IP通信设计范文

IP通信设计范文（精选9篇）

IP通信设计 第1篇

1 企业面临的问题

随着全球经济一体化进程的加快, 大规模跨地域、跨所有制的企业联合重组风起云涌。企业对于寻求战略协同、战略管控的期望与要求也越来越高, 实现集团企业的资源整合、信息共享、管控衔接的难度越来越大。在企业自身发展壮大的过程中, 如何提升办公效率以提升竞争力, 企业还面临着许多实实在在的问题, 这些问题包括。

(1) 企业中工作地域分布广而且分散, 且各处的办公环境复杂多样, 导致协调办事能力不高效。 (2) 员工在工作中遇到问题难以在短时间内在海量资源中迅速找准人或资源去解决。 (3) 员工需要在各种业务系统上完成自己的本职工作以及协同工作。 (4) 企业内部的信息资源不能迅速的从上级表达下去, 导致工作延误拖沓。 (5) 相关的信息淹没在大量的无关信息中, 需费时费力地去搜寻, 效率不高。 (6) 难以高效配置公司资源, 如专家经验、成功实践等知识无法高效传播形成资产;遇到问题要问好几个人才能最终找到合适的专家。 (7) 办公平台上的信息纷繁复杂, 影响工作效率, 召集会议需要手工预订会议室、预订网络资源。

这些种种问题, 都是阻碍企业正常发展的现实因素, 面临着如何提升办公效率以提升竞争力的挑战。如何为大型企业提升协作效率、创造价值, 是值得深入的问题。

2 IP通信发展的运用

随着技术的发展, IP通信将互联网与通讯有机融合, 为通信行业带来一场影响深远的变革, 已逐渐发展成为21世纪全球通信主流。IP通信最重要的核心价值是可以支撑和派生丰富多彩的、创新的通信应用模式, 为人们的生活创就无限的精彩。在商业领域, IP通信有着很广泛的利用, 目前正在为各行各业的企业提供着众多功能和便利。

人们对通信要求的不断提高, 技术手段的日益成熟, 越来越多的通信手段出现在人们的面前。人们对通信要求的提升, 尤其是企业对更高效率的企业通信及更低的通信成本的追求, IP通信技术与企业办公及业务流程整合在一起, 实现基于业务支撑的统一协作, 将更进一步的提高工作效率。

企业将会以在桌面展现的方式显示所有办公系统和通信手段, 带来工作习惯的变革, 通过多渠道、顺畅的沟通方式, 在第一时间, 便捷、及时解决问题, 最终形成最高效的工作方式。国内的大中型企业越来越多, 业务覆盖范围广泛, 在海内外或国内有很多分支机构, 非常需要有高性能的网络通讯方案帮助他们降低成本, 提高工作效率, 改善管理模式, 从而增强其自身的市场竞争力。

3 企业IP通信的设计构思

IP技术的通用性和极高的性价比注定它将成为未来语音通信的潮流, 成为企业通信方面的强力配置。建立企业信息化平台, 应考虑其开放和共享的特点, 从业务运营、系统架构和基础设施资源整合方面分别探讨。

(1) 业务运营方面:应采取分阶段逐步实施策略, 创新运营模式, 构建业务生态环境和统一运营服务体系规范, 实现平台资源、产品资源、合作资源、运维资源的构建搭设。

企业中的业务市场部分, IP通信设计要解决以下三个问题。

(1) 统一企业服务形象, 及时为客户服务。 (2) 解决企业与客户的对话。就是解决客户对陌生企业的生疏, 通过建立及时的通信系统, 客户通过打电话联系到企业的客服中心, 客服人员可以为客户及时、准确地解答他想要的问题, 这个时候就可以很好地把握住客户。

(2) 系统架构方面, 打破传统电信烟囱式建设模式, 借鉴互联网开放、合作、创新的理念以及业务交付平台 (SDP) 架构, 构建以电信能力开放引擎为核心的平台, 同时提供业务开发测试环境, 降低成本, 缩短周期。例如:企业培训知识管理模块的建设企业知识管理平台将人与知识有效串联结合, 促进企业内部信息与信息、信息与人、人与人之间的互动与共享;通过构建在线学院可以使员工更加科学地协调工作和学习的时间, 达到个人业绩和知识积累同时提升。

(3) 基础设施资源方面, 应采用虚拟化技术, 充分整合企业各分散的软硬件资源统一基础资源调度和管理, 实现资源共享和按需分配, 达到资源最大化利用, 提高空管能力, 促进工作高效。

企业员工在工作中根据需要随时通过各种通信手段与同事、伙伴或客户发起即时消息、语音、视频、桌面演示方式沟通。在具体设计中有四点思路: (1) 随时随地接入:移动应用, 移动终端获取各种重要的办公信息;移动OA (Office Automation) , 就是移动办公自动化, 移动终端审批待办事务, 查看邮件附件、会议、体验营销;终端接入, 任何场景下均获得一致的办公体验。 (2) 高效的团队协同:个人通讯, 员工状态广泛集成于各种系统, 随处一键发起沟通;会议沟通, 数据语音视频, 实现会议融合、便捷一键入会;知识传播, 管理层思想向一线快速传播, 专家知识经验分享、员工及时找到专家。 (3) 信息便捷快速获取:个人黄页, 面向个人SNS信息聚合中心, 集成微博、博客、知道、论坛等所有个人;角色频道, 集中展现角色相关信息;一站处理相关领域系统;主动推送整合的最新的岗位相关信息;区域频道, 提供区域维度统一的信息发布、知识整合和共享、工作支撑。

4 结语

本文介绍了经济全球化的状态下, 企业自身发展所面临的问题及出现的瓶颈结合IP通信给企业带来丰富功能和便捷交流, 提出一些解决企业问题, 提高工作效率的思路, 希望使IT通信的各种功能应用于企业的办公信息化和自动化中, 通过提高效率和节省开支以提升企业自身的竞争力。

摘要：IP通信最重要的核心价值是可以支撑和派生丰富多彩的、创新的通信应用模式, 为人们的生活创就无限的精彩。在商业领域, IP通信有着很广泛的利用, 为各行各业的企业提供着众多的功能和便利。随着国内大中型企业的发展壮大, 企业中管理成本升高, 工作效率缓慢, 管理模式复杂, 市场竞争力低等问题也日益显露出来, 给企业自身的发展带来瓶颈, 本文就企业发展面临的问题及IP通信的发展, 在企业中进行设计探讨, 提出设计思路, 以便能解决这些问题作为参考。

关键词：企业,IP通信,探究

参考文献

[1]董加强.基于IP的空间通信网络设计与仿真[J].计算机应用, 2011, 4.

