单元均为通信从站。主站可以主动发送命令短信到各个从站,各个从站只能响应主站发来的命令,不能主动发送数据短信到主站。因此,要读取转子温度数据,必须先由主站发送数据读取命令短信到从站,收到该命令的从站再把相应的转子温度数据(响应短信)回复给主站。
4 通信协议
4.1 数据帧格式
在电机转子温度在线监测系统中,转子温度采集单元发给转子温度监控单元的转子温度数据的数据帧格式如下:
其中,#为数据帧的头标志;密码部分为设定的8个字符长度的通信密码;地址部分为发送该数据帧的转子温度采集单元的通信地址(00～99);测点数目是该采集单元上实际安装的测温点的个数(00～08);温度数据部分即温度1～n,是各测温点对应的测量温度(000～300);校验和是从地址到温度n的按字节(字符的ASCII码值)进行异或运算的结果并转化为ASCII字符串(000～127);!为数据帧的结束标志。整个数据帧的最大长度为41个ASCII字符。
4.2 命令帧格式
转子温度监控单元发送给转子温度采集单元的参数设置命令或者温度数据读取命令的命令帧格式如下:
其中,地址部分为接收该数据帧的转子温度采集单元的通信地址(00～99);命令部分为参数设置命令或温度数据读取命令的代码(00～99);参数长度为参数设置命令所设参数值的长度(00～99),温度数据读取命令不需参数部分,故参数长度为00;参数部分为参数设置命令所设参量的具体参数,温度数据读取命令中无该部分;校验和是从地址部分到参数部分按字节进行异或运算的结果(000～127),对于温度数据读取命令,仅计算到参数长度。整个命令数据帧的最大长度为30个ASCII字符。
4.3 命令代码
当转子温度监控单元要对各转子温度采集单元进行参数设置或者读取温度数据时,转子温度监控单元必须发送特定的命令短信给相应的转子温度采集单元。不同的命令由命令数据帧中的命令代码来区分,各命令代码对应的命令功能见表2。
5 通信实例
假设温度监测系统的通信密码为68582818,转子温度采集单元通信地址为01,电机转子上安装2个测温点,测量温度分别为88℃、98℃,则对应的转子温度数据的数据帧为“#685828180102088098002!”。同时,假设转子温度监控单元中的SIM卡号为1352307××××,转子温度采集单元中的SIM卡号为1352650××××。另外,这里还约定命令短信与数据短信均采用TEXT模式(AT+CMGF=1)。
5.1 命令短信的收发
在主从通信方式下,当转子温度监控单元要读取转子温度采集单元中的转子温度数据时,转子温度监控单元会发送温度数据读取命令“#68582818010500004!”到转子温度采集单元。这时,转子温度监控单元中的监测计算机控制TC35IT终端发送该温度数据读取命令短信的AT命令为
TC35IT终端执行该命令后,会把温度数据读取命令“#68582818010500004!”以短信的形式发送给转子温度采集单元。转子温度采集单元中的TC35I模块收到该命令短信后,会向其中的微控制器发送字符序列“+CMTI:"SM",N
其中,“#68582818010500004!”为转子温度采集单元接收到的真正有效的温度数据读取命令短信,“1352307××××”为发送该命令短信的转子温度监控单元的移动号码。
5.2 数据短信的收发
在多主通信方式下,转子温度采集单元会按照预先设定的时间间隔,定时发送数据帧“#685828180102088098002!”到转子温度监控单元。在主从通信方式下,当转子温度采集单元收到转子温度监控单元发来的温度数据读取命令时,会把该数据帧作为响应短信回复给转子温度监控单元。
当转子温度采集单元向转子温度监控单元发送数据时,转子温度采集单元中的微控制器控制TC35I发送转子温度数据短信的AT命令如下:
TC35I模块执行该命令后,会把转子温度数据帧“#685828180102088098002!”以短信形式发送给转子温度监控单元。转子温度监控单元中的TC35IT终端收到该温度数据短信后,会向监测计算机发送字符序列“+CMTI:"SM",N
其中,“#685828180102088098002!”为转子温度监控单元接收到的转子温度数据短信,“1352650××××”为发送该数据短信的转子温度采集单元的移动号码。
6 结语
基于短信技术的电机转子温度在线监测系统,借助于全球移动通信网络GSM以及移动通信服务商提供的短信业务SMS,较好地解决了大中型电机转子温度的非接触测量及在线监测问题。由于短信可双向收发,该系统不仅实现了电机转子温度的在线监测,而且实现了电机转子温度测量装置的在线参数设置。该系统通信方式较为灵活,既可采用多主通信方式,又可采用主从通信方式。同时,完善的通信协议能够保证命令信息或数据信息传输的可靠性与安全性。数据传输实验结果表明,该系统的通信装置工作可靠、运行稳定,而且数据传输安全可靠。
摘要：在基于短信技术的电机转子温度在线监测系统中，无线调制解调器、全球移动通信网络以及无线移动通信模块构成了数据通信的物理平台。系统中的命令信息与数据信息均以短信方式传输。在数据通信中，既可采用多主通信方式，又可采用主从通信方式。为提高数据通信的可靠性与安全性，系统采用了较为完善的通信协议，包括帧头标志、通信密码、测温装置的通信地址、命令信息或数据信息、校验和以及帧尾标志。通信测试结果表明：该系统通信装置工作性能稳定、数据传输安全可靠。
无边网络与统一通信技术 篇2
诚然，随着企业业务模式的发展与创新，员工与员工之间、员工与客户之间以及员工与合作伙伴之间的联系需要加强了，单纯的电话沟通无法准确地描述涉及的商务流程;同时，作为企业来说，不能坐等客户与合作伙伴来理解、“猜测”你想表达的意思，你必须将整个商务流程信息准确地传达到客户与合作伙伴那里。移动设备的灵活性使得移动统一通信技术成为大家的愿景，通过植入手机等移动终端的统一通信界面实现员工与客户、伙伴之间的互相交流，更重要的是，这种方式传输的不只是语音，还包括实时的数据。
统一通信的状态呈现、联系人、一键呼出等功能使得用户之间的沟通更加便捷与灵活，这为统一通信植入商务软件功能，形成CEBP(通信促进商务流程)模式提供可能。统一通信技术于商务流程结合，执行与其它应用软件等同的功能，通过托管、云等服务方式，大大降低了通信系统维护与操作复杂度难题，这是企业非常期盼的。
统一通信不但在通信功能和通信方式上远超语音，最重要的是它还能作为一种应用程序与企业的商务流程相结合，在协同办公、会议和可视化操作等方面满足用户最人性化的需求，市场前景可谓一片光明。
实际上，所谓“无边界”、“智能化”的网络构想并不复杂，那些看似乏味的网络底层设备―路由器和交换机起到了关键作用。在思科看来，从提供解决方案角度出发，“无边界网络”应该包括多业务集成路由器，充分体现虚拟化、统一通信技术和移动性的高密度交换机，包含身份认证、移动安全、视频监视等方面的安全体系，以及在广域网、局域网间无缝切换的移动解决方案。
寻找合适的切入点
从技术角度，思科大中华区无边界网络与数据中心总经理冼超舜解释，在“无边界网络”架构中，存在三个能够直接影响用户体验的重要环节，首先是搭建网络的基础架构，基于此才能将视频、安全、移动性等业务应用逐渐扩充其中;第二是注重无边界网络中不同终端的软件适配;第三则是IT系统的管理，因为网络所有组件都是统一管理，这对IT部门来说是不小的挑战，
在谈及“无边界网络”的同时，我们无法将它孤立视之，因为其背后包含了开发者对于未来网络架构的判断和战略构想。思科中国首席技术官梁永健告诉记者，未来网络设备的发展趋势将是体现更加紧密的结合，比如路由和交换将承载更多的功能，未来网络架构将是以统一通信技术、数据中心和承载网为主要组成部分。而“无边界网络”正是思科在承载网层面对企业级局域网未来架构的形象表述。
为了让这一网络理念在全球快速落地，思科首先需要找到一个切入点―拥有众多分支机构的大型企业级应用成为思科第一个目标市场。
这个决定并不盲目，思科判断的依据在于，截至底，全球企业分支机构数量将增长17%;企业信息流将呈现数据集中化、流量分布化的局面;在 ，视频将占据消费性网络流量的90%;而全球的CIO们普遍担心的问题是，如何维护好现有客户关系和最大限度降低企业运营开支。
来自技术以外的种种限制
在这些趋势带动下，无边界网络和统一通信技术顺势而出。如何帮助分支机构提升效率、提供便捷的应用也被提上了桌面，其中视频、绿色和安全成为了众多CIO关注的首选。
现如今，思科的无边界网络和统一通信构想正在美联银行、奔驰汽车等公司内部得到实践。不过，实现真正网络的无边界恐怕还需时日，因为我们无法忽略在如此庞大的网络构想下，除思科以外，还需要很多其他IT设备厂商以及电信运营商的兼容和支持。
通信监测技术与通信网 篇3
【关键词】电力通信网；通信监测技术；系统
随着我国经济的迅速发展，对于电能的依赖也越来越大，安全稳定的电网对于整个国民经济的快速发展不可或缺，而电力行业自身也是我国国民经济的重要的支柱产业之一。电力系统的安全问题对于整个国民经济的安全稳定具有十分重要的意义。电力系统专用通信网对于电力系统的安全稳定运行具有不可替代的重要作用。当前我国的电力通信网络在规模上获得了长足的发展，服务的质量也有了很大程度的提高。据相关数据显示，当前电力通信网络的微波电路长度有七万公里，光纤线路长度也达八万公里。随着电力通信网络的日益复杂化，其自身承担的责任也变得更加的艰巨。与传统意义上的电力通信不同，现代化的电力通信网络不仅仅负担着语音通信，同时还具有继电保护、自动化调度以及费用计量等一系列复杂的功能，如果电力通信网络出现故障会给整个电网的运行带来不便，甚至是巨大的事故。
因此，对电力通信网络运行状况进行科学合理的监测和管理，保证其正常的运作，进而确保整个电网系统的安全是当前电力部门的一个重要课题。要确保电力通信的畅通就需要具备专业化的管理系统以及规范化的管理体制，从而确保整个电力通信网络的畅通以及高效运作，最终保护整个电网系统的安全。电力通信监测技术正是在这种需求下应运而生。
1.通信检测系统硬件结构
监控系统在结构上采用星形拓扑的形式，综合计算机网络技术，主要由两大部分组成：中心站和外围站。监控系统的硬件架构采用千兆高速以太网，主要由数据采集器、数据库服务器、监控工作站以及其他功能不同的一些外设组成。变电站的通信机房负责进行数据采集，将采集到的各种数据反馈到该地区的中心站，各个分站传输过来的数据都在这里进行处理，并对各种通信设备的告警做出响应。
位于中心机房的监控服务器对系统数据进行储存，系统模式为客户/服务器，软件系统之间的传输通过TCP/IP协议来完成。为了能够对网络数据进行及时的存储和处理，应该在服务器上构建具有数据服务器、应用服务器、文件服务器的三重作用的实时数据库。为了方便对系统进行异地储存以及备份，在以数据库为基础建立的磁盘阵列应该进行双机共享。被管理对象的实时状态被写入服务器内存之中，实时数据库对设备传输的状态变化消息进行处理，然后进入关系数据库，。这样被管理对象的实时状态可以被所有的客户机访问。服务器工作方式为双机集群，从而保证系统的连续运行。为了避免系统在意外情况下的数据丢失，可以将两台服务器直连，通过集群系统软件来实现双机互连，互为备份，从而提高数据的安全性。在主服务器出现故障时，备用服务器自动切入运行，主服务器修复之后，通过手动的方式切换到主服务器。
监控工作站采用图形化操作系统具有设备报警功能，设置在调度值班室，从而方便调度员进行检测和相关的操作。
系统与互连网相连，方便进行信息发布以及对事故进行申告。为了保证系统免受来自互联网的威胁，应该设置防火墙。
数据采集及传输部分和前置机网关实现对非智能设备及通信辅助设备的实时数据采集。
在主站建立基于美国信息互换标准代码的仿真终端，通过美国信息互换标准代码的输出对设备进行管理，最终实现自动切换基于不同协议的设备之间的监控，这样，对于多台设备可以通过一台工控机来同时进行相应的操作，实现设备的集中管理和配置。
针对不同的协议，应该在主站建立规约转换网关来进行转换，然后将信息反馈给服务器，网元和信息之间的链接得以实现，最后由工作站进行相应的显示。
