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【論文摘要】：在許多基于單片機的應用系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要實現(xiàn)遙控功能，而紅外通信則是被采用較多的一種方法。紅外通信具有控制簡單、實施方便、傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。
在許多基于單片機的應用系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要實現(xiàn)遙控功能，而紅外通信則是被采用較多的一種方法。紅外通信具有控制簡單、實施方便、傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。紅外線通信是一種廉價、近距離、無線、低功耗、保密性強的通訊方案，主要應用于近距離的無線數(shù)據(jù)傳輸，也有用于近距離無線網(wǎng)絡接入。從早期的IRDA規(guī)范（115200bps）到ASKIR（1.152Mbps)，再到最新的FASTIR（4Mbps），紅外線接口的速度不斷提高，使用紅外線接口和電腦通信的信息設備也越來越多。紅外線接口是使用有方向性的紅外線進行通訊，由于它的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以只適合于短距離無線通訊的場合，進行"點對點"的直線數(shù)據(jù)傳輸，因此在小型的移動設備中獲得了廣泛的應用。
一、紅外通信的基本原理
紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端將基帶二進制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進行解調(diào)，還原為二進制數(shù)字信號后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制（PPM）兩種方法。
簡而言之，紅外通信的實質(zhì)就是對二進制數(shù)字信號進行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。
二、紅外通訊技術(shù)的特點
紅外通訊技術(shù)是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺所支持：
⑴通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)；
⑵主要是用來取代點對點的線纜連接；
⑶新的通訊標準兼容早期的通訊標準；
⑷小角度（30度錐角以內(nèi)），短距離，點對點直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強；
⑸傳輸速率較高，目前4M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)。
三、紅外數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的用途
紅外通訊技術(shù)常被應用在下列設備中：
⑴筆記本電腦、臺式電腦和手持電腦；
⑵打印機、鍵盤鼠標等計算機設備；
⑶電話機、移動電話、尋呼機；
⑷數(shù)碼相機、計算器、游戲機、機頂盒、手表；
⑸工業(yè)設備和醫(yī)療設備；
⑹網(wǎng)絡接入設備，如調(diào)制解調(diào)器。
四、紅外數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的缺點
⑴通訊距離短，通訊過程中不能移動，遇障礙物通訊中斷；
⑵目前廣泛使用的SIR標準通訊速率較低（115.2kbit/s）；
⑶紅外通訊技術(shù)的主要目的是取代線纜連接進行無線數(shù)據(jù)傳輸，功能單一，擴展性差。
五、紅外通信技術(shù)對計算機技術(shù)的沖擊
紅外通信標準有可能使大量的主流計算機技術(shù)和產(chǎn)品遭淘汰，包括歷史悠久的調(diào)制解調(diào)器。預計，執(zhí)行紅外通信標準即可將所有的局域網(wǎng)(LAN)的數(shù)據(jù)率提高到10Mb/s。
紅外通信標準規(guī)定的發(fā)射功率很低，因此它自然是以電池為工作電源的標準。目前，惠普移動計算分公司正在開發(fā)內(nèi)置式端口，所有擁有支持紅外通信標準的筆記本計算機和手持式計算機的用戶，可以把計算機放在電話機的旁邊，遂行高速呼叫，可連通本地的因特網(wǎng)。由于電話機、手持式計算機和紅外通信連接全都是數(shù)字式的，故不需要調(diào)制解調(diào)器。
紅外通信標準的廣泛兼容性可為PC設計師和終端用戶提供多種供選擇的無電纜連接方式，如掌上計算機、筆記本計算機、個人數(shù)字助理設備和桌面計算機之間的文件交換；在計算機裝置之間傳送數(shù)據(jù)以及控制電視、盒式錄像機和其它設備。
六、紅外通信技術(shù)開辟數(shù)據(jù)通信的未來
目前，符合紅外通信標準要求的個人數(shù)字數(shù)據(jù)助理設備、筆記本計算機和打印機已推向市場，然而紅外通信技術(shù)的潛力將通過個人通信系統(tǒng)(PCS)和全球移動通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡的建立而充分顯示出來。由于紅外連接本身是數(shù)字式的，所以在筆記本計算機中不需要調(diào)制解調(diào)器。便攜式PC機有一個任選的擴展插槽，可插入新式PCS數(shù)據(jù)卡。PCS數(shù)據(jù)卡配電話使用，建立和保持對無線PCS系統(tǒng)的連接；擴展電纜的紅外端口使得在PCS電話系統(tǒng)和筆記本計算機之間容易實現(xiàn)無線通信。由于PCS、數(shù)字電話系統(tǒng)和筆記本計算機之間的連接是通過標準的紅外端口實現(xiàn)的，所以PCS數(shù)字電話系統(tǒng)可在任何一種PC機上使用，包括各種新潮筆記本計算機以及手持式計算機，以提供紅外數(shù)據(jù)通信。而且，由于該系統(tǒng)不要求在計算機中使用調(diào)制解調(diào)器，所以過去不可能維持高性能PC卡調(diào)制解調(diào)器運行所需電壓的手持式計算機，現(xiàn)在也能以無線方式進行通信。紅外通信標準的開發(fā)者還在設想在機場和飯店等地點使用步行傳真機和打印機，在這些地方，掌上計算機用戶可以利用這些外設而勿需電纜。銀行的ATM(柜員機)也可以采用紅外接口裝置。
預計在不久的將來，紅外技術(shù)將在通信領(lǐng)域得到普遍應用，數(shù)字蜂窩電話、尋呼機、付費電話等都將采用紅外技術(shù)。紅外技術(shù)的推廣意味著膝上計算機用戶不用電纜連接的新潮即將到來。由于紅外通信具有隱蔽性，保密性強，故國外軍事通信機構(gòu)歷來重視這一技術(shù)的開發(fā)和應用。這一技術(shù)在軍事隱蔽通信，特別是軍事機密機構(gòu)、邊海防的端對端通信中將發(fā)揮出重要的作用。正如前面所述，它還將對計算機技術(shù)產(chǎn)生沖擊，對未來數(shù)據(jù)通信產(chǎn)生重大影響。
參考文獻：
[1]蔣俊峰.基于單片機的紅外通訊設計[J].電子設計應用，2003，11.
[2]曾慶立.遠距離紅外通訊接口的硬件設計與使用[J].吉首大學學報(自然科學版)，2001，4.
[3]鄧澤平.一種多用途電度表的紅外通訊問題[J].湖南電力，2003，4.
[4]朱磊，郭華北，朱建.單片機89C52在多功能電度表中的應用研究[J].山東科技大學學報(自然科學版)，2003，2.
中圖分類號:TN911-34文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)21-0093-03
Research on Technology and Application of IEC 61850
HUANG Wen-hua1, LI Yong2
(1. School of Telecommunications and Information Engineering, Xi’an University of Posts & Telecommunications, Xi’an 710121, China;
2. Xi’an Beareu, Shannxi Electrical Power Corp., Xi’an 710032, China)
Abstract: IEC 61850 is the seamless communication standard of substation automation system (SAS) in next generation. The technical characteristics of IEC 61850 are summarized in this paper for the purpose of the equipment development in the application of IEC 61850. It is pointed out that IEC 61850 is the intension of the integration of heterogeneous information. The substation configuration (including the structure of configuration file and the flow path of configuration) and the application of XML technology in IEC 61850 are analyzed. The ideal communication model is obtained. The security questions to the substation communication network are discussed. The research provides a foundation for the design of SAS which is coincident with IEC 61850.Keywords: IEC 61850; integration of heterogeneous information; XML; security of power network
收稿日期:2010-05-24
0 引 言
IEC 61850是國際電工委員會負責電力系統(tǒng)控制及其通信的相關(guān)標準的第57技術(shù)委員會(IEC TC57)制定的關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信的一個國際標準,目的是使變電站內(nèi)不同廠家的智能電子設備(IED)之間通過一種標準協(xié)議實現(xiàn)互操作和信息共享,實現(xiàn)“一個世界、一種技術(shù)、一個標準”[1]。
在制定IEC 61850標準的過程中,美、德、荷蘭等國都建有示范工程,而應用IEC 61850的數(shù)字化變電站技術(shù)是我國十一五重點研究課題,目的在標準制定和產(chǎn)品研發(fā)方面追趕國際先進水平。IEC 61850標準的正在我國電力系統(tǒng)普及發(fā)展,而符合IEC 61850標準的設備的開發(fā),需要對標準的深刻理解與掌握,本文對IEC 61850的相關(guān)技術(shù)進行研究與討論。
1 IEC 61850的內(nèi)涵分析
1.1 IEC61850 技術(shù)特點分析
IEC 61850規(guī)約體系完善,相對于基于報文結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)規(guī)約,應用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的IEC 61850有明顯的技術(shù)特點和優(yōu)勢[2]。
(1) 系統(tǒng)分層技術(shù):IEC 61850明確了變電站自動化系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu):變電站層、間隔層和過程層以及各層之間的接口意義。將由一次設備組成的過程層納入統(tǒng)一結(jié)構(gòu)中,這是基于一次設備如傳感器、執(zhí)行器的智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展。
(2) 面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù):為了實現(xiàn)互操作性,IEC 61850標準采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),建立統(tǒng)一的設備和系統(tǒng)模型,采用基于XML的SCL[3]變電站設備通信配置語言來全面的描述設備和系統(tǒng),提出設備必須具有自描述功能。自描述、自診斷和即插即用的特性,極大方便了系統(tǒng)的集成,降低了變電站自動化系統(tǒng)的工程費用。