[2]黄婷.IP移动通信系统的设计[J].信息科技, 2009, 12.

统一通信成IP语音未来发展趋势 第2篇

IDC中国电信研究部经理级分析师相斌斌说：“统一通信概念的出现和推广将推动作为统一通信基础平台的企业IP语音设备市场获得进一步发展。通过IP语音和统一通信的部署真正带给用户成本的降低、工作效率的提升乃至整个业务流程的改变和优化。”

统一通信最吸引人的莫过于状态感知能力，具体指一个人的通信状态的信息，即当前有哪些可用沟通手段、哪种沟通方式最适合;这样用户就可以随时随地根据自己的实际情况决定以何种方式来进行沟通，真正实现无缝沟通DD“我的沟通我作主”。

从2006年以来，有关“统一通信”的新闻就让人迎接不暇。2007年主流厂商纷纷发布自己的统一通信解决方案和市场策略、市场定位及合作伙伴关系。尽管“统一通信”是IP语音未来发展的趋势已经成为IT和通信业的共识，但究竟何谓统一通信，各大厂商都提出自己的观点和市场定位，

根据IDC对“统一通信”的定义，统一通信提供一个通用架构，统一集成了通讯录、路由等功能，并交付、管理和支持越来越多通信应用(包括高级的IP电话呼叫和管理、Web、音频和视频会议、即时消息，状态感知等)，这些应用都能够通过桌面和移动终端来实现，提供无缝的用户体验。下图更形象的诠释了IDC对“统一通信”构成的定义：

IP通信设计 第3篇

关键词：高速公路,通信系统,IP通信网

一、前言

在设计高速公路的时候,可以将工程设施分成通信系统、监控系统以及收费系统。通常情况下,我们将高速公路中着三个系统都叫做公路机电系统。在快速发展的网络信息技术下,收费系统以及监控系统都是根据它的基础去运行的,但是在通信系统中,主要就是业务电话网系统以及紧急电话系统。目前,在快速发展的信息技术下,高速公路通信系统也在不断地进行提升,其业务包括办办公数据传输业务、监控图像传出业务、语音传输业务以及数据传输业务等。

二、通信系统目前的设计

高速公路通信系统的主要传输平台有:办公自动化、会议电视、监控系统、收费系统以及业务联络等。其通信系统通常是由紧急电话系统、数据传输通路、光纤数字传输系统等组成的。一般通信系统被分成三级管理体制:通信站、通信分中心以及省通信总中心。在高速公路的通信系统中,在每一个路段设立有人和无人的通信站,都是其通信中心进行管理的。

在现如今的高速公路中,已经建好的通信系统都是烽火、中兴以及华为等设备,按照实际的情况,选择不同的产品当做干线网,用通道保护自愈环或者是两纤双向复用环等形式去将数据的传输平台进行实现。

在高速公路中所有路段的低速录数据传输以及语音通讯都是在语音通话系统的帮助下完成的。所以,这个系统在建设高速公路上被大家开始广泛的使用,而且这个系统是中兴以及华为等公司制造出来的数字交换机。

三、高速公路通信系统全IP通信设计

1、设计方案。

这个设计是对现如今高速公路在成本上和网络的发展上提出的方案,这个方案是将其通信系统发展成网络而提出来的,它会使高速公路的收费项目以及通信管理提供一个比较好的系统那个。这样会在一定的条件下,将通信系统网络化。

2、以太网传输设计。

高速公路需要传输的信息有:电话系统、会议电视系统、办公自动化、监控数据以及收费数据等。现如今除了电话系统,别的都是通过光纤数字传输网的方式进行传输的,这个设计会使其变得更加合理,并对系统的稳定性以及传输的可靠性作出一定的保证。

以太网的帧结构:

3、交换机配置方案。

在每个通信站中交换机都是用来承载业务的应用的,每个交换机都应该有一个自己的VLAN,网管业务有一个自己的VLAN,利用ACL设置区队每个VLAN的访问权限进行限制,其中收费网络和办公网应该通过流量的形式去进行限制,将电话业务的QOS设为最高。在分中心建立一个路由器去联通省中心和别的分中心。

4、软件换系统方案。

在现如今的电信系统核心网中,软件换网络属于一种主流系统。他通过控制和承载的分离,在各个承载网络上建立一个以这种方案作为核心的网络,这将使其不会再去依赖传统网络。并且它还能够按照目前的实际情况去分阶段的进行实现。在电信核心网络中,这种网络是首选的系统,利用分离控制和承载,采取不同的承载网络建立一个通过软件化技术为中心的网络,根据实际情况将其进行分阶段、有选择的实施,而不是依靠一种交换技术。它不同于传统交换网络的结构,软交换网络技术的控制核心比较集中,通过通用协议以及开放接口的方式,建立以低成本的网络,大大提升业务的部署能力。软交换技术让网络互连变得简单,并且可以更加容易的对网络进行管理,还使得软交换设备的处理能力得到了一定的优化,使其降低了对供电的要求。

四、结语

在高速公路中,通信系统是非常重要的一个传输平台,这是传输各种数据信息的心脏,所以,要严格对其进行把关。通过优化其通信系统的设计方案,使得数据传输的稳定性以及可靠性得到了有效的提升。现如今在通信系统的基础上做出的优化就是全IP通信系统,这使得投资的成本在一定程度上得到了降低,并且将网络的稳定性以及数据传输的可靠性进行了大大的提升。这个设计方案实施在各种高速公路的通信系统当中,其效果非常的可靠稳定,并且大大减少了投资的成本。将高速公路原来的通信系统以及新建的通信系统都进行了优化。实践证明,这种方案得出的结果可靠且稳定,对将来高速公路的发展非常有利的帮助。

参考文献

[1]单洪海,马春凤,魏红素.高速公路通信系统的管理与维护[J].交通科技与经济.2005(04)

IP核设计实验项目 第4篇

1)设计实验项目一 波形发生器与频率计设计

 功能要求：

基本要求

1)使用Digilent Basys 开发板可输出2KHZ正弦波信号(仿真)，2)输出正弦波信号的同时，可输出同频方波信号，并用示波器验证。

3)可对该信号进行计数，并在Digilent Basys 开发板上显示频率计数结果（精确到Hz）。发挥部分

1)可通过拨码或按键输入指定所生成输出信号的频率； 2)增加输出波形的路数（各路之间可手动设置同步关系）； 3)实现输出信号的DA转换（附加必要外围电路）； 4)增加输出波形的种类（如三角波、锯齿波等）。5)幅度可调；