将波形观测技术结合电平信号遥测技术，双管齐下来处理中心站和外围站的自动化RTU信息，在对电平进行遥测的同时还可以对波形进行直观的显示。
2.系统应用软件
监测系统由两大数据库、三大应用平台及若干应用程序组成。
2.1实时数据库和管理数据库
前者负责系统在线实时数据的处理，后者负责对设备的历史数据和非实时数据等离线数据进行处理， 实现通信网信息管理功能。
2.2三大应用平台
通过调度应用平台、图形数据平台和运行管理平台实现系统运行监视、设备操作、矢量图形、数据查询。应用软件实现的功能有：
（1）通过一台终端，实时地集中采集通信设备和电路的运行状况和设备性能指标参数，及时发现故障并处理，以确保通信电力的正常运行。
（2）采用逐层点击、双击文本告警、自动推图、语音提示可以在短时间内捕捉信息大大减少了定位网络故障的所需的时间，提高了劳动效率和通信网管理水平。
（3）根据采集的信息，系统会自动分析故障原因，判断故障的位置，确定故障对网络产生的影响程度，时排除故障，确保网络畅通。
3.通信监测技术的应用
电力通信检测技术在很多地方的电力系统中都有广泛的被采用，获得了很大程度的发展。具有自身的一些优势，主要表现在以下几个方面：
3.1图像监控功能
监控中心的调度人员可以根据实际的需要对变电站的任何一台摄像机的进行操作，进行录像。也可以让摄像机按照固定的时间进行摄像，如以每天或者一个周作为一个周期进行录像，且具有回放以及查询的功能。
3.2控制功能
监控中心的操作人员可以对变电站的相关设备实现远程操作，比如，发现有不法分子进入或者偷盗行为时，可以实现远程报警，同时打开现场的照明设备和录像设备进行摄像。
3.3报警功能
具有视频丢失和视频运动报警功能，当站端由于摄像机损坏、被窃或断线等情况引起视频信号丢失应进行报警。对于设定的视频报警区域，当有运动目标进入或图像发生变化时应进行报警。远程变电所发生报警时，当地主机将在ls内响应，监控中心主机能在5s内自动弹出报警信息窗口，显示报警点的具体位置，报警类型，自动将画面切换到告警地点，并启动录像设备对现场进行录像，便于事故处理与分析。
【参考文献】
通信监测技术与通信网 篇4
现代工业生产作业的环境比较复杂, 诸如石油行业的油井油田和石油管道, 电力行业的发电厂和变电站, 以及煤炭行业等许多行业的生产作业都是在比较恶劣的环境中进行的。需要实时掌控设备运行状态的变化, 以便对设备可能发生的故障进行早期预测, 对设备出现故障的原因进行及时判断, 从而及时采取应对措施。而合理制订检修计划、有效控制生产成本、预防与避免安全事故、重复投入费用等都与设备在线运行工况有密切的联系。但是工作人员不适合靠近在这种环境中作业的大型设备。随着无线通信网络的发展, 传输速率不断提高, 数据传输业务不断增加, 使无线通信技术进入自动控制领域。基于无线通信技术的设备状态监测系统替代传统的数据采集与数据传输模式也就成为必然。
1 设备状态监测研究概述
1.1 状态监测的发展变化
状态监测就是通过提取故障特征信号发现被监测特性的变化或趋势, 以便预知并维护严重的故障以及评估机器的运行状况, 可以提高设备的现代化管理水平和设备的可靠性, 减少事故危害, 降低设备维修费用。它是一种监测机器运行特性的技术或者过程。早期的状态监测系统大都面向单台或者单一类型的设备, 以计算机为主体并与执行处理机构、传感监测装置等辅助设备, 以及被监测对象构成一个整体。这样的系统对监测对象也有很大限制。随着设备功能的增多, 结构日益复杂, 自动化程度越来越高, 产生了以计算机网络为基础的分布式系统, 有利于合理配置系统资源, 从而提高了监测水平以及效率。这种监测系统多采用总线结构进行数据通信, 监测也局限于同一地点。设备监测与诊断技术与Internet结合的开放式体系结构逐渐成为系统设计的主流与趋势。现代远程监测系统有计算机、互联网与通信技术的支持, 有很高的可靠性。随着通信技术的发展, 出现了三种远程监测模式。一是无法实现实时在线监控、比较原始的人工远程监测模式;二是使用最为广泛、投资比较多的有线网络远程监测模式;三是打破距离限制、费用较低、可以放置在危险场合的无线通信远程监测。而今, 无线通信技术取得了突破性进展, 利用无线通信技术和嵌入式技术构建远程状态监测系统, 能够有效地克服有线模式的弊端。无线远程状态监测系统是对传统有线模式的一种补充, 它得到了嵌入式技术和无线通信技术的支持, 选用芯片成本低, 适合有效监测传感器布线不便以及人员无法到达的危险场合, 其无线模式减少了对施工与维修的要求。它与设备管理系统融合在一起, 有利于实现状态监测与设备管理维护的现代化。
1.2 状态监测的基本原理
状态监测就是开发应用一些具有特殊用途的设备, 通过数据采集以及数据分析来预测设备状态发展的趋势。在这个过程中主要是利用了整个设备或设备的某些重要部件的寿命特征, 状态监测是为基于预知性维护 (PM) 服务或状态的维护 (CBM) 的一种技术。CBM可以在确保设备不会意外停机的情况下, 让运行人员及时了解设备的状态信息, 根据需要采取必要的维护措施, 从而也减少了人力的消耗。一个状态监测系统一般由传感器、数据获取、故障检测、故障诊断等四个部分组成。传感器的作用是把物理量转换为电信号, 监控方法和设备故障机理的有关知识决定了其具体的选择。数据获取采用微处理器技术和通信技术, 其作用是对来自传感器的信号进行放大和预处理。故障检测的目的是判断机器内有无潜在故障出现, 及时给出报警信号, 同时进行深入的分析, 主要包括模型参考方法和特征提取两种故障检测方法。故障诊断是由计算机在线自动进行实施, 目的在于进一步处理检测到的异常信号, 以便给出明确的维护指示, 包括故障位置、故障名称、设备状态以及维护建议等都应是提供给用户的诊断结果。先进的人工智能和信号处理技术对状态监测特别重要。因此, 现代的状态监测也叫智能状态监测 (ICM) , 具有快速计算、智能分析以及低成本的特征。
2 无线通信技术及其在设备状态监测中的应用
2.1 无线通信技术的发展过程
20世纪初无线通信技术进入快速发展时期。由于硬件技术的快速发展, 20世纪下半叶, 无线通信技术已经有了质的飞跃。一些具有强大功能的电子元器件陆续出现。在技术的助推下, 大致经历了三代移动通信标准。一是以英国TACS和美国AMPS和北欧NMT450/900等模拟FDMA技术为代表, 主要基于模拟信号处理, 已经被淘汰。二是以CDMA和GSM为代表的无线通信网络技术, 推动全球移动通信业向网络化、数字化和智能化的方向发展。三是基于扩频通信主要提供优秀的语音传输和数据传输业务的3G技术。移动通信技术基本上用于民用。由于射频芯片工艺制作技术、高性能电池以及低功耗数字电路的广泛使用, 移动通信技术近年来面向设备间短距离、低速率信息传输的工业无线通信技术得到了快速发展。数字通信技术和数字调制技术使无线通信设备向更加可靠、更加灵巧、更加经济的方向发展。由于无线信道存在着各种衰落特性, 在无线通信中采用了扩频技术、信道编码技术、信道均衡技术和分集接收技术。
2.2 影响远程无线监测系统设计的因素
影响远程无线监测系统设计的因素主要包括电磁波的衰减和天线的发射功率增益两个因素。阴影衰落、路径损耗和多径衰落是电磁波在传播过程中的三种衰减方式。信号传播路径受到无线信道环境中的各种障碍物阻挡形成的电磁场阴影效应就是阴影衰落, 它使信号达不到其所要覆盖范围的边缘地带。为此, 需要增加一些额外的信号功率, 提高信号强度。电磁波在自由空间中直线传播时与距离的二次方成反比的损耗就是路径损耗。电磁波在从一个波源向周围同等程度地辐射时, 所有的能量都将通过以波源为球心的球体表面, 同时随着距离的增加, 波源的能量也将逐渐扩散。损耗能与距离的平方成反比, 也即Pr=c2Pt/ (4πfd) 2。多径衰落是指电磁波传输到接收设备时, 振幅发生了变化。由于它会产生非常高的误比特率, 能够考虑使用定向天线技术、分集技术以及差错控制码技术等。
2.3 无线通信技术的应用
无线通信技术主要包括红外技术、蓝牙技术、Wi-Fi技术、超宽带技术 (UWB) 以及ZigBee技术。红外技术的发射以及接收都有方向性, 其抗干扰性差, 发射角度小, 是一种常用的短距离视距传输技术, 只限于两台设备之间进行通信, 不能灵活构成网络, 不适合用在设备状态无线监测系统中。蓝牙技术是一种近距离无线连接的全球性开放规范, 有很高的带宽, 可以全方位传送, 比较适合面向网络中大容量数据传输的设备和多媒体设备。广泛应用于无线键盘、无线耳机和手机通信领域。只是它传输距离短, 抗干扰能力不强, 芯片价格也比较贵。Wi-Fi的覆盖范围很广, 通信距离能达到305 m, 主要用于远程监测控制, 传输速度较快, 但通信质量不高, 兼容性较好。但它的信息传输量较小, 标准复杂, 成本比较高, 带宽也较低, 用在工业监测领域有许多弊端。UWB主要应用在短距离高速传送大量多媒体数据的雷达和图像系统。其具有高带宽、低功耗、低复杂度的特点。由于其在安全、干扰等方面存在一些没有解决的问题, 不适合安全和抗干扰能力强的无线状态监测系统。ZigBee和Wi-Fi都适用于无线传感器网络。基于ZigBee技术的无线传感器网络是目前在工业自动化无线监测领域中使用最多的无线组网方式, 能够有效扩展通信距离。传输方式包括树状、星型或网状拓扑结构的传输方式。每个传感器节点通过一定的采样频率, 以周期性的方式, 把采集到的振动数据传送到监测计算机进行分析及处理要求。具有系统简单可靠、组网灵活等特点。在工业无线监测领域, 符合设备之间通信距离较短;设备成本低, 需要传输的数据量较小;要求数据传输的可靠性和安全性高;设备功耗低, 无法频繁更换电池;复杂或危险区域, 监测点多, 网络容量大等条件时, 就可以采用ZigBee无线通信技术作为传输协议。Wi-Fi一般用在无线局域网中。ZigBee技术更适合用在设备状态无线远程监测系统中。
2.4 ZigBee技术的特点和协议架构
2.4.1 ZigBee技术的特点
(1) 低功耗。两节5号电池可以工作6个月至两年。
(2) 近距离。传输范围一般在10～100 m之间, 在增加RF发射功率的情况下, 相邻节点的距离可以达到1～3 km, 再通过路由器间的通信接力, 可以传输更远。
(3) 低速率。在20～250 KB/s之间。
(4) 低成本。
(5) 通信可靠。
(6) 数据安全。
(7) 网络容量大。
(8) 网络的自组织和自愈能力强。
2.4.2 ZigBee技术的协议架构
由网络层、应用层、物理层和数据链路层组成。网络层建立在MAC层之上, 包括了数据服务NLDE和管理服务NLME两个服务实体。网络层的帧结构由网络层帧头和有效载荷组成。应用层主要由ZDO、应用支持层APS以及用户定义的应用对象组成, 负责提供应用框架模型。物理层的帧结构由物理层帧头、同步包头以及物理层载荷组成。数据链路层包括逻辑链路控制层 (LLC) 和媒体接入控制层 (MAC) 。MAC的帧结构由帧头、帧尾以及载荷三部分组成。
2.5 PTR2000无线传输数据方式
为了减少数据传输中的干扰, 通常利用PTR2000无线传输数据方式对设备的状态进行监控。在软件上采用Lab-Windows/CVI强大的数据分析和处理功能, 实现了对采集数据的实时接收和各种数据中特征值的快速处理, 成本也不高。设备状态监测系统主要包括两个方面 (见图1) :一是上位机 (数据处理端) , 包括电平转化模块、数据接收模块, 以工控机为控制核心。二是下位机 (数据采集端) , 主要包括信号调理电路、传感器、数据发射模块, 以单片机为控制核心。
在系统组成中, 温度传感器采用高精度PT100铂热电阻。温度变送器选用XMTD-D81新型全智能化数字显示调节仪。选用PTR2000接收发射合一的无线传输模块。在设备的振动检测上选用palacetekVS101电子振动变送器。系统采用的单片机是Atmega16, 具有1 MIPS/MHz (百万条指令每秒/兆赫兹) 的高速处理能力和A/D转换功能。
参考文献
[1]周严.测控系统电子技术[M].北京:科学出版社, 2007.