(3) 抽象服務通信接口技術(shù):IEC 61850為實現(xiàn)無縫的通信網(wǎng)絡,提出抽象通信服務接口(ACSI)[4],接口技術(shù)獨立于具體的網(wǎng)絡應用層協(xié)議,與采用何種網(wǎng)絡無關(guān),可充分適應TCP/IP以及現(xiàn)場總線等各類通信體系,而且客戶只需改動特定通信服務映射 (SCSM),即可完成網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換,從而適應了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡復雜多樣的特點。
1.2 IEC 61850標準的本質(zhì)內(nèi)涵
作為下一代變電站的無縫通信標準,IEC 61850充分借鑒了變電站通信、計算機、工業(yè)控制等領(lǐng)域的長期經(jīng)驗[5]。在IEC 61850鮮明技術(shù)特點的背后,是IEC 61850與以往變電站通信標準的實質(zhì)性差別,而理解IEC 61850的本質(zhì)是應用IEC 61850的基礎。
IEC 61850是變電站自動化通信標準,通信標準的本質(zhì)目標是實現(xiàn)雙方快速準確的理解相互傳達與接收到的邏輯信息命令,并正確執(zhí)行命令。由于各設備生產(chǎn)商生產(chǎn)的智能電子設備,可能采用不同的芯片、不同的硬件架構(gòu)、不同的嵌入式系統(tǒng),它們組成了一個復雜的異構(gòu)環(huán)境系統(tǒng),所以變電站中設備之間的通信是一個復雜的分布式信息交互問題。變電站設備要實現(xiàn)互操作實際就是解決如何在異構(gòu)環(huán)境下實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的問題。IEC 61850標準制定的思路與以往IEC 60870等標準在解決信息表達與傳輸問題方面相比上存在著根本的區(qū)別,主要是借鑒了近些年來計算機解決異構(gòu)環(huán)境領(lǐng)域的常用的ASN.1,XML等技術(shù)來解決變電站中的信息交互問題,因此IEC 61850標準的本質(zhì)可以理解為是解決變電站中異構(gòu)環(huán)境下數(shù)據(jù)交換問題的一個實現(xiàn)方案。
IEC 61850標準充分綜合了ASN.1與XML兩種技術(shù)的各自優(yōu)勢,利用ASN.1的二進制編碼信息傳輸效率優(yōu)勢,用它作為主要的實時信息交互通信方式,利用XML直觀與帶自描述特性在XML 1.0版本的基礎上推出了變電站配置語言SCL,用于描述變電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與智能電子設備的能力及定義通信參數(shù)等。如圖1所示。W2G組織提出了要將MMS映射到XML,采用XML技術(shù)來代替MMS協(xié)議中的ASN.1編碼,所以ASN.1與XML兩者正在不斷的相互借鑒發(fā)展。
2 IEC 61850中XML配置的運用
2.1 基于XML的變電站配置
變電站配置描述語言(Substation Configuration Description Language,SCL)是IEC 61850規(guī)定的基于XML 1.0,利用其自描述特性主要用于智能電子裝置能力描述和變電站系統(tǒng)與網(wǎng)絡通信拓撲結(jié)構(gòu)描述的語言[6]。IEC 61850-6部分規(guī)范了SCL語言規(guī)范了裝置所含有的邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)集、報告控制塊、站內(nèi)連接方式、IP地址等通信配置等[7]。由于XML技術(shù)已經(jīng)受到眾多軟件集成商如微軟、IBM,SUN等的支持,開發(fā)人員可以方便的處理XML文檔,對XML的處理獨立于操作系統(tǒng)平臺、編程語言等等[8]。因此采用SCL語言描述以后使得變電站系統(tǒng)集成變得更為簡單,各廠商一致采用IEC 61850-6與IEC 61850-7對變電站的抽象模型框架提供的IED就可以通過各自的IED配置工具和系統(tǒng)配置工具通過對XML文檔的解析、讀取數(shù)據(jù),進行配置信息的交互。各廠商對配置文件實現(xiàn)解析與處理過程可能不同,但采用了相同的變電站描述結(jié)構(gòu)和相同的參數(shù),最終就能相互理解,這是IEC 61850互操作性體現(xiàn)之一。
圖1 IEC 61850標準中的異構(gòu)信息集成技術(shù)
圖2為一個變電站系統(tǒng)配置的最基本描述情況,SCL至少有以下幾個元素,Header,Substation,Communication,IED,DataTypeTemplates。Header元素定義了SCL配置文件的修改歷史記錄版本號、修改的時間、修改的原因、何人最終修改等。
圖2 系統(tǒng)配置文件的基本結(jié)構(gòu)圖
2.2 變電站配置的流程與技術(shù)
配置的主要流程如圖3所示,配置的過程主要分為四步,首先是廠家提供的IED配置器工具將產(chǎn)生IED設備的ICD能力描述文件,然后傳遞到系統(tǒng)的子站端,根據(jù)系統(tǒng)的集成規(guī)范SSD以及系統(tǒng)端的配置器,生成系統(tǒng)端的描述文件SCD,再將SCD發(fā)送回IED的配置器,最終獲得IED的配置文件CID。配置文件主要包含如何進行通信,在系統(tǒng)所處的位置的描述,相關(guān)的鏈接通信節(jié)點,以及報告節(jié)點、數(shù)據(jù)集設置等相關(guān)約定,同時ACSI到MMS映射的實現(xiàn)、MMS通信服務過程中需要借助CID配置文件,解析出其中相應的數(shù)據(jù)信息作為參數(shù),比如GOOSE報文的接收端MAC地址。
圖3 配置流程圖
通過采用XML的配置可以實現(xiàn)裝置的功能自動組合,裝置內(nèi)的程序可以通過直接修改配置文件而動態(tài)的改變裝置所具有的功能,比如修改邏輯節(jié)點或者數(shù)據(jù)集等,從而實現(xiàn)裝置側(cè)的程序通用,對于廠家而言,可以實現(xiàn)一個通用的通信程序,然后根據(jù)具體特定裝置功能需求,設計配置不同的XML文件即可實現(xiàn)不同裝置的通信。最理想的IEC 61850通信程序(見圖4)的明顯優(yōu)勢在于:程序一次編譯完成,可以只需要簡單的修改配置文件就可以應用到各個裝置設備中,綜合自動化后臺通過讀取裝置配置文件就可以自動創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)裝置接入與生成。
圖4 理想的IEC 61850通信程序
3 IEC 61850應用安全問題
IEC 61850的應用依賴于一個安全的網(wǎng)絡環(huán)境。因此,當前電力系統(tǒng)在解決了信息異構(gòu)集成問題后,突出面臨的一個問題就是如何構(gòu)造一個安全的網(wǎng)絡通信系統(tǒng),WG15已經(jīng)開始專注于電力數(shù)據(jù)和通信安全領(lǐng)域,來保證電網(wǎng)的安全運行[9]。
電力系統(tǒng)安全防護重點在實時控制系統(tǒng)[10],IEC 61850標準在變電站分層中提出了過程層,并在這一層也采用以太網(wǎng)通信完全替代原來傳統(tǒng)的硬接線方式。由于在過程層中諸如跳閘的GOOSE報文要求在4 ms內(nèi)到達通信接收的另一端,與以太網(wǎng)在變電站層和間隔層相比需要保障更高的安全可靠性,因此,如何保障變電站內(nèi)過程層網(wǎng)絡的安全性問題比以往顯得更為突出和重要。從應用安全的角度出發(fā),基于IEC 61850的變電站通信系統(tǒng)應具備以下防御措施:
(1) 采用VPN技術(shù)解決端到端的數(shù)據(jù)安全問題。主要采用隧道技術(shù)、加解密技術(shù)、密鑰管理技術(shù)、使用者與設備身份認證技術(shù)等四項技術(shù)來保證安全。通過安全策略和安全規(guī)則的制定,把網(wǎng)絡劃分成不同的安全區(qū)域,控制VPN通道內(nèi)不同的安全區(qū)域之間的訪問,可以進一步減少了內(nèi)部竊聽的風險和不安全因素,使網(wǎng)絡的安全性得到進一步的提升。
(2) 采用SSL/TLS加密技術(shù),對變電站通信系統(tǒng)中面向連接通信機制的服務器連接進行授權(quán)驗證,在對象建模中對不同用戶加入訪問權(quán)限限制,并報告試圖進行未授權(quán)下的訪問操作。
(3) 采用SNMP(簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議)來管理變電站通信網(wǎng)絡,定期建立數(shù)據(jù)備份與實施冗余機制。
(4) 建立入侵監(jiān)測防御措施,建立控制中心安全策略應對措施,基于IEC 61850的變電站通信系統(tǒng)控制中心應采取多層安全機制保證,當受到攻擊時可以降低使用情況而不至于系統(tǒng)癱瘓。
除了以上從技術(shù)的角度應對電網(wǎng)安全問題外,還應注意人員的管理與安全意識、工程施工等與電網(wǎng)安全運行密切相關(guān)的因素。
4 結(jié) 語
IEC 61850標準作為未來國際變電站的統(tǒng)一標準,已經(jīng)在逐步走向成熟。本文為了IEC 61850具體應用中IED設備開發(fā)的目的,對IEC 61850的技術(shù)特點進行了總結(jié),首次提出IEC 61850標準是對異構(gòu)信息進行集成的實質(zhì)內(nèi)涵,應用XML技術(shù)具體對IEC 61850中變電站的配置進行了研究和設計,包括系統(tǒng)配置文件的結(jié)構(gòu)、配置的流程,得到了理想的IEC 61850通信程序模型;針對應用IEC 61850標準電力網(wǎng)絡通信的安全問題提出了建議和策略。研究為開發(fā)符合IEC 61850標準的變電站通信系統(tǒng)提供了依據(jù)。在中高壓綜合自動化系統(tǒng)中,IEC 61850的性能與優(yōu)勢能得到更多的體現(xiàn)。IEC 61850標準可以有效地解決變電站內(nèi)設備的互操作問題,作為一致公推的變電站標準必將給變電站自動化系統(tǒng)帶來深遠的影響。
參考文獻
[1]王昊,薄純?nèi)?IEC 61850標準研究[J].裝備制造技術(shù),2008(12):161-163.
[2]李光輝.基于IEC 61850的變電站裝置建模[J].電力系統(tǒng)通信,2009(4):27-29.
[3]IEC. IEC 61850-6 Communication network and systems in substations [S]. USA: IEC, 2008.
[4]IEC. IEC 61850-7 Communication network and systems in substations [S]. USA: IEC, 2008.
[5]吳曉博,王永福,楊威,等.數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)開發(fā)建議[J].電力系統(tǒng)自動化,2009(16):101-106.
[6]胡靚.XML語言在新一代電力自動化系統(tǒng)中的應用[J].電力學報,2007(1):39-42.
[7]林知明,蔣士林.基于SCL模型的配置工具的設計與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2009(12):91-94.
[8]劉冬,楊麗徙,張雅,等.通用信息模型在電力信息化建設中的應用[J].微計算機信息,2007(33):20-22.
關(guān)鍵詞：zigBee通信技術(shù)，無線傳感網(wǎng)絡，身份卡，定位
1.無線傳感器網(wǎng)絡
無線傳感器網(wǎng)絡是指通過傳感器、通信和計算機技術(shù)，按照特定的應用要求，將功能不同、輸出形式各異的傳感器以一定的方式連接起來，并具有通信等功能的測控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡采用模擬通信方式，在高速移動的環(huán)境中通過優(yōu)化路由和資源管理等策略最大化帶寬的利用率，同時為用戶提供一定的服務質(zhì)量保證。數(shù)字傳感器網(wǎng)絡，如基于現(xiàn)場總線（如CAN總線等）的傳感器網(wǎng)絡技術(shù)，在國內(nèi)礦井監(jiān)控領(lǐng)域已得到初步的應用。從工業(yè)現(xiàn)場總線移植而來的有線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)，可以簡單地構(gòu)造傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡。