6)输出信号类型、频率、幅度的手动设置输入控制；

7)可测量外部输入到Digilent Basys 开发板允许的电压信号的频率（注意校验信号幅度峰值<3.3V与注意共地与连接关系！），并在Digilent Basys 开发板上显示频率计数结果。

8)利用Digilent Basys 开发板VGA输出接口实现波形发生器与频率计用户界面。9)增加输入计数信号波形的路数；

10)提高所设计实现的波形发生器与频率计的量程与精度； 11)用户自定义波形的输入与产生 12)其他功能与性能。 设计步骤与要求：

1)简要说明所实现系统的基本原理。

2)在Xilinx ISE13.1 软件中，编写输入所设计的源程序文件。3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快得出仿真结果）。

4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit类型文件。

5)在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。

2)设计实验项目二 电子琴与记谱器设计

 功能要求：要求设计并实现能够通过按键及拨码开关设置实现电子琴弹奏、乐曲自动演奏及简单乐曲的记谱功能。基本要求

1)使用Digilent Basys 开发板按键及拨码开关设置实现中音“1,2,3,4,5,6,7”的弹奏产生。

2)实现长达1分钟非重复乐曲的自动演奏。

3)实现对用户弹奏乐曲(<1分钟)的记录及回放功能

4)实现输出信号的DA转换并通过喇叭或蜂鸣器输出（附加必要外围电路）； 5)实现输出乐音的即时显示（数码管方式）发挥部分

1)可通过拨码或按键配置实现低音到中音直至高音的变化； 2)实现不同音色的乐音输出

3)增加多路乐音的同时输出（各路之间可手动设置同步关系（同步或非同步），节拍器等）；

4)幅度可调；

5)输出乐音音阶、幅度及音色的手动设置输入控制；

6)利用Digilent Basys 开发板VGA输出接口实现波形发生器与频率计用户界面。7)实现对外界喇叭播放乐声的识别、记录及回放。8)其他功能与性能。 设计步骤与要求：

1)简要说明所实现系统的基本原理。

2)在Xilinx ISE13.1 软件中，编写输入所设计的源程序文件。3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快得出仿真结果）。

4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit类型文件。

5)在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。

3)设计实验项目三 简单计算器设计

 功能要求：要求设计并实现能够通过按键及拨码开关设置实现的2位十进制数字计算器。其中数字以数码管显示，2位十进制操作数以拨码开关输入，符号位和计算符按键开关输入。基本要求

1)实现2位十进制数字的可带符号的加、减、乘、除计算，除法计算结果以商及余数方式呈现。发挥部分

1)利用Digilent Basys 开发板VGA输出接口实现计算器显示界面。2)利用Digilent Basys 开发板PS2接口实现数字输入界面。3)实现浮点计算功能。

4)实现平方根、三角函数、指数函数等拓展计算。

5)利用扩展语音模块实现计算器输入级输出结果播报。6)设计实现以计算器为基础游戏。7)其他功能与性能。 设计步骤与要求：

1)简要说明所实现系统的基本原理。

2)在Xilinx ISE13.1 软件中，编写输入所设计的源程序文件。3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快得出仿真结果）。

4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit类型文件。

在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。

4)设计实验项目四 图片的VGA显示

 功能要求：利用Basys2实验板实现图片在VGA接口显示器上的显示。基本要求

1)实现240*160以上像素的图片在VGA接口显示器上的显示。

2)利用算法实现特定图片在VGA接口显示器上的放大、缩小旋转及其他动作的自动变换。发挥部分

1)实现输入数字在VGA接口显示器上的显示。2)设计实现以VGA接口显示器为基础的简单游戏。

3)设计实现以VGA接口显示器及PS2键盘为基础的打字游戏。4)其他功能与性能。 设计步骤与要求：

1)简要说明所实现系统的基本原理。

2)在Xilinx ISE13.1 软件中，编写输入所设计的源程序文件。3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快得出仿真结果）。

4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit类型文件。

在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。

5)设计实验项目五 语音频谱分析与处理

 功能要求：利用Basys2实验板实现输入信号的频谱分析与滤波处理。基本要求

1)利用扩展AD模块实现特定信号（BW<20KHz）的数字化输入。2)利用FFT实现对信号的基波频率的识别及频谱成分的分析

3)设计实现FIR滤波器并能够实现对于输入信号的滤波处理（低通、高通、带通、带阻、移相）发挥部分

1)实现输入信号波形在VGA接口显示器上的显示，同时显示输入信号波形的特征参数。

2)实现输入信号波形在VGA接口显示器上的显示，同时显示输入信号频谱的特征参数。

3)实现输入信号波形与输出信号波形在VGA接口显示器上的对比显示，同时显示输入、输出信号波形的特征参数。

4)实现输入信号波形与输出信号波形在VGA接口显示器上的对比显示，同时显示输入、输出信号频谱的特征参数。

5)实现对于简单语音信号的识别处理（如对于播报电话号码的识别，对于小车运动方向及速度控制指令的识别）

 设计步骤与要求：

1)简要说明所实现系统的基本原理。

2)在Xilinx ISE13.1 软件中，编写输入所设计的源程序文件。3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快得出仿真结果）。

4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit类型文件。

在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。

二、注意事项

适当设置仿真文件，使得能够尽快得到仿真结果，同时能够验证所设计系统的逻辑与时序的目的。

三、实验报告要求

IP通信设计 第5篇

传统通信车是一个半封闭的系统, 除了需要传输的数据外, 主站无法获取车内的设备信息, 无法实现对远端站队本端站点的控制。而现在, 我们生活在一个数字世界。通过数字视频压缩合成技术, 我们可将音频和视频信号或其他信号加载于LAN、WAN甚至Internet的典型网络回路上。将它们数字化后变为数字流, 并在IP网络上管理这些数据。

二、系统组成

(1) IP网络摄像机、视频服务器、网络硬盘录像机、串口服务器、显示终端、调制解调器等。 (2) IP摄像机:由网络编码模块和模拟摄像机组合而成。网络编码模块将模拟摄像机采集到的模拟视频信号编码压缩成数字信号, 从而可以直接接入网络交换及路由设备。 (3) 视频服务器:是一种对音视频数据进行编码处理并完成网络传输的专用设备, 它由音视频编码器、网络接口、音视频接口、RS422/RS485串行接口、RS232串行接口等构成。 (4) 网络硬盘录像机:具备通过视频头采集数据, 经过传输到录像机, 录像机采集数据后进行编码, 产生图像。网络硬盘录像机通过你个人的需求, 录制下来, 用串口 (大部分) 硬盘进行储存录像。并且在连接网络的情况下, 可以通过注册动态域名, 达到远程监控的目的。 (5) 串口服务器:提供串口转网络功能, 能够将RS-232/485/422串口转换成TCP/IP网络接口, 实现RS-232/485/422串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输。使得串口设备能够立即具备TCP/IP网络接口功能, 连接网络进行数据通信, 极大的扩展串口设备的通信距离。 (6) 显示终端:是一种小型、方便携带的个人电脑, 以触摸屏作为基本的输入设备, 可通过wifi显示所需的图像。

