基本通信协议范文

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[中图分类号]F632.1 [文献标识码]A [文章编号]1006-5024（2013）10-0111-04

一、引言

携号转网被认为是进一步推动电信业有效竞争和健康发展的重要工具，作为一项非对称管制措施，已经成为全球的一种趋势。工信部的《关于启动天津海南移动用户号码携带试验前期准备工作的通知》中指出，要确保电信网络安全，切实保障用户合法权益，尊重用户转网意愿。为推动国内电信业的良性发展，加快实施我国从“电信大国”到“通信强国”的战略目标，工信部提出在2013年将适时扩大试点范围。随着号码“所有权”从运营商转移到用户手中，号段交易从计划经济时代进入市场经济时代，运营商之间的竞争将更为激烈。在上述背景下，如何保留客户及发展新用户值得各运营商在战略和策略上进行认真思考。

转换成本对于运营商保留客户起着重要作用，提高转换成本可以有效提高客户保留率。携号转网可降低消费者转换成本，使部分被锁定的消费者有选择权。而运营商和客户的平衡关系受到新的挑战。携号转网现有研究主要集中于三大方面：一是携号转网实施的经济效益评估分析。Ovum（2000）指出携号转网实施后收益大于成本，分析了携号转网对爱尔兰社会福利影响。二是携号转网对构筑公平有效竞争格局影响研究。Dong HeeShin（2007）指出携号转网对通信市场中的运营商有显著的影响，将会加剧美国移动通信市场竞争；姚学东等（2012）指出携号转网是促进市场竞争的举措，从长期来看，将会刺激竞争。三是携号转网与转换成本关系研究。Buehler等（2004）指出携号转网对消费者转换成本的影响，消费者的社会福利因携号转网而得到改善…。携号转网对移动通信客户转换成本影响的研究中，往往将转换成本视为携号转网的一种变动因素，并以此为切入点来进行研究。在产品和服务日趋同质化的情景下，客户自主选择能力越来越强，客户保留受到各界的日益关注。研究证实，提高客户满意度并非保留客户的唯一方法。Bumhan等（2003）通过对消费者访谈并运用因子分析方法归纳出程序、财务和关系转换成本，对美国长途电话及信用卡市场进行实证分析，较为全面地概括了各类型影响因子。因此，本文拟采用聚类分析方法对转换成本进行分类，并针对转换成本对客户保留的直接作用展开研究。

综上所述，在携号转网的背景下，国内学者基于转换成本的客户保留研究较少，携号转网意愿与转换成本之间关系的分类研究是否对保留客户有直接效应仍需进一步探讨。因此，本文根据转换成本这一客户携号转网的深层次原因，提取特征变量，对客户进行聚类分析，考察客户在转换成本上的特点和分布及其携号转网意愿的差异，为运营商通过构筑新的转换成本挽留客户、制定科学的运营策略提供决策依据。

二、概念定义与研究设计

（一）概念界定

本研究涉及的主要因子界定如下：携号转网意愿是指一家电信运营商客户在无需改变自己移动号码的前提下，转而成为另一家电信运营商用户的心理倾向。而转换成本作为顾客消费转移时所感知的成本，是一个复杂的变量，包括主客观两方面。为有效管理转换成本，使消费者感知的转换成本为企业所认知，将转换成本进行细分并研究不同转换成本对顾客行为的影响已得到了学术界的重视。本文基于Burnham（2003）研究结论，将携号转网背景下客户转换成本分为程序、财务和关系转换成本三类，联系携号转网特征，将三种转换成本及其构成因子进行梳理，并给出概念。程序转换成本主要是指客户在携号转网过程中所承担的时间和精力的付出，包括业务办理、经济风险、评价和学习成本；财务转换成本是指客户由于携号转网行为而承担的利益和财务上的损失；关系转换成本是指客户携号转网之后，在个人和品牌关系上的损失。

转换成本在买卖双方合作关系中扮演退出障碍的角色。当转换成本存在时，消费者便会考虑相对应的转换成本，如财务、品牌等方面的成本，这些成本的付出将降低客户的转换意愿。因此，本文提出如下假设：

H1：移动通信消费者携号转网中，程序转换成本对消费者携号转网意愿有显著的负向影响；

H2：移动通信消费者携号转网中，财务转换成本对消费者携号转网意愿有显著的负向影响；

H3：移动通信消费者携号转网中，关系转换成本对消费者携号转网意愿有显著的负向影响。

李先国等（2011）通过对我国通信市场的研究，指出客户转换成本对忠诚度有显著的正向影响，从而负向影响客户的转网意愿。因此，本文选取的各因子间的结构关系如图所示。

（二）研究设计

1 量表问卷设计

根据各个因子的概念及衡量指标，结合通信行业特点及携号转网背景，参考相关文献关于各因子的测量题项，对这些指标进行可量化的问卷设计。采取李克特五分量表，经过正式发放问卷前的小样本预调查，最终根据调查者意见和数据检验，确定4因子的17个量表问题。

2 问卷调查与样本描述

本次调查采用简单随机抽样法，通过两种方式发放问卷：一种是第三方问卷调查，通过网络平台进行调查，其中收集有效问卷456份；另一种是现场调查，由50名大学生组成的现场调查小组，分别去三家运营商服务网点调查，收集有效问卷173份，有效问卷回收率达到86.5%，调查时间为2012年4-5月。

为保障问卷质量和测量准确性，现场调查时小组成员还对调查者进行了关于携号转网较清晰地介绍。样本分别针对不同性别、年龄段、运营商、学历和月消费额进行统计，在对回收问卷进行有效筛选后，得到有效问卷629份。

三、数据检验与假设验证

（一）数据分析

在验证型因子分析中，用结构效度检验对量表问题聚合和区别效度分别进行检验。运用统计软件SPSS和AMOS，得到量表因子载荷、AVE值和因子之间的相关系数平方值见表1。结果显示，量表问题具有较好的聚合及区别效度，各AVE值均大于0.5，且每个AVE值均大于该因子与其他因子之间相关系数的平方数。通过对其17个量表问题做信度检验，发现各个因子的Cronbachα值均大于0.6，总量表Cronbacha值为0.930，说明总量表及其各因子都达到了较好的信度（见表1）。由此可见，量表题项设计是合理有效的，适于作进一步的结构关系分析。

（二）假设验证

根据本文的基本理论模型和变量影响关系路径图，使用Amos进行模型验证，结果显示，财务转换成本与携号转网意愿之间路径系数在p

四、聚类分析与分类解释

（一）聚类分析

根据移动通信客户在三种转换成本上存在的差异，结合上述数据检验和假设验证结果，对其进行组合分类，考察不同类别的客户在转换成本上的特点和分布及其携号转网意愿的差异。以客户的三类转换成本作为分类变量，采用SPSS中的K-means快速聚类法，最终聚类分析出五种类型，其因子得分中心值分布见表3。在进行聚类分析中，采用多元方差分析法，得出F值检验结果均在p

（二）分类解释

根据上述分析，可把五类客户分布命名为：程序型、经济型、非经济型、稳定型、积极型。

1 程序型客户

此类客户的财务和关系转换成本因子得分中心值较低，而程序转换成本得分最高。说明客户在携号转网时不注重财务和关系上的损失，而较为注重时间和精力上的付出，如申请、携号、评价和学习成本等方面的付出。此类客户的携号转网意愿等分均值处于中等水平，在样本中的比例最低（4%）。

2 经济型客户

此类客户的关系转换成本因子得分中心值最低，而财务转换成本得分较高。其特征是携号转网时不注重时间和精力上的付出，也不认为携号转网会带来品牌方面以及和运营商已有关系的损失，而较在意携号转网过程中财务和利益上的付出。此类客户携号转网意愿等分均值处于较高水平，在样本中所占比例为29%，是运营商应该重视的一类客户。

3 非经济型客户

此类客户恰好与经济型客户的三类转换成本因子得分分布特征相反，故称其为非经济型客户。其关系和财务两类转换成本因子得分中心值都较高，而程序转换成本得分最低。这说明此类客户较在意时间和精力上的付出以及品牌方面、与运营商已有关系的损失，而不注重携号转网过程中带来的利益和财务上的付出。非经济型客户携号转网意愿等分均值处于较低水平，在样本中的比例达到了28%，运营商应加强维护此类客户的客户关系。

4 稳定型客户

稳定型客户在关系转换成本因子得分中心值处于最高水平，其他两类转换成本得分也处于较高水平。三种转换成本都处于较高水平以及携号转网意愿等分均值处于最低水平，说明此类客户是运营商最容易挽留的一类客户，相比于其他类别的客户更加稳定，在样本中的比例最高（38%）。

5 积极型客户

此类客户三类转换成本因子得分中心值都较低，其中程序转换成本得分最低，这与稳定型客户得分分布特征相反。此类客户不注重在精力和时间上的付出，也不注重在利益、财务、品牌、与运营商已有关系上的损失。积极型客户对携号转网持乐观态度，其携号转网意愿等分均值处于最高水平。值得注意的是，此类在样本中比例达到了23%，运营商应该予以重视。

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一、计算机网络通信协议概述

1．通信协议概念。网络通信协议（Network Communication Protocol），通常简称为网络协议（Network Protocol），就是对计算机之间通信的信息格式、能被收/发双方接受的传送信息内容的一组定义。

2．网络协议的分类。网络协议是一种特殊的软件，是计算机网络实现其功能的最基本机制。网络协议的本质是规则，即各种硬件和软件必须遵循的共同守则。但网络协议又不是一套单独的软件，它通常融合在其他软件系统中。网络协议遍及OSI通信模型的各个层次，从我们非常熟悉TCP/IP、HTTP、FTP协议，到OSPF、IGP等高级路由协议都可以认为是网络协议，有上千种之多。在所有常用的网络协议中，又可以分常用的基础型协议和常用的应用型协议。TCP/IP、IPX/SPX、NetBEUI属于常用的基础型协议；而HTTP、PPP、FTP则属于常用的应用型协议。基础型协议用来提供网络连接服务，它在网络连接和通信活动中必不可少；应用型协议对于网络来说不是必需的，而是在具体应用到网络服务时才需要。