無線傳感器網(wǎng)絡由多個傳感器節(jié)點組成，節(jié)點一般包含傳感器、執(zhí)行器、控制器和通信等模塊，具有較為完整的傳感與執(zhí)行控制能力、計算能力和通信能力。無線傳感器網(wǎng)絡能夠?qū)崟r監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種監(jiān)測對象信息，并對這些信息進行處理，傳送給需要這些信息的用戶。相對于目前井下廣泛應用的有線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在靈活、高可靠性、易維護和低成本等方面。無線傳感器網(wǎng)絡的應用，使技術(shù)人員在選擇監(jiān)測點時，不再局限于線纜的分布。在有線通信系統(tǒng)中常見的斷線或是節(jié)點故障，也不會對整個監(jiān)測系統(tǒng)造成致命影響。對系統(tǒng)進行維護時，不涉及線纜的接駁，直接取下傳感器模塊即可；符合煤礦安全標準的通信線纜價格昂貴，無線通信技術(shù)可以減少系統(tǒng)中使用線纜的數(shù)量，有效的降低成本。
ΖigΒee技術(shù)是最近發(fā)展起來的一種近距離無線通信技術(shù)。ΖigΒee名字的來源于蜜蜂之間的通信方式，蜜蜂之間是通過跳ΖigΒee形狀的舞蹈來相互交流信息，以便共享食物源的方向、距離和位置等信息。ΖigΒee技術(shù)具有功耗低、成本低、網(wǎng)絡容量大、可靠性高，安全性好、易應用等特點。ΖigΒee技術(shù)以2.4GHz為主要頻段，采用擴頻技術(shù)。是被業(yè)界認為最適合應用在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域的無線通信技術(shù)。
2.ZigBee技術(shù)
ΖigΒee技術(shù)是最近發(fā)展起來的一種近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)，具有低功耗、低成本和短延時等特性，非常適用于無線傳感器網(wǎng)絡的應用。ΖigΒee技術(shù)主要工作在2.4GHz頻段，采用擴頻技術(shù)，是建立在ΙΕΕΕ802.15.4標準基礎之上的。這些優(yōu)勢使其在工業(yè)監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡、家庭監(jiān)控、安全系統(tǒng)等領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間。在礦井安全監(jiān)測這樣的環(huán)境中，系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小、傳輸速率低，并且傳感器節(jié)點通常采用電池供電，對設備的成本和功耗都有具體的要求。ΖigΒee技術(shù)應用在這樣的場合，具有獨特的優(yōu)勢。其主要特點[6]如下：
支持250kbps、40kbps、20kbps三種數(shù)據(jù)傳輸速率；
支持星狀、樹狀、網(wǎng)狀等多種組網(wǎng)方式；
分配16位短地址或64位擴展地址；
網(wǎng)絡容量大，可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)；
支持時隙保證機制，通過預留保證時隙（GΤS）提供無競爭媒體訪問；
競爭期以CSΜΑ-CΑ機制訪問媒體；
通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短；
以完全確認的協(xié)議保證傳輸?shù)目煽啃裕?/p>
低功耗，能量檢測（ΕD）以及鏈路質(zhì)量指示（LQI）；
ΖigΒee協(xié)議架構(gòu)建立在ΙΕΕΕ802.15.4標準基礎之上，主要由物理層（ΡΗY），媒體接入控制層（ΜΑС），網(wǎng)絡層（ΝWΚ）、應用層（ΑΡL）以及安全服務規(guī)范組成。ΖigΒee協(xié)議棧的每層都為其上層提供特定的功能服務。數(shù)據(jù)傳輸服務是由數(shù)據(jù)實體來提供，管理實體則用來提供其他服務。每個服務實體通過其自身與上層之間的SΑΡ（服務訪問點）交換一組服務原語，為上層提供相關(guān)的服務功能。
ΖigΒee的體系結(jié)構(gòu)如下圖1所示。其中ΡΗY（物理層）和ΜΑС（媒體訪問控制層）是由ΙЕЕЕ802.15.4標準制定的，ΖigΒee聯(lián)盟則定義了ΝWΚ（網(wǎng)絡層）和ΑΡL（應用層）以及安全服務規(guī)范。
圖1 ΖigΒee協(xié)議棧模型
ΙЕЕЕ802.15.4和ΖigΒee聯(lián)盟所制定的標準對于網(wǎng)絡中的設備，有著不同的定義方法。根據(jù)功能功能的不同，ΙЕЕЕ802.15.4把網(wǎng)絡中的設備分為全功能設備（FFD）和簡化功能設備（RFD）。根據(jù)個人局域網(wǎng)（ΡΑΝ）中承擔的任務不同，網(wǎng)絡中的設備又可分為PAN協(xié)調(diào)器、協(xié)調(diào)器和一般設備。ΖigΒee聯(lián)盟把它們分別稱為ΖigΒee協(xié)調(diào)器、ΖigΒee路由器和ΖigΒee終端設備。見表1。
ΖigΒee協(xié)調(diào)器的主要職責是建立ΖigΒee網(wǎng)絡，并設置網(wǎng)絡主要參數(shù)（選擇射頻頻道、分配網(wǎng)絡地址、進行網(wǎng)絡身份確認）。路由器主要是發(fā)展多鏈路路由，連接終端設備，使其加入傳遞信息的網(wǎng)絡。具體的應用由終端設備來負責，同時終端設備還負責采集數(shù)據(jù)以及發(fā)送給路由器，然而終端設備之間是不能直接通訊的，它們只能通過路由器傳輸數(shù)據(jù)來完成通信。
ΖigΒee技術(shù)共支持星形、網(wǎng)狀和簇樹三種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。在這些網(wǎng)絡的配置中，協(xié)調(diào)器節(jié)點和終端節(jié)點是不可或缺的兩種組成設備。星型拓撲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是由一個ΡΑΝ主協(xié)調(diào)器節(jié)點和多個從設備節(jié)點組成的，主協(xié)調(diào)器節(jié)點必須是具有完整功能設備（FFD），從設備節(jié)點既可是具備完整功能設備（RFD）也可是簡化功能設備（FFD）。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（Μesh網(wǎng)）的骨干網(wǎng)一般是由若干個FFD連接在一起組成，這種不規(guī)則的拓撲結(jié)構(gòu)易適應外界環(huán)境的變化。
Μesh網(wǎng)絡拓撲，也稱作點對點的網(wǎng)絡拓撲。它們之間進行的是完全對等的通信，通信可以在每個節(jié)點和它的無線通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點之間進行[7]，但它們中也有一個會被推薦為ΖigΒee協(xié)調(diào)點，例如把第一個在信道中通信的節(jié)點作為ΖigΒee協(xié)調(diào)點，骨干網(wǎng)中的節(jié)點還可以組成以它為協(xié)調(diào)點的子網(wǎng)，前提是它需要連接FFD或RFD。Mesh結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)具有非常強大的功能，它可以通過“多級跳”的方式來進行通信。在Μesh網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，同樣也存在一個主設備，但Μesh網(wǎng)絡不同于星型拓撲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡中的任何一個設備，在它的通信范圍之內(nèi)可以和其他設備進行通信。
Μesh網(wǎng)絡是一種高可靠性網(wǎng)絡，該拓撲結(jié)構(gòu)還可以組成極為復雜的網(wǎng)絡并且具備自組織、自恢復等等其他的功能。它可以提供多條路徑給需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，一旦某條路徑出現(xiàn)故障的情況出現(xiàn)，則可以選擇另一條或多條其他的路徑，但也正是因為多條路徑存在于兩個節(jié)點之間，所以它也是一種“高冗余”的網(wǎng)絡。
在這種拓撲結(jié)構(gòu)中，每一個網(wǎng)絡的節(jié)點都是一個能夠預估路徑的路由器，并且是一個為網(wǎng)絡提供最強、最可靠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的路由器。模塊被配置為Μesh節(jié)點后，可控制周圍的RF情況、相鄰的節(jié)點活動和連續(xù)的發(fā)包錯誤統(tǒng)計等等，據(jù)此調(diào)整它的本地路由選擇，從而選擇最佳的傳輸路徑。這種簇-樹結(jié)構(gòu)對面臨不穩(wěn)定或未知網(wǎng)絡連接狀況的網(wǎng)絡設計是極其有價值的。如圖2。
節(jié)點可以采用Cluster-Tree路由傳輸數(shù)據(jù)和控制信息，枝干末端的葉子節(jié)點一般為RFD，每一個在它的覆蓋范圍中充當協(xié)調(diào)點的FFD向與它相連的節(jié)點提供同步服務，這些協(xié)調(diào)點又受ΖigΒee協(xié)調(diào)點的控制，ΖigΒee協(xié)調(diào)點比網(wǎng)絡中的其它協(xié)調(diào)點具有更強大的處理能力和存儲空間。簇-樹結(jié)構(gòu)的一個顯著優(yōu)點就是它的網(wǎng)絡覆蓋范圍較大，但隨著覆蓋范圍的增大，信息的傳輸時延會增大，而且同步也會變得比較復雜。
ΖigΒee技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸模式分為三種類型：
從設備向主協(xié)調(diào)器傳送數(shù)據(jù)；
主協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)，從設備接收數(shù)據(jù)；
各從設備之間傳送數(shù)據(jù)；
對于星型拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡來說，數(shù)據(jù)在主協(xié)調(diào)器和從設備之間交換，因此，只有兩種數(shù)據(jù)傳輸事務類型。而對于Mesh網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)來說，允許網(wǎng)絡中任何兩個從設備之間進行交換數(shù)據(jù)。因此，在該結(jié)構(gòu)中，可能包含著三種數(shù)據(jù)傳輸類型。
每種數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏敊C制還取決于該網(wǎng)絡是否支持信標的傳輸。通常，在低延遲設備之間通信時，應采用支持信標的傳輸網(wǎng)絡。如果網(wǎng)絡中不存在低延遲設備時，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中可選擇不使用信標方式傳輸，值得注意的是，在這種情況下，雖然數(shù)據(jù)傳輸不采用信標，但在網(wǎng)絡連接時，仍需要信標，才能完成網(wǎng)絡連接。
3.井下人員定位的原理
通常，將無線通信網(wǎng)絡中需要定位的節(jié)點稱為未知節(jié)點。而將通過人工部署的已知位置、并幫助未知節(jié)點定位的稱為信標節(jié)點。無線通信網(wǎng)絡中絕大多數(shù)現(xiàn)有的定位方法都包含兩個步驟：（1）距離（或角度）測量；（2）位置計算方法。
3.1距離（或角度）測量
目前，常用測量方法中，ΤDΟΑ和ΤΟΑ測距精確較RSSΙ測距精度高，但是網(wǎng)絡內(nèi)所有節(jié)點必須做到時刻同步，這對硬件要求太高，這和目前傳感器網(wǎng)絡設備的小型化和廉價趨勢是相反的；ΑΟΑ測距技術(shù)必須配備天線陣列，接收機結(jié)構(gòu)復雜。因此不適合低成本、低功耗的井下應用場合；而RSSΙ測距技術(shù)在距離較短時，測距誤差較小。當距離較大時，測距誤差增大，但是不需要額外的硬件開銷。根據(jù)以上分析，可根據(jù)不同應用場合選用適當測距技術(shù)。
3.2位置計算方法
關(guān)于傳感器網(wǎng)絡的定位技術(shù)研究很多，基本的定位算法是通過已經(jīng)知道地理位置的節(jié)點定出未知地理位置的節(jié)點。
例如可以使用三角測量計算方法，三邊測量計算方法，極大似然估計算方法等等。
當利用RSSΙ、ΤDΟΑ、ΤΟΑ等技術(shù)獲得未知節(jié)點與鄰近信標節(jié)點的距離時，可以采用三邊測距算法等定位算法來計算未知節(jié)點位置，如圖4所示。
圖4 三邊測距算法示意圖
4.論文小結(jié)