三、IP传输系统优势

(1) 卓越的图像质量:图像质量是监控摄像机最重要的特征。超清晰的图像质量能够让用户看清楚目标物的细节与变化, 更快地提供有效的安全防护措施。高清图像使得图像自动分析与报警功能更加准确。网络摄像机提供高质量视频图像, 百万像素IP摄像机则提供了更多图像细节。 (2) 远程访问与零限制:用户可在任何地方通过授权的计算机实时访问网络视频。网络设备提供一个简单的方法来捕捉分布在任何IP网络或Internet上高质量的视频。视频图像可以被远程存储在某一介质上, 既可以通过局域网和可以通过互联网访问, 增加了本地用户对视频存储的安全性和方便性。 (3) 网络视频监控产品几乎没有任何限制, 网络监控具有提供与其他设备和功能集成的高水平能力, 使其成为一个不断发展的系统。一个高集成化的网络视频监控系统可同时用于多种应用, 例如, 访问控制、ATM、消防>、入侵和游客管理。 (4) 可扩展性和灵活性:网络视频系统可通过添加更多的摄像机来扩大监控范围。用户可以根据当下监控的需求选择不同规模的系统来满足需求;网络高清摄像机产生的海量视频数据也能通过云存储等方式进行管理。 (5) 智能化监控:由于缺乏实践, 大量的视频被记录下来而没有时间审阅。从实际应用来看, 一旦出现可疑行为而没有被发现, 这不仅是监控的缺失更是管理员的失职。在网络视频中, 针对可能发生的事件已被植入摄像机中, 监控探头可以通过内置的视频运动检测报警装置对目标进行细致化分析, 当然智能型的摄像机可以决定何时发送视频, 以什么样的帧率和分辨率传输到后端设备上。除此之外, 其独特的功能还包括音频检测和主动破坏报警。 (6) 成本效益:基于开放的标准, 网络视频产品运行在IP网络。使用标准的PC服务器硬件而不是专有的设备, 如硬盘录像机从根本上降低了设备成本, 特别是对于大型存储解决方案, 服务器成本就成了一个重要的组成部分。当然从基础设施中可以节约额外的成本, 基于IP网络系统, 在互联网或局域网中可以存进整个系统的应用。

摘要：本文提出一种基于IP体制的卫星通信系统车的设计方案。该设计将传统的模拟信号、数字信号转换成标准的IP信号从而完成卫星传输, 实现全系统的IP数字化。实现远端站对终端站的集中监控管理。

IP通信设计 第6篇

1.1 CRC编码算法

CRC是Cyclic Redundancy Check的简称, 即循环冗余校验。是现代数据通信领域中最常用的一种差错校验码, 其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。

CRC编码原理为[1,2]:假设编码序列对应的码多项式为f (x) , 给定一个n次码多项式g (x) , 则称C (x) =f (x) xn+ (f (x) xn) mod (g (x) ) 为f (x) 进行CRC编码后的码多项式, 其中g (x) 成为生成多项式。

根据代数理论可知, 有限域上的多项式环 (GF (q) [x]) 是一种欧式环, 即对于任意给定多项式f (x) , g (x) ∈GF (q) [x], 必存在唯一的多项式q (x) 和r (x) , 使得

因此存在f (x) =xnq (x) g (x) + (f (x) xn) mod (g (x) ) , 即:

由上面推导不难看出, CRC编码后的码多项式C (x) 是生成多项式g (x) 的倍式。在接收时, 只需要判断C (x) 是否能够整除g (x) , 即可完成CRC码的检错。

1.2 并行CRC编码

设码块信息位长为z, 并行处理的长度为i, 则为分组组数, 当z不能整除i时, 需要在z前端填补 (ki) -z个0, 用D表示每组数据, 用X表示a时刻的寄存器的状态值, 则X'表示第a+i时刻的寄存器的状态值, D表示需要进行编码的信息比特流, 则:

其中矩阵F为转移矩阵, 根据编码所使用的生成多项式不同, F矩阵由下式计算得出:

设寄存器第j时刻的状态值用表示, 寄存器第j+i时刻的状态值用表示, D (l) 表示第l组输入数据, 则校验序列即寄存器的最终状态X (z) 可根据式 (4) 推得, 如式 (5) 所示

公式 (5) 即为进行并行度为i时的CRC编码实现公式。

以gcrc8 (D) =D8+D7+D4+D3+D+1, 8并行度为例, 说明IP设计中算法实现方式。首先根据生成多项式得到F8, X'、X D分别用

[d0, d 1, d 2, d 3, d 4, d 5, d 6, d7]T表示, 则根据公式 (1.2.3) 我们可以推出并行结构的实现公式表示如下:

因此, 在硬件实现中, 可直接根据分组信息数据D和寄存器值X进行异或编码, 直至对所有信息数据编码结束。

根据CRC编码原理, 编码后形成的校验比特位于信息数据最后, 因此在进行解码操作时, 只需对所有数据 (信息数据+校验比特) 重新进行相同生成多项式的编码, 若编码结果为零, 则说明接收到的信息数据是正确的, 否则, 说明接收到的数据中存在误码。

2 IP设计实现

由于基带芯片ZSP总线进行数据位宽64比特, 进行数据操作时一般分32比特操作和64比特操作, 因此本文分别实现了并行度为32和并行度为64两种情况的CRC编码设计[3]。

2.1 结构说明

在发送端, 根据生成多项式对信息数据进行编码操作, 并将编码生成的校验比特加在信息数据的后面。由CRC编码原理可以, 译码过程与编码过程相同, 因此, 在接收端, 使用同样的生成多项式对接收到的数据进行同样的编码操作, 若接收数据编码后的结果为零, 则说明接收数据为正确, 将接收数据中的信息数据进行后续处理, 若接收数据编码后的结果不为零, 则说明接收数据中存在误码。

模块结构设计如图1, 主要包括如下几个部分:接口模块, 存储器模块, 计算模块, 控制模块。各个模块功能说明如下:

接口模块:实现本模块与总线的数据交互以, 包括总线对寄存器和存储器的读写操作, 模块启动, 以及对中断的处理和异步时钟的切换处理。

存储器模块:包括一块1600*64比特的单口存储器, 用于存储需要进行编/译码的数据。此处存储器的是根据编译码数据的大小进行的。其中编译码数据为比特数据流。

计算模块:主要包括三子模块: (1) 数据调整模块; (2) 32并行计算模块; (3) 64并行计算模块。各个子模块的功能将在下文中进一步介绍。

控制模块:实现计算模块对存储器的数据读取和计算模块的工作状态控制。

2.2 计算模块

计算模块用于进行CRC编译码实现, 包括数据调整模块, 32并行计算模块和64并行计算模块三个部分。

(1) 数据调整模块:在进行编码之前首先要根据数据长度和并行度判定是否要进行补零操作, 由于并行度32和64均为2的整数次方, 因此可根据数据长度直接进行整除判断。以32并行编码来说明整除判断方式:若数据长度寄存器的比特4-比特0全为0, 则表明可以整除, 无需进行补零操作;若数据长度寄存器的比特4-比特0不全为0, 则表明不可整除, 需要进行补零操作。

补零方式说明:由于本模块中存储器为64比特, 因此地址0读出的信息数据为64比特位宽。例如, 当余数为20时, 第一组编码数据为地址0信息数据比特19-比特0+12比特0;第二组编码数据为地址0信息数据比特52-比特20;第三组编码数据为地址1信息数据比特19-比特0+地址0信息数据比特63-比特53, 依此类推进行编码数据的调整。

对于64比特并行编码时, 整除判定和补零方式与32比特并行编码方式相似, 这里不在进行重述。

(2) 32比特并行计算模块:若接口模块配置为32比特并行编码, 则数据调整模块调整后的数据进入此子模块进行编码。根据1.2节所述方式确定gcrc2 4A (D) 的编码异或公式, 寄存器X的初始值为0。之后对每个时钟输入的32比特信息数据D进行并行编码。

(3) 64比特并行计算模块:本子模块的设计与32比特并行计算模块设计类似, 不同之处在于编码异或公式的推导使用的是F矩阵的64次方。

2.3 控制模块

本模块包含一个状态机, 实现对整个编码流程的控制。状态机各个状态及跳转方式如图2。

(1) IDLE状态:空闲状态, 指的是功能上的空闲状态, 此状态完成的操作为外部总线上将要进行运算的编码信息比特写入存储器中, 待接收到接口模块的start信号为高电平后进入下一个状态。

(2) PREPARE状态:装备状态, 对应于计算模块中的数据调整子模块部分功能, 根据接口模块配置的数据长度和并行度要求, 判断是否需要进行补零操作, 若需要则进行数据补零和拼接操作;若不需要补零, 则直接将从存储器中读取的数据送至相应并行度的计算模块。

(3) ENCODE状态:工作状态, 对应于计算模块中的32比特并行计算模块和64比特并行计算模块。当计数器值大于等于接口模块配置的数据长度时, 则编码完成, 将code_end信号拉起。

(4) FINISH状态:完成状态, 待接收到编码完成信号code_end为高后, 进入此状态, 若进行的为编码操作, 则从寄存器中读出编码结果送至接口模块, 若为译码操作, 则检测X寄存器的值是否为全0, 若为全零, 则说明接收数据正确, 产生译码正确信号送至接口模块, 否则产生接收数据错误信号送至接口模块。将结果送至接口模块后, 之后将all done信号置1, 表明本次操作完成。

3 仿真与结果验证

本文采用Verilog语言[4]进行实现并结合MATLAB进行仿真验证。为了更加明确的进行比较, 下面结合MATLAB编码结果验证本设计编码的正确性。

(1) 对于编码数据长度为24情况:

MATLAB输入数据:

IP设计64比特并行编码结果见图4:

由以上对比可见, 对于并行度为32比特 (crc_parl_bit=0) 与并行度为64比特 (crc_parl_bit=1) 两种情况下的编码结果均与MATLAB仿真编码结果一致。

(2) 对于数据长度为1032的编码过程, 其输入数据如图5。

编码过程信号变化及编码结果如图6。

由图6可见, 对于1 0 3 2数据长度的编码结果为24’hce_d969, 与MATLAB仿真结果一致。

对于IP设计验证还包括其他测试例, 如:1024数据长度的32比特并行编码和64比特并行编码, 1048数据长度的32比特并行解码和64比特并行解码等等, 在此不在一一列图展示。

通过设计验证测试结果与MATLAB仿真结果比较可知, Verilog硬件IP设计可正确实现CRC在32比特并行编译码和64比特并行编译码。由于其较高的并行度, 其编译码效率远远高于串行编码效率。

4 结论

本文根据CRC编码原理, 运用Verilog硬件描述语言给出了一种并行CRC编码实现方法, 本文中使用的CRC生成多项式为

gcrc24 (A) (x) =x24+x23+x18+x17+x11+x10+x7+x6+x5+x4+x3+x+1, 并行度设计为32比特和64比特, 其生成多项式的选择可以根据需要选择其他生成多项式, 并行度选择也可根据硬件面积功率需求进行适当调整。

参考文献

[1] 3GPP TS 36.211 V.8.7.0.3^rd generation partnership project;evolved universal terrestrial radio access (E-UTRA) ;Physical channels and modulation.Release 8, 2009

[2] Campobello G, Patane G, Russom OM.Parallel CRCrealization;IEEE 52 (10) , 2003, 10:1312-1319

[3]陈玉泉.一种并行CRC算法的实现方法.现代电子技术, 2005, 22:30-32

战术IP通信中的分组调度算法 第7篇

在军用通信系统中,指挥自动化、电子对抗、情报侦察等军事应用系统对数据通信网提出了较高的要求。互联网的发展和普及使基于IP的数据通信技术变得十分成熟,各种军事应用系统纷纷以IP技术为基础构建。战术IP通信网就是在战术环境下建立机动的“互联网”基础通信设施。

战术IP通信网的构建是以互联网技术为基础的,但战术IP通信网有着与互联网不同的一些问题:战术环境下的高误码、拓扑变化、用户移动等问题。这些问题使得大部分分组调度算法不能适应战术通信需求,本文重点在于研究已有的分组调度算法,对比分析它们的优、缺点,提出一种适合战术通信特点的分组调度算法。