3．网络协议的作用与组成。网络协议所起的主要作用和所适用的应用环境各不相同，有的是专用的，如IPX/SPX就专用于Novell公司的NetWare操作系统，而NetBEUI协议则专用于微软公司的Windows系统；有的则是通用的（当然是相对的），如TCP/IP协议就适用于几乎所有的系统和应用环境。在这么多的网络协议中，一般网络用户只需要着重掌握几种常用和主要的协议即可。网络协议包括语义、语法和时序三个组成部分。语义是对协议元素的含义进行解释，不同类型的协议元素所规定的语义是不同的。语法是将若干个协议元素和数据组合在一起用来表达一个完整的内容所应遵循的格式，也就是对信息的数据结构做一种规定。而时序是对事件实现顺序的详细说明。

二、TCP/IP协议族

TCP/IP协议族从字面上理解只有两个协议：TCP协议和IP协议，而事实上它是一个协议集合，而TCP和IP协议是协议族中最基本的最重要的两个协议。

1．IP协议。（1）IPv4协议。IPv4协议运行在网络层上，可实现异构的网络之间的互连互通。它是一种不可靠、无连接的协议。IPv4定义了在整个TCP/IP互联网上数据传输所用的基本单元，规定了互联网上传输数据的确切格式；IP软件完成路由选择的功能，选择一个数据发送的路径；除了数据格式和路由选择精确而正式的定义之外，还包括一组不可靠分组传送思想的规则。IP协议是TCP/IP互联网设计中最基本的部分。（2）IPv6协议。互联网发展到当前的规模，IPv4协议的建立功不可没。但是同时它的缺点也充分显现出来，如地址空间耗尽、路由表急剧膨胀、缺乏对QoS的支持、移动性差等。尽管采用了许多新的机制来缓解这些问题，如DHCP技术、NAT技术等，但问题没有得到根本解决。终于在1995年12月，IPv6协议诞生，该协议全称“互联网协议第6版”，即下一代的网际协议。相对于IPv4来说，其特点主要有以下两点，首先，讲IPv4的32位IP地址扩大到了128位；另外，在IPv6数据报的首部格式中，用固定格式的扩展首部取代了IPv4中可变长的选项字段。

2．TCP协议。TCP用于在不可靠的互联网上提供可靠的端到端字节流传输服务。在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。TCP的功能是：TCP把发送端试题要求发送的数据流分割成适当长度的数据段，然后传给IP层，再由IP层通过网络接口层将包传送给接收端主机。接收端主机接受到数据后，会将数据一路上传给制定的接收端实体。

3．SMTP协议。SMTP协议又称为简单邮件传输协议，是在应用层的协议。主要对如何将电子邮件从发送方传送到接收方，即对传输的规则做了规定。SMTP协议的通信模型并不复杂，主要工作集中在发送SMTP和接受SMTP上：首先针对用户发出的邮件请求，建立发送SMTP（发送方）到接受SMTP（接收方）的双工通信链路，接收方是相对于发送方而言，实际上它既可以是最终的接受者也可以是中间传送者。发送方负责向接收方发送SMTP命令，接收方负责接受并反馈应答。

上面只简单的介绍了几种通信协议，还有很多协议值得研究，如有数据链路层的CSMA/CD协议，应用层的FPT、HTTP和DNS协议等。就是在这些许许多多的通信协议的共同作用下，才能确保网络通信的正常。

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作为一种网络通用语言，网络通信协议是指为连接不同操作系统和不同硬件体系结构的互联网络引提供的通信支持。其从逻辑上将网络进行7层划分，各层都具备路由器、交换机等相应的物理设备。在电气监控系统内IEC60870―5―103、IEC60870―5―104等为主要的网络通信协议类型，具体如下：

1、IEC60870―5―103协议。作为国际电工委员会制定的继电保护设备信息接口规范，IEC60870―5―103协议可在通信前置机和继电保护装置间的信号传输中充分应用。该协议主要选取主从―对多的非平衡传输方式，主站为通信前置机，从站为继电保护装置，每秒9600bit为标准传输速率，格式报文形式主要分为2种：固定帧长报文、可变帧长报文。其表述的2类信息传输方式为按照相应规定运用的服务数据单位与为标准化报文传输没有涵盖的全部可能应用过程，或全部可能信息利用通用分类服务传输。

2、IEC60870―5―104协议。在IEC60870―5―103基础上，国际电工委员会为满足网络运输又进行了IEC60870―5―104远动通信协议的制定。其不仅能够在集控中心与变电站、调度端进行全面运用，还能在变电站内的通信网加以合理运用。一般选取RFC2200协议作为该协议物理层、链路层等主要协议。作为标准TCP/IP协议子集，RFC2200可使IEC60870―5―104协议应用于TCP/IP协议的高带宽网络传输。与其他协议相比，IEC60870―5―104协议具有良好实时性、可靠性等优势，且能够进行大流量数据传输，为信息扩展提供便利。

二、网络通信协议在电气监控系统中的应用

在科技快速发展的今天，电气监控系统愈加完善，将网络通信协议合理应用于电气监控系统，对提升电气监控系统实时性、可靠性具有至关重要的作用，为此，本文以优化其应用性能为例对网络通信协议在电气监控系统中的应用进行了分析与探究。

1、实时性优化应用

电气监控系统实时性提升的方式较多，一般分为2大类：升级电气监控系统硬件、优化软件算法。根据工作需求，可通过软件优化网络通信协议，以此达到提高电气监控系统实时性的目的。

首先，IEC60870―5―103协议为例分析。光纤接口、EIA RS485接口为IEC60870―5―103协议电气的主要接口类型。光纤传输具有良好抗干扰能力及较快传输速度。在相同变电站或距离较短情况下继电保护装置和监控系统的两种接口传输速度基本一致。在通信链路拓扑方面两种接口一致，基于此，两种接口具有相同分析方式。本文将EIA RS485接口作为分析研究重点，具体内容如下：

作为三线制半双工接口，EIA RS485接口在同一时间点上只能接收、发送信号，但不能同时进行接收、发送操作。一般选取图1作为通信拓扑结构。通信权可由EIA RS485总线上并联的3个继电保护装置依次取得，依次将数据传送给通信前置机。继电保护装置数据向通信前置机传送的快慢，由通信权时间间隔的长短加以确定。但电气出现大面积故障的情况下，继电保护装置极易出现大量变位信号。如一个继电保护装置进行5个遥信信号上传，完成此5个变位遥信信号传输需20帧以上报文。

其次，IEC60870―5―104协议为例分析。以太网传输为IEC60870―5―104协议的主要形式，平衡传输全双工接口为以太网RJ45接口类型。对该协议实时性造成影响的主要因素包含2点，第一以太网的传输性能，对其起决定作用的因素为网络拓扑结构及以太网带宽；第二，该协议报文信号携带效率。根据笔者工作性质，为提升电气监控系统网络通信协议性能，本文以优化提升IEC60870―5―104协议报文信号携带效率为主进行分析。本协议传输数据以I格式帧为主。该协议规定ASDU（一个）在249字节以下，可进行一个火一组信号传输。应用于现有监控系统的IEC60870―5―104协议，I格式帧（一个）旺旺只进行一个变位遥信信号传输。为提高信号传输信号，需对I格式帧长度进行有效增加。

2、可靠性优化应用

利用通信前置机、数据服务器、远动机等设备的冗余配置及通信网络冗余配置可实现电气监控系统可靠性。在具体应用中，硬件即便冗余配置，但却存在冗余设备无扰无缝切换等问题。为达到网络通信协议优化运用，需提升通信前置机冗余切换、通信网络冗余切换的可靠性，进而达到电气监控系统可靠性提升的目的。

（1）将EIA RS485接口应用于IEC60870―5―103协议时，EIA RS485接口一个的情况下主机只能有一台，也就是说EIA RS485接口一个情况下2台通信前置机无法利用该接口将报文发送给一台继电保护装置。为对该协议传输可靠性进行有效提升，需并接2台通信前置机的全部EIA RS485接口。要求位于工作状态的通信前置机为1台，位于热备状态的通信前置机为1台。如工作状态前置机内随意一个EIA RS485接口通信中断被热备状态通信前置机检测出来后，热备状态前置机可将此EIA RS485接口主机地位占据，利用此EIA RS485接口将报文发送给继电保护装置。该情况下，工作状态通信前置机需将此EIA RS485接口主机地位抛弃，进而达到IEC60870―5―103协议双机热备接口切换。

（2）通信前置机、数据服务器、远动机与以太网冗余配置为现有监控系统的主要构成部分。冗余配置可对信号传输可靠性有效提升。但现阶段最常见的双机双网切换机制为“硬切换”，也就是说一般情况下冗余的2台通信前置机内利用冗余通信网络内一条与运动机或服务器进行通信的只有一台。如前置机正常运行时如出现故障或通信网络中断，可向冗余的另一台通信前置机进行通信切换。但其存有诸多问题，如只能利用通信前置机内部软件对通信前置机切换、通信网络切换进行判断，通信在切换过程中为中断情况，不能实现无扰连续切换。

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How TO Configure the Communication Protocols of the LAN

Wang Guang ming

(Class One，Grade Three，Department of Computer Science，Zaozhuang Teachers' College，Zaozhuang 277100)

Abstract: Based on the LAN，for NetWare、Windows 95/98 and the main is Windows NT operation system，this paper introduce and analysis the characteristic、 capability and the essential configure method of the communication protocols.