[2]王建新, 杨世凤.远程监控系统的发展现状和趋势[J].国外电子测量技术, 2005 (4) :906-911.
[3]张在琛, 余旭涛, 毕光国.无线传感器网络的研究与实现[J].中国矿业大学学报, 2007, 36 (5) :625-626.
[4]李文仲, 段朝玉.ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.
[5]周明发.蓝牙与Ad Hoc移动网络技术在新型数控系统中的应用[D].合肥:合肥工业大学, 2006.
[6]李刚, 张志宏.蜜蜂的舞蹈:ZigBee的无线网络技术和应用[J].电子产品世界, 2006 (02S) :84-87.
[7]李善仓, 张克旺.无线传感器网络原理与应用[M].北京:机械工业出版社, 2008.
[8]瞿雷, 刘盛德, 胡咸斌.ZigBee技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.
《现代通信技术与教育》学习总结 篇5
信息技术是当今世界经济社会发展的重要驱动力，通信与网络已渗入到社会生活的方方面面。作为一名教育技术专业的学生，更多的了解与掌握通信及其网络新技术是很有必要的，这学期通过学习《现代通信技术与教育》这门课，我收获颇多。通过这学期的学习，根据老师在课上的耐心讲解和自己在课下认真复习讲义，掌握了很多以前没有接触到的知识，印象比较深刻的主要有以下内容。
首先，我深入的认识到了什么是信息。关于信息的定义，通信领域信息的定义——信息就是能够用来消除不定性的东西。信息与消息的区别——信息是消息的内核，消息是信息的外壳。信息与信号的关系——信号是信息的载体,信息则是这个载体所携带的内容。信息的基本特征主要有：
（1）可量度性
信息可采用基本的二进制度量单位(比特)进行度量。一个二进制的“l”或者一个二进制的“0”所含的信息量是1比特(bit)。
（2）可识别性
自然信息（自然界存在的信息：动物、植物等运动的状态和方式）——可采取直观识别、比较识别和间接识别等多种方式来把握，听、看、触觉感知等。
社会信息（将自然信息用语言、文字、图表和图像等表达出来）——综合识别
（3）可转换性
信息可以从一种形态转换为另一种形态。自然信息可转换为语言、文字、图表和图像等社会信息形态。社会信息和自然信息都可转换为由电磁波为载体的电报、电话、电视或数据等信号。
（4）可存储性
（5）可处理性
（6）可传递性
信息传递方式——语言、表情、动作、报刊、书籍、广播、电视、电话等。
（7）可再生性
信息经过处理后,可以其他形式再生。如自然信息经过人工处理后,可用语言或图形等方式再生成信息,输入计算机的各种数据文字等信息,可用显示、打印、绘图等方式再生成信息。
（8）可压缩性
（9）可利用性。
信息的实效性或可利用性只对特定的接收者才能显示出来,如有关农作物生长的信息,只对农民有效,对工人则效用甚微。而且,对于不同的接收者,信息的可利用度也不同。
（10）可共享性
信息具有不守恒性,即它具有扩散性。在信息的传递中,对信息的持有者来说,并没有任何损失。这就导致了信息的一个重要特性——可共享性。
关于信息技术的定义主要有以下几种理解。信息技术是能够扩展人的信息器官功能的一类技术。信息技术是指能够完成信息的获取、传递、加工、再生和施用等功能的一类技术。
信息技术是指感测、通信、计算机和智能以及控制等技术的整体。这些定义是等效的。第一个定义是最基本的,第二、三个定义则比较具体、直观。
信息技术的四项基本内容主要包括：(1)感测技术——感觉器官功能的延长，它使人们能更好地从外部世界获得各种有用的信息。包括传感技术、测量技术、遥测技术等。(2)通信技术——传导神经网络功能的延长。它的作用是传递、交换和分配信息,消除或克服空间上的限制,使人们能更有效地利用信息资源。(3)计算机和智能技术——思维器官功能的延长，使人们能更好地加工和再生信息。(4)控制技术——效应器官功能的延长，其作用是根据输入的指令对外部事物的运动状态实施干预,即信息施效。
信息技术的体系包括四个基本层次:主体技术层次——就是它的四基元,即感测技术、通信技术、计算机与智能技术和控制技术。应用技术层次——是针对种种实用目的,由四基元繁衍出来的。支撑技术层次——是机械技术、电子与微电子技术、激光技术和生物技术。基础技术层次——新材料技术和新能量技术。
现代信息技术是指20世纪中叶到现在的技术，主要包括：计算机技术----现代信息技术的核心，1946年，诞生了世界上第一台电子计算机。计算机与通信的结合------现代信息技术的革命，20世纪60年代以后,新型电子计算机出现,通信技术与计算机技术迅速结合,极大地提高了人类信
息传递、储存的质量和速度,而且实现了信息的传递、储存、加工处理以及利用的一体化和自动化。信息高速公路，信息高速公路作为高速信息电子网络,是一个能给用户随时提供大量信息的、由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品等组成的完备网络。
在教育中应用的主要信息技术：计算机多媒体技术、通信技术与计算机网络技术。信息技术在教育中应用的特点有教材多媒化、资源全球化、教学个性化、学习自主化、活动合作化、管理自动化、环境虚拟化。下面是信息技术在教育领域中的应用的案例：计算机技术在教育中的应用，例如利用计算机软件技术等制作多媒体教学光盘，可以为学生提供丰富的教学资源。通信技术在教育中的应用，如远程卫星方式授课、ATM宽带网络方式授课。计算机网络技术在教育中的应用，如互连网实时授课及交互答疑。计算机和智能技术等在教育中的应用，例如，多媒体的网络环境,可以在学习过程的交互性方面比传统的教学有很大的不同,它可以使学生与计算机之间进行积极而频繁的信息交换，而且能够得到及时的反馈。
上面是这门课的一些基础知识。在这门课的学习过程中，比较有挑战性的是第三章的内容，这一章主要讲授了以下内容：通信技术基础知识、PDH与SDH、电话网、数据通信网、接入网技术以及现代通信技术在远程教育中的应用。其中，印象比较深刻的是数据通信网部分的内容。
数据通信网指的是以传输数据业务为主的通信网称为数据通信网，它是一个由分布在各地的数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路所构成的网络，在网络协议(软件)的支持下实现数据终端间的数据传输和交换。数据通信网的硬件构成包括数据终端设备、数据交换设备及传输链路。
数据终端设备的主要功能是向网络(向传输链路)输出数据和从网络中接收数据，并具有一定的数据处理和数据传输控制功能，包括计算机和一般数据终端。数据交换设备的基本功能是完成对接入交换节点的数据传输链路的汇集、转接接续和分配。数据交换的方式是存储-转发交换方式。主要分为分组交换方式、帧中继、ATM 交换，这些交换方式统称为包的交换。数据传输链路是数据信号的传输通道，包括用户终端的入网路段(即数据终端到交换机的链路)、交换机之间的传输链路。传输链路上数据信号传输方式：基带传输——未经调制变换的基带数据信号直接在电缆信道上传输；频带传输——通过调制将基带数据信号的频带搬移到话音频带上再传输；数字数据传输——利用 PCM 信道传输数据信号。
分组交换属于存储-转发交换方式，当用户的分组到达交换机时，先将分组存储在交换机的存储器中，当所需要的输出电路有空闲时，再将该分组发向接收交换机或用户终端。来自不同终端的不同分组可以去往分组交换机的同一出线，这就需要分组在交换机中排队等待。分组交换最基本的思想就是实现通信资源的共享，具体采用统计时分复用（STDM）。时分复用（TDM）——各路信号都是按一定时间间隔周期性地出现，可根据时间或靠位置识别每一路信号。统计时分复用（STDM）——各路信号不是按一定时间间隔周期性地出现，动态地分配带宽，要根据标志识别每一路信号。分组交换机具备的功能：转接和接续、路由选择、差错控制、流量控制、变码和变速等。
分组的传输方式主要有以下两种。
（1）数据报方式
数据报方式是分组交换机为每一个数据分组独立地寻找路径，同一终端送出的不同分组（分组型终端送出的不同分组或一般终端送出的一份报文拆成的不同分组）可以沿着不同的路径到达终点。在网络终点，分组的顺序可能不同于发端，需要重新排序。
（2）虚电路方式
虚电路方式是两个用户终端设备在开始互相传输数据之前必须通过网络建立一条逻辑
上的连接（称为虚电路），一旦这种连接建立以后，用户发送的数据（以分组为单位）将通 过该路径按顺序通过网络传送到达终点。当通信完成之后用户发出拆链请求，网络清除连接。虚电路有两种：交换虚电路（SVC）、永久虚电路（PVC）。
帧中继(Frame Relay-FR)技术是分组交换的升级技术，它是在 OSI 第二层上用筒化的方法传送和交换数据单元的一种技术。帧中继交换机仅完成 OSI 物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错控制等留给终端去完成，大大简化了节点机之间的协议，缩短了传输时延，提高了传输效率。帧中继发展的必要条件：光纤传输线路的使用、用户终端的智能化。
所谓帧中继技术的功能也就是帧中继技术的几个重要方面，包括：
（1）帧中继技术主要用于传递数据业务。
（2）帧中继交换节点取消了 X.25 的第三层功能，只采用物理层和链路层的两级结构，在链路层也仅保留了核心子集部分。帧中继节点在链路层完成统计复用、错误检测，但不提供发现错误后的重传操作(检测出错误帧，便将其丢弃)，省去了流量控制等功能。
（3）帧中继传送数据信息所使用的传输链路是逻辑连接，而不是物理连接，在一个物理连接
上可以复用多个逻辑连接。帧中继采用统计复用，动态分配带宽。
（4）提供一套合理的带宽管理和防止阻塞的机制，用户有效地利用预先约定的带宽，并且还允许用户的突发数据占用未预定的带宽，以提高整个网络资源的利用率。