2 分组调度系统结构

分组调度要解决的基本问题是:当多个分组业务等待接受服务时,必须确定合理地服务规则,安排流的服务顺序和服务时间,以满足各个业务流的Qo S要求。Qo S性能参数包括分组时延、时延抖动、吞吐量和分组丢失率等[1]。分组调度系统结构如图1所示。

由于战术通信环境存在高误码、拓扑变化快、用户移动频繁等问题,分组调度算法要考虑如下因素:

(1)公平性:算法要能保证资源的公平分配,以及为在无差错信道条件下的业务流间提供短期公平性,并且为在差错信道条件下的业务流间提供长期公平性。

(2)数据吞吐量和信道利用率:算法要致力于最小化错误链路上的无效传输,最大化有效的服务输出和无线信道利用率。

(3)实现复杂度:算法复杂度要低。在高速交换时尤为重要。

(4)用户优先级:作战指令是逐级传达的,用户优先级是必须考虑的。

(5)时延上限:对于时延敏感性业务,要确保时延不能超过某一阀值。

3 典型的分组调度算法

在无线资源管理调度中,要考虑两个重要的因素:公平性和吞吐量。公平性一般是指不同用户或业务分组间所占资源的统计结果;吞吐量主要是指小区吞吐量和用户吞吐量。轮循算法是公平性算法的典型代表,而最大载干比算法则实现了吞吐量的最大化。战术通信对支持多媒体业务及高速数据通信要求越来越高,原有的各种分组调度算法已经不太适应新的基站设备,寻求一种能更好地在公平性和吞吐量之间达到折衷的调度算法是很有必要的。

3.1 轮循(RR,Round Robin)算法

轮循算法也称公平时间分组调度算法,算法的基本思想是保证小区内的用户按照某种确定的顺序循环占用相同时间的无线资源来进行通信。每个用户用一个队列来存放数据,非空队列在调度时以轮循方式占用资源。这种算法牺牲了系统容量,保证了算法公平性[3,4]。

轮循算法不考虑信道条件差异和用户位置,公平地分配系统资源。这种算法保证了用户的长期公平性和短期公平性。缺点在于无法保证处于小区边缘但有最小速率要求的用户的服务质量。

3.2 最大载干比(MAX C/I,Ma xi-mum Carrier to Interference)算法

MAX C/I调度算法是一种典型的利用“多用户分集效果”来实现最大化系统容量的调度算法。其基本思想是将无线资源尽可能分给信道条件好的用户,对所有待服务用户依据其接收信号C/I预测值进行排序,按照从小到大的顺序发送。这种算法牺牲了算法公平性,提供了最大的系统容量[2]。

当用户1的信道条件始终优于用户2时,则只有当用户1缓冲区数据全部传输完毕后,用户2才能接受服务。在战术通信中,信道条件差的作战单位可能得不到服务,甚至“饿死”。该算法考虑了用户间的信道差异,可以获得最大的系统吞吐量。缺点在于算法极不公平,而且其覆盖范围也小于采用公平吞吐量调度和轮循(RR)算法的覆盖范围。

4 战术通信中分组调度的研究

战术通信有着信道误码率高、网络拓扑变化快、用户移动频繁等问题。在机动条件下,传输误码率通常在110-3～110-6之间。在极差的通信环境下,甚至达到10-2。而且战术IP通信网为机动网络,网络机动、局部损毁、链路瞬断等都会导致网络拓扑的快速变化。同时,用户的频繁移动可能会产生三角路由问题。战时的动态信息交互是快速、准确和庞大的,交互的战时信息是落后于现场信息的,甚至得到的信息可能与现场相去甚远。减少信息交互时间,并且区别对待不同类型的信息,会提升战时信息传输的可靠性、快速性和准确性。

4.1 正比公平(P F,P roportiona l Fa ir)分组调度算法

PF算法是Qualcomm公司在HDR系统中建议使用的,又称Q-PFS(Proportional Fairness Scheduling,Qualcomm正比例公平调度算法)[1]。该算法较MAX C/I算法来说,公平性有所提高。算法除考虑到“多用户分集”的增益外,还考虑到衰落信道带来的信噪比变化对单个用户呈“时间分集”的特点。

PF的基本思想是根据用户优先级来决定服务,优先级最高的用户先获得服务。PF原理如下:

在时刻t,士兵k的平均速率为Rk(t)(k=1,2,,k),其请求传输的速率用Dk(t)表示,则被选中的士兵为:。

若士兵k在时刻t没有数据传输,则Dk(t)=0。士兵k的平均传输速率的更新等式为:。

式中Tc是时间常数,表示滑窗的大小。它反映了士兵对接收不到数据传输的忍受能力,Tc越大说明可以等待较长时间至信道质量变好,这有利于提高系统吞吐量,但可能带来额外的延迟,造成用户间的服务不公平。

实际计算会把时间折算成时隙,每一时隙更新一次平均传输速率。其平均传输速率更新公式为:Rk(i)=(1-1/Tc)Rk(i-1)+1/TcDk(i)。

该算法对时间窗的长度通常有严格要求,一般要足以覆盖快衰落的变化,并满足用户的时延要求。算法保证了不同用户间的长时公平性,与轮循算法比较,提高了系统吞吐量。算法的主要优点是综合考虑了用户的信道条件与用户间的公平性,并通过改变Tc值,来折衷考虑系统吞吐量和用户公平性。其主要缺点是没有考虑不同用户的Qo S需求和服务优先级,获得的吞吐量也低于MAX C/I。

4.2 状态比例公平调度算法

战术通信环境下,一般优先级高的用户先接受服务,直至数据传输完毕才释放资源。这样就可能出现某些低优先级的用户得不到服务,处于“饥饿”状态。状态比例公平调度算法(S-PFS)是基于饥饿状态监控的比例公平调度算法。算法基本思想是监控用户接受服务的情况,并将监控情况与用户的饥饿时间计数器对比判断“饥饿”用户,对“饥饿”用户采用特殊的平均速率更新机制,并尽量减小对其他业务流的影响。其调度原则是:预测某个时隙前用户的平均速率;然后,计算用户当前信道质量值和平均速率的比值;比值大的先得到服务,若比值相同,则随机选择其中一个。

4.3 基于代理的动态分组调度算法

在路由器中,队列长度是实时变化的,突发的分组会增加队列的长度,若采用传统的调度算法调度分组,则不能根据队列的实时变化来动态地控制队列的权值,业务分组也可能被丢弃。这样,一方面造成了网络带宽的浪费,被丢弃的分组到达该地及重传所消耗的网络资源都是带宽的浪费。另一方面对于实时数据流,分组被丢弃就将影响用户的服务质量。