Key Words: LAN;Communication Protocols; TCP/IP

不同的网络协议都有其存在的必要，每一种协议都有它所主要依赖的操作系统和工作环境。在一个网络上运行得很好的通信协议，在另一个看起来很相似的网络上可能完全不适合。因此，组建网络时通信协议的选择尤为重要。

无论是几台机器组成的Windows 95/98对等网，还是规模较大的Windows NT、Novell或Unix/Xenix局域网，凡是亲自组建或管理过网络的人，都遇到过如何选择和配置网络通信协议的问题。由于许多用户对网络中的协议及其功能特点不是很清楚，所以在组网中经常选用了不符合自身网络特点的通信协议。其结果就造成了网络无法接通，或者是速度太慢，工作不稳定等现象而影响了网络的可靠性。 下面我就分析一下各个协议的特点和性能借以说明我配置协议的理论和立场。

一、通信协议

组建网络时，必须选择一种网络通信协议，使得用户之间能够相互进行“交流”。协议（Protocol）是网络设备用来通信的一套规则，这套规则可以理解为一种彼此都能听得懂的公用语言。关于网络中的协议可以概括为两类：“内部协议”和“外部协议”下面分别予以介绍。

1.内部协议

1978年，国际标准化组织（ISO）为网络通信制定了一个标准模式，称为OSI/RM（Open System Interconnect/Reference Model，开放系统互联参考模型）体系结构。该结构共分七层，从低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。其中，任何一个网络设备的上下层之间都有其特定的协议形式，同时两个设备（如工作站与服务器）的同层之间也有其使用的协议约定。在这里，我们将这种上下层之间和同层之间的协议全部定义为“内部协议”。内部协议在组网中一般很少涉及到，它主要提供给网络开发人员使用。如果你只是为了组建一个网络，可不去理会内部协议。

2.外部协议

外部协议即我们组网时所必须选择的协议。由于它直接负责计算机之间的相互通信，所以通常称为网络通信协议。自从网络问世以来，有许多公司投入到了通信协议的开发中，如IBM、Banyan、Novell、Microsoft等。每家公司开发的协议，最初一般是为了满足自己的网络通信，但随着网络应用的普及，不同网络之间进行互联的要求越来越迫切，因此通信协议就成为解决网络之间互联的关键技术。就像使用不同母语的人与人之间需要一种通用语言才能交谈一样，网络之间的通信也需要一种通用语言，这种通用语言就是通信协议。目前，局域网中常用的通信协议（外部协议）主要有NetBEUI、IPX/SPX及其兼容协议和TCP/IP三类。

3.选择网络通信协议的原则

我们在选择通信协议时一般应遵循以下的原则：

第一、所选协议要与网络结构和功能相一致。如你的网络存在多个网段或要通过路由器相连时，就不能使用不具备路由和跨网段操作功能的NetBEUI协议，而必须选择IPX/SPX或TCP/IP等协议。另外，如果你的网络规模较小，同时只是为了简单的文件和设备的共享，这时你最关心的就是网络速度，所以在选择协议时应选择占用内存小和带宽利用率高的协议，如NetBEUI。当你的网络规模较大，且网络结构复杂时，应选择可管理性和可扩充性较好的协议，如TCP/IP。

第二、除特殊情况外，一个网络尽量只选择一种通信协议。现实中许多人的做法是一次选择多个协议，或选择系统所提供的所有协议，其实这样做是很不可取的。因为每个协议都要占用计算机的内存，选择的协议越多，占用计算机的内存资源就越多。一方面影响了计算机的运行速度，另一方面不利于网络的管理。事实上一个网络中一般一种通信协议就可以满足需要。

第三、注意协议的版本。每个协议都有它的发展和完善过程，因而出现了不同的版本，每个版本的协议都有它最为合适的网络环境。从整体来看，高版本协议的功能和性能要比低版本好。所以在选择时，在满足网络功能要求的前提下，应尽量选择高版本的通信协议。

第四、协议的一致性。如果要让两台实现互联的计算机间进行对话，它们两者使用的通信协议必须相同。否则中间还需要一个“翻译”进行不同协议的转换，这样不仅影响通信速度，同时也不利于网络的安全和稳定运行。

二、局域网中常用的三种通信协议

1.NetBEUI协议

■NetBEUI通信协议的特点。NetBEUI(NetBIOS Extended User Interface，用户扩展接口)由IBM于1985年开发完成，它是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。NetBEUI也是微软最钟爱的一种通信协议，所以它被称为微软所有产品中通信协议的“母语”。微软在其早期产品，如DOS、LAN Manager、Windows 3.x和Windows for Workgroup中主要选择NetBEUI作为自己的通信协议。在微软如今的主流产品，如Windows 95/98和Windows NT中，NetBEUI已成为其固有的缺省协议。有人将WinNT定位为低端网络服务器操作系统，这与微软的产品过于依赖NetBEUI有直接的关系。NetBEUI是专门为几台到百余台PC所组成的单网段部门级小型局域网而设计的，它不具有跨网段工作的功能，即NetBEUI不具备路由功能。如果你在一个服务器上安装了多块网卡，或要采用路由器等设备进行两个局域网的互联时，将不能使用NetBEUI通信协议。否则，与不同网卡（每一块网卡连接一个网段）相连的设备之间，以及不同的局域网之间将无法进行通信。

虽然NetBEUI存在许多不尽人意的地方，但它也具有其他协议所不具备的优点。在三种通信协议中，NetBEUI占用内存最少，在网络中基本不需要任何配置。尤其在微软产品几乎独占PC操作系统的今天，它很适合于广大的网络初学者使用。

■NetBEUI与NetBIOS之间的关系。细心的读者可能已经发现，NetBEUI中包含一个网络接口标准NetBIOS。NetBIOS（Network Basic Input/Output System，网络基本输入/输出系统）是IBM在1983年开发的一套用于实现PC间相互通信的标准，其目的是开发一种仅仅在小型局域网上使用的通信规范。该网络由PC组成，最大用户数不超过30个，其特点是突出一个“小”字。后来，IBM发现NetBIOS存在的许多缺陷，所以于1985年对其进行了改进，推出了NetBEUI通信协议。随即，微软将NetBEUI作为其客户机/服务器网络系统的基本通信协议，并进一步进行了扩充和完善。最有代表性的是在NetBEUI中增加了叫做SMB（Server Message Blocks，服务器消息块）的组成部分，以降低网络的通信堵塞。为此，有时将NetBEUI协议也称为“SMB协议”。

人们常将NetBIOS和NetBEUI混淆起来，其实NetBIOS只能算是一个网络应用程序的接口规范，是NetBEUI的基础，它不具有严格的通信协议功能。而NetBEUI是建立在NetBIOS基础之上的一个网络传输协议。

2.IPX/SPX及其兼容协议

■IPX/SPX通信协议的特点。IPX/SPX(Internetwork Packet eXchange/Sequences Packet eXchange，网际包交换/顺序包交换)是Novell公司的通信协议集。与NetBEUI的明显区别是，IPX/SPX显得比较庞大，在复杂环境下具有很强的适应性。因为，IPX/SPX在设计一开始就考虑了多网段的问题，具有强大的路由功能，适合于大型网络使用。当用户端接入NetWare服务器时，IPX/SPX及其兼容协议是最好的选择。但在非Novell网络环境中，一般不使用IPX/SPX。尤其在Windows NT网络和由Windows 95/98组成的对等网中，无法直接使用IPX/SPX通信协议。

■IPX/SPX协议的工作方式。IPX/SPX及其兼容协议不需要任何配置，它可通过“网络地址”来识别自己的身份。Novell网络中的网络地址由两部分组成：标明物理网段的“网络ID”和标明特殊设备的“节点ID”。其中网络ID集中在NetWare服务器或路由器中，节点ID即为每个网卡的ID号（网卡卡号）。所有的网络ID和节点ID都是一个独一无二的“内部IPX地址”。正是由于网络地址的唯一性，才使IPX/SPX具有较强的路由功能。

在IPX/SPX协议中，IPX是NetWare最底层的协议，它只负责数据在网络中的移动，并不保证数据是否传输成功，也不提供纠错服务。IPX在负责数据传送时，如果接收节点在同一网段内，就直接按该节点的ID将数据传给它；如果接收节点是远程的（不在同一网段内，或位于不同的局域网中），数据将交给NetWare服务器或路由器中的网络ID，继续数据的下一步传输。SPX在整个协议中负责对所传输的数据进行无差错处理，所以我们将IPX/SPX也叫做“Novell的协议集”。

■NWLink通信协议。Windows NT中提供了两个IPX/SPX的兼容协议：“NWLink SPX/SPX兼容协议”和“NWLink NetBIOS”，两者统称为“NWLink通信协议”。NWLink协议是Novell公司IPX/SPX协议在微软网络中的实现，它在继承IPX/SPX协议优点的同时，更适应了微软的操作系统和网络环境。Windows NT网络和Windows 95/98的用户，可以利用NWLink协议获得NetWare服务器的服务。如果你的网络从Novell环境转向微软平台，或两种平台共存时，NWLink通信协议是最好的选择。不过在使用NWLink协议时，其中“NWLink IPX/SPX兼容协议”类似于Windows 95/98中的“IPX/SPX兼容协议”，它只能作为客户端的协议实现对NetWare服务器的访问，离开了NetWare服务器，此兼容协议将失去作用；而“NWLink NetBIOS”协议不但可在NetWare服务器与Windows NT之间传递信息，而且能够用于Windows NT、Windows 95/98相互之间任意通信。

3.TCP/IP协议

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是目前最常用到的一种通信协议，它是计算机世界里的一个通用协议。在局域网中，TCP/IP最早出现在Unix系统中，现在几乎所有的厂商和操作系统都开始支持它。同时，TCP/IP也是Internet的基础协议。

■TCP/IP通信协议的特点。TCP/IP具有很高的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有的服务器和工作站。但其灵活性也为它的使用带来了许多不便，在使用NetBEUI和IPX/SPX及其兼容协议时都不需要进行配置，而TCP/IP协议在使用时首先要进行复杂的设置。每个节点至少需要一个“IP地址”、一个“子网掩码”、一个“默认网关”和一个“主机名”。如此复杂的设置，对于一些初识网络的用户来说的确带来了不便。不过，在Windows NT中提供了一个称为动态主机配置协议（DHCP）的工具，它可自动为客户机分配连入网络时所需的信息，减轻了联网工作上的负担，并避免了出错。当然，DHCP所拥有的功能必须要有DHCP服务器才能实现。

同IPX/SPX及其兼容协议一样，TCP/IP也是一种可路由的协议。但是，两者存在着一些差别。TCP/IP的地址是分级的，这使得它很容易确定并找到网上的用户，同时也提高了网络带宽的利用率。当需要时，运行TCP/IP协议的服务器（如Windows NT服务器）还可以被配置成TCP/IP路由器。与TCP/IP不同的是，IPX/SPX协议中的IPX使用的是一种广播协议，它经常出现广播包堵塞，所以无法获得最佳的网络带宽。

■Windows 95/98中的TCP/IP协议。Windows 95/98的用户不但可以使用TCP/IP组建对等网，而且可以方便地接入其它的服务器。值得注意的是，如果Windows 95/98工作站只安装了TCP/IP协议，它是不能直接加入Windows NT域的。虽然该工作站可通过运行在Windows NT服务器上的服务器（如Proxy Server）来访问Internet，但却不能通过它登录Windows NT服务器的域。如果要让只安装TCP/IP协议的Windows 95/98用户加入到Windows NT域，还必须在Windows 95/98上安装NetBEUI协议。 转贴于