視訊業(yè)務是一種集視頻、音頻和數(shù)據(jù)于一體的實時、交互式多媒體通信業(yè)務。它具有基本通信業(yè)務的所有共同特征,同時又是所有基本通信業(yè)務中最生動、最全面、最豐富和最完善的通信方式。它對網(wǎng)絡帶寬的要求較高,是一種典型的寬帶通信業(yè)務。
一、視訊主要技術(shù)標準
視訊技術(shù)標準就是保證視,訊網(wǎng)絡整個系統(tǒng)能夠正常工作的共同語言。 視訊系統(tǒng)中常用的標準(協(xié)議)大致可以分為:框架協(xié)議、視頻標準、音頻標 準、控制協(xié)議、通信幀協(xié)議。國際電信聯(lián)盟―電信標準化組ITU-T制定了以下標準。
1.通信標準;2.視頻編解碼標準;3.音頻編解碼標準;4.數(shù)據(jù)會議標準;5.其他標準。
二、視訊業(yè)務系統(tǒng)的技術(shù)框架體系及發(fā)展趨勢
現(xiàn)代的視訊業(yè)務系統(tǒng)是建立在nYJ―T的H.32X系列框架體系之上,在未來幾年內(nèi),視訊技術(shù)將體現(xiàn)出多種應用協(xié)議并存、接入手段多樣的特點。在通信網(wǎng)中由于電路交換網(wǎng)(1SDN、E1、DDN等)獲得了較早的普及,因此基于H.320的視訊業(yè)務較早地進入了商業(yè)化運營,并已經(jīng)形成一定的市場規(guī)模。但是隨著IP寬帶網(wǎng)絡的發(fā)展,基于H.323的視訊技術(shù)以它的開放性與互操作性、普及迅速、系統(tǒng)綜合成本低等特點,正慢慢取代以H.320為基礎的視訊技術(shù),將成為主流。H.323視訊業(yè)務代表了視訊業(yè)務發(fā)展的方向。
三、視訊業(yè)務的幾種實現(xiàn)方式及其特點
1.PSTN視頻通信。采用H.324標準的PSTN視頻通信已很普遍。對于有可視電話需求的普通電話用戶,可以采用這種方式。PSTN可視電話傳輸速率很低,視頻質(zhì)量比較差,通常8～12幀/秒,一般適合點對點的靜止圖像或慢速移動圖像的傳送應用,不宜傳送運動圖像,不能用于組建點對多點視訊業(yè)務系統(tǒng)。
2.ISDN視頻通信。采用H.320標準的視頻通信是目前最基本的用于公眾化運營的視訊業(yè)務,能方便地進行撥號與聯(lián)網(wǎng)的任何地區(qū)建立確定速率的視頻連接,實現(xiàn)點對點的通信。利用ISDN也可以組建點對多點視頻會議系統(tǒng),需要多點控制單元設備的支持。
3.ATM視頻通信。H,321標準是針對ATM網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的視頻通信標準和規(guī)范。ATM以快速分組交換和統(tǒng)計時分復用的方式進行信息傳輔,具有很多優(yōu)點,但由7技術(shù)復雜、設備昂貴,加上ATM的各項標準制定遲緩,未能得到大規(guī)模的應用。ATM正在由原來設想的端對端的業(yè)務平臺逐漸成為一種支持多種應用的傳送平臺。因此基于ATM的視頻通信很難再進一步發(fā)展。
4.E1、V.35、DDN專線等基于電路交換網(wǎng)絡的視頻通信。建立在E1、DDN專線等電路交換網(wǎng)絡的基礎之上,遵循H,320標準的視訊網(wǎng)絡具有穩(wěn)定性和可靠性高、技術(shù)標準成熟、設備種類豐富、網(wǎng)絡線路專網(wǎng)專用等特點,主要用于那些對圖像質(zhì)量要求高,強調(diào)穩(wěn)定性和可靠性的群體,比如軍隊、政府、企業(yè)等。
5.基于p網(wǎng)絡的視頻通信。隨著計算機網(wǎng)絡技-術(shù)發(fā)展和寬帶網(wǎng)絡建設的規(guī)?；?遵循H.323標準的視訊網(wǎng)絡逐漸成為發(fā)展的主流,這種視訊技術(shù)主要是基于TCP/IP技術(shù),可以數(shù)據(jù)網(wǎng)上迅速部署視訊網(wǎng)絡。該技術(shù)的主要弱點表現(xiàn)在其所基于e61P網(wǎng)絡的QoS問題沒有得到很好的解決,存在網(wǎng)絡抖動、包序混亂、網(wǎng)絡擁塞等問題,導致系統(tǒng)穩(wěn)定性受到一定的影響。
四、構(gòu)筑公眾化運營、電信級的視訊業(yè)務網(wǎng)絡
(一)公眾化運營、電信級的視訊網(wǎng)絡應具備的特點
1.網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。電信級的視訊網(wǎng)絡一般采用分級分區(qū)域的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),包括多點控制單元MCU、網(wǎng)守GK、網(wǎng)關(guān)GW、視訊終端設備以及將上述設備連接起來的路由器、交換機等網(wǎng)絡設備。
2.運營支撐系統(tǒng)。運營支撐系統(tǒng)包括網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和業(yè)務管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡管理系統(tǒng)負責全網(wǎng)MCU的設備配置管理、監(jiān)控管理、故障管理;負責全網(wǎng)業(yè)務管理服務器的監(jiān)控管理、故障管理;負責終端的監(jiān)控管理、故障管理;負責全網(wǎng)網(wǎng)管的日志管理和統(tǒng)計分析管理。業(yè)務管.理系統(tǒng)負責用戶管理、會議管理、業(yè)務管理、計費結(jié)算、業(yè)務統(tǒng)計分析等。
3.面向全部社會用戶提供業(yè)務。電信級視訊網(wǎng)絡既可以為有較多視訊通信需求的高端用戶提供有質(zhì)量保證的視訊會議、可視電話,也可以為一般大眾提供成本較低、接入方式靈活的視訊業(yè)務。
4.完善的計費和營賬系統(tǒng)。電信級的視訊業(yè)務必須具備完善、安全、便捷的計費和營賬系統(tǒng),用戶可以預付費、后付費或充值卡充值;該系統(tǒng)還須具備靈活資費套餐的模塊化設計,能和運營商已有的電信業(yè)務營賬系統(tǒng)充分結(jié)合。
5.具有全網(wǎng)乃至國內(nèi)、國際統(tǒng)一的號碼資源。電信級視訊網(wǎng)絡上的所有會議電視終端、可視電話終端都應指配全網(wǎng)(乃至國內(nèi)、國際)唯一的號碼,各種類型終端之間通過撥叫對方號碼,實現(xiàn)多點及點對點的視訊通信。
6.系統(tǒng)的安全可靠性、兼容性及平滑擴容能力。視訊系統(tǒng)要采用主備倒換、模塊冗余、負荷分擔、數(shù)據(jù)備份等技術(shù),保證系統(tǒng)24小時不問斷運行,具有電信級的安全可靠性;系統(tǒng)應能夠接入不同廠家、不同接口的設備。
(二)視訊業(yè)務對p網(wǎng)絡的要求
1.網(wǎng)絡帶寬。視訊通信是一種對網(wǎng)絡帶寬有很大消耗、同時對網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量有高要求的業(yè)務。自呼叫發(fā)起開始一直到視訊通信結(jié)束,必須保證視訊終端到終端之間數(shù)據(jù)和信號傳輸高效且有保障,因此要求網(wǎng)絡有足夠的帶寬并且要求網(wǎng)絡傳輸?shù)姆€(wěn)定和可靠。
2.網(wǎng)絡協(xié)議。為了支持市場上主流視頻會議系統(tǒng)產(chǎn)品,網(wǎng)絡要支持UDP、Muhicast、RPT、RSVP、RTCP和流分類協(xié)議。為了方便Qd配置,三層以上網(wǎng)絡設備最好采用同廠家的產(chǎn)品。要做好防火墻等網(wǎng)絡安全設備的配置,保證有關(guān)協(xié)議穿過。
3.網(wǎng)絡質(zhì)量。在IP網(wǎng)絡中,骨干網(wǎng)絡路由器或者三層交換設備必須選用質(zhì)量較好的設備,能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。
(三)目前國內(nèi)主流視訊產(chǎn)品
目前,國內(nèi)全面兼容H.320和H.323標準的視訊交換系統(tǒng)有華為公司的viewPoint 8000 系列視訊交換系統(tǒng),中興通訊的寬帶網(wǎng)絡視訊服務器ZXMVC8900。它們都能同時采用E1\DDN專線、ISDN撥號,IP網(wǎng)等方式進行視訊通信,都能夠由系統(tǒng)自動完成不同線路模式的轉(zhuǎn)換而不需要獨立的外置網(wǎng)關(guān)GW。
北京郵電大學
教授 碩士生導師
1 通信技術(shù)標準領(lǐng)域的政府干預之手
在移動通信標準領(lǐng)域，市場機制是失效的。因此政府通常采取各種措施將自己國家的技術(shù)標準推向世界。歐盟在1G時期，為了扭轉(zhuǎn)歐盟各國在標準上各自為政的被動局面，11個國家的郵電部長組成一個團體叫“Group of Special Moment”，這是最初的GSM含義，1982年歐盟確立了全歐統(tǒng)一的GSM標準。美國政府在保護國民利益上更是不遺余力。GSM技術(shù)1989年已經(jīng)成熟，但美國到1994年還不讓GSM進入。1990年高通宣布自己CDMA研制成功，雖然還是實驗室階段，但美國政府立即把CDMA定為美國的標準。美國以頻率資源為交換，使得眾多企業(yè)支持CDMA，直到1994年美國把頻率資源拍賣完畢，才允許歐洲GSM標準進入。同時，美國政府還以中國接受CDMA標準作為入世條件之一來實施其標準國際化戰(zhàn)略。高通的CDMA現(xiàn)在每年光賣標準就有幾十億美元的進項，如果當初沒有美國政府的支持，很難走到今天。
因此，中國TD-LTE標準要走向世界，真正成為國際標準，政府就必須從戰(zhàn)略高度對TD-LTE標準進行全球部署。
2 技術(shù)標準之爭是國家利益之爭
在知識經(jīng)濟時代，技術(shù)標準的競爭已經(jīng)成為國際經(jīng)濟和科技競爭的焦點。標準不僅是提高效率的工具，更是利益分配的手段。為此，發(fā)達國家紛紛出臺國家標準化戰(zhàn)略，將爭奪控制國際標準作為國際經(jīng)濟競爭的重要策略。在歐美，專利挖掘、專利部署、專利申請的搶先提交被稱為一種戰(zhàn)爭手段。“技術(shù)專利化、專利標準化、標準產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)市場化、市場國際化”是標準的發(fā)展之路。由于技術(shù)標準對科技、貿(mào)易、產(chǎn)業(yè)以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供支撐，因此，發(fā)達國家以標準為依據(jù)，采用由技術(shù)法規(guī)、標準和合格評定程序設置的技術(shù)性貿(mào)易措施，強化其經(jīng)濟和技術(shù)在國際中的競爭地位。技術(shù)標準尤其是移動通信的網(wǎng)絡技術(shù)標準的不可替代性，增強了技術(shù)自我保護、防止模仿的力量，大大增加了標準控制者的收益。
標準作為技術(shù)規(guī)范和知識產(chǎn)權(quán)的載體，從源頭上控制了產(chǎn)業(yè)的資源整合能力和技術(shù)升級的主動權(quán)。掌握標準，可以使知識產(chǎn)權(quán)的持有者最大限度地控制生產(chǎn)成本，并且自主地優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，改善產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境，引導產(chǎn)業(yè)資源的動態(tài)分配。發(fā)達國家之所以不遺余力地扶植和幫助本國企業(yè)共同開發(fā)和維護行業(yè)和產(chǎn)品標準，歸根到底是為了實現(xiàn)本國和本地區(qū)利益的最大化。隨著經(jīng)濟、技術(shù)競爭的不斷升級，發(fā)達國家和跨國公司都力求將專利變?yōu)闃藴剩R產(chǎn)權(quán)政策與標準化政策越來越多地揉合在一起，以獲取最大經(jīng)濟利益，標準化已成為專利技術(shù)追求的最高實現(xiàn)形式。
技術(shù)標準戰(zhàn)略是為市場競爭服務的，實施技術(shù)標準戰(zhàn)略的最終目標就是要取得市場的主導作用和領(lǐng)先地位，以獲取最大的經(jīng)濟利益。技術(shù)標準之爭事關(guān)國家經(jīng)濟利益，其背后往往有政府的強力支持。各發(fā)達國家千方百計地控制國際標準化工作，并通過標準建立貿(mào)易技術(shù)壁壘，是現(xiàn)在國際競爭中的最大利益。目前國際標準秩序主要是歐美等發(fā)達國家制定的，國際標準組織ISO、IEC和ITU所屬的17個技術(shù)委員會秘書處中，1/3為美國主導，其他發(fā)達國家占2/3。
移動通信的技術(shù)標準長期以來一直為歐美所壟斷，并試圖繼續(xù)將1G、2G的壟斷延伸到3G、4G乃至以后的發(fā)展，從而使高額壟斷利潤持續(xù)不斷地收入囊中。在此背景下，要保護我國利益，政府必須制定標準的國際化發(fā)展戰(zhàn)略。
3 加速TD-LTE的國際化戰(zhàn)略部署