（5）与分组交换一样，FR 采用面向连接的虚电路交换技术，可以提供 SVC（交换虚电路）业务和 PVC（永久虚电路）业务。目前世界上已建成的帧中继网络大多只提供永久虚电路（PVC）业务，对交换虚电路（SVC）业务的研究正在进行之中，将来可以提供 SVC 业务。
帧中继的特点有高效性、经济性、可靠性、灵活性。帧中继网根据网络的运营、管理和地理区域等因素分为三层：国家骨干网——由各省省会城市、直辖市的节点组成，包括完全网状网和不完全网状网；省内网——由设置在省内地市节点组成，采用不完全网状网；本地网——由本地的节点组成，采用不完全网状网。
数字数据网（DDN）是利用数字信道来传输数据信号的数据传输网（即利用 PCM 信道传输数据信号）。更确切地讲，DDN 是以满足开放系统互连（OSI）数据通信环境为基本需要，采用数字交叉连接技术和数字传输系统，以提供高速数据传输业务的数字数据传输网。DDN不包括交换功能，只能采用数字交叉连接与复用装置。DDN有专用数字信道。
DDN 有以下特点传输速率高，网络时延小、传输质量好、传输距离远、传输安全可靠、透明传输、DDN 的网络运行管理简便。DDN可以用于向用户提供专用的数字数据信道，为公用数据交换网提供交换节点间的数据传输信道，提供将用户接入公用数据交换网的接入信道，进行局域网的互连。
ATM是 B-ISDN 的信息传递方式，也叫转移模式，在这一模式中信息被组织成固定长度信元，来自某用户一段信息的各个信元并不需要周期性地出现，从这个意义上来看，这种转移模式是异步的(统计时分复用也叫异步时分复用)。ATM主要有以下特点：（1）ATM 以面向连接的方式工作，ATM 网与分组交换网类似，在通信之前首先要建立虚电路。（2）ATM 采用统计时分复用。（3）ATM 网中没有逐段链路的差错控制和流量控制，为了简化网络的控制，ATM 将差错控制和流量控制都交给终端完成。（4）信头的功能被简化，由于不需要逐段链路的差错控制、流量控制等，ATM 信元的信头功能十分简单，主要是标志虚电路和信头本身的差错校验，另外还有一些维护功能。所以信头处理速度很快，处理时延很小。（5）ATM 采用固定长度的信元，信息段的长度较小。公用 UNI 处一般也使用光纤作为传输媒体。专用 UNI 处则既可以使用屏蔽双绞线 STP 或非屏蔽双绞线 UTP(近距离时)，也可以使用同轴电缆或光纤连接(远距离时)。ATM 交换机之间信元的传输方式有三种：基于信元(cell)——ATM 交换机之间直接传输 ATM 信元；基于 SDH——利用 SDH 的帧结构来传送 ATM 信元，目前 ATM 网主要采用这种传输方式；基于 PDH——利用 PDH 的帧结构来传送 ATM 信元。
以上是第三章当中感觉比较难学的部分，学习过程中收获最大的是第四章计算机网络技术与教育部分所讲述的内容。
将若干台具有独立功能的计算机通过通信设备及传输媒体互连起来，在通信软件的支持下，实现计算机资源的共享和计算机间信息传输与交换的系统，称之为计算机网络。
计算机网络的分类，按网络的作用范围进行分类：局域网 LAN——作用范围通常为 1～10km，城域网 MAN——作用范围约为 5～50km，广域网 WAN——作用范围通常为几十到几千 km。IP 网——覆盖全球。按网络拓扑结构进行分类：集中式网络——星形网，分散式网络——星形网与格状网的混合，分布式网络——格状网。从网络的所有权性质进行分类：公用网——是国家的电信部门建造的、公用的网络，专用网——是某个部门为本系统的特殊业务工作的需要而建造的网络。
以上只是这一章的基础内容，重点部分是IP网的体系结构、局域网技术、宽带IP城域网、路由器及路由选择协议、下一代 IP技术——IPv6。这部分详细介绍了跟计算机网络有关的各项技术，为以后在学习和工作中的应用奠定了基础。
浅谈电力通信网中的通信监测技术 篇6
1 当前电力通信网建设现状
1.1 网络结构不合理。
目前虽然我国大都数地区都已经实现了电力通信网覆盖, 为全国电网的智能化发展和全面管理做出巨大贡献。但是受技术等因素的限制, 目前电力通信网的结构设计还不够合理, 多采用树型或星型, 这样的拓扑结构在正常运行时可用实现有效连接和通信, 而一旦某个干线出现问题时, 却很有可能导致整条干线都无法正常工作, 甚至会对整个电力通信网造成很大影响。
1.2 容量还需进一步扩大。
电力通信传输网主要是由干线传输网和本地传输网组成, 而干线传输网根据等级不同可以分为国家干线与省级干线, 所承载的传输信息量较大, 但是当前电力通信网的容量还相对较小, 并不能满足各级传输网信息传输需要, 甚至一些早期修建的主干线已经接近甚至超过容量极限, 给电力通信网的应用带来很大的局限。
1.3 传输模式较为落后。
目前的电力通信技术得到了快速发展, 很多电力通信网都需要进行大范围的升级与改进, 以适应新技术和新业务的发展需要。但是部分电力企业为了降低成本, 并没有按照要求对电力通信网进行大幅变革, 只是对其中一小部分进行了局部调整, 这样使得整个电力通信网的传输模式都非常落后。
1.4 管理不严谨, 地域发展不均衡。
目前很多电力企业对电力通信网的管理都不够规范严谨, 甚至对于信号接口的参数要求也不一致, 已经无法适应多样化的接口管理需要, 必须尽快建立一套完整全面的电力通信网网络管理体系。另外, 受各地的经济水平限制, 不同地区的电力通信网建设水平并不一致, 发达地区的电网调度已经基本实现先进化和现代化, 而经济较为落后的地区甚至连电话调度都无法得到保证, 地域发展极为不均衡, 给电力同通信网的应用带来很大不便。
2 通信监测技术在电力通信网中的应用
由上述分析我们可以了解到, 目前电力通信网的建设中还存在很多的问题, 这就决定了在实际的运行中, 可能出现各种各样的电力通信漏洞或故障。因此必须要对电力通信网进行全面监测, 以便尽早发现存在于系统中的问题, 以及时解决, 以此来完善电力通信网络系统。建立一定的通信监测系统, 可以通过对电力通信网的配置、性能和故障进行监测管理, 来保证电力通信网的可靠稳定运行。其中通信监测技术包括硬件系统和软件系统两部分。
2.1 硬件系统。
监控系统在结构上采用星形拓扑的形式, 综合计算机网络技术, 主要由两大部分组成:中心站和外围站。监控系统的硬件架构采用千兆高速以太网, 主要由数据采集器、数据库服务器、监控工作站以及其他功能不同的一些外设组成。变电站的通信机房负责进行数据采集, 将采集到的各种数据反馈到该地区的中心站, 各个分站传输过来的数据都在这里进行处理, 并对各种通信设备的告警做出响应。
位于中心机房的监控服务器对系统数据进行储存, 系统模式为客户/服务器, 软件系统之间的传输通过TCP/IP协议来完成。监控工作站采用图形化操作系统具有设备报警功能, 设置在调度值班室, 从而方便调度员进行检测和相关的操作。系统与互连网相连, 方便进行信息发布以及对事故进行申告。为了保证系统免受来自互联网的威胁, 应该设置防火墙。数据采集及传输部分和前置机网关实现对非智能设备及通信辅助设备的实时数据采集。
2.2 软件系统
2.2.1 实时数据库和管理数据库。
实时数据库负责系统在线实时数据的处理, 管理数据库负责对设备的历史数据和非实时数据等离线数据进行处理, 实现通信网信息管理功能。
2.2.2 三大应用平台。
通过调度应用平台、图形数据平台和运行管理平台实现系统运行监视、设备操作、矢量图形、数据查询。应用软件实现的功能有:a.通过一台终端, 实时地集中采集通信设备和电路的运行状况和设备性能指标参数, 及时发现故障并处理, 以确保通信电力的正常运行;b.采用逐层点击、双击文本告警、自动推图、语音提示可以在短时间内捕捉信息大大减少了定位网络故障的所需的时间, 提高了劳动效率和通信网管理水平;c.根据采集的信息, 系统会自动分析故障原因, 判断故障的位置, 确定故障对网络产生的影响程度, 时排除故障, 确保网络畅通。
2.3 通信监测技术的应用
2.3.1 图像监控功能。
监控中心的调度人员可以根据实际的需要对变电站的任何一台摄像机的进行操作, 进行录像。也可以让摄像机按照固定的时间进行摄像, 如以每天或者一个周作为一个周期进行录像, 且具有回放以及查询的功能。
2.3.2 控制功能。
监控中心的操作人员可以对变电站的相关设备实现远程操作, 比如, 发现有不法分子进入或者偷盗行为时, 可以实现远程报警, 同时打开现场的照明设备和录像设备进行摄像。
2.3.3 报警功能。
具有视频丢失和视频运动报警功能, 当站端由于摄像机损坏、被窃或断线等情况引起视频信号丢失应进行报警。对于设定的视频报警区域, 当有运动目标进入或图像发生变化时应进行报警。远程变电所发生报警时, 当地主机将在1s内响应, 监控中心主机能在5s内自动弹出报警信息窗口, 显示报警点的具体位置, 报警类型, 自动将画面切换到告警地点, 并启动录像设备对现场进行录像, 便于事故处理与分析。
结束语
综上所述, 在电网自动化的发展进程中, 电力通信网是其中不可缺少的组成部分, 并且对电网的实时调度有着直接的影响作用。若电力通信网建设中存在的问题不能得到及时的解决, 就会给电力事业的现代化发展造成很大阻碍。因此加大通信监测技术的应用, 做好系统监测工作, 并及时找出漏洞和缺陷及时改进, 以进一步的完善电力通信网系统, 促进电力事业的发展。
摘要：目前通信技术已经被广泛应用在电力行业领域中, 电力企业也已经建立了相应的电力通信网, 为电力系统的自动化和智能化发展提供了重要的技术支持。在电力通信网的建设和应用中, 通信检测技术是其中非常关键的技术, 起到了监督作用。现本文就通过分析当前我国电力通信网建设中存在的问题, 从硬件结构和软件结构两方面来探讨通信检测技术的具体应用, 以供参考。
关键词：电力通信网,信息技术,通信检测技术,应用
参考文献
[1]李凡思.电力通信监测技术应用探索[J].China's Foreign Trade, 2012 (10) .