基于传统调度算法的以上缺点,提出了一种基于代理的动态分组调度算法。算法的基本思想是:通过调度模块中各代理的信息交互,来动态的调整队列的权值及输出。队列管理代理实时监控队列长度的变化,然后将队列长度变化提交给权值分配代理,权值分配代理根据队列长度变化适当地调整队列的权值,分组调度代理根据新的队列权值调整调度策略,调度分组发往输出端口。该算法利用权值动态调整资源分配,先按用户优先级来确定队列权值,然后再根据队列长度变化来动态调整队列权值。这样,既能保证正常情况下按优先级来调度分组,又能防止由突发数据引起的大量分组丢弃,提高了用户的服务质量和网络稳定性。

5 结束语

PF算法不仅考虑了用户优先级,还考虑了系统吞吐量,利用短期的信道变化来增加系统容量,并维持了较长时间的公平性,实现了系统吞吐量与算法公平性间的折衷,是一种简单实用的调度算法。但该算法没有考虑分组时延,获得的流量也低于MAX C/I。S-PFS算法很好的弥补了PF算法存在的一些缺点,避免了用户得不到服务的情况出现,解决了由优先级带来的饥饿问题,比MAX C/I由更高的公平性。基于代理的动态分组调度算法既考虑了用户优先级,又考虑了分组突发带来的影响,先按用户优先级进行权值分配,后按队列长度变化来调整权值,保证了优先级高的用户的服务质量,并且减少了网络资源的浪费。通过分析这三种分组调度算法可以看出,多种分组调度算法混合使用是非常适合战术通信的,战术通信支持的业务种类越来越多,由业务来区分优先级再进行调度是还需要进一步的研究和探索。

参考文献

[1]朱欣刚,武月红.cdma20001x EV-DO中的分组调度算法.中兴通信技术.2006,12(1)

[2]吴斌,李国民,党丽莉.分组调度算法的仿真与分析.通信技术,2007,40(11)

[3]高晓林.基于HSDPA的分组调度算法研究.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006

[4]Ameigeiras P S,Wigard J,Mogensen P.Performance of packet scheduling methods with different degree of fairness in HSDPA.IEEE Trans on Wireless Communications.2004,(2):860~864

[5]Hasegawa G,Matsuo T,Murata M,Miyahara H,Comparisons of Packet Scheduling Algorithms for Fair Service among Connections on the Internet.Department of Infomatics and Mathematical Science Graduate School of Engineering Science,Osaka University.

IP地址和硬件地址的配合通信研究 第8篇

我们可以把整个因特网看作是一个单一的、抽象的网络,IP地址是用来标识这个网络上计算机的逻辑地址,这个网络也依靠IP地址与本网上的其它站点互相区分、互相通信。然而在实际通信过程中,仅有IP地址是不够的,还必须借助硬件地址,那么IP地址与硬件地址是如何配合通信的呢?本文通过一个实例来揭示它们之间的配合关系。

2 IP地址与硬件地址的层次关系

图1展示了IP地址与硬件地址的层次关系。从层次的角度看,硬件地址是数据链路层和物理层使用的地址,而IP地址是网络层和以上各层使用的地址。

在发送数据时,数据从高层向下传到低层,然后才到通信链路上传输。使用IP地址的IP数据报一旦交给了数据链路层,就被封装成MAC帧。MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址,这两个硬件地址都写在MAC帧的首部中。

根据MAC帧首部中的硬件地址,在通信链路上的设备接收MAC帧。在数据链路层看不见隐藏在MAC帧的数据中的IP地址。只有在剥去MAC帧的首部和尾部后将MAC层的数据上交给网络层,网络层才能在IP数据报的首部中找到源IP地址和目的IP地址。

3 实例研究

图2是一个实例,由三个局域网通过两个路由器R1和R2互连起来。现在主机H1要和主机H2通信。这两个主机的IP地址分别是IPl和IP2,而它们硬件地址分别为HAl和HA2。通信的路径是:H1→经过R1转发→再经过R2转发→H2。路由器R1因同时连接到两个局域网上,因此它有两个硬件地址,即HA3和HA4。同理,路由器R2也有两个硬件地址HA5和HA6。

图3是从协议栈的层次上看图2数据流动的全景。

这个全景包含着两个层次。从虚拟的IP层上看IP数据报的流动和从数据链路层上看MAC帧的流动。这两个数据流动的层次是有技术上差别的。

从虚拟的IP层只能看到IP数据报。虽然IP数据报要经过路由器R1和R2的两次转发,但在它的首部中的源地址和目的地址始终分别是IPl和IP2。图中的数据报上写的“从IPl到IP2”就表示前者是源地址而后者是目的地址。数据报中间经过的两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中。虽然在IP数据报首部有源站IP地址,但路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择。

从数据链路层上只能看到M AC帧。IP数据报被封装在MAC帧中。MAC帧在不同网络上传送时,其MAC帧首部中的源地址和目的地址要发生变化。开始在H1到Rl间传送时,MAC帧首部中写的是从硬件地址HAl发送到硬件地址HA3,路由器R1收到此MAC帧后,在转发时要改变首部中的

源地址和目的地址,将它们换成从硬件地址HA4发送到硬件地址HA5。路由器R2收到此帧后,再改变一次MAC帧的首部,填入从HA6发送到HA2,然后在R2到H2之间传送。MAC帧的首部这种变化,在IP层上是看不见的。

表1列出了图2不同层次、不同区间的源地址和目的地址。

IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节。在抽象的网络层上讨论问题,就能够使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信。

参考文献

[1]史创明,王立新.计算机网络原理与实践[M].北京:清华大学出版社,2006.165-168.

[2]兰少华,杨余旺.吕建勇.TCP/IP网络与协[M].北京:清华大学出版社,2006.12-30.