要逐步化解歐美對移動通信標準的壟斷，就必須從國家戰(zhàn)略高度和全球視野扶植我國自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-LTE標準在國際市場的突破和發(fā)展。從我國移動通信技術(shù)標準的發(fā)展來看，如果說3G的TD-SCDMA標準是在歐美嚴密壟斷的移動通信標準的路徑上撕開了一道口子的話，那么，我國4G標準TD-LTE則為世界移動通信發(fā)展另辟了一條蹊徑。
市場為TD-LTE標準在國際上推廣提供了契機。來自全球著名投行高盛的一份研究報告顯示，全球運營商正在加速采用TD-LTE技術(shù)，該技術(shù)正在成為非對稱頻譜方面的全球性解決方案。在國際頻譜劃分中，TDD頻譜資源比較匱乏，全球只有25%的頻譜分配給TD-LTE，而且主要定位在FDD補充的位置上。目前，F(xiàn)DD和TDD規(guī)劃好的頻段數(shù)量之比是5.6：1，而且TDD獲得的多是FDD分配剩下的零散頻段。但TDD比FDD擁有更高的頻譜效率，頻譜是全球稀缺資源，TD-LTE能夠使運營商得以開發(fā)非對稱頻譜的商業(yè)價值。很多運營商已經(jīng)獲得了非對稱的、不支持FDD-LTE的WiMAX或PHS頻譜，由于FDD頻段已經(jīng)基本分配完畢，現(xiàn)存的頻段拍賣價格也特別高，適用于非對稱頻段的TD-LTE技術(shù)開始得到國際運營商的關(guān)注，這部分運營商正在考慮是否要選擇TD- LTE作為過渡和演進。因此，我國的TD-LTE標準國際化戰(zhàn)略應盡快出臺，把握時機，將更多的運營商收歸麾下。
關(guān)鍵詞 ：智能變電站；IEC61850規(guī)約
IEC61850規(guī)約是全世界唯一的變電站網(wǎng)絡通信標準，也將成為電力系統(tǒng)中從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動化無縫連接自動化標準，本文將對IEC61850規(guī)約進行簡要介紹。
1.IEC61850系列變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)實施標準概述
伴隨著現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化二次設備的數(shù)據(jù)來源發(fā)生變化，正逐步的從傳統(tǒng)的模擬信號階段走向現(xiàn)代的數(shù)字信號階段，智能變電站應運而生。智能變電站是由智能化一次設備、網(wǎng)絡化二次設備在IEC61850通信協(xié)議基礎上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。與常規(guī)變電站相比，智能變電站間隔層和站控層的設備及網(wǎng)絡接口只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設備以及一次設備與二次設備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅鳌⒅悄芑淮卧O備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。
2.IEC61850裝置模型及配置方式
2.1 模型（model）的概念
模型是現(xiàn)實事物的某些代表性特點的表示，可以是物理實體，也可以是某種圖形或者是一種數(shù)學表達式。創(chuàng)建模型的目的是幫助我們?nèi)ダ斫狻⒚枋觥⑻剿魈囟▽嶓w或現(xiàn)象的簡單表示，預測實際世界發(fā)生的事情。用這種方法處理問題，可以大大減少實驗工作量，還有助于了解過程的實質(zhì)。例如，IEC61850-7-x定義的模型著眼于變電站數(shù)據(jù)通信特征和功能來建模。所建模型為變電站自動化系統(tǒng)提供了類似的環(huán)境鏡像（電力系統(tǒng)過程、開關(guān)場）。
依據(jù)建模方法，可將現(xiàn)實世界重變電站的三相分相斷路器虛擬化為一個虛擬環(huán)境中的邏輯節(jié)點XCBR，將實際斷路器的位置、動作次數(shù)等信息虛擬化為邏輯節(jié)點下的數(shù)據(jù)Pos、OpCnt，這樣就實現(xiàn)了真實世界中的事物到虛擬環(huán)境的虛擬化，事物的屬性也映射到了虛擬的模型環(huán)境中，在這個虛擬的環(huán)境中，我們就可以研究分析現(xiàn)實事物的原理、行為等，例如可以獲得斷路器的分合狀態(tài)以及斷路器的動作次數(shù)等信息，依據(jù)所獲得的這些信息，進一步又可以研究是否需要分合斷路器、或者是判斷斷路器是否需要檢修。
將現(xiàn)實變電站中的相關(guān)的事物及屬性、方法逐一虛擬到模型文件中，即完成了設備的建模。例如實際的斷路器可虛擬為一個LN（XCBR），該LN包含位置信息（Pos）、動作次數(shù)（OpCnt）等數(shù)據(jù)；另外電壓互感器可虛擬為TVTR邏輯節(jié)點，電流互感器虛擬為TCTR邏輯節(jié)點，刀閘地刀虛擬為XSWI邏輯節(jié)點，以此類推，現(xiàn)實中的各種實物都可虛擬到不同功能的LN中。
2.2 ICD模型文件
智能變電站自動化系統(tǒng)中，存在著功能各異、數(shù)量不一的智能設備，為了能較好的了解各智能設備的行為、互操作性，工程實施采用了面向?qū)ο蟮姆椒?，通過可擴展標記語言XML，創(chuàng)建一個可全面描述IED功能的文件，這個文件稱為智能設備的配置描述（IED Configuration Description），簡稱ICD。ICD文件僅經(jīng)過IED配置工具的配置，未經(jīng)過變電站系統(tǒng)配置工具的配置，只是對現(xiàn)實智能設備的功能的一個全面描述。
2.3 CID文件
一個置于變電站通訊網(wǎng)中的智能設備，除了本身可獨立運行外，還需要與其他智能設備進行數(shù)據(jù)交換，以完成自身的某些功能，或者輸出數(shù)據(jù)供其他智能設備使用，那該智能設備如何才能知道與其他智能設備交換些什么數(shù)據(jù)，我們可以通過變電站配置描述語言（Substation Configuration description Language）工具對裝置ICD模型文件予以配置，主要包括MMS、GOOSE、SMV部分，告知智能設備需要與外界交換那些信息，那么這個經(jīng)過SCL工具配置過的文件稱之為經(jīng)過配置的智能設備描述（Configured IED Description）文件，簡稱CID文件，它是對ICD文件的一個擴充，不僅包含IED的功能描述，同時還包含了數(shù)據(jù)交換信息、報文控制信息等。
3.MMS 服務
3.1 MMS介紹
MMS（Manufactoring Message Specification）即制造報文規(guī)范，是ISO/IEC9506 標準所定義的一套用于工業(yè)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議。MMS是由ISO/TC184開發(fā)和維護的網(wǎng)絡環(huán)境下計算機或IED之間交換實時數(shù)據(jù)和監(jiān)控信息的一套獨立的國際標準報文規(guī)范。它獨立于應用和設備的開發(fā)者。MMS特點介紹如下：
（1） 定義了交換報文的格式；結(jié)構(gòu)化層次化的數(shù)據(jù)表示方法；可以表示任意復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；ASN.1編碼可以適用于任意計算機環(huán)境；（2） 定義了針對數(shù)據(jù)對象的服務和行為；（3） 為用戶提供了一個獨立于所完成功能的通用通信環(huán)境。
3.2 MMS 功能
（1）信號上送
開入、事件、報警等信號類數(shù)據(jù)的上送功能通過BRCB（有緩沖報告控制塊）來實現(xiàn)，映射到MMS的讀寫和報告服務。通過有緩沖報告控制塊，可以實現(xiàn)遙信和開入的變化上送、周期上送、總召、事件緩存。由于采用了多可視的實現(xiàn)方案，事件可以同時送到多個后臺。brcbRp是帶緩存的報告控制塊，而urcbRp 是不帶緩存的報告控制塊。一般遙信類信號緩存，保護模擬量不緩存。
（2）測量上送
遙測、保護測量類數(shù)據(jù)的上送功能通過URCB（無緩沖報告控制塊）來實現(xiàn)，映射到MMS的讀寫和報告服務。通過無緩沖報告控制塊，可以實現(xiàn)遙測的變化上送（比較死區(qū)和零漂）、周期上送、總召。由于采用了多可視的實現(xiàn)方案，使得事件可以同時送到多個后臺。
（3）控制
遙控、遙調(diào)等控制功能通過IEC61850的控制相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，映射到MMS的讀寫和報告服務。IEC61850提供多種控制類型，南瑞繼保PCS系列裝置實現(xiàn)了增強型SBOw功能和直控功能，支持檢同期、檢無壓、閉鎖邏輯檢查等功能。
（4） 故障報告
故障報告功能通過RDRE邏輯節(jié)點實現(xiàn)，映射到MMS的報告和文件操作服務。錄波文件產(chǎn)生時，RDRE下的RcdMade和FltNum通過報告上送到后臺；后臺以如下方式召喚故障報告，其過程如下：
首先裝置給客戶端上送故障報告， 客戶端會對裝置下發(fā)查詢波形列表文件，注意這時候有的廠家的裝置目錄有點不一致的，需要確認，比如南自的是“/comtrate/”，PCS 裝置是“/comtrade”和“comtrade/”都可以認別。裝置會將波形的所有列表送給客戶端，客戶端進行打開文件列表請求，裝置對客戶端打開文件列表回應，客戶端進行讀取文件請求，裝置對客戶端讀取文件回應，文件讀取后，客戶端要關(guān)閉文件請求，文件讀取后，裝置對關(guān)閉文件請求回應。
4.結(jié)論
IEC61850標準是新一代的變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)協(xié)議，適應分層的智能電子裝置和變電站自動化系統(tǒng)，該協(xié)議根據(jù)電力系統(tǒng)生產(chǎn)過程的特點，制定了滿足實時信息傳輸要求的服務模型；采用抽象通信服務接口、特定通信服務映射，適應了網(wǎng)絡發(fā)展；采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)，面向設備建模和自我描述，以適應功能擴展，滿足了應用開放互操作的要求；采用配置語言，配備配置工具，在信息源定義了了數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性；定義和傳輸元數(shù)據(jù)，擴充了數(shù)據(jù)和設備管理功能。
IEC61850標準作為是全世界唯一的變電站網(wǎng)絡通信標準，也將成為電力系統(tǒng)中從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動化無縫連接的自動化標準， IEC61850體系使變電站信息建模標準化成為可能，信息共享具備了可實施的基礎前提，為電力系統(tǒng)自動化產(chǎn)品的“統(tǒng)一標準、統(tǒng)一模型、互聯(lián)開放”的格局奠定了基礎。
參考文獻：
M2M： Business Scope and Technical Development
摘要： 指出M2M是使用電信運營商提供的網(wǎng)絡和業(yè)務支撐平臺并提供給其他各種規(guī)模垂直行業(yè)的公共物聯(lián)網(wǎng)，它是物聯(lián)網(wǎng)應用的一個子集。M2M的主要技術(shù)包括Thing-based M2M技術(shù)、機器對機器直接通信技術(shù)和M2M通信網(wǎng)技術(shù)。M2M市場潛力巨大，但還存在很多不確定因素，需要我們開展更多研究。
關(guān)鍵詞： 機器對機器；物聯(lián)網(wǎng)；機器類型通信；傳感器；無線射頻識別
Abstract： M2M is a kind of IoT that supports all kinds of vertical industry applications that are based on a telecommunication network and a telecommunication service platform. M2M application is a subset of IoT applications. The main M2M technologies are thing-based M2M technology， technology for direct communication between machine and machine， and M2M communication network technology. The M2M market has great potential， but there is still much uncertainty and more research needs to be done.