[2]钟佰维.电力通信网中通信监测技术应用探索[J].科技传播, 2011 (19) .
通信监测技术与通信网 篇7
近年来,随着在线监测技术的发展,越来越多的变电设备在线监测系统投入运行,对于及时掌握变电站关键设备的运行状态,提高设备安全运行水平起到了积极作用。但是,目前大量在线监测系统(及其装置)的投运也对在线监测数据的处理、传输提出了更高要求。以广西电网变压器油中溶解气体监测系统为例,目前该系统已接入260余套在线监测装置,这些装置分属于8个厂家的10余种型号。由于所采用的通信规约、数据接口及实现的功能各不相同,造成信息分散、系统结构复杂等局面,增加了运维管理的难度,导致难以充分利用监测数据对设备运行及状态检修进行有效的指导。
目前,对变电站监测系统的开发已从最初的分散式发展到集中式,随着分层分布式技术、总线技术和Web技术的广泛应用,整个系统的研发正朝着多层应用体系的方向发展[1]。因此,在现有工作基础上,对变电设备状态监测工作进行统一化、标准化建设,研究满足变电站在监测数据传输功能需求的通信技术势在必行。文中尝试采用嵌入式计算机技术、广域分布的通信技术、数据交互集成技术,在遵循和扩展IEC61850国际标准通信规范的基础上,根据500 k V玉林变电站的各在线监测单元建设应用情况,研究适用于变电站层至省网层的在线监测数据通信技术。
1 系统总体设计
按照省级部署多级应用的分布式网络架构,构建面向广西电网的多维度、集约化变电设备状态预警与诊断系统。采用多系统数据汇集技术,归集广域分布的各类型在线监测数据,并按开放性的数据通信格式规范转发至省网层数据中心。各地用户通过Web方式,应用广西电网变电设备综合状态在线监测与评估平台(以下简称主站平台),对各变电设备状态进行远程集中监测预警与诊断分析。广西电网变电设备在线监测数据交换网络内,通过防火墙、入侵预防系统(Intrusion-Prevention System,IPS)、上网行为控制等安全设备与互联网隔离。在线监测数据交换网络结构如图1所示。
为实现变电站在线监测数据传输至省网层,需要在变电站部署在线监测综合数据处理单元(以下简称综合处理单元),实现多系统数据汇集和多特征参量融合,同时,确保在主站平台与综合处理单元间的通信格式规范、开放性好、通信运行可靠。
综合处理单元是以被监测设备为对象,接收与被监测设备相关的在线监测单元发送的数据,并对数据进行加工处理,实现与上级主站平台进行标准化数据通信的装置。综合处理单元与主站平台基于标准化接口进行互联,其通信功能设计完全符合《智能高压设备通信技术规范》要求,遵循IEC61850国际标准,建立开放性的数据通信格式规范;对变电站内在线监测数据和运行状态数据等信息进行统一的交互集成建模,灵活适应智能电网传感器技术和状态监测业务的发展变化需要;支持IEC61850规范的各种通信服务,包括多媒体短信服务协议(Multimedia Messaging Service,MMS)(报告、控制、取代、定值、日志)、面向通用对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substation Event,GOOSE)、采样值(Sampled Value,SV)等服务。
主站平台设置于广西电网电气设备监测预警中心,可实现对广域分布的各站端监测数据的分析处理和集中展示。其数据交换模块具有计算机网络各节点之间的信息传输、数据共享和分布式处理等功能,可以从外部系统(包括数据中心)获取数据。
综合处理单元和主站平台通信需要完成的基本任务是,由综合处理单元通过网络方式连接变电站内各类在线监测单元,收集在线监测的处理数据,生成标准的IEC61850数据交互集成模型,并以IEC61850MMS方式接入主站系统,以达到适应智能化变电站数据传输的功能需求,为解决省级电网内大量不同监测类型及通信规约下的数据传输难题起到推动作用。一个包含基本功能的通信网络结构如图2所示。
为了满足智能化变电站的数据类型和传输能力,综合处理单元需要具备高稳定性。硬件方面,由于综合处理单元需要接入的在线监测单元类型较多,传输数据量较大,且既要采集现场数据,又要上传主站平台,因此选择2路千兆以太网接口和可扩展的8路带光电隔离的RS485串口。软件配置上,作为长期在线运行的系统软件,需优先选择稳定性高、响应速度块的系统。
为此,文中针对各类监测数据、时间在叠加过程中的高精度要求,分析采用IEC61850-9-2点对点方式的必要性和难点,提出了一种实现点对点采样值传输的方法。与IEC61850-9-1相比,IEC61850-9-2的传送数据内容和数目均可配置、更加灵活、数据共享更方便[2]。如嵌入式Linux实时操作系统。系统对现场数据的响应包含历史数据和实时数据2类。历史数据的处理响应时间应不高于1 s,存储逻辑节点不少于200个,每个逻辑节点包含10组数据,最小存储周期为5 min,存储期限不低于1年。而实时数据处理的响应时间不高于0.1 s,全站所有在线监测单元的采集和处理时间总和不超过5 min。
2 开放性的通信格式规范
随着电力信息与通信技术的发展以及远程集中监测的客观要求,今后省级在线监测中心平台应具备开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。在现有的变电站自动化系统中,不同厂家所采用的通信协议不统一,很多厂家采用其内部协议,给站内局域网通信的开放性造成影响,增加了通信协议的转换工作,严重时还会造成通信不可靠[3]。为解决该问题,应在采用行业内通信标准(IEC61850,DL/T860,TCP/IP等)的基础上制定开放性的通信格式规范,以适应监测数据通信的现行需要和发展趋势。
为了适应IEC61850协议的规定,综合处理单元首先需遵循DL/T860协议,同时为了兼顾其他业务类型需求,还需支持Web Service,I2以及104等通信规约。其中,Web Service协议能够支持异构系统互连,I2协议是国家电网公司推荐的在线监测数据访问接口协议,而104协议则是传统的电力监测系统常用的通信规约。
综合处理单元的基本功能是通过网络收集各在线监测系统的监测数据,因此,至少应具备6路接入信号的处理能力,同时还需要支持IPv4和IPv6这2种格式的地址分配和转换处理能力。同理,对于数据上行的主站平台,需要标记主机和备用机的IP地址,通过这种方式对接入的主站系统进行识别和限制。
接入综合处理单元的在线监测类型主要包括变压器油色谱监测、断路器机械特性监测、变压局部放电监测、GIS局部放电监测、开关柜局部放电监测等,这些系统的录波数据参考了电力行业内采用的《基于DL/T860标准的变电设备在线监测装置应用规范》的相应定义,因此,录波数据的传输也采用DL/T860规约文件服务。在上述各系统中,数据文件采用国际电工协会推荐的国际标准编码,采用XML配置文件的COMTRADE格式实现。当综合处理单元与主站通信由于某种原因中断,恢复通信时应自动进行最近一次断开时间段的历史数据召唤,并统计所有断开时间的信息丢失情况。为了满足现场维护和信息验证的需要,综合处理单元还需要提供本地以及远程方式实现手动召唤,提取检测设备任意时段的历史数据。
对变电设备状态特征参量信息进行综合分析,如变压器局部放电、套管电容、断路器开断电流等,需要利用复杂分析算法(傅里叶分析、小波分析等),综合处理单元与主站平台通信的实时处理能力、各层次(或各设备)间的时间同步精度非常重要。因此,综合处理单元和主站系统采用简单网络时间协议(Simple Network Time Protocol,SNTP)实现时间同步,其中,主站时钟作为标准时钟源,综合处理单元定时校准标准时钟,并且需要对每个在线监测系统设置可调整的对时周期。一般情况下,默认对时间隔为1 h,也可设置为1 min~24 h之间。
3 数据交互集成模型构建
针对需要实现在线监测数据通信标准化、统一化的集成架构问题[4,5],将各站端综合处理单元数据统一接入主站平台,可满足在线监测一体化信息集成的发展需求[6],在此基础上实现面向广域分布的设备状态预警与诊断。对于分析判断所需的设备状态数据,统一由变电站在线监测综合处理单元与站内各监测单元进行数据交互,实现各类数据资源的有效整合和共享,进而上传至主站平台。因此需要构建数据交互集成模型,其关键技术如下[7]:
1)将符合IEC61850标准和非IEC61850标准的状态监测装置接入,并按IEC61850标准统一建模;
2)基于IEC61850或透明转发方式将数据传输到中心级设备状态监测平台,支持监测装置的远程维护;
3)提供符合IEC61850标准的访问接口服务和Web接口,与变电站在线监测综合处理单元数据服务器进行交互。
为有效满足上述要求,综合处理单元与主站平台通信的数据交互集成模型,采用面向监测对象的建模技术,定义了基于客户机/服务器结构的数据模型,该模型分为系统配置、逻辑节点模型和服务类型3部分。具体内容如下。
3.1 系统配置
系统配置流程符合《DL/T860系列标准工程实施技术规范》,且包含以下细节:(1)按照工程远景规模配置数据对象实例(Instantiated Data Object,IDO),智能设备的功能描述文件(IED Capability Description,ICD)中应包含中文参数描述和基于字符串描述的属性;(2)将全站配置描述文件(Substation Confi guration Description,SCD)自动生成的实例描述文件(Confi gured IED Description,CID)下载到控制设备中;(3)ICD文件需要包含模型自描述信息,如版本修改信息、明确描述修改时间、修改版本号等内容。
3.2 逻辑节点定义
逻辑节点类型定义直接关系到综合处理单元对站内各在线监测单元的数据整合。每个综合处理单元自身配置2个基本的逻辑节点,分别是实现信息交互的管理类逻辑节点和描述本单元物理特性的物理类逻辑节点。以500 k V玉林变电站监测系统为例,综合处理单元分别接入各主变压器、断路器等多个在线监测单元,需分别配置不同类型的检测节点和控制节点。数据交互集成模型的逻辑节点定义见表1所列。
3.3 功能性服务
综合处理单元对外通信的交流方式包括连接、异常中断和释放3种,以完成不同的任务需求。与客户端建立连接的数量不低于16个,且通信意外中断的检出时间不超过1 min;同理,客户端检测服务器是否正常运行的时间也不超过1 min。因此,各客户端数据通信按照既定的系统配置。虽然系统配置流程、逻辑节点模型可实现通信数据格式的规范化,但为了确保在线监测数据通信质量的可靠性,还需完善功能性服务。
1)数据读取服务按照索引式结构组织,其中,可读取的目录包括服务器目录、逻辑设备目录、逻辑节点目录、数据目录4种。对目录下的内容进行的参数设置包括数据设置、数据集设置、数据目录设置3种。对数据的操作包括读取数值、读取数据集值和读取数据定义3种。以上各种读取服务中,一般基于各操作对象有相应的几种服务。但是,读目录、读数据定义和读数据值3种服务要求必须每个数据和控制模块都能够支持。相反,设置数据值操作只允许对可操作数据(如控制模块、遥控、修改定值、取代数据等)进行。
2)通过报告指令实现综合处理单元向主站平台产生报告服务,涉及到的功能模块包括读缓存报告控制模块、设置缓存报告控制模块、读非缓存报告控制模块以及设置非缓存报告控制模块。报告服务的数据集成在ICD文件中,可以通过SCD文件进行增减,因此不要求数据集动态创建和修改。由于报告服务是为了客户端的阅读,为了满足客户端不同的实时需求,报告服务支持客户端在线设置报告服务参数。
3)文件服务包括读取文件和读取文件属性2种类型。文件服务的参数设置按照DL/T860.81中的规定执行。根据用户端的需求,文件服务的文件名不能为空,文件正文的数据类型为8位位组串。另外,为了不产生冲突,某个客户端读取文件目录时,不可以使用全部选择的“*.*”读取参数。
4)日志服务的功能是传输在线监测历史信息,主要存储各子智能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)的历史运行状况和报警、维护等信息。为了保证数据的一致性,单个服务中最多只能有一个日志控制块,而日志实体存储介质采用关系型数据库。
5)远程自检服务功能要求可以进行单点控制,检测项目包括传感器接线状态、IED与综合处理单元连接状态、现场总线连接状态和IED系统运行状态等内容。检测可自动或手动实现,每2 h从综合处理单元开始启动。
在数据交互集成模型设计及通信规范应用研究的基础上,编制完善了适用于省级电网内在线监测通信技术方面的规范,如《变电设备在线监测数据传输规约》、《变电设备在线监测图谱数据格式规范》,将为规范监测通信技术奠定基础。
4 结语
文中阐述的变电站在线监测综合处理单元与主站平台通信技术,依据监测技术现况及发展趋势的要求,结合国际标准的通信规范设计。所研发的数据交互集成模型,规范了各功能块与具体结构,可归集融合各监测类型数据,同时确保不同监测类型与设备间具有互换性,使监测系统结构具备高度分散性及灵活性的优点。监测装置与主站平台的数据通信格式规范,虽然依国际标准制定,兼具开放性,但由于监测通信的发展没有经过统一标准的制约,造成了目前各地区、各单位通信格式规范种类繁多的局面,因此,需要在工程实践基础上仔细分析、合理选取。
参考文献
[1]王楠,陈志业,律方成,等.电容型设备绝缘在线监测与诊断技术综述[J].电网技术,2003,27(8):72–76.WANG Nan,CHEN Zhi-ye,LV Fang-cheng,et al.A survey of on-line monitoring and diagnosis for capacitive equipment[J].Power System Technology,2003,27(8):72–76.