■TCP/IP协议在局域网中的配置。在提到TCP/IP协议时，有许多用户便被其复杂的描述和配置所困扰，而不敢放心地去使用。其实就局域网用户来说，只要你掌握了一些有关TCP/IP方面的知识，使用起来也非常方便。

IP地址基础知识。前面在谈到IPX/SPX协议时就已知道，IPX的地址由“网络ID”（NetWork ID）和“节点ID”（Node ID）两部分组成，IPX/SPX协议是靠IPX地址来进行网上用户的识别的。同样，TCP/IP协议也是靠自己的IP地址来识别在网上的位置和身份的，IP地址同样由“网络ID”和“节点ID”（或称HOST ID，主机地址）两部分组成。一个完整的IP地址用32位（bit）二进制数组成，每8位（1个字节）为一个段（Segment），共4段（Segment1～Segment4），段与段之间用“.”号隔开。为了便于应用，IP地址在实际使用时并不直接用二进制，而是用大家熟悉的十进制数表示，如192.168.0.1等。IP地址的完整组成：“网络ID”和“节点ID”都包含在32位二进制数中。目前，IP地址主要分为A、B、C三类（除此之外，还存在D和E两类地址，现在局域网中这两类地址基本不用，故本文暂且不涉及），A类用于大型网络，B类用于中型网络，C类一般用于局域网等小型网络中。其中，A类地址中的最前面一段Segment1用来表示“网络ID”，且Segment1的8位二进制数中的第一位必须是“0”。其余3段表示“节点ID”；B类地址中，前两段用来表示“网络ID”，且Segment1的8位二进制数中的前二位必须是“10”。后两段用来表示“节点ID”；在C类地址中，前三段表示“网络ID”，且Segment1的8位二进制数中的前三位必须是“110”。最后一段Segment4用来表示“节点ID”。

值得一提的是，IP地址中的所有“网络ID”都要向一个名为InterNIC（Internet Network Information Center，互联网络信息中心）申请，而“节点ID”可以自由分配。目前可供使用的IP地址只有C类，A类和B类的资源均已用尽。不过在选用IP地址时，总的原则是：网络中每个设备的IP地址必须唯一，在不同的设备上不允许出现相同的IP地址。表1列出了IP地址中的“网络ID”的有关属性，“节点ID”在互不重复的情况下由用户自由分配。其实，将IP地址进行分类，主要是为了满足网络的互联。如果你的网络是一个封闭式的网络，只要在保证每个设备的IP地址唯一的前提下，三类地址中的任意一个都可以直接使用（为以防万一，你还是老老实实地使用C类IP地址为好）。

子网掩码。对IP地址的解释称之为子网掩码。从名称可以看出，子网掩码是用于对子网的管理，主要是在多网段环境中对IP地址中的“网络ID”进行扩展。举个例子来说明：例如某个节点的IP地址为192.168.0.1，它是一个C类网。其中前面三段共24位用来表示“网络ID”，是非常珍贵的资源；而最后一段共8位可以作为“节点ID”自由分配。但是，如果公司的局域网是分段管理的，或者该网络是由多个局域网互联而成，是否要给每个网段或每个局域网都申请分配一个“网络ID”呢？这显然是不合理的。此时，我们可以使用子网掩码的功能，将其中一个或几个节点的IP地址全部充当成“网络ID”来使用，用来扩展“网络ID”不足的困难。

当我们将某一节点的IP地址如192.168.0.1已设置成一个“网络ID”时，网络上的其它设备又怎样知道它是一个“网络ID”，而不是一个节点IP地址呢？这就要靠子网掩码来告知。子网掩码是这样做的：如果某一位的二进制数是“1”，它就知道是“网络ID”的一部分；如果是“0”便认作是“节点ID”的一部分。如将192.168.0.1当做“网络ID”时，其子网掩码就是11111111.11111111.11111111.00000001，对应的十进制数表示为255.255.255.1。否则它的子网掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，对应的十进制数表示应为255.255.255.0。有了子网掩码，便可方便地实现用户跨网段或跨网络操作。不过，为了让子网掩码能够正常工作，同一子网中的所有设备都必须支持子网掩码，且子网掩码相同。表2列出了A、B、C三类网络的缺省子网掩码。

网关。网关（Gateway）是用来连接异种网络的设置。它充当了一个翻译的身份，负责对不同的通信协议进行翻译，使运行不同协议的两种网络之间可以实现相互通信。如运行TCP/IP协议的Windows NT用户要访问运行IPX/SPX协议的Novell网络资源时，则必须由网关作为中介。如果两个运行TCP/IP协议的网络之间进行互联，则可以使用Windows NT所提供的“默认网关”（Default Gateway）来完成。网关的地址该如何分配呢？可举一个例子来回答：假如A网络的用户要访问B网络上的资源，必须在A网络中设置一个网关，该网关的地址应为B网络的“网络ID”（一般可理解为B网络服务器的IP地址）。当A网络的用户同时还要访问C网络的资源时又该怎么呢？你只需将C网络的“网络ID”添加到A网络的网关中即可。依次类推……网关连多少个网络，就拥有多少个IP地址。

主机名。网络中唯一能够代表用户或设备身份的只有IP地址。但一般情况下，众多的IP地址不容易记忆，操作起来也不方便。为了改善这种状况，我们可给予每个用户或设备一个有意义的名称，如“WANGQUN”。至于在网络中用到“WANGQUN”时，怎样知道其对应的IP地址呢？这完全由操作系统自己完成，我们大可不必考虑。

三、通信协议的安装、设置和测试

局域网中的一些协议，在安装操作系统时会自动安装。如在安装Windows NT或Windows 95/98时，系统会自动安装NetBEUI通信协议。在安装NetWare时，系统会自动安装IPX/SPX通信协议。其中三种协议中，NetBEUI和IPX/SPX在安装后不需要进行设置就可以直接使用，但TCP/IP要经过必要的设置。所以下文主要以Windows NT环境下的TCP/IP协议为主，介绍其安装、设置和测试方法，其他操作系统中协议的有关操作与Windows NT基本相同，甚至更为简单。

■TCP/IP通信协议的安装。在Windows NT中，如果未安装有TCP/IP通信协议，可选择“开始/设置/控制面板/网络”，将出现“网络”对话框，选择对话框中的“协议/添加”，选取其中的TCP/IP协议，然后单击“确定”按钮。系统会询问你是否要进行“DHCP服务器”的设置？如果你的IP地址是固定的（一般是这样），可选择“否”。随后，系统开始从安装盘中复制所需的文件。

■TCP/IP通信协议的设置。在“网络”对话框中选择已安装的TCP/IP协议，打开其“属性”，在指定的位置输入已分配好的“IP地址”和“子网掩码”。如果该用户还要访问其它Widnows NT网络的资源，还可以在“默认网关”处输入网关的地址。

■TCP/IP通信协议的测试。当TCP/IP协议安装并设置结束后，为了保证其能够正常工作，在使用前一定要进行测试。笔者建议大家使用系统自带的工具程序：PING.EXE，该工具可以检查任何一个用户是否与同一网段的其他用户连通，是否与其他网段的用户连接正常，同时还能检查出自己的IP地址是否与其他用户的IP地址发生冲突。假如服务器的IP地址为192.168.0.1，如要测试你的机器是否与服务器接通时，只需切换到DOS提示符下，并键入命令“PING 192.168.0.1”即可。如果出现类似于“Reply from 192.168.0.1……”的回应，说明TCP/IP协议工作正常；如果显示类似于“Request timed out”的信息，说明双方的TCP/IP协议的设置可能有错，或网络的其它连接（如网卡、HUB或连线等）有问题，还需进一步检查。

四、小结

在组建局域网时，具体选择哪一种网络通信协议主要取决于网络规模、网络间的兼容性和网络管理几个方面。如果正在组建一个小型的单网段的网络，并且对外没有连接的需要，这时最好选择NetBEUI通信协议。如果你正从NetWare迁移到Windows NT，或两种平台共存时，IPX/SPX及其兼容协议可提供一个很好的传输环境。如果你正在规划一个高效率、可互联性和可扩展性的网络，TCP/IP则将是理想的选择。

参考文献

[1]阮家栋 俞丽和 《微型计算机网络原理及应用》 北京 中国纺织大学出版社 1995

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中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)03-10729-01

计算机网络不通，无法上网是我们经常碰到的事情，怎么办呢？只要我们对网络有一些基本认识，就可以通过以下介绍的方法和步骤自行检查连接故障并排除故障，尽快地恢复网络畅通。

1 首先检查通信协议是否安装正确

网络通信协议是计算机之间相互沟通的共同语言，如果电脑没有安装正确通信协议，那就无法正常地连到其它计算机或internet网上，通过以下步骤可以设置安装正确的通信协议。

1.1 检查已安装的通信协议

首先，我们在桌面上找到“网上邻居”，选中后单击鼠标右键在弹出的快捷菜单上选择“属性”，打开“网络连接”窗口，如图1所示。其次，在已打开的“网络连接”窗口中选中“本地连接”，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单上选择“属性”，打开“本地连接属性”设置窗口，如图2所示。最后我们可以从图2中，看到计算机目前已安装好的网络组件。“Intet协议（TCP/IP）”，这个项目就是电脑中用来连接Internet网的网络协议。如果我们用的是ADSL上网的话，除了如图2所述通信协议之外，还应有一个“Efficient Networks P.P.P.OE Adapter”通信协议[1]，这样电脑才能正常上网。

1.2 测试通信协议是否正常

通过上面的检查，我们知道需要的通信协议都已安装，接下来要用Ping命令来测试通信协议是否可用。在开始菜单中找到“运行”命令，点击后在弹出的“运行”对话框中，输入“Cmd”命令，然后单击“确定”按扭，打开“命令提示符”窗口。出现“命令提示符”窗口后，在命令行中输入“Ping 127.0.0.1”后，按回车键。“TCP/IP通信协议”将“127.0.0.1”这个地址指定为本机电脑，所以在以“Ping 127.0.0.1”来查询时，回应的不是对外网络的连接，而是电脑中“TCP/IP通信协议”设置与网卡之间的连接状态。如果窗口中出现4行“Reply From 127.0.0.1: bytes=32 time