Key words： M2M； internet of things； machine-type communication； sensor； radio frequency identification
隨著物聯(lián)網(wǎng)應用日趨廣泛，“M2M”也成為伴隨物聯(lián)網(wǎng)在信息通信領(lǐng)域中最熱門的詞匯，M2M應用、M2M業(yè)務、M2M平臺等名詞和術(shù)語層出不窮。如果把這些名詞術(shù)語中的M2M替換為物聯(lián)網(wǎng)，它們也是行業(yè)的高頻詞匯，而且這些詞匯的內(nèi)涵和M2M相關(guān)詞匯的內(nèi)涵非常相近。可以看出，物聯(lián)網(wǎng)和M2M的內(nèi)涵和外延非常接近，也說明了目前物聯(lián)網(wǎng)和M2M的產(chǎn)業(yè)界線、業(yè)務研究范圍、技術(shù)發(fā)展方向仍然沒有特別清晰的認識。
1 M2M國際標準化現(xiàn)狀
1.1 ITU-T
國際電信聯(lián)盟遠程通信標準化組織（ITU-T）M2M焦點組（FG M2M）首次會議于2012年4月17—18日在日內(nèi)瓦召開。會議吸引了眾多醫(yī)療和信息、通信和技術(shù)（ICT）領(lǐng)域的專家參與，共同探討垂直醫(yī)療市場的M2M標準化需求。焦點組的工作集中在醫(yī)療領(lǐng)域中M2M的應用，并據(jù)此分為3個工作組：第1工作組負責M2M使用案例和業(yè)務模型；第2工作組負責確定M2M業(yè)務層的要求和架構(gòu)框架；第3工作組負責M2M應用程序接口（API）和協(xié)議，其工作將在前兩個工作組完成相關(guān)工作后逐步開始，目前主要是研究M2M業(yè)務層的需求和M2M業(yè)務層支持下的e-health。
ITU-T M2M焦點組的研究報告沒有給出M2M的準確范疇和定義，目前只是給出M2M業(yè)務層研究的范疇，即處于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層和應用層的功能。
1.2 OneM2M
為了促進國際物聯(lián)網(wǎng)標準化活動的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，減少重復工作，降低企業(yè)生產(chǎn)及運營成本，保障各行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應用，從而推動國際物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，2012年7月，由中國通信標準化協(xié)會（CCSA）、日本的無線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會（ARIB）和電信技術(shù)委員會（TTC）、美國的電信工業(yè)解決方案聯(lián)盟（TIS）和通信工業(yè)協(xié)會（TIA）、歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI），以及韓國的電信技術(shù)協(xié)會（TTA）等7家標準組織推進成立了OneM2M。OneM2M專注于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務層標準的制訂，并致力于M2M設備在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)互通的技術(shù)規(guī)范和相關(guān)報告的制訂。
OneM2M已經(jīng)成立了需求（WG1）、架構(gòu)（WG2）、安全（WG3）、管理和語義（WG4）4個工作組。目前具體工作項目（WI）有：M2M需求、M2M術(shù)語、M2M架構(gòu)3個項目，并有兩個內(nèi)部項目，分別對應用場景和標準組織提交的架構(gòu)融合問題進行相關(guān)研究。
1.3 3GPP
第三代合作伙伴計劃（3GPP）對M2M的研究聚焦在通過移動通信網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C器通信，既MTC。3GPP從R10開始對MTC進行相關(guān)的標準化工作，目前R10階段的工作已經(jīng)完成，R11的相關(guān)標準研究接近尾聲，R12的研究工作開始啟動。R10階段的標準化重點是移動通信核心網(wǎng)擁塞控制的優(yōu)化；R11階段的標準化涉及的內(nèi)容包括MTC架構(gòu)、標識、尋址、設備觸發(fā)、RAN的擁塞控制；R12階段則重點關(guān)注小數(shù)據(jù)和設備觸發(fā)、監(jiān)控增強、UE低功耗優(yōu)化、基于組的優(yōu)化。MTC是不需要人干預的一個或多個實體之間的數(shù)據(jù)通信，可以看出MTC實際就是我們平常說的M2M通信。
1.4 ETSI
歐洲電信標準化委員會（ETSI）M2M工作組于2008年成立，以歐洲運營商主導，吸引了來自歐、美、中、日、韓等地區(qū)或國家的電信和ICT行業(yè)的參與，以制造商、網(wǎng)絡運營商為主（分別占59%、26%），也包括研究團體、政府管理機構(gòu)、大學和一些最終用戶。ETSI M2M TC的主要研究目標是從端到端的全景角度研究機器對機器通信，并與ETSI內(nèi)電信和互聯(lián)網(wǎng)融合業(yè)務及高級網(wǎng)絡協(xié)議（TISPAN）及3GPP已有的研究進行協(xié)同工作。
目前ETSI M2M Release 1核心的3個系列標準已經(jīng)：M2M需求（ETSI TS 102 689）、M2M功能架構(gòu)（ETSI TS 102 690）和M2M接口描述（ETSI TS 102 921）。OneM2M成立后，ETSI M2M的標準化成果將轉(zhuǎn)移到OneM2M中繼續(xù)研究，ETSI主要維護歐洲地區(qū)標準事務。
2 M2M內(nèi)涵及邊界
M2M的范疇也在不斷放大，例如有人把M2M的縮略語解釋為機器對機器、人對機器或機器對人，這也就意味著M2M與物聯(lián)網(wǎng)的目標類似，都是提供未來人與物、物與物的通信。特別是OneM2M標準組織的成立，從名稱上就彰顯出“一個”M2M就能夠提供所有與機器相關(guān)的應用和業(yè)務，這似乎與物聯(lián)網(wǎng)的目標和業(yè)務范疇一樣。因此從產(chǎn)業(yè)、技術(shù)和標準化發(fā)展的角度有必要說明M2M的內(nèi)涵及其與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系。
物聯(lián)網(wǎng)目前還沒有大規(guī)模的應用，目前應用主要集中于各種小規(guī)模的垂直行業(yè)應用以及基于公眾通信網(wǎng)支撐的應用中。物聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有通信網(wǎng)的基礎上，通過增強網(wǎng)絡末梢的感知能力和應用層的信息處理能力來實現(xiàn)應用需求，因此通信網(wǎng)的應用服務體系同樣適用于物聯(lián)網(wǎng)的應用服務體系，即基于公眾通信網(wǎng)（包括電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)）增強其感知能力構(gòu)建公共物聯(lián)網(wǎng)。
公共物聯(lián)網(wǎng)不僅可以提供公眾物聯(lián)網(wǎng)應用，還可以使其他服務行業(yè)共享這種公共信息基礎設施，避免不同的行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)重復建設；而電力、交通等行業(yè)的信息化程度相對較高，又有其自身特殊的、封閉的應用需求，它們將基于各自現(xiàn)有行業(yè)的信息通信網(wǎng)絡建設來發(fā)展行業(yè)專屬的物聯(lián)網(wǎng)，智能電網(wǎng)、智能交通（ITS）、智能工業(yè)將是這些行業(yè)專屬物聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展的目標，如圖1所示[1-3]。
這種公共物聯(lián)網(wǎng)的應用提供方式不同于專屬物聯(lián)網(wǎng)的應用提供方式，它是開放、共享信息通信基礎設施給應用提供者，因此從標準化的角度，有必要把這種方式與其他專屬物聯(lián)網(wǎng)應用提供的方式區(qū)別開。M2M近年來成為全球電信運營商廣泛使用的詞匯，電信運營商希望通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)電信網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡等末梢延伸網(wǎng)的連接， 從而實現(xiàn)公眾通信網(wǎng)連接各種感知物理世界的感知設備，例如傳感器、射頻識別（RFID）裝置，這種使用電信運營商提供的網(wǎng)絡和業(yè)務支撐平臺而提供各種小規(guī)模垂直行業(yè)應用的公共物聯(lián)網(wǎng)，我們可以把它稱為M2M。如果說物聯(lián)網(wǎng)是一個全集，那么M2M就是基于電信運營商驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務應用，應該是物聯(lián)網(wǎng)應用的一個子集。
3 M2M的主要技術(shù)
3.1 Thing-Based M2M
圖2是中國通信標準化協(xié)會基于電信運營商在物聯(lián)網(wǎng)應用方面的實踐制訂的現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)總體框架。由于現(xiàn)階段各行各業(yè)都在物聯(lián)網(wǎng)的旗幟下發(fā)展各自的行業(yè)信息化應用，因此圖2中雖然示意的是物聯(lián)網(wǎng)，但實際就是電信運營商驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)應用——M2M。
端節(jié)點和通信網(wǎng)之間建立網(wǎng)絡連接的方式有兩種：一種是直接連接方式，端節(jié)點向通信網(wǎng)直接進行注冊認證，并從網(wǎng)絡獲取所需要的標志或地址等信息；另一種方式是通過接入網(wǎng)關(guān)和通信網(wǎng)建立連接，此時接入網(wǎng)關(guān)作為端節(jié)點和通信網(wǎng)之間的連接媒介和連接中轉(zhuǎn)節(jié)點，同時向端節(jié)點提供必要的連接配置信息，而對于接入網(wǎng)關(guān)中繼端節(jié)點到通信網(wǎng)之間的連接，某些端節(jié)點可能只具有近距離通信功能，為了連接到廣域通信網(wǎng)絡，需要通過延伸網(wǎng)和接入網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)到廣域網(wǎng)的接入。另外一種典型需求是利用接入網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)網(wǎng)絡連接的匯聚和信息的匯聚，并簡化網(wǎng)絡連接和相應管理等。延伸網(wǎng)絡位于端節(jié)點與接入網(wǎng)關(guān)之間，主要是在現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎上實現(xiàn)通信的進一步延伸，使通信的覆蓋區(qū)域和服務領(lǐng)域得到擴展。為了實現(xiàn)對各種物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點的接入，特別是工作在特定環(huán)境或場景下的智能節(jié)點設備的接入，延伸網(wǎng)絡通常會利用各種近距離技術(shù)、自組織組網(wǎng)技術(shù)等，通過多跳轉(zhuǎn)發(fā)等方式，來實現(xiàn)信息的傳遞，同時業(yè)務支撐平臺負責向應用提供一些共性的能力和支撐，并提供開放的接口，使應用可以接入和使用網(wǎng)絡資源和能力。通過向具體應用屏蔽底層具體網(wǎng)絡實現(xiàn)，可以簡化和降低上層應用開發(fā)和部署的復雜度。應用可能由第三方運營，在這種情況下，可以通過業(yè)務網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)應用的安全接入，此時業(yè)務網(wǎng)關(guān)來屏蔽物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，對應用進行認證和授權(quán)，并可以提供統(tǒng)一的應用程序編程接口（API）接口等[4]。
目前典型的應用是利用物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點（如傳感器、RFID、視頻采集器等）采集物理世界中的信息，然后經(jīng)接入網(wǎng)關(guān)傳送到應用層的服務器進行分析處理，再提供相應的應用。因此這種應用并非如M2M縮略語中的意思，提供機器到機器直接通信應用，因此我們就把它稱作為Thing-based M2M。
Thing-based M2M應用基本還是綜合利用現(xiàn)有的信息通信技術(shù)（包括現(xiàn)有的信息采集技術(shù)、信息傳遞技術(shù)）提供應用，而接入網(wǎng)關(guān)和業(yè)務支撐平臺則是需要重新構(gòu)建功能或設備，此外由于電信運營商作為M2M平臺的業(yè)務提供者需要管理和維護終端，因此M2M業(yè)務支撐平臺和終端之間的管理和維護協(xié)議、業(yè)務傳送的協(xié)議也需要構(gòu)建。中國電信運營商，例如中國電信、中國移動都為之定義了企業(yè)協(xié)議。中國電信M2M通信協(xié)議稱之為M2M終端管理協(xié)議（MDMP），中國移動M2M通信協(xié)議稱之為無線M2M協(xié)議（WMMP）通信協(xié)議，設計這些協(xié)議的目的是為了屏蔽不同應用在延伸網(wǎng)使用的不同技術(shù)協(xié)議，在接入網(wǎng)關(guān)、M2M終端與業(yè)務支撐平臺之間使用統(tǒng)一的協(xié)議實現(xiàn)M2M終端管理、控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能。雖然這些技術(shù)已經(jīng)具備，但是從技術(shù)標準的角度看，M2M平臺和M2M通信協(xié)議由于不同運營商定義了不同的企業(yè)標準，因此還需要進一步的行業(yè)標準化[5]。