[2]朱一欣,戚军.电力综合数据网建设分析[J].电力系统通信,2010,31(11):28–30.ZHU Yi-xin,QI Jun.Discussion on integrated power datanetwork[J].Tele communications for Electric Power System,2010,31(11):28–30.
[3]廖泽友,蔡运清.IEC60870-5-103和IEC60870-5-104协议应用经验[J].电力系统自动化,2003,27(4):1–3.LIAO Ze-you,CAI Yun-qing.Experience of using IEC60870-5-103and IEC60870-5-104transmission protocols[J].Automation of Electric Power Systems,2003,27(4):1–3.
[4]徐兵元.基于SOA的电网企业信息集成平台的研究和实践[J].电力信息化,2008,6(1):70–75.
[5]王永福.电力企业信息集成的研究与实践[J].电力信息化,2006,4(6):85–88.
[6]祝春捷.电力一体化信息集成策略分析与实践[J].电力信息化,2007,5(6):34–37.
通信监测技术与通信网 篇8
随着通信网络中光纤技术的发展, 直到当前投入应用的全光网概念, 光纤通信技术的发展步伐不容质疑。由于光缆通信技术具备传输距离远、容量大、稳定性高、抗干扰性能强等优势, 已经得到广泛认可。尤其人们对带宽业务的发展提出越来越多的要求, 因此光纤通信发展速度进一步加快。
由于电力通信网光缆系统的建设步伐加快, 光纤线路有所延长, 且网络结构日趋复杂。过去, 只需要采取光端机的告警形式, 由手工确定故障点即可。但是光缆线路的复杂性对维护和管理工作提出更高要求。在应用电力通信网综合管控平台的基础上, 完善智能监测功能, 实现数据管理与资源管理的一体化, 提高电力通信网光缆的整体管理效率, 为事故抢修提供便捷性[1]。另外, 采取电力通信网光缆监测方案, 还可为光缆设计、施工、运行、管理等提供大量数据与资料, 通过对原始数据的收集与整理, 符合网络管理的高层次需求。
1 电力通信网光缆监测系统结构
在光缆监测系统中, 集成了当前应用较为广泛的计算机、数据库、通信等技术, 再加上光纤测量技术的配合作用, 实现完整、有效的光纤网络测量系统。在该系统中, 应用了波分复用器、光时域反射仪等设备, 通过光时域反射仪对光纤中的回波信号进行分析, 通过计算机显示发生故障的具体位置并发出告警信号, 由管理人员对故障情况进行分析与处理。这样, 一旦系统出现故障, 管理人员就可及时发现并采取相应措施, 减少不必要的损失[2]。另外, 通过数据库中存储的光纤数据, 对光纤测试波形进行分析, 则可判断光纤品质状况, 并预测光缆的寿命。这样, 作为光纤网络管理者可及时了解光缆网络的运行状况, 及时进行维护、更新或升级。有关光缆监测系统的构成, 具体分析如下:
1.1 自动监测
在自动监测部分, 主要目标在于实时监测光缆运行状况、中断状况等通信状态;在监测系统中, 可以将光缆网络划分为若干部分, 逐段实行扫描与监测, 其功能主要包括:断纤报警、定位故障点、收集数据等等。
1.2 资源管理
在资源管理环节, 涵盖了电力通信网络中硬件组成部分。包括光缆、光路、线路等资源, 支持对各种资源的检索、查询和浏览功能, 完成数据修改、添加或编辑等。在该系统中, 除了管理基本硬件资源以外, 还包括对光缆路由、逻辑资源等管理功能, 全面掌握电力通信网络的运行状况, 及时搜寻并发现故障点。
1.3 地理信息管理
由于光缆网络涉及的地域非常广阔, 资源分布在各个地理位置中。因此强化地理信息管理工作, 对实现有效的故障定位和资源管理具有重要意义。地理信息管理应包括精确的地理图形、地理定位信息等。通过在该系统中输入资源图层, 加强对光缆、线路等资源的管理力度, 可将资源图层中的各种资源定位到地图中, 实现准确的故障定位, 并支持资源地理化、可视化管理[3]。另外, 在数据库或者资源管理系统直接输入资源图层, 便于用户通过地理图形式进行查询、浏览或编辑。在地理信息管理中, 还可提供自动监测光缆网络的地图, 提高故障定位的精确性, 便于故障排查及处理。
2 系统实时监测方案的实现
2.1 光功率监测
通过应用分光器, 可以将光传输设备中涉及到的工作光少量分出处理, 并将其接入到告警模块, 实现工作光的实时监测目标, 以及时反映光纤传输状况, 一旦传输质量有所变化, 则发出告警信号。有关光功率监测通道的限值, 可以根据实际情况进行设置, 如果监测系统中的光纤发生断纤问题, 工作光功率就会持续加强或者大幅度衰减, 此时将发出告警信号, 系统开始自动测试芯线, 准确定位故障点。
2.2 光端机告警
通过应用告警模块, 其中设置设备告警的数据采集接口, 及时发现光传输设备中的故障告警问题。通过细致过滤、分析, 可筛除与告警信号无关的内容, 此时启动光时域反射仪, 对光缆线路实行进一步测试。
2.3 备用光纤监测
在该环节, 仍然采取光功率告警模式, 可支持离线监测, 尤其加强对备用光纤的管理工作, 实时监测、告警光功率运行状况。对于备用光纤的监测工作来说, 由于涉及到传输设备的信号源支持问题, 因此需要在路由的末端加入光源, 实时向备用光纤发射信号, 并在测试端检测光功率状况。在芯线出现异常的状况下, 光源信号就会有所减弱或者直接阻断, 此时系统开始进入测试环节, 对光功率相关的芯线实行测试, 精确判断并定位故障点[4]。通过采取该种监测形式, 无需在传输设备中插入任何额外器件, 确保传输设备的正常、稳定运行, 减少故障隐患, 可满足网络复杂的运行状况。
2.4 综合网管告警
通过应用网络管理的软件, 可及时收集光传输网络设备中出现的告警信号, 利用软件进行客观、科学的分析, 测试可能出现故障的光纤网络。有关告警反映的实时性问题, 采取在线光功率监测或者备用光纤的监测方式, 将比光端机告警监控方式更加有效;考虑到系统的可靠性问题, 可利用备用光纤进行实时监测, 并不介入到正在使用的线路或通信设备中, 极大地增强系统运行稳定性;由于应用在线光纤实时监测系统, 与通信光源采用的纤芯一致, 再加上波分复用器、滤光器等作用, 可能对系统稳定性有所影响[5]。通过采取光端机的告警监测形式, 可能出现光端机误告警现象, 此时系统处于激活测试阶段, 可靠性能有所降低。在具体实施过程中, 光功率备用纤维的监测方式往往只在发端增加光源即可, 但是不需要对原有通信设备或接线方式进行改造, 复杂度较低;有关在线监测光功率的方法, 需要涉及到各种光器件, 如分光器、滤光器、波分复用器等, 加大对原有光纤连接方式或通信设备的改造, 但是应用难度有所加大[6]。采取光端机告警监测方法, 需要加设光端机的告警采集信号接口, 也存在一定难度, 需谨慎选择。
3 结语
由上可见, 由于采用光纤通信技术具有传输距离远、传输质量高、容量大、性能安全、稳定等特征, 因此成为我国电力通信网络发展的必经之路。尤其随着电网规模的进一步扩大, 光纤通信系统支持的业务范围有所增加, 对其运行的稳定性、可靠性、安全性提出更多更高的要求。在不断增加电力光缆线路的状况下, 应加强对光缆维护与管理工作的进一步重视。如果仍然采取传统光缆线路的维护与管理模式, 将增大查找故障点的难度, 延长故障排除与处理时间, 影响通信网络的正常运行。因此, 由于每年通信网络光缆故障而产生的损失也是一笔不小的数目。只有强化光缆监测的效率与质量, 实时获得光缆线路的劣化与传输性能等, 才能发现光缆隐患, 采取有效措施, 减少损失, 实现经济效益与社会效益的统一发展。
参考文献
[1]程凤舟, 杜江.基于ATM网格的电力通信监控系统设计与实现[J].电力系统通信, 2005 (7)
[2]丁志平, 杨秀文, 吕强.网络管理系统中资源模型的设计与应用[J].计算机工程, 2007 (6)
[3]李志东.ECM-FOMS光缆自动监测和管理系统原理[J].广东输电与变电技术, 2007 (4)
[4]吕为.光缆线路监测与资源管理系统的设计与实现[J].电力系统通信, 2005 (26)
[5]张金区, 杜平.MapInfo环境下的二次开发方案[J].多媒体技术及应用, 2007 (3)
应用于人体监测的短距无线通信技术 篇9
人体生理参数监测系统是一种可以长时间、连续、实时采集人体生理参数, 具有显示、处理、保存等基本功能, 可以实现多种应用的仪器组合, 是传感器技术、计算机技术、通信技术、生理信号检测等技术的结合。随着现代医学的不断发展, 医疗模式正在转变, 由传统的以医院为中心的集总系统向以个人为中心的分布系统转变, 由得病后的诊疗为主向得病前的预防为主转变[1]。生理参数监测系统的应用领域已经不仅局限于对危重患者的监护, 在传统的医疗领域以外, 如家庭和个人保健、运动、心理等方面都得到广泛的应用。
传统的监测系统, 传感器与数据处理装置之间通过有线方式传输数据, 大量的连线影响使用者的正常活动, 易使其产生不适感, 由于使用者的紧张、不自然, 获得的生理参数的准确性也受到一定影响, 这些因素限制了生理参数监测在更多领域的应用。随着电子技术的高速发展, 尤其是近年来, 短距离无线通信技术发展很快, 有些技术已经比较成熟并得到广泛的应用, 通过将这些短距离无线通信技术应用于人体生理参数监测, 结合其它先进的电子技术可以实现对人体影响小的无线监测系统[2], 在不影响被监护人正常活动的情况下, 可以进行长期连续的监测, 从而促进生理监测技术的发展应用。
1 短距无线人体监测系统构成
典型的人体无线监测系统由佩戴于人体的生理信号检测设备和数据接收基站组成, 根据需要还可能包括中继站, 基本结构如图1所示。检测设备采集数据并无线发送至数据接收基站, 基站可以是随身携带的便携设备或安放在附近区域的固定设备, 具有无线数据接收及显示、处理、保存等基本功能, 还可以实现自动报警、远程传输等功能。检测设备与数据接收基站的数据传输采用短距离无线通信技术, 相对其它无线通信技术而言, 短距离无线通信技术发射功率普遍都很低, 一般低于100m W;实际传输距离较短, 从几米到几十米。目前应用于人体生理参数监测比较成熟的短距离无线通信技术包括蓝牙技术、Zig Bee技术[3]、无线局域网技术和非标准协议无线通信技术。