IP通信设计 第9篇

关键词：Modbus TCP/IP,报文,客户机/服务器

0 引言

Modbus[1]是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。通过Modbus协议,不同厂商的控制设备可以组成工业网络,对网络中的设备进行集中控制管理也十分方便。我国已经将Modbus通信协议拟定为国家标准GB/T19528-2008。早在07年的统计中,国内安装Modbus节点的数量就已经超过1000万个。相比其他的通信协议,Modbus帧格式简单紧凑、通俗易懂,是相对容易的工业网络部署;Modbus具有公开发表且无版税要求;可支持多种(如RS232、RS485、双绞线、光纤、无线等)电气接口;对使用者来说,运用此协议的灵活性更强等优点,使得Modbus协议的使用更加广泛。即便与基于串行链路的Modbus相比,Modbus TCP/IP网络的通信方式也具有稳定性更好,传输速率更快,处理Modbus请求的能力更强等特点。本文通过分析Modbus TCP/IP的协议标准,以及结合实际工程中遇到的问题,给出了具体应用中基于Modbus TCP/IP通信的实现方法。

1 Modbus TCP/IP协议的分析

Modbus是OSI模型中的应用层报文传输协议[2],它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器式通信。Modbus TCP/IP就是将Modbus数据帧嵌入到TCP帧中,通过以太网传输Modbus报文的一种通信方式,其传输非常可靠。

Modbus定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)。嵌入到不同总线或网络上的Modbus协议的映射会在PDU上引入一些附加域,形成应用数据单元ADU(Aplication Data Unit)。如图1所示,在TCP/IP协议栈上封装的Modbus请求/响应加上了一个MBAP结构的报文头[3]。

帧格式中的PDU因请求报文的功能码的不同,其长度会随之变化,但完整的报文帧格式必须严格遵循ADU的结构,从而确保通信双方能够准确识别接收到的数据帧。启动Modbus事务处理的客户机建立Modbus ADU,功能码向服务器指示执行哪种操作。

MBAP报文头的结构[4]如表1所示:

Modbus TCP/IP报文头中的事务处理标识符,用于对应服务器作出的响应与客户机发出的请求,事务元标识符的存在,使得Modbus TCP/IP客户端无须等待之前所发请求的响应是否得到证实,而继续启动新的任务请求,这样大大增强了Modbus任务处理的能力。客户机收到来自服务器的响应时,只需根据事务元标识符即可映射到之前的请求任务。MBAP中的协议标识符为固定值0X0000,表示当前应用层通信协议为Modbus TCP/IP。MBAP的第三部分表示长度信息,记录单元标识符、功能码以及数据域三个部分的长度之和,此标识位信息对于通信的软件实现部分十分有用。单元标识符用于系统内的路由作用,用于以太网TCP/IP和Modbus串行链路之间的网关与Modbus或Modbus串行链路从站的通信[4]。在软件实现中,事务元标识符、协议标识符和单元标识符均由客户机产生,服务器的响应帧直接从收到的请求中复制获取。每帧Modbus报文中的长度标识符信息由客户机和服务器根据各自的请求或响应而计算得到。

2 Modbus TCP/IP通信的实现

Modbus TCP/IP协议采用的是客户机/服务器通信模型,客户机与服务器之间基于Modbus请求、证实、指示与响应四种类型的报文进行通信。客户机根据任务类型启动相应的请求,通过网络发送到服务器。服务器接收来自客户机的指示,完成其所指定的任务并作出响应。客户机再将收到的来自服务器的响应映射到相应的任务请求,完成请求的证实。这样就实现了一次任务的循环。接下来将结合实际的应用,介绍Modbus TCP/IP通信的实现方法。

通过对Modbus TCP/IP协议的研究与测试之后,已将其成功运用到上海科道物流科技有限公司研发的P120贴标系统上。P120的控制模块选用的是众为兴公司发行的一款高性能的、具备PLC功能的多用途、现场可编程的运动控制器ADT-8840。控制器采用SANSUNG系列的S3C44B0X CPU,主频达66MHz、支持工业以太网通信。ADT-8840运动控制器的内部系统寄存器区是对外开放的,当采用联机运行时,任意第三方软件都可通过标准Modbus通讯协议对其寄存器区进行访问。该系统中ADT-8840运动控制器作为Modbus TCP/IP通信中的服务器单元,负责接收来自客户机的任务请求,解析报文帧中的功能码,完成相应的命令任务,并作出响应。下面将对P120贴标系统中的客户端的实现进行比较详细的说明。

Modbus TCP/IP客户端的设计以P120贴标系统为例,客户端设计的软件环境为Windows,开发工具为QT Creator,运用C++语言进行开发。完备的Modbus协议的功能码的种类比较多,鉴于本项目的需求,只需要从中选择几种功能码即可。本系统中的P120贴标机的功能需求有:控制阀片开关的状态查询、传感器I/O点的状态扫描、内部寄存器存储值的获取与机器运行状态显示的更新、机器的运行动作测试、以及贴标坐标的保存与运动参数的设置。

针对以上5种类型的功能需求,客户端实现需要选用Modbus功能码中的5种。对应P120的需求,5种功能码依次是:读线圈(0x01)、读输入离散量(0x02)、读多个寄存器(0x03)、写单个线圈(0x05)、写多个寄存器(0x10)。关于Modbus功能码的描述可查看Modbus相关的资料文献。客户端要完成Modbus请求的生成与Modbus证实的处理,这两部分的设计实现如图2-3所示:

在实际的项目设计中,当客户端在不考虑ADT-8840是否已回复请求响应的情况下,连续、高速地发送任务请求时,遇到了ADT-8840丢弃来自客户端任务指示的问题。考虑到ADT-8840实际的处理速度与任务栈空间大小,客户端将其任务栈空间设置为10,当客户端挂起的事务处理超过该大小时将不再启动新的任务请求。为确保实际工程的稳定性,要避免在ADT-8840丢弃任务请求时,双方通信的对应关系不受影响,在实际处理中对事务元标识符与实际任务请求作了映射处理。由于本工程中P120总的功能需求已经固定,不会有其他的任务产生,如此可以将每个任务请求映射到固定的事务元标识符,映射后事务元标识符就相当于任务请求的地址索引,客户端解析来自ADT-8840的响应时,通过MBAP中的事务元标识符就可对应到实际的任务请求,再发送提取到的数据域的值至对应的用户处理接口。这样既解决了服务端丢弃请求的问题,也克服了Modbus读取类功能码请求的响应帧中不回复寄存器地址信息的情形。在Modbus TCP/IP协议中会处理来自服务器否定的回答与异常,由于本系统的实际功能请求是固定的,并且循环重复发送,所以对于本客户端的设计,直接丢弃了来自ADT-8840的否定响应及异常。

3 通信测试

Modbus TCP/IP通信测试,首先将利用QT Creator编写的Modbus客户端与服务器ADT-8840通过以太网口连接。配置好客户端与服务器端的IP地址,设置好各自通信使用的端口号,由于IANA(Internet Assigned Numbers Authority)委员会为Modbus协议分配了专用的TCP端口号502,在本次测试中,ADT-监听502号端口,客户机也通过502号端口尝试连接服务器。经过长时间的测试,通信十分稳定,其测试结果完全满足工程需求,该客户端的设计软件已有成熟的发行版,应用到了实际的工程项目中。图4为所截取的部分窗口界面。

4 结束语