3.2 機器對機器通信
通信網(wǎng)絡技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，給社會生活帶來了極大的變化，越來越多的設備需要通信和連網(wǎng)。目前僅僅是計算機和其他一些IT類設備具備與其他機器的直接通信的能力，眾多的普通機器設備幾乎不具備聯(lián)網(wǎng)和其他機器直接通信的能力，例如工業(yè)設備、儀器儀表、家電、車輛、自動售貨機、工廠設備等。M2M技術(shù)的目標就是使所有機器設備都具備連網(wǎng)和通信能力，預計未來用于人對人通信的終端可能僅占整個終端市場的1/3，而更大數(shù)量的通信是機器對機器的直接通信業(yè)務。事實上，目前機器的數(shù)量至少是人類數(shù)量的4倍，因此M2M具有巨大的市場潛力[6]。
M2M通信將由M2M層、傳送層、ID層、網(wǎng)絡層、媒體接入控制（MAC）層、物理層構(gòu)成，如圖3所示。
M2M層是為了實現(xiàn)采用不同語言的應用之間通信，而需要在網(wǎng)關(guān)設置實現(xiàn)語言翻譯而設計的通信層，目前可用的協(xié)議有UPnP、DPWS、CoAP。
傳送層將用于提供端到端的性能保證，特別是按序并有一定的可靠性傳送，因此在提供M2M應用時，傳送層根據(jù)應用對服務質(zhì)量（QoS）的要求可以是任選；ID層是對傳統(tǒng)輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（TCP/IP）協(xié)議棧簇增加的的標識層。由于IP作為全球?qū)ぶ返募夹g(shù)出現(xiàn)，不僅用于標記“位置”，還用于標記“標志（資源名）”，目前業(yè)界正在研究位置與標識的分離；網(wǎng)絡層用于分組包的尋址，目前基本還是采用IP的技術(shù)（可能是IPv4或IPv6）；MAC層和物理層決定于通信網(wǎng)具體采用的通信技術(shù)。
（1）UPnP
通用型即插即用（UPnP）是即插即用（PnP）的擴展，它可發(fā)現(xiàn)和控制各種網(wǎng)絡設備，如網(wǎng)絡打印機、Internet網(wǎng)關(guān)等，并能提供相應服務。但UPnP不是即插即用的簡單擴展，它支持“0配置”和無線網(wǎng)絡，可自動發(fā)現(xiàn)其他供應商提供的設備。在UPnP協(xié)議下，一個設備可動態(tài)加入網(wǎng)絡，獲得IP地址，廣播其功能，并了解其他設備的功能。很多種類的設備都可以使用UPnP協(xié)議，包括智能設備、無線設備。UPnP使用標準的TCP/IP和Internet協(xié)議，能夠很好地在現(xiàn)存網(wǎng)絡中使用。使用這些標準協(xié)議使UPnP從已有的各種經(jīng)驗和知識中獲利，打破各種信息孤島，越過各種物理層，具有設備間的相互協(xié)作基本特點。M2M通信也需要管理M2M終端，未來UPnP可以用來為之服務。圖4是UPnP協(xié)議棧。
（2）DPWS
設備的Web服務（DPWS），它定義了在資源有限的終端上使用的、用于實現(xiàn)安全的 Web 服務的最小接口集。 Windows Vista上內(nèi)置了DPWS的客戶端類庫（WSDAPI）， 那些支持DPWS的設備（比如常見的某些支持DPWS的打印機）自動出現(xiàn)在Windows Vista的Network Explorer中。從某種程度上說，DPWS是UPnP的Web 服務實現(xiàn)，未來M2M通信也需要用來管理M2M終端，因此DPWS可以用來為之服務。圖5所示為DPWS的協(xié)議棧。
（3）CoAP
CoAP是一種面向網(wǎng)絡的協(xié)議，它采用了與HTTP類似的特征，核心內(nèi)容為資源抽象、指表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移（REST）式交互以及可擴展的頭選項等等。
HTTP作為IETF 成功長期采用的標準，可以用較小的腳本程序來融合不同的資源和服務，并且它提供的互操作性正是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵討論內(nèi)容，因此它被推向設備層面。由于HTTP基于TCP傳輸協(xié)議，采用點對點的通信模型，因此不適合推送通知服務，而且對于資源能力受限的設備來說也過于復雜。
CoAP協(xié)議基于REST 構(gòu)架，是互聯(lián)網(wǎng)資源訪問協(xié)議的一般性設計風格。為了克服HTTP對于受限環(huán)境的劣勢，CoAP需要考慮到數(shù)據(jù)報長度的最優(yōu)化以及可靠通信。一方面，CoAP提供統(tǒng)一資源標志符（URI），REST 式的方法（如GET，POST，PUT和DELETE），以及可以獨立定義的頭選項提供的可擴展性。另一方面，CoAP基于輕量級的UDP協(xié)議，允許IP多播，而組通信是M2M最重要的需求之一。為了彌補UDP傳輸?shù)牟豢煽啃?，CoAP定義了帶有重傳機制的事務處理機制，并且提供資源發(fā)現(xiàn)機制。CoAP協(xié)議不是盲目壓縮了HTTP協(xié)議，考慮到資源受限設備的低處理能力和低功耗限制，CoAP重新設計了HTTP的部分功能以適應設備的約束條件。另外，為了使協(xié)議適應M2M 應用，CoAP協(xié)議改進了一些機制，同時增加了一些功能。圖6 顯示了HTTP和CoAP的協(xié)議棧。CoAP和HTTP在傳輸層有明顯的區(qū)別。HTTP協(xié)議的傳輸層采用了TCP協(xié)議，而CoAP協(xié)議的傳輸層使用UDP協(xié)議，開銷明顯降低，并支持多播。
3.3 M2M對通信網(wǎng)的技術(shù)需求
M2M應用具有海量終端接入和小數(shù)據(jù)頻發(fā)等特點，但是目前的移動通信網(wǎng)的設計是針對人類的通話設計，因此直接使用現(xiàn)有的移動通信技術(shù)支持M2M應用將會造成對頻率資源的低效使用。為了充分利用頻譜資源，需要對移動通信網(wǎng)進行改造和增強。
目前3GPP正在研究現(xiàn)有移動通信網(wǎng)如何高效支持M2M 應用，包括體系架構(gòu)、擁塞和過載控制、簽約控制、標識和尋址、時間控制特性、MTC監(jiān)控特性的研究。
4 結(jié)束語
物聯(lián)網(wǎng)在中國被認為是未來的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是推動產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會的“發(fā)動機”，而M2M無疑是其中重要的生力軍。物聯(lián)網(wǎng)和M2M能夠帶來真正新的產(chǎn)業(yè)是什么，仍在探索中，還存在著很多不確定因素，需要我們投入更多的精力來研究。
參考文獻
[1] Nixon T， Regnier A， Driscoll D， and Mensch A. OASIS Devices Profile for Web Ser- vices （DPWS） Version 1.1 [EB/OL]. http：///ws-dd/ns/dpws/2009/01， July 2009.
[2] Nixon T. Web Services Discovery and Web Services Devices Profile [C]// Connectivity Week 2009， Santa Clara， June 2009.
[3] Microsoft. Introducing DPWS[EB/OL]. http：///en-us/library/ dd170125.aspx， Aug. 2011.
[4] Hernández V， López L， Prieto O， MartSnez J F， García A B， and Da-Silva A， Security Framework for DPWS Compliant Devices： Service-Oriented Device Communications using the Devices Profile for Web Services[C]//the Third International Conference on Emerging Security Information， Systems and Technologies， Athens， Glyfada， Greece， June 2009.
[5] Shelby Z， Hartke K， Bormann C， and Frank B. Constrained Application Protocol （CoAP） [EB/OL]. http：///id/draft-ietf-core-coap-07. txt， July 2011.
[6] Gudgin M， Hadley M， Mendelsohn N， Moreau J J， Nielsen H F， Karmarkar A， and Lafon Y， SOAP Version 1.2 Part 1： Messaging Framework （Second Edition） [EB/OL]. http：///TR/soap12-part1/， Apr. 2007.
關(guān)鍵詞:城市軌道;信號系統(tǒng);工程設計;CBTC
1 引言
城市軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車運行安全,實現(xiàn)行車指揮和列車運行現(xiàn)代化,提高運輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設備。城市軌道交通信號工程造價高,高科技內(nèi)容含量高,涉及到通信技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和遠程控制技術(shù)等。從事這一領(lǐng)域的企業(yè),要求企業(yè)的擁有較高的技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力。
2 城市軌道交通信號系統(tǒng)方案
一般城市軌道交通線路在城市交通疏解任務中擔當非常重要的角色，為滿足以上要求，地鐵信號系統(tǒng)應采用完整的、先進的、高效的列車控制系統(tǒng)。
(1)正線信號系統(tǒng)采用完整的列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，由ATS、ATP、ATO、聯(lián)鎖設備組成。
(2)車輛段/停車場由聯(lián)鎖設備、微機監(jiān)測設備、ATS分機等主要設備組成。
a)閉塞方式分析
目前城市軌道交通的信號系統(tǒng)主要有準移動閉塞和移動閉塞系統(tǒng)選擇。
1.基于目標距離模式的準移動閉塞ATC系統(tǒng)
目標距離模式一般采用音頻數(shù)字無絕緣軌道電路，具有較大的信息傳輸量和較強的抗干擾能力。列車車載設備根據(jù)由鋼軌傳輸而接收到的聯(lián)鎖、軌道電路編碼、線路參數(shù)、控制管理等報文信息，對列車追蹤運行以及折返作業(yè)進行連續(xù)的速度監(jiān)督，實現(xiàn)超速防護，控制列車運行間隔，以滿足規(guī)定的通過能力。由于音頻數(shù)字軌道電路傳輸信息量大，可向車載設備提供目標速度、目標距離（指從占用音頻軌道電路始端至停車點的距離）、線路狀態(tài)（坡道、彎道數(shù)據(jù)等），使ATP車載設備結(jié)合固定的車輛性能數(shù)據(jù)計算出適合于本列車運行的模式速度曲線。
2.移動閉塞系統(tǒng)（CBTC）
基于通信的移動閉塞列車控制系統(tǒng)技術(shù)先進，是列車控制技術(shù)的發(fā)展方向，代表了國際ATC的先進水平。
獨立于軌道電路的高精度列車定位；
連續(xù)、大容量的車－地雙向數(shù)據(jù)通信；
車載和軌旁的處理器執(zhí)行安全功能。
CBTC系統(tǒng)采用自由空間無線天線、交叉感應電纜環(huán)線、漏泄電纜以及裂縫波導管等方式實現(xiàn)車-地、地-車間雙向數(shù)據(jù)通信。軌旁ATP設備根據(jù)列車的位置信息和進路情況計算出每一列車的移動權(quán)限，并動態(tài)更新，通過連續(xù)車地通信設備發(fā)送給列車。車載設備根據(jù)接收到的移動授權(quán)和自身的運行狀態(tài)計算出列車運行速度曲線和防護曲線，在ATP子系統(tǒng)的防護下，ATO子系統(tǒng)或人工駕駛控制列車在該速度曲線下運行。后續(xù)列車可最大限度地接近前行列車尾部，與之保持一個安全距離。在保證安全的前提下，CBTC系統(tǒng)能最大程度地提高區(qū)間通過能力，不受軌道電路區(qū)段分割的限制。
雖然CBTC系統(tǒng)在調(diào)試時存在一些不盡如人意的地方，但是CBTC系統(tǒng)在具有自身優(yōu)越性的同時已經(jīng)成為城市軌道交通信號系統(tǒng)的首選方案。其相對于準移動閉塞系統(tǒng)的優(yōu)越性是不可取代的。
4 城市軌道交通信號系統(tǒng)構(gòu)成
信號系統(tǒng)設備按地域劃分可分為控制中心設備、車站與軌旁設備、車輛段和停車場設備、維修中心設備及車載設備五部分。
控制中心的設備主要是ATS子系統(tǒng)的中央級設備及顯示終端設備。
a)控制中心設備（ATS）
1.控制中心ATS系統(tǒng)
信號系統(tǒng)的控制中心設備設于控制中心大樓內(nèi)，是列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）的核心部分，設冗余ATS服務器，網(wǎng)絡時鐘服務器、總調(diào)度長及行車調(diào)度員工作站、綜合顯示系統(tǒng)、中心計算機系統(tǒng)、運行圖編輯工作站、維護工作站、培訓模擬工作站、網(wǎng)絡設備及電源設備等。
（1）ATS服務器
信號設備室設置中心計算機系統(tǒng)，包括ATS系統(tǒng)中心控制主機、中心通信處理器、中心數(shù)據(jù)服務器、中心局域網(wǎng)及各自配備的外部設備。為了保證系統(tǒng)的可靠性，上述主要硬件設備采用雙機熱備方式。
（2）調(diào)度長及行車調(diào)度員工作站
根據(jù)車站及線路配置情況及行車組織要求，一般情況下在控制中心中央控制室各線設置3個行車調(diào)度工作站，其中兩個行車調(diào)度員工作站，一個調(diào)度長工作站。