2 通过查询IP设置检查对外网络

我们不论是通过局域网还是拨号直接上网[2]，电脑都需要一个IP地址。因此，确认过本机电脑的通信协议正常后，下一步就是要确定电脑到ISP主机或局域网服务器之间的网络连接是否畅通。

首先，我们必须先知道本机的IP地址，方法是在命令提示符窗口中输入“Ipconfig”命令，以获取本机的IP地址，子网掩码，网关等信息，如图3所示。

知道了本机的IP地址后，在“命令提示符”窗口中，输入“Ping 210.27.191.05”命令来侦测电脑与此IP或网址的连接状态。（210.27.191.05是我们用“Ipconfig”命令查到的目前这台电脑所使用的IP地址）如果出现4行“Reply From 210.27.191.05: bytes=32 time < 1ms TTL=128”的信息，表明目前电脑与此IP的连接状态正常，若出现其他信息，则表明连接出了问题。

3 查看电脑与DNS服务器的连接状态[3]

当我们在使用浏览器上网时，无法连上想浏览的网址，则有必要用这个方法来检验连接的情况，因为在浏览网页时无法打开，这不一定就是用户自己的网络问题，有可能是ISP的DNS域名服务器出了问题，导致无法正确地进行域名解析，从而使用户无法连上相应的网站。要进行这项检查，在“命令提示符”窗口中输入“Ping 210.27.176.66”（“210.27.176.66”是DNS服务器的IP地址，可以询问本地ISP的工作人员得到），然后按下键，如果在窗口中回应4行“Reply From 210.27.176.66:bytes=32 time < 1ms TTL=128”的信息，说明连接DNS正常，否则说明DNS服务器出了问题或者外部线路出了问题。

4 检查网站是否正常

经过以上几方面的检查与测试，如果没有发现任何问题，但还是仍然无法正常的浏览网站，那么剩下的唯一可能，就是浏览的网站出了问题，我们仍然可以通过“Ping”的方法进行测试，打开“命令提示符”窗口，在命令行中输入“Ping ”（我们以sohu为例，当然也可以是其它网站），如果出现不能连接“Request time out”或其他错误信息，则说明目前电脑与此网站之间的连接有问题，一般来说，可能是对方主机关闭或死机，我们可以改上其它网站，或等其主机恢复正常再连接。

5 结束语

本文告诉我们如何通过自身学习的一些基本网络知识排除网连接故障，让我们在碰到网络不通时，能尽快确定问题的发生点，尽快排除故障，即使不能修复至少也能确定可能的故障原因，以节省故障排除的时间，尽快地恢复网络畅通。

参考文献：

[1]周明涛. 精通Windows XP 管理与配置[M]. 北京：机械工业出版社,2003.2.

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一、引言

直放站作为一种中继产品，不仅可以在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖，而且具有结构简单、投资较少和安装方便等优点，可广泛用于移动信号难于覆盖的盲区和弱区，是实现“小容量、大覆盖”目标的一种优选方案。对直放站设备进行远程监控，可以实时获取设备的各种工作参数，并根据实际需要进行调整，如遇设备故障，可在第一时间内获知并及时派人进行维护，这对于提高设备维护效率和质量，确保设备长期、稳定运行具有重要意义。目前，由于直放站设备厂家各自为政，没有一个统一、合理的监控通信协议，因此直放站市场也出现了一些问题[1]：

（1）各地运营商基本同时使用着多个不同设备厂家的直放站及室内覆盖设备，但不同厂家的监控项目功能和设备的监控通信协议各不相同，给运营商的直放站设备统一管理工作带来了很大不便。

（2）监控系统应该具有稳定性、可靠性、扩展性、前瞻性等技术能力，可是目前已有的多种通信协议和监控系统已不能满足监控功能扩充、协议扩充、多种类型设备兼容的需求。

（3）考虑到未来4G直放站室内覆盖设备的特点及未来新增设备兼容性的需要，制定一套高标准的统一监控技术规范以及建立一个统一的、有前瞻性的直放站覆盖设备监控平台已势在必行。

二、直放站监控系统原理

直放站监控系统一般由监控单元、通信信道和监控中心三部分组成。监控单元是安装在直放站设备内部的监控电路，它的主要功能包括设备上电初始化与自检，本地信号的采集、控制和处理，与监控中心数据交换等。通信信道完成监控单元与监控中心的物理连接。监控中心的主要职能是对众多厂家提供的多类型、多数量的直放站进行“集中控制，统一监管”。监控中心对直放站的操作主要包括参数设置、数据查询、告警处理三种主业务；直放站作为被监管对象，在被动应答来自监控中心的命令外还必须将当前故障信息以告警命令的形式主动上报给监控中心。监控中心和直放站的通信方式可以是RS232串口直连、有线MODEM拨号和CDMA短信方式、TCP、UDP等。不管采用什么通信方式，直放站统一监控协议只是作为应用层协议[2]，与具体的传输介质、传输手段无关[2]。直放站监控系统基本组成如下图所示：

三、 直放站的监控现状

由于种种原因，直放站的监控一直没有国际标准化组织的统一规范，也无实际的行业使用规范。近年来，国内外设备厂家大多根据各自的理解和需求，逐步开发了一些直放站监控设备，但数百种产品的监控协议不统一、功能不健全、系统不开放，远不能满足电信级监控需求，运营商几乎无法开展有效的直放站的网络监控和运行管理。所以一直以来直放站设备故障通常都是被动发现，如用户投诉或巡检等， 因此反应速度慢，工作效率低，严重影响了网络质量和网络服务。

近年来出现了一些直放站的监控协议，并开展了产品化工作，但这些通信协议由于有先天的缺陷，如各厂家对运营商统一协议理解有歧义、而且对应用层协议格式也不统一。另外还由于厂家设备实现的差异性，即使有统一监控协议封装信息，也不能够完全保证一家对其它厂家设备管理的透彻性和高效性，为此，并没有真正形成电信级的直放站与分布系统的监控功能[3]。

四、 当前主流通信监控协议

在早期建设过程中，各厂家对直放站监控系统采用的是不同的通信协议，各厂家之间难以实现互联互通，这对建立统一监控系统带来了诸多不便，同时对设备监控性能考核也缺少统一的评判依据。

为此，中国联通在CDMA 直放站建设不久就开始关注这一问题并着手寻找解决方案，经过近一年的研讨论证与反复修改，于2002 年底推出了《中国联通CDMA 直放站统一监控管理协议规范》。此标准的颁布执行对规范直放站市场和监控性能的提高具有极其重要的意义，逐渐成为直放站监控领域的技术规范，并逐渐成为各网络运营商制定直放站协议标准的重要参考。在CDMA 统一协议成功应用的同时，统一监控的需求也日益提高，GSM 设备的接入和管理相比之下显得较为混乱，各省分公司和设备供应商都急盼早日制定GSM直放站统一监控协议。为此，并于2004年初正式颁布了《中国联通GSM 直放站综合网络监控管理协议规范》，该标准的颁布为统一监控的实现提供了进一步的便利。中国联通推出的相关监控协议规范也成了当时众多直放站厂家的厂家协议模板。

在中国联通CDMA、GSM协议标准相继形成的同时，另一大运营商中国移动也于2005年7月颁布了中国移动直放站设备监控接口技术规范1.0.0，并在全国推行，各直放站厂家也纷纷依据此规范进行通信协议的编码，从而中国两大主流通信监控协议就此形成。

五、 两大主流通信监控协议之比较

5.1 通信协议功能比较

两在主流监控协议在规范监控系统功能方面，都明确了监控系统的具体功能，主要包括设备参数信息：如设备类型、厂家代码、上报号码、版本号等，监控参数信息：如通信方式、查询/设置电话号码等，告警使能：如电源掉电告警使能等，告警状态：如电源掉电等，设置参数：如电平告警门限、功放开关等，实时采样数据：如输出功率等。为此，两大协议都基本上实现了通信协议所需具备的功能项，满足直放站监控的需要。

5.2 通信协议结构比较

中国联通监控协议为非模块化的设计：所有的监控信息都集中在一条报文中，报文在组装、发送、接收、处理等方面都是不可分割的，这使直放站的监控系统很难实现模块化设计，稳定性和可维护性不强。协议设计也没有充分考虑多帧数据的处理（如建立缓冲区、采用先入先出等），对监控中心发送的多条数据无法识别其通信顺序，使得多包发送适应能力差，监控功能的实现效率和性能较低。

中国移动监控协议采用软件工程理论中倡导的集约式模块化开发设计方法， 使各个模块不仅可以独立安装， 还可以对某个模块单独升级。模块化结构设计方法的关键在于模块间接口的标准化、通用化、规格化程度。笔者将数据协议结构分成模块（ 每个模块的规模小到可以管理的程度） ， 然后分别将各个模块隐藏在内部接口后面， 让模块之间通过接口相互交流。监控协议的模块化总体思路是： 承载层模块负责将通信设备驱动收发的字符流转化为协议接入层的监控报文，接入层接收承载层提供的监控协议报文并进行帧识别、差错控制和报文封装等处理， 然后提交给网络层进行目的节点操作数据流的分发， 并分解出操作指令和监控应用层数据单元，监控应用层负责监控对象单元的提取、识别、执行、回应以及设备主动告警信息的形成， 由此实现了各层模块间的独立性和关联性。协议分层结构和模块化设计思路解决了监控协议的灵活组装、升级换代和二次开发等问题， 提高了协议的适应能力。

5.3 协议通信方式扩展性比较

中国联通监控协议的网络功能扩充性差，其未考虑网络层的存在，很难在现有功能之上再进行扩充。

中国移动监控协议采用了目前在通信领域被普遍认同和使用的协议分层的设计思想， 整个体系由承载层、接入层、网络层和监控应用层组成[4]。

承载层： 通信的实际链路， 此层确定了数据通信的实际信道类型， 向接入层提供面向字节的数据包。承载层用于适应并实现直放站远程监控的多种通信方式（包括短信、数据传输、GPRS等）， 解决了监控数据流的承载问题。承载层概念的引入， 实现了底层通信链路的可扩展性， 用户可以将通用的底层通信方式各自模块化封装，当出现新的数据链路方式， 通信协议和设备监控模块可以方便地将其接入到监控系统中。