2 短距无线通信技术简介
2.1 蓝牙技术 (IEEE 802.15)
蓝牙技术是使用2.4GHz的ISM公用频道的一种短距离通信技术, 用户无需申请即可使用, 主要应用于近距离的语言和数据传输业务。频道采用23个或79个, 频道间隔均为1MHz, 速率为1600跳/秒的跳频工作方式, 使得蓝牙系统具有很高的抗干扰能力。根据发射功率的不同蓝牙设备之间的有效通讯距离大约为10-100m。蓝牙设备组网灵活, 提供点对点和点对多点的无线连接, 基于TDMA原理组网。蓝牙技术具有较高的安全性, 除采用跳频扩展技术和低发射功率等常规安全技术外, 还采用三级安全模式进行管理控制。
东芝公司的Lifeminder系统由腕表型可穿戴式传感器模块和掌上电脑组成, 可穿戴式检测设备配备加速度传感器、脉搏波传感器、温度传感器、皮肤电反应电极和蓝牙通信模块, 通过蓝牙技术与掌上电脑通信[4]。该系统根据手腕的运动、脉率及皮肤电反应值分别判断使用者的运动情况和使用者是否开始吃饭, 大约能达到90%的准确率。借助掌上电脑的便携特性, 该系统可以监测使用者的日常行为活动、健康状况和运动情况, 进而提醒和指导使用者每天进行健康的饮食和适当的锻炼, 这对于保持健康的生活方式, 达到预防疾病的目的非常重要。
蓝牙技术具有组网灵活、安全性高、使用广泛的优点。很多便携设备集成蓝牙通信功能, 例如手机、掌上电脑、计算机等, 这使得蓝牙设备可以很方便的组网, 将这些便携设备作为数据接收基站的硬件, 只需进行软件开发, 缩短开发周期的同时还可以提供多样化的硬件选择。采用智能手机作为数据接收基站, 可以在不增加使用者负荷的情况下实现个人的移动监测[5], 通过手机的远程通信功能, 还可以进一步实现远程移动监测[6]。目前应用最多的蓝牙规范是Bluetooth 2.0+EDR标准, 采用4d B (class 2) 功率等级, 相对于其他技术而言其通信距离更短, 更加适合近距离的应用。随着蓝牙4.0技术规范的使用, 在低功耗和传输距离方面优势更为明显, 为蓝牙技术在人体监测等领域的应用提供更多机会[7]。
2.2 Zig Bee技术 (IEEE 802.15.4)
Zig Bee技术建立在针对低数据速率、低功耗网络的IEEE802.15.4标准之上, IEEE 802.15.4处理物理层 (PHY) 和介质访问控制层 (MAC) 协议, Zig Bee联盟对网络层 (NWK) 协议和应用层 (APL) 进行标准化。数据传输技术为DSSS, 数据传输率比较低, 在欧洲是270kbps, 美国是290 kbps, 覆盖范围为10-75 m。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短, 典型的搜索设备时延为30ms, 休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。Zig Bee采用多种网络拓扑结构, 协议栈简捷紧凑, 主要适合于承载数据流量较小的业务, 可嵌入各种设备中, 同时支持地理定位功能。
国内的赵泽等[8]提出一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统结构设计, 通过Zig Bee技术构成一个无线传感监护网络, 传感器节点上使用中央控制器对所需要测量的生理指标传感器进行控制采集数据, 通过无线通信方式将数据发送至Zig Bee监护基站设备, 并由该基站把数据传输到PC或者其他网络设备上, 通过Internet网络可以将数据传输到远程医疗监护中心, 由专业医疗人员对数据进行统计观察, 提供必要的咨询服务和医疗指导, 实现远程医疗。类似的系统也可应用于医院内部, 实现对病患、监护设备及设施的医疗和健康监控, 借助于各种传感器和Zig Bee网络, 准确而且实时地监测病人的血压、体温和心率等基本生理信息, 从而减少医生查房的工作负担, 有助于医生作出快速的反应, 特别是对重病和病危患者的监护和治疗。
Zig Bee低功耗、低成本的特点非常适合于远程医疗监护系统, 在这样的系统中, 一个Zig Bee基站便可以覆盖整个室内, 即使在户外的活动, 也只要在高处设置一个中转节点, 即可实现直径几百米的覆盖范围, 对于医院的室外活动场地也足够, 不必安装过多的节点, 也不必额外的提高Zig Bee的收发功率, 病人只要随身携带集成Zig Bee技术和测量生理指标的功能模块便可以在家中自由活动的状态下得到医疗监护。网络的自组织、自愈能力强, 增加或者删除一个节点、节点位置发生变动、节点发生故障等等, 网络都能够自我修复, 并对网络拓扑结构进行相应地调整, 无需人工干预, 保证整个系统仍然能正常工作, 这使得该技术适用于需要动态组网的场合。由于没有成为消费电子设备的标准配置, 使用者不能直接使用智能手机等设备接收数据, 降低了Zig Bee技术在面向个人的应用中的吸引力。
2.3 无线局域网技术 (IEEE 802.11)
无线局域网WLAN (wireless lan) 利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号, 一般用于家庭或大楼以及园区内部, 典型覆盖距离几十米至几百米, 目前采用的技术主要是IEEE802.11a/b/g系列。IEEE802.11协议主要规定OSI模型中最低两层:物理层和介质访问控制层的一些特征, 这些标准可以在ISM频段上使用, 频道包括902-928MHz (可利用频宽26MHz) , 2.4-2.4835 GHz (可利用频宽83.5 MHz) , 以及5.725-5.850GHz (可利用频宽125MHz) 。
Motorola公司提供了基于WLAN的医院信息综合解决系统, 医生利用手持设备PDA, 或者是平板电脑就可以在医院内随便移动, 并通过网络实时更新病人情况。在查房过程中, 通过手持PDA随时随地将患者信息输入计算机, 也可以随时查询患者的既往病史、过敏史等关键性资料, 并可以通过计算机核对处方药品及处置方式是否正确等。对于突发性情况, 比如接到具有特殊情况的病人, 医护人员可以即时通过移动终端查询相关的医疗信息, 及时做出正确的决定。为病患提供的便携无线终端, 使其可以随时随地发出求助信号。该系统的应用可以实现整个医院内各种人员和部门之间的信息无缝交流, 从而提高整个医院的运行效率。
作为传统布线网络的一种替代方案或延伸, WLAN系统支持复杂的网络应用, 可以传输的数据量大、种类多。在社区、养老院、医院等区域搭建无线局域网, 不仅可以建立无线监护系统, 还可以实现多层次的信息管理、无线呼叫及语音系统, 以及提供一般的宽带互联网接入服务等。在医院, 医护人员和病患者之间需要频繁地在院内移动检查、同时处理的信息量大以及患者对就诊时间的敏感性, 都要求网络传输速率高、支持多种应用。同时, 由于此类应用并不特别强调舒适性, 可以容忍相对大的设备体积和相对高的功耗, 因此WLAN很适合在医院等机构内使用。而在面向个人的穿戴式生理监测设备上, 过高的功耗则限制了无线局域网技术的应用。
2.4 非标准协议短距无线通信技术
非标准协议无线通信技术是最早应用于人体生理参数监测的无线通信技术, 需要设计者自己制定底层的通讯协议。典型的无线收发芯片, 在片内同时集成频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块, 有的可以通过程序配置输出功率和通信频率。发射功率通常最大为10m W, 传输距离受环境影响, 一般可以达到几十米。有些芯片还有多种低功率工作模式, 这给开发人员提供更灵活的节能设计空间。此类芯片大多工作在无需申请的ISM频段, 例如n RF401、n RF905系列芯片、CC1000、CC1020系列芯片等。
国内有很多研究工作是针对此类无线收发模块在生理监测领域的应用展开的。例如, 王景灿等人设计一种基于射频技术的穿戴式医疗仪器, 采用n RF905射频芯片实现生理信号的无线传输, 在数据传输前进行AES加密处理, 实验结果表明能够实现对心电和脉搏波等生理信号实时、安全、准确的无线传输[9]。王陈海等人使用n RF24L01芯片设计个人健康无线监护系统, 由佩戴于人体的多个传感器节点与便携的监护基站组成, 可以采集人体的心电、血压、血氧饱和度、脉搏、心率等基本生理参数[10]。在该应用模式下, 与其他标准协议构建的系统相比, 基于非标准协议所构建的个人健康监护系统具有效率高、功耗低、通信性能好的特点。
非标准协议无线收发芯片的种类较多, 很多芯片有其独特的性能, 可以根据实际应用的特点选择最合适的技术, 在没有复杂网络通信需求的情况下, 采用非标准协议短距无线通信技术往往可以缩短开发周期、提高通信效率, 获得更低的功耗和更高的实时性。由于这类芯片对硬件的控制比较方便, 工作过程不需要人工干预, 可以嵌入到已有的成熟设备中扩展短距无线通信功能。在与其他设备互联方面, 通过在数据接收端采用集成USB功能的微控制器, 可以很容易实现与计算机的连接, 进一步可以扩展远程监测功能。由于不具有对复杂网络结构的支持, 非标准协议无线通信技术更适合点对点通信的简单应用。
3 总结
随着科技的发展与人们医学观念的进步, 人体监测技术的应用由传统的医疗领域, 向家庭和个人保健、运动、心理等更多领域扩展, 相应的穿戴式医疗电子一直以来都是研究热点, 在美国国际消费性电子展CES 2013中, 展示的穿戴式数字健康与健身科技产品的数量同比增长近25%。移动医疗 (m Health) 热潮的兴起将进一步推动穿戴式医疗电子技术的发展和应用[11], 数据显示2013年至2017年全球移动医疗市场规模预计由45亿美元增至230亿美元[12], 作为其中重要的数据传输环节, 短距离无线通信技术发展前景非常广阔。据IMS研究所报告, 在未来5年内, 无线医疗设备的用户量将超过5千万。可应用的短距离无线通信技术种类很多, 每一种技术在一定的通用性的基础上又有其独特的适用领域, 根据具体的应用需求选择合适的短距无线通信技术, 可以实现低负荷状态下的长期连续监测, 为多个领域的研究及应用提供良好的技术平台。
参考文献
[1]孙荣国, 黄勇, 曾智.积极探索建设数字化医院, 努力提高医疗服务质量[J].现代预防医学, 2008, 35 (2) :279-280.