在運行圖室設置運行圖編輯工作站及相應的打印設備，用于運行計劃人員編制及修改列車運行時刻表，通過人機對話可以實現(xiàn)對運行時刻表的編輯、修改及管理。
（4）維護工作站
在維護室設維護工作站。維修工作站主要用于ATS系統(tǒng)的維護及修改系統(tǒng)數(shù)據(jù)、ATC系統(tǒng)的故障報警處理等。
（5）培訓、模擬工作站
在培訓室設置培訓、模擬工作站及打印機，工作站內(nèi)配有各種系統(tǒng)編輯、裝配、連接和系統(tǒng)構(gòu)成工具以及列車運行仿真的軟件?？膳c調(diào)度員工作臺具有相同的顯示內(nèi)容和相同的控制功能，并能實際仿真列車在線運行及各種異常情況，而不參與實際的列車控制。
（6）繪圖儀和打印機
打印室配備兩臺彩色激光網(wǎng)絡打印機和一臺網(wǎng)絡繪圖儀，用于輸出運行圖及各種報表。
（7）控制中心綜合顯示屏（大屏幕）
綜合顯示屏顯示的信息及實現(xiàn)的功能：
實現(xiàn)正線列車運行及信號系統(tǒng)設備狀態(tài)的監(jiān)視
顯示行車信息
CCTV圖像
行車、防災、電力調(diào)度等有關(guān)的綜合信息
其顯示內(nèi)容采用區(qū)域顯示方式，并可根據(jù)調(diào)度的要求調(diào)整顯示畫面。
（8）電源設備
電源室設置ATS電源系統(tǒng)，包括為ATS設備正常工作提供電量的電源屏及在線式UPS，可提供30分鐘后備電源的免維護電池。
2.車站ATS設備
正線車站ATS設備設在設備集中站，由車站ATS分機、通信接口設備、車控室操作設備等組成。
（1）車站ATS分機采用數(shù)據(jù)通信接口設備，該設備為雙套冗余。
（2） 車站工作站由鍵盤及彩色顯示器組成，當中心設備故障或下放控制權(quán)時，車站工作站可完成對進路、信號機的控制。
（3） 通信接口設備與通信傳輸設備配合完成車站ATS與中心ATS間信息傳輸及各種通信。
（4）發(fā)車指示器，設在發(fā)車站臺端部。
3.車輛段、停車場ATS設備
（1）車場信號設備室設一臺ATS分機，與車場聯(lián)鎖系統(tǒng)接口。
（2）行車值班室和車輛派班室各設一臺終端以及必要的打印機。
（3）與OCC（控制中心）通信的傳輸網(wǎng)及其接口。
b)車站與軌旁設備
1.正線設備集中站室內(nèi)設備包括聯(lián)鎖設備、ATP/ATO設備、車地雙向通信室內(nèi)設備、列車空閑檢測設備、ATS車站設備、電源設備等。
2.站臺設備包括發(fā)車時間指示器、緊急停車按鈕、PIS系統(tǒng)。發(fā)車指示器：設置于發(fā)車正方向站臺端部，每站臺1個。緊急停車按鈕：每側(cè)站臺設置2個，設置位置應便于緊急情況下的使用。
3.軌旁包括轉(zhuǎn)轍機、信號機、列車占用檢查設備、車地通信設備等。
4.在非設備集中站，將主要設置電纜分線架、安全門接口設備、ATS接口設備、軌旁信號機等。
5.在全線所有車站的控制室設緊急后備盤。在車站值班員認為必要的情況下，可通過按壓緊急后備盤上的有關(guān)按鈕。
6.對于聯(lián)鎖設備集中站，在車站控制室還應設置用于車站級控制的控制工作站，用于在車站級控制情況下，能對本聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)的信號元素進行監(jiān)控以及故障報警。
（1）設備集中站的設置
綜合考慮聯(lián)鎖設備、ATP、ATO和ATS車站設備的控制能力及控制距離的要求，正線區(qū)段的ATP/ATO室內(nèi)設備原則上集中設置于設備集中站。設備集中站的設置及控制范圍需結(jié)合線路具體情況及運營需求統(tǒng)籌考慮，此處不再贅述。
（2）軌旁ATP/ATO設備
1）軌旁骨干網(wǎng)
信號系統(tǒng)利用光纖及通信設備自行組建用于安全信息交換的冗余的通信網(wǎng)絡，網(wǎng)絡應符合開放的IEEE802.3標準。該網(wǎng)絡也可以傳輸ATS信息。
2）車－地通信軌旁設備
軌旁設備包括軌旁設備、區(qū)間接入點設備、天線以及連接這些設備的光纜及電纜等組成。區(qū)間接入點與骨干通信網(wǎng)的連接應是冗余的。
區(qū)間接入點的布置位置及數(shù)量應該滿足任意區(qū)間點的無線重疊覆蓋，即任何單個的區(qū)間接入點故障不影響車－地的正常通信。
3）地面信標
信標是CBTC的重要組成部分，其作用為：
列車位置初始化，即運行方向判定；
列車位置校準；
輪徑磨耗自動補償；
根據(jù)目前市場實際情況，有歐標和查詢信標兩種方式可供選擇：歐標應答器具有更強的數(shù)據(jù)傳輸能力并且適應更高的速度，并且進行了國產(chǎn)化。查詢信標具有價格優(yōu)勢。
（3）正線聯(lián)鎖設備
聯(lián)鎖設備設于設備集中站，按照車站配線及控制范圍考慮聯(lián)鎖集中站，主要包括計算機聯(lián)鎖設備及設備機架，完成信號機、進路、道岔的聯(lián)鎖等功能。
1）正線區(qū)段信號機的顯示方式符合該項目所在城市地鐵相關(guān)規(guī)范的要求并考慮CBTC系統(tǒng)的實際情況。
通常正線區(qū)段地面防護信號機的顯示方式如下：
紅燈―禁止通行，列車在信號機前停車；
綠燈―進路開通道岔直向位置，準許列車按規(guī)定速度運行；
黃燈―進路開通道岔側(cè)向位置，準許列車按規(guī)定的限制速度運行；
黃燈+紅燈―引導信號，允許列車以不大于25km/h（具體根據(jù)運營要求確定）速度越過該信號機繼續(xù)運行，并隨時準備停車。
2）全線設輔助列車檢測設備，采用計軸設備。
（4）車載設備
每列車原則上配備兩套車載ATP/ATO單元。包括車載ATP/ATO主機機柜、速度傳感器、控制顯示單元以及車地通信天線等主要設備。每套ATP/ATO車載設備的關(guān)鍵設備均采用冗余結(jié)構(gòu)。 兩套車載單元互為熱備，熱備切換時不能影響列車的正常運營。
人機界面的主要內(nèi)容包括：
列車實際速度/最大允許速度顯示
目標距離/速度顯示
駕駛狀態(tài)（動力運行、惰行和制動）顯示
駕駛模式（ATO、人工ATP、限速人工、自動折返）表示
ATO模式啟動按鈕
自動/人工關(guān)門開關(guān)及表示
列車折返表示
列車停車精度（到位）情況
門表示（含司機室車門）及控制元件
緊急制動的啟動表示
ATP/ATO故障表示
駕駛員輸入有關(guān)數(shù)據(jù)（輪徑、乘務組號、車輛號、目的地號等）
列車完整性表示
（5）在運行交路的折返站，將考慮在站臺設有折返按鈕和折返設備，實現(xiàn)列車折返或車載設備駕駛端的自動轉(zhuǎn)換。
c)系統(tǒng)后備模式設備
正線ATC系統(tǒng)在通信設備故障時可全部或局部按照設定的后備模式（限制人工駕駛模式）運行。后備模式通過計軸、發(fā)車表示器、信號機、聯(lián)鎖、應答器及相應編碼設備等設備完成對列車的運行控制。
在線路上的每架信號機、道岔以及各車站正向出站處附近設置計軸設備，用于軌道空閑的檢測，在移動閉塞ATC系統(tǒng)通信故障時，降級為后備模式，聯(lián)鎖系統(tǒng)利用這些設備配合ATP和機車信號控制列車安全運行。
d)車輛段、停車場設備
車輛段/停車場信號設備主要有車場ATS分機、聯(lián)鎖設備、監(jiān)測設備、試車線設備、培訓設備及日常檢修和檢查等設備。行車控制室設有計算機聯(lián)鎖監(jiān)視、操作終端設備和ATS工作站。通過ATS工作站可監(jiān)視出入段線和正線部分的列車運行情況。
1.車場ATS設備
（1）車場信號設備室設一臺ATS分機，與車場聯(lián)鎖系統(tǒng)接口。
（2）行車值班室和車輛派班室各設一臺終端以及必要的打印機。
（3）與OCC通信的傳輸網(wǎng)及其接口。
2.聯(lián)鎖設備
計算機聯(lián)鎖室內(nèi)設備主要包括聯(lián)鎖機柜、接口柜、防雷柜、繼電器柜、分線盤設備和UPS電源等，電源室設有智能電源屏。設備室同時設有計算機監(jiān)測的下位機設備和維修監(jiān)測工作站等。
3.試車線設備
在試車線旁設置試車設備室和控制室，裝設與正線相同的ATP、ATO室內(nèi)設備，軌旁設備以及相應的試驗設備。
室內(nèi)設備包括：試車線工作站和控制盤、ATP/ATO線路計算機設備、電源屏及UPS電源等，同時還應包括與屏蔽門接口的模擬設備。
室外設備包括列車占用檢查設備、車地通信設備、信號機。
試車線上的道岔和道岔防護信號機均由車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)控制。作為信號樓聯(lián)鎖控制的一部分。
4.計算機監(jiān)測設備
車輛段/停車場站場較大，養(yǎng)護維修工作量較多綜合考慮設置鐵道部統(tǒng)一標準的微機監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在國鐵中已全面采用，并可與計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)緊密結(jié)合。
[關(guān)鍵詞]4G 煤礦 無線通信
全IP化4G技術(shù)支持下，4G無線通信技術(shù)得到了空前發(fā)展，煤礦開采施工的復雜性和危險性對無線通信系統(tǒng)提出了更高的要求。在4G通信技術(shù)支持下，煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠逐漸完善自身信息化、自動化、智能化需求，并提升煤礦生產(chǎn)的安全性，為煤礦企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和社會經(jīng)濟效益帶來極大幫助。
一、無線通信技術(shù)發(fā)展概述
1、PHS無線通信系統(tǒng)。PHS無線市話技術(shù)是在微蜂窩技術(shù)上實現(xiàn)的，它通過微蜂窩基站達到無線覆蓋的目的，并以無線方式完成用戶端和本地電話網(wǎng)的對接，實質(zhì)上屬于固定電話技術(shù)的補充。PHS無線通信系統(tǒng)已于2011年底實現(xiàn)清頻退網(wǎng)。2、Wi-Fi無線通信系統(tǒng)。Wi-Fi屬于短程無線通信傳輸技術(shù)的一種，它能在100米范圍內(nèi)實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)無線信號接入。Wi-Fi傳輸帶寬受到環(huán)境動態(tài)影響，帶寬與延時呈反比例增長，因此常常出現(xiàn)通話雜音、回聲等質(zhì)量問題。3、3G無線通信技術(shù)。TD-SCDMA是指時分服用同步滿分多址接入，這是我國第一次提出，并依靠無線傳輸技術(shù)完成的國際移動通信標準。CDMA2000實在窄帶CDMA技術(shù)上發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù)，屬于3G通信標準，被國際電信聯(lián)盟的IMT-2000標準認可。4、4G無線通信技術(shù)。4G是指第四代通信技術(shù)的泛稱，它集合了3G與WLAN的特性，并能傳輸高質(zhì)量視頻圖像，其下載速度可達100Mb/s，上傳速度也能達到50Mb/s，極大限度的提升了無線服務質(zhì)量，TD-LTE是3GPP基礎上發(fā)展而來的，屬于LTE的一種。
二、基于4G信技術(shù)的煤礦無線通信系統(tǒng)
2.4無線移動通信系統(tǒng)架構(gòu)
1）基于TD-LTE通信技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)。TD-TLE煤礦無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡是由基站、接入網(wǎng)關(guān)、BRAS和核心網(wǎng)通信組成。其語音通信、數(shù)據(jù)傳輸和集群呼叫主要由核心網(wǎng)網(wǎng)元實現(xiàn)，實現(xiàn)模式則是通過IMS、EPS、DSS集群完成。2）建立基于TD-LTE通信技術(shù)的基站通信系統(tǒng)。以Femto Pico基站為基礎建立無線通信系統(tǒng)，不但能夠擴大通信覆蓋范圍，還能以IP SEC方式，通過自身的傳輸網(wǎng)絡統(tǒng)一接入到安全網(wǎng)關(guān)中，提升網(wǎng)絡傳輸?shù)陌踩阅堋Ｔ诨就ㄟ^提供WLANAP承載數(shù)據(jù)業(yè)務過程中，一般是以PDG為媒介直接接入網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務，通過接入3GPP核心網(wǎng)來提升通話質(zhì)量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?，實現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務活動。此外，還可以通過Small Cell基站的網(wǎng)管系統(tǒng)，形成上下層無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的對接。3）以IMS、EPC、DSS集群模式為基礎的核心網(wǎng)。系統(tǒng)中的核心網(wǎng)主要用于用戶連接、系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡承載，具體業(yè)務包括遙感業(yè)務、簡單消息傳遞和監(jiān)視控制等。TD-LTE無線通信系統(tǒng)采用IMS+EPC+DSS集群構(gòu)架的融合核心網(wǎng)系統(tǒng)ZXUN iEPC-5。ZXUN iEPC-5小型化產(chǎn)品集合了電信級EPC核心網(wǎng)的特性，使用5U插箱，集合MME、SGW、PGW、HSS等功能特性，為用戶提供高速、安全可靠的通信傳輸。4）綜合應用系統(tǒng)平臺。綜合應用系統(tǒng)平臺是以多場景分布式高性能云計算框架結(jié)構(gòu)為基礎，通過各種業(yè)務數(shù)據(jù)的分析處理引擎等專用支持工具，對各數(shù)據(jù)進行高速、可靠、統(tǒng)一處理的平臺。它具備靈活性、可裁剪、可適配等多種明顯特點，綜合應用系統(tǒng)平臺可以實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、應用接口支撐生產(chǎn)自動化管理、安全管理等多種功能，它在Wi-Fi網(wǎng)絡以及LTE終端基礎上，保障語音、視頻和數(shù)據(jù)等各類業(yè)務的有效進行，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)和數(shù)據(jù)處理提供技術(shù)支持。