接入层： 接入层是网络层与承载层之间的接口， 用于承载层各通信方式之间的匹配， 同时对上层数据进行编码， 以适应和屏蔽不同承载层的特性和差异。由于监控数据流载体的复杂性， 同时为利用各个物理载体的信号特性， 监控数据不宜采用完全一样的数据帧格式， 而是应支持数据传输、GPRS 和短信等多种接入层协议， 实现通信方式的多样性和可扩展性， 这样接入层为上层协议屏蔽了通信信道的细节特征， 并保证网络层协议数据的可靠传输。

网络层： 网络层承载监控应用层协议包， 进行数据包寻址处理和分组， 向监控应用层提供本设备需要处理的监控指令和数据， 并可以实现通信包的转发（ 转发的包不需要监控应用层来处理） 。网络层提供点对点设备监控信息的交互，提供了网间广播功能， 降低了网络维护的工作量， 提高了网络的灵活度， 还可以通过动态路由技术来克服目前网络需要静态分配网络地址的弊端， 在路由技术支持下， 设备可以选择多个通信链路， 从而适应多种通信方式的监控。

监控应用层： 监控应用层针对各种监控所需功能， 实现了面向监控功能的数据组织和数据结构。监控应用层解决了设备监控信息的语法表示问题， 提供格式化的数据表示和数据转换服务， 并提供网络层与上层应用软件之间的接口服务。监控应用层采用最基本的设备状态为基本监控项， 通过对高独立性的基本监控项的算法设计形成告警信息， 从而实现了监控项的高独立性和设备监控功能的自由组合， 使得对单个或多个参量的监控功能操作时不再受相互关联的设备状态信息制约，提高了监控信息的传输效率。同时监控应用层保证了每种监控功能目的单纯、语义清晰， 设备每项监控功能对应特定的一个监控代码和数据类型。监控应用层也帮助系统预留了数据的压缩和解压缩、加密和解密等拓展功能。

5.4 协议监控对象自由度比较

中国联通监控协议的监控对象不独立，导致监控项的内容相互关联， 当出现告警时，需从上报报文中提取并解析相关信息，获得真正的告警信息，使得单个监控项的操作变得复杂。当增加新的监控项时，需重新定义监控内容，使得系统监控的灵活性无法保证，同时增加了软件代码的冗余，不利于监控算法的形成。协议格式如下图：

联通监控协议将多个告警状态信息放在统一格式的数据块中， 当只想设置下行输入功率告警上门限值时， 根据其通信协议的格式要求， 必须同时携带和输入上行输出功率告警上门限的值和下行输出功率告警上门限的值。当出现下行输入过功率告警时， 也必须上报其他两项信息， 并由监控中心进行告警判断和甄别。

中国移动监控协议因将各个监控对象作为一个个体而存在的，将每个设备运行状态封装在各自独立的数据块， 如果用户只想设置下行输入功率告警上门限值， 则用户只需输入此值， 无须携带其他冗余的监控信息。其协议格式如下图所示

5.5 协议告警处理机制比较

中国联通监控协议的告警处理机制是以实时告警的方式来上报告警和告警恢复的，这在告警的及时性上是比较好的机制，但在直放站实际工作环境中常出现恶劣环境，从而导致设备的运行状态在短时间发生频繁切，为此上报大量的重复告警和误告警。

中国移动监控协议制订了“9 次告警重发机制”（即告警3 min 确认机制”：每2 s采样1 次，3 min 共采样90 次，当采样处于告警状态的次数大于等于上门（ 如40%， 即36 次）时，设备就上报告警，当采样处于告警状态的次数小于等于下门限（ 如10%， 即正常状态的次数大于等于81 次） 时， 才可上报告警恢复正常的信息，而且当直放站连续3次上报告警信息后末收到监控中心的回应包的，如果上传失败，直放站停止告警，在间隔一个规定的时间（3小时）后，继续上报告警，如果再连续3次失败，则在间隔一个规定的时间后继续，共循环3次，即9次重发机制）、“告警使能机制”、“告警屏蔽机制”、“告警同步机制”等， 建立了完善、合理、可靠的告警处理机制，在防止监控中心频繁收到重复告警和误告警方面起了明显效果。

六、结束语

两大主流监控协议在各自的领域都发挥着重要的作用，在当前网络发展阶段，对当前在网的直放站及分布系统的监控及综合监控建设都起着重要的作用。虽然中国移动监控协议比中国联通监控协议在模块化、结构、可扩展性等方面更有优势，但协议在站点编号、多级站点还可以改进其扩展性，以符合更多类型、更多网络结构的设备接入，如接入GSM、WCDMA、TD-SCDMA、cdma 1X、cdma 2000、TD-LTE、LTE FDD、WLAN、固网宽带等系统的光纤分布系统设备[5]。直放站监控协议的制订是一项严谨、科学、系统的工作，也是一项不断完善的工作，随着4G网络的发展及逐步接入电信级监控的发展趋势，两大主流通信监控协议合二为一或是另定义标准协议也可以是后续的研究方向。

参考文献

[1]许奕，直放站监控规范的研究与应用，通信世界，2007年3月，第10期，20

[2].中国联通，中国联通CDMA直放站综合网络监控管理协议规范V2.0，2004，7

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在智能电网调度自动化中，通信协议主要分为这样两种：一是主流通信协议，二是通信协议集成。

1.1主流通信协议

经过长期的研究与探索，我们发现传统的循环式远动协议（CDT）已经远远不能满足如今的应用，因此，1EC60870—5—101、IEC60870—5—10的诞生逐渐将CDT取而代之，顺利成为EMS和RTU之间的主流远动通信协议。而对于电力系统实时数据通信应用层协议（DIA76—92）与EMS之间的主流计算机通信协议，如今已被新诞生的1EC60870—6TASE所取代。1EC60870—6TASE的出现实际上是以RS232的串口通信远东协议作为基础，其传送信息的方式主要是通过规定的报文格式。远动通信报文主要包含这样三个要素：报文头、报文长度以及信息对象。这里，报文头具体是指信息的类型，报文长度主要是指信息对象的数目，信息对象主要包括地址、数值和质量代码。EMS和RTU通过组装和解析通信报文，进行高效率的信息传输。通常，远动通信协议传送的信息对象是具有一定限制的，例如IEC60870—5—101，该通信协议的报文长度通常不会超过二百二十五个字节。在传送的信息发生变化时，通信协议可以在第一时间进行优先传送。例如，IEC60870—5—104IEC60870—5—101一般用在TCP／IP网络协议之上。TASE.2也是一种新型的通信协议，但是TASE．2协议仅仅是应用层的网络协议，对于TASE．2协议，我们对其进行了对象模型和方法的定义，这样就为EMS提供了系统互联的解决方案。对于不同厂家的EMS系统，TASE．2协议不再需要追究其数据格式以及一些细节，可以与EMS进行自由的通信。TASE．2协议的建立在MMS协议的基础之上，还实现了之前所不能完成的许多功能，像是按英文名进行信息的传输。而我国的TASE．2协议通信软件的开发通常是建立在美国国SISCO公司提供的ICCPTool—kitforMMS—EASE协议之上，充分利用ICCP的功能，对回调函数进行发送和收集。

1.2通信协议集成

过去，对于计算机的使用具有十分多的限制，人们经常习惯性的将远动通信和计算机通信进行区分，将前者称之为前置机，后者称之为SCADA通信机。由于计算机技术迅速发展，网络通信技术也越来越先进，因此，运动通信和计算机通信协议便有了强大的软硬件的物质基础。关于电网自动化系统的实时数据接口，主要是通过远动通信协议和计算机通信协议的集成所完成的，这也使得电网调度自动化系统的应用层次更加鲜明，内部结构更加清晰，有利于电网调度自动化的统一和维护，实现多种通信介质、协议和方式的相互作用。

1.3电网调度自动化内部的PMU

对于信息的采集，RTU主要采集的是相对稳定、密度较低的电网时间断层面的数据，这样能够保证电网的安全优质的运行；PMU采集的一般是高密度（25—100帧／s）和时间相对精确的断层面的同步数据，通过这样的严密的方式，工作人员可以根据该监控进行电网动态的控制。而关于RTU、PMU和暂态信息为电网的调度自动化的监控和控制做出了相应的延伸，对电网起到了保护的作用。在WAMS中，主要包括WARMAP（电网安全防御及实施预警系统）与PMU。PMU的报文主要包括四种类型：数据帧、配置帧、头帧和命令帧。PMU在发出前三种帧之后，后一种帧就会与调度汇总新进行双向的通信，给予PMU充分的支持。所谓数据帧，也就是PMU测量出的结果，其中包含了模拟量、开关量等等。一般，头帧由使用者提供，需要热工对其数据进行读取，在命令帧里，PMU的控制和相关的配置信息也都在里头有所记载。这里，所有的帧都以2字节作为开头，帧的类型主要是通过同步字来决定。一般来讲，同步字为4—6位，以CRCl6校对字完结。通过对PMU的数据采集进行分解与剖析，我们发现其数据具有这样两个特点：1.高密度，2.带时标。由于WAMS的前置数据设计采用的是二维数据，而其寻址方法采用的是哈希方程，因此，数据对象在进行时标时，则呈现为哈希函数的自变量。

2总结

综上所述，随着时代的发展，科学技术的进步，如今人们对于电网建设的要求也越来越高，因此，为了满足广大人民的用电需求，保证群众用电安全，同时也为了促进我国的经济繁荣发展，社会稳定和谐，智能电网的建设已经成为国家的基本发展战略，智能电网（smartpowergrids），也就是我们通常所说的电网2.0，它还是一种高集成、高速度的双向通信技术，它的应用可以实现电网的安全可靠、经济高效以及环保节约的目标，因此，我们要不断完善电网调度的自动化系统，创造更加美好的生活。其次是传输技术中的改进点。自动化系统中的传输，大部分以光纤为主，光纤本身的传输能力有限，其对系统中的传输也会造成一定的局限性，导致大量通信信息被迫停滞，可在传输技术中引入网络通信的概念，网络通信可有效对通信进行传输、验证，同时还可实现挣脱通信过程的跟踪，不仅可解决传输技术中的通信限制问题，还可以为检修人员提供可靠的设备运行信息。最后是互感技术中的改进点。目前我国大部分电力企业的变电站自动化系统中，互感装置在获取信息实行保护行为之前，都必须实行远距离供电，大幅度降低了互感技术的时效性，同时还会降低互感装置的使用寿命，为保障互感技术在使用中的准确性，可预先测量互感装置的功率，进而匹配相应的阈值，实际互感装置工作时，可以保持在合理的功率下，有效避免了远距离供电。