[2]Yole Development SA.MEMS technology:World’s smallest barometric pressure sensor[J].Micro News, 2009, 78:1.
[3]E.Jovanov.Wireless technology and system integration in body area networks for m-health applications[A].Engineering in Medicine and Biology Society.Proceedings of the 27th Annual International Conference of the IEEE[C], 2006, 7158-7160.
[4]Kazushinge Quchi, Takuji Szuki, Miwako Doi.Life Minder:A Wearable Healthcare Support System Using User’s Context[C].Proceedings of the 22nd International Conference on Distributed Computing Systems Workshops, 2002, 791-792.
[5]Su Ying, Yin Ling, Al-Hakim Latif.EPhone:Embedded Cardiac Care Device in Mobile Phone[J].Sensor Letters, 2011, 9 (5) :1974-1978.
[6]陈欣, 郭勇, 赖武刚.基于Android平台的多生理参数智能手机监护系统的设计[J].电子世界, 2013, (5) :124-126.
[7]高波, 葛宁.低功耗蓝牙个人健康网络的设计与实现[J].传感器与微系统, 2013, (6) :89-92.
[8]赵泽, 崔莉.一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统[J].信息与控制, 2006, 35 (2) :265-269.
[9]王景灿, 郭兴明, 李立策, 等.基于射频技术的穿戴式医疗仪器的设计[J].现代科学仪器, 2008, (1) :90-92.
[10]王陈海, 吴太虎.基于非标准协议无线通信的个人健康监护系统设计[J].医疗卫生装备, 2007, 28, (5) :15-17.
[11]王维, 王静, 孙洪央等.具有蓝牙通信功能的上臂一体式血压测量系统[J].中国医疗器械杂志, 2012, (4) :9-13.
通信技术在近海环境监测中的应用 篇10
所谓近海环境监测是指针对靠近陆地的近海海域进行环境变动的监测, 随着现代海洋技术的发展, 海洋环境保护、海洋资源开发以及相关的海洋科学研究都得到了迅速的发展, 尤其是关于海洋环境的监测技术, 通过安装在海洋洋底的各种环境信号传感器和浮于洋面的环境信号探测浮标, 对近海、深海等海域环境的各种变动信息进行收集, 并实时或准时的传送到位于陆地上的海洋环境监测中心, 而海洋环境监测中心则通过对收集来的各种信息进行分析, 计算出准确的海洋现实环境, 并制定科学、有效的应对方案。
随着现代通信技术以及计算机技术的广泛应用, 海洋环境监测技术已经成为一项集中多种尖端技术为一体的系统化技术体系, 实现了自动化、实时化以及连续化的监测, 利用洋底的传感器和洋面的浮标收集海洋环境信息, 诸如盐分度、温度等数据, 并利用浮标上的数据发射器采用现代卫星通信、移动通信等现代信息传递技术, 将海洋环境变动信息传送到陆地上的监测中心, 在整个海洋环境监测系统中, 通信技术起着至关重要的桥梁作用, 已成为海洋环境监测领域中重要研究的对象之一。
2 近海环境监测通信系统组成
现代近海环境监测系统主要由海洋底部和洋面的监测终端设备、融合通信技术的数据转发平台以及位于陆地的海洋环境监控平台组成, 如图1所示。其中监测终端设备包括位于洋底和洋面的各种传感器、数据发射器的浮标, 以及位于洋面以下一定深度的声学解调器, 可以对海洋的洋流方向、温度变化、盐分度变化、波浪强度等数据进行采样收集;融合通信技术的数据转发平台装有可移动的通信装置和水上声学解调器, 以及定位设备和供电装置, 用于接收水下监测设备传来的声波信号, 并通过移动通信装置的GSM、GPRS、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA公共网络进行发送, 成为连接海洋监测终端和陆地监控终端的桥梁;而位于陆地的监控终端则有移动信息接收平台和计算机中心组成, 负责对转发平台发送过来的各种监测信息的接收, 并利用计算机中心的计算机系统对这些监测信息进行分析、处理和显示。
3 近海环境监测通信系统技术特点及相关通信技术
3.1 近海环境监测通信系统技术特点
⑴水上无线通信。该系统的通信分为水上和水下两部分, 水上采用的是现代移动网络通信技术, 与传统的卫星转播通信技术、电台广播通信技术相比, 现代移动网络通信技术在近海环境监测中有着很大的优势, 尤其是随着现代3G移动网络通信技术的发展, 使得传输数据的种类、速度和质量都得到了明显提升。与应用最多的卫星转播通信技术相比, 大大降低了经济成本;与电台广播通信技术相比, 其传播距离更远, 信号衰减更少。
⑵水下无线通信。而在水下, 该系统的无线通讯采用水声调制解调通信技术, 与传统的水下光纤通信技术以及电磁波脉冲通信技术相比, 声波信号强度更好, 而且声波信号也是目前水下传输信息的主要媒介, 比如应用十分广泛的声呐系统。此外, 声波信号也是实现水下远程信息传输的最可靠方式。
⑶海洋环境监测信息收集。该系统采用位于洋底的各种信息传感器, 以及漂浮于洋面的具有信息收集功能的特制浮标来收集海洋环境监测信息, 相比于单纯的洋底信号传感器和洋面浮标, 以及船舶或潜标等单站监测方式, 它实现了海洋环境监测的立体化、连续化, 获取的信息更准确、更广范, 通过监控终端操纵安装在洋底、洋面以及不同深度的传感器, 可以实时获取近海、远海等不同海域的环境监测数据, 实现大覆盖面、多采样点的海洋环境监测数据。
3.2 近海环境监测系统相关通信技术
⑴水上移动网络通信技术。现代近海环境监测通信系统的水上移动网络通信技术主要包括第二代的GSM (2G) 、GPRS (2.5G) , 第三代的WCDMA (3G) 、TD-SCDMA (3G) 等移动网络通信技术, 以及正待普及推广的TD-LTE-advanced (4G) 通信技术。
其中GSM技术主要以及短信息的形式进行简短数据的双向传输, 通过两个或两个以上的GSM模块实现相互间的短信息发送和接收, 开发相对简单, 但是对于需要传送大量信息的海洋环境监测中, 其传输成本较高, 传输数据类型也较单一;而GPRS技术引入现代互联网传输技术, 可以实现快速登录、长时间在线, 其数据类型和传输速度都得到了扩展和提高;而WCDMA、TD-SCDMA则是在GPRS技术的基础上进一步优化了数据类型和传输速度, 其传输速率可达几百kb/s, 并且利用无缝漫游技术很好的实现了各种移动网络与互联网的融合, 使得图片、数字、视频等各种信息可以高质量的传输。
⑵水下水声通信技术。水下水声通信技术是用于海洋环境监测数据传输的重要技术之一, 其工作原理是先通过位于海洋不同深度、不同位置的各种传感器、浮标, 将海洋环境的有关监测数据 (数字、声音、图像等信息) 转换成特定的电信号, 再通过换能器将电信号转换成类似声波的声信号, 声信号可以在海水中很好的传播, 再通过位于洋面的接收换能器将声信号转回电信号, 电信号再经移动网络传送到陆地监控终端的移动信息接收平台, 经该平台破译电信号后即可得到数字、声音、图像等原始数据。
4 基于移动网络通信技术的监测系统应用
现代移动网络通信技术在海洋环境监测中应用范围非常广泛, 有海洋应急监测和定点连续监测。
4.1 海洋应急监测
海洋应急监测主要包括对海啸预警、溢油、赤潮以及其他海洋污染或海洋灾害事件的检测。近海环境监测系统将收集到的各种海洋环境变动信息及时发送给海洋管理部门的相关技术人员和管理人员, 技术人员和管理人员凭借对监测数据的分析结果, 制定合理的应对措施。海洋应急监测一般是用于对海洋多发的、具有一定破坏性的事件的监测, 其覆盖范围较广、分散较大, 一般用于整个海域的监测。
4.2 定点连续监测
定点连续监测一般是指对近海或深海中具有一定意义的特殊地点进行长时间的连续跟踪监测, 比如架设石油钻井平台的地点、海洋洋盆与大陆架的连接地带或洋流路径点等对海洋环境可以产生明显影响的关键点。一般是在关键点安装传感器或海洋浮标, 利用现代移动网络通信技术实时的把这些地点的监测数据传送到位于陆地的监控中心, 以实现对海洋环境的连续监测, 确保及时发现这些地点的海洋环境变动, 从而制定有效的措施, 保证生产的顺利进行和沿海居民的生命财产安全。
综上所述, 海洋环境监测是现代海洋产业发展的关键技术之一, 尤其是近海海洋环境的监测技术, 不仅关乎到海洋产业的发展, 还关乎到沿海居民的生命和财产安全。利用现代移动网络通信技术开发出的海洋环境监测系统, 不仅可以做到对各个海域环境的实时、连续、高质量的监测, 而且还大大降低了经济成本。在实际的操作中, 应用移动网络通信技术的近海环境监测系统也取得了很好的成绩, 随着新一代4G移动网络通信技术的普及和推广, 相信在不远的未来, 海洋环境监测系统中的各种技术会得到更好的发展。
参考文献
[1]胡展铭, 姜文博, 江伟伟, 陈元, 陈伟斌.通信技术在近海环境监测中的应用[J].海洋环境科学, 2012, 04:613-615.
[2]钟延春.3S技术在环境监测中的应用及展望[J].金田, 2013, 02:334+314.
[3]雷文礼, 李建新, 张水利.短距离无线通信技术在油田监测中的应用[J].延安大学学报 (自然科学版) , 2010, 01:56-58.