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1 量子通信简介

量子通信的概念是由美国科学家C.H.Bennett于1993年提出的，他指出量子通信是由量子态携带信息的通信方式，是利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。

量子通信的最大优点是其具有理论上的无条件、安全性和高效性。它对金融、电信、军事等领域有极其重要的意义，目前在实际应用中已经获得了一定的发展。量子通信主要有量子密钥分配、量子隐形传态、量子安全直接通信和量子机密共享等。

2 量子信息的基本概念

2.1 量子

量子是构成物质的最基本单元，是能量的最基本携带者，其基本特征是不可分割性。

2.2 量子比特

量子比特（quantum bit，简写为qubit或qbit），与经典比特（bit）只能处在“0”或“1”的某一种状态不同，量子比特既可能处于0态，也可能处于1态，还可能处于这两个态的叠加态。量子比特的实现最常采用的是以光信号为载体，还可以是电子、原子核、超导线路和量子点等载体。光信号主要包括单光子和连续变量。单光子可以用垂直偏振和45°偏振表示量子比特|0>，用水平偏振和135°偏振表示量子比特|1>，还可以用光子的相位和光脉冲中的光子数来表示量子比特。连续变量可以用广义位置和广义动量的取值来表示量子比特。

2.3 量子纠缠

纠缠是量子粒子之间的连接，是宇宙的结构单元。在量子力学中能够制备这样两个纠缠的粒子态，当一个粒子发生变化，立即在另一个粒子中反映出来，――不管它们之间相隔多远。量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间的非定域非经典的强关联。

1982年，法国物理学家爱伦.爱斯派克特和他的小组成功地完成了微观粒子“量子纠缠”现象确实存在的实验。实验证实了爱因斯坦的“幽灵”――超距作用的存在，证实了任何两种物质之间不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的。量子纠缠反映了量子理论的基本特性：相干性、或然性和空间非定域性。这些特性已经广泛应用于量子通信中，实现基于纠缠的量子密钥分发、量子秘密共享、密集编码和隐形传态等。

2.4 量子隐形传态

量子隐形传态是将量子纠缠特性作为通信信道使用，从而实现任意未知量子态传输的一种技术，它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息。

量子隐形传态示意图如图1。

量子隐形传态的基本原理，就是对待传送的未知量子态与EPR对的其中一个粒子实施联合Bell基测量，由于EPR对的量子非局域关联性，此时未知态的全部量子信息将会“转移”到EPR对的第二个粒子上，根据经典通道传送的Bell基测量结果，对EPR的第二个粒子的量子态进行相应的幺正变换，使之变为与所传送的未知态完全相同的量子态，从而达到量子态的转移。在传送过程中，原物始终留在发送者处，接收者是将别的物质单元制备成为与原物完全相同的量子态，双方对这个量子态一无所知。经典信道传送的是发送者的测量结果，不包含未知态的任何内容。

2.5 量子通信协议

量子通信协议是指量子通信的双方完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。量子通信协议按照通信任务目标可分为隐形传态、密集编码和量子保密通信协议。BB84协议是最早提出的量子保密通信协议，也是最接近实用化的量子通信协议。

BB84协议示意图如图2。

BB84协议使得两个经过认证的通信双方在遥远的两地可以连续地建立密钥，进而通过一次一密密码本加密协议实现安全通信。它以“海森堡不确定性原理”和“未知量子态的不可克隆性”的特性为基础，开辟了密钥分发和保密通信的方向。目前BB84协议正在向性能稳定、高速成码、网络化的产业化方向发展。

3 量子通信的几种技术简介

3.1 量子信号的产生技术

量子信号的产生技术包括纠缠光子信号的产生技术、单光子信号的产生技术和连续变量量子信号的产生技术。用光子晶体光纤产生纠缠的技术，系统有稳定、易于集成的优点，在未来的中短距离量子通信中，将占主导地位。目前技术上较为成熟的弱相干准单光子源技术被广泛用来实现BB84等量子保密通信协议。压缩态、纠缠态、相干态产生技术是连续变量量子信号产生技术，用来实现连续变量量子通信协议。

3.2 量子信号的调制技术

在量子通信中，不同的量子态资源决定了不同的量子信号调制方式。单光子量子信号的调制常用偏振调制、相位调制和频率调制，连续变量量子信号的调制常用高斯调制和离散调制。

3.3 量子信号的探测技术

在量子通信系统中，接收端中最重要的器件是量子信号探测系统。单光子探测器属于量子通信系统中的单光子信号探测技术，半导体雪崩光电二极管单光子探测器是实际系统中用得比较多的单光子探测技术。连续变量量子通信是将信息加载到光场的正交振幅和正交相位上的，它不同于单光子只是一个单纯的强度测量，而是需要借助一束本地光进行干涉测量。平衡零拍探测器是专门进行光场两正交分量测量的连续变量体系的探测技术。

3.4 量子中继技术

由于量子信号的不可克隆性，量子通信无法直接采用经典通信中“恢复――放大”的过程，而非定域的纠缠态是量子通信的重要资源，利用远距离分发纠缠粒子之间的非局域性可以实现隐形传态、密集编码等一系列量子通信协议。量子纠缠具有可交换性，采用基于纠缠交换的中继方案可以解决长距离通信的问题。

量子中继示意图如图3。

3.5 量子通信网络技术

在量子通信网络中，主要有量子空分交换技术、量子时分交换技术、量子波分交换技术等。量子空分交换是通过改变光量子信号的物理传输通道来实现光量子信号的交换；量子时分交换是在时间同步的基础上对光量子信号进行时分复用而进行的交换；量子波分交换是将光量子信号经过波分解复用器、波长变换器、波长滤波器、波分复用器而进行的交换。

量子通信网络有三个功能层面：量子通信网络管理层、量子通信控制层和传输信道层。由量子通信控制层进行呼叫连接处理、信道资源管理和建立路由，进而控制光纤通道建立端到端量子信道，管理层负责资源和链路等的管理，控制层和管理层的功能由经典通信链路完成。

4 量子通信的现状和发展趋势

目前，量子通信在单光子、量子探测、量子存储等关键技术已获得突破和发展，各种量子理论体系日趋完善，量子通信技术已逐步进入试点应用阶段。当今，美国、德国、日本等各国都投入了重金大力研究量子通信技术，我国也取得了丰硕的成果，在部分领域甚至世界领先，这必将促进我国经济的快速发展。

2012年初，我国中科院士潘建伟带领的技术团队，在合肥建成了国际上首个规模化的节点数达46个的城域量子通信网络。从2012年开始，我国还构建了基于量子通信的高安全通信保障系统，在北京已经投入永久运营，为十、2015年9.3阅兵都提供了重要的信息安全保障。

2016年底，北京和上海之间将建成一条全长2000余公里的量子保密通信骨干线路“京沪干线”，它是连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，主要开展远距离、大尺度量子保密通信关键验证、应用和示范。此干线可以实现远程高清量子保密视频会议系统和其他多媒体跨越互联应用，也可以实现金融、政务领域的远程或同城数据灾备系统，金融机构数据采集系统等应用。2016年7月份中国将发射全球首颗量子科学实验通讯卫星，这标志着我国通信技术的突破性发展，标志着中国同时在军用通信领域站在了世界的最前列，之后会陆续发射的更多量子通讯卫星，就可以建成全球性的量子通信网络。正如潘建伟院士所说量子科学实验卫星的发射，将表明中国正从经典信息技术的跟随者，转变成未来信息技术的并跑者、领跑者，量子通信将会尽快走进每个人的生活，就像计算机曾经做到的一样，改变世界。量子通讯卫星和“京沪干线”的成功将意味着一个天地一体化的量子通信网络的形成。

量子通信与传统的经典通信相比，具有极高的安全性和保密性，且时效性高传输速度快，没有电磁辐射，它的这些优点决定了其无法估量的应用前景。通过光纤可以实现城域量子通信网络，通过中继器连接实现城际量子网络，通过卫星中转实现远距离量子通信，最终构成广域量子通信网络。未来数年内，量子通信将会实现大规模应用，经典通信的硬件设施并不会被完全取代，而是在现有设施的基础上进行融合。在通信发送端和接收端安装单光子探测器、量子网关等量子加密设备，即可在电话、传真、光纤网络等原有的通信网络中实现量子通信，这将大大地提升通信的安全性。量子通信有望在10到15年之后成为继电子和光电子之后的新一代通信技术，这种“无条件安全”的通信方式，将从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。

5 结束语

展望量子通信的前景，未来能够形成天地一体化的全球量子通信网络，形成完整的量子通信产业链和下一代国家信息安全生态系统，构建基于量子通信安全保障的互联网。对于通信维护人员来说，就应该紧跟时代的步伐，加快学习新技术、新知识，以适应科技发展的需要，将所学所知更好地运用于我们的实际工作和生活中。

参考文献

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中图分类号：TN927-34

文献标识码：A

文章编号：2095-1302(2011)01-0079-03

0　引言

当前，物联网正在全球尤其是中国掀起一股产业化的热潮，其中的移动支付业务更是被中国三大电信运营商视为杀手级业务。移动支付，也称为手机支付，就是允许用户使用其移动终端(通常是手机)对所消费的商品或服务进行账务支付的一种服务方式。移动支付业务是由移动运营商、移动应用服务提供商(MASP)和金融机构共同推出的、构建在移动运营支撑系统上的一个移动数据增值业务应用。移动支付系统将为每个移动用户建立一个与其手机号码关联的支付账户，其功能相当于电子钱包，为移动用户提供了一个通过手机进行交易支付和身份认证的途径。用户通过拨打电话、发送短信或者使用WAP功能接入移动支付系统，移动支付系统将此次交易的要求传送给MASP，由MASP确定此次交易的金额，并通过移动支付系统通知用户，在用户确认后，付费方式可通过多种途径实现，如直接转入银行、用户电话账单或者实时在专用预付账户上借记，这些都将由移动支付系统(或与用户和MASP开户银行的主机系统协作)来完成。由于无线技术的飞速发展，现在移动支付都采用非接触式移动支付方案，可采用博通集成电路的2.4GHz无线收发器BK2421实现低成本的移动支付RFID系统。

1　非接触式移动支付系统组成

移动支付包含支付开始、支付认证和支付确认等相关流程。非接触式移动支付系统则由接入系统、认证中心、移动支付平台、应用服务提供商和无线通信网络五部分组成，图1所示是移动支付系统框图。

接入系统包括RFID标签、可运行移动支付软件的手机以及可读取RFID的POS终端机。其中RFID卡和RFID POS机属于RFID子系统。RFIDPOS机通过RFID技术来读取用户信息，并利用PSTN，GPRS等方式与移动支付平台相联接。手机用户利用手机移动支付软件，通过GPRS网络与移动支付平台进行信息通信，完成支付。

2　2.4GHz无线收发器BK2421

BK2421属于2.4GHz ISM频段的单芯片无线收发器，它采用高达2Mb／s的通信速率和独特的通信协议，集成了无线射频收发前端、频率综合器、数字调制解调器、1对6星形通信协议以及电源管理等，其内部组成如图2所示。相比其他2.4GHz短距离无线通信技术(如蓝牙、WiFi等)，它以非常低的功耗实现高速率无线传输。接收器正常工作电流为17mA，发射器输出功率0dBm的电流为14mA，关机状态电流为3μA。通过优化设计，不但使BK2421保持了2.4GHz频段其他通信协议优良的射频性能，而且简化了产品设计，可实现低成本、低功耗的RFID产品应用。

BK2421集成有两种调制方式，分别为CPGF－SK调制和CPFSK调制。在抗干扰方面，BK2421集成有干扰检测功能和异步搜索频率等算法，进一步降低干扰的概率。一般情况下，采用BK2421的无线产品能够不受干扰的影响，完全保持通信连续性。

表1为BK2421与采用其他通信协议的产品基本性能比较。从表中可以看出，BK2421无线通信性能如通信速率，通信距离等与采用另外3种通信协议的产品性能不相上下，甚至某些性能更优。由于BK2421采用自己独特的通信协议，无需为了满足特定的协议而增加额外的设计，所以它根据实际需求而优化了整个芯片设计，降低了产品复杂度；另外高达2Mb／s的通信速率大大减小了每个数据包的发射时间，从而降低了功耗，同时BK2421采用低中频接收架构和锁相环发射架构，进一步降低产品功耗。相比采用另外三种协议的产品，基于BK2421所完成的短距离无线产品实现简单，成本低廉，功耗极低。

3　采用BK2421设计基于RF-SIM的移动支付子系统

RFID子系统由RFID标签、RFID阅读器和RFID应用支撑软件系统组成。RFID标签和RFID阅读器之间的无线通信技术主要有NFC、SIMpass和RF-SIM。其中RF-SIM技术是将包括天线在内的RFID射频模块与传统SIM卡功能集成在一张SIM卡上，在实现普通SIM卡功能的同时也能通过射频模块完成各种移动支付。由于RF-SIM采用2.4GHz频段完成移动支付的空中通信，具有传输速率高、频道多、抗干扰能力强、通信距离远、同时支持主动和被动感应、安全数据传输与蓝牙、WiFi无冲突等优点，所以基于RF-SIM的移动支付系统将会得到更快的发展，未来有希望成为三大运营商的首选标准。

由于BK2421集成度非常高，外加简单的MCU控制芯片就可以快速设计出RFID子系统中的硬件系统，图3即为基于BK2421的RF-SIM硬件系统框图。手机SIM卡上的MCU通过SPI控制其BK2421与RFID阅读器内的BK2421互相通信，从而使SIM卡与RFID阅读器可以完成安全认证和数据交换。

4　设计注意事项

BK2421同时集成了1对6星型通信协议，故可简化协议和软件设计，用户可以发挥其软件优势，根据需求开发自己的通信协议，以固件的方式实现基带控制器。该系统基本能够满足移动支付对RFID子系统的各种要求，如高传输速率、超低功耗、抗干扰能力强等。但是由于实际通信时，SIM卡要求放置在各种类型手机中，不同手机型号对应不同无线环境，SIM卡与读卡器互联通信距离会随着环境不同而变化。如果设计前没有考虑该因素，可能导致SIM卡与读卡器互联通信距离急剧缩短，甚至不能满足产品要求。根据BK2421的技术文档，可以采用下面给出几种方法提高SIM卡在手机内与读卡器互联通信的距离。

(1)优化PCB天线设计

由于BK2421内嵌在SIM卡中，所以其天线只能用PCB走线实现。一般SIM卡放置在手机中间，如果其上下存在金属片或者大面积走线，会导致PCB天线的辐射效率急剧恶化并会改变天线谐振频率。如果设计天线时没有考虑上述因素，设计出的系统通信距离会显著缩短，甚至无法通信。所以PCB天线设计要注意以下几点：

①做到尺寸与波长相关，在相同的环境下使其谐振在工作频率2.4GHz内端口易于匹配；

②减少损耗，即将天线尽量孤立于其他金属以外预留天线匹配器件；

③由于实际天线工作环境和设计环境不一样，实际天线谐振频率可能会偏离设计目标，显然工作频点不在谐振点上会导致BK2421与天线之间存在比较大反射而降低传输效率，从而缩短通信距离。这时需要通过调整天线匹配器件使谐振频率重新回到设计目标2.4GHz。

(2)优化BK2421调制频偏

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1 引言

随着信息技术、通信技术及计算机控制技术的不断发展，智能建筑的集成化、智能化和网络化程度越来越高，其技术核心体现在系统集成及其通信网络上。目前，国内的智能建筑技术大都采用以单片机为核心，通过 RS-232、RS485等串行方式进行通信，这种系统因采用自身固有式通信协议而使得智能建筑集成变得困难，Lonworks现场总线因其通信协议的开放性而能很好地解决上述问题。

2 Lonworks的主要功能和特点

LonWorks是一种局部操作网络，具有完整的开发测控网络系统的平台，包括所有设计、配置安装和维护测控网络所需的硬件和软件。Lonworks支持不同得传输介质之间的通信，如双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质。遵守开放系统互联OSI完整的七层体系结构模型，具备了局域网的基本功能，具有良好的与其他异构网络的兼容性，提供了与LAN的接口，从而实现了二者的有机结合。

Lonworks使用了具有分布控制与通信联网功能的大规模集成神经芯片，构成各个智能监控节点，通过网络收发器及网络通信媒体将各种节点构成全分布式局部操作网络。LonWorks 网络的基本单元是智能节点，完整的网络智能节点包括神经元芯片、电源、收发器和监控设备接口的I/O电路，如图1所示。

Lonworks的通信协议LonTalk固化于神经芯片中，是直接面向对象的网络协议，LonTalk协议支持多种传输介质和多种传输速度，其地址设置方法提供强大的寻址能力，提供了可靠的通信服务，保证了数据的可靠传输。发送的报文都是很短的数据，一般是几个字节到几十个字节，因此，网络具有较高实时性，但其通信带宽不高，一般为3kbps～20Mbps。

3 基于Lonworks的智能建筑系统集成

LonWorks 现场总线技术构成控制网络时支持多种传输媒介，通过收发器提供多种典型的拓扑结构，支持诸如总线型、星型、环型、混合型，故给智能建筑集成技术提供了极大的方便。

给出基于Lonworks的智能建筑集成系统解决方案。该系统具有实际物理星型网络拓扑，该建筑内部每一住户室内装有一个用户监测器，负责整个住户室内安全状态信息的监测和传送；对每一幢居民楼使用一个智能通信节点，主要负责采集整幢居民楼中每一住户室内的报警信号数据以及水、电、气三表的使用情况，并将这些数据通过LonWorks网络上传至中央监控计算机。该系统克服了分布式控制系统体系结构所存在的固有缺陷。在网络通信中以网络变量的形式共享网络数据，使得网络上的智能节点之间的通信效率大大提高，从而提高了控制系统的实时性。系统的可靠性高，采用了现场4 结束语

Lonworks现场总线技术是一种全数字化、全分散、全开放、可互操作和开放式互联的新一代通信系统，具有可靠性高、可维护性好、成本低、实时性强、实现了控制管理一体化的结构体系等优点，成为智能建筑系统集成中的关键技术，得到广泛应用。

参考文献：

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1、引言

我国变电站自动化技术经过二十多年的发展已经达到一定的水平。新建变电站，无论电压等级高低，基本都采用变电站综合自动化系统。许多老变电站也通过改造实现变电站综合自动化。变电站综合自动化化技术的广泛采用提高了电网建设的现代化水平，增强了电网输配电能力和电网调度的能力，降低了变电站建设的总造价。随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，变电站中所有信息的采集、传输和处理全部数字化将成为变电站自动化建设的必然趋势。

2、数字化变电站国内外发展情况

数字化变电站是基于IEC61850标准。1999年IEC TC57京都会议和2000年SPAG会议提出将IEC61850作为无缝通信标准。IEC61850的工作方向是：追求现代技术水平的通信体系，实现完全的互操作性，体系向下兼容，基于现代技术水平的标准信息和通信技术平台，在IT系统和软件应用通过数据交换接口标准化实现开放式系统。IEC61850标准提供了变电站自动化系统功能建模、数据建模、通信协议、通信系统的项目管理和一致性检测等一系列标准。按照IEC61850标准建设变电站的通信网络和系统，是建设数字化变电站的有效途径。IEC61850标准的和符合其标准的设备的推出，为建设数字化变电站提供了坚实的基础。我国引进IEC61850的工作于2001年开始，2005年完成。我国的各主要电力设备制造商也积极研究符合IEC61850标准的变电站一次和二次设备，已有不少产品通过了鉴定和投入运行。同时，一些研究机构和试验仪器制造商也正在研制数字接口的一次和二次设备的测试仪器。

3、理想数字化变电站

数字化变电站的基本概念为变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。数字化变电站建设的关键是实现能满足上述特征的通信网络和系统。IEC61850标准包括变电站通信网络和系统的总体要求、功能建模、数据建模、通信协议、项目管理和一致性检测等一系列标准。按照IEC61850标准建设通信网络和系统的变电站，可符合数字化变电站的要求。

数字化变电站的主要一次设备和二次设备都应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。智能设备具备可与其他设备交互参数、状态和控制命令等信息的通信接口。如果确需使用传统非智能设备，应通过配置智能终端将其改造为智能设备。设备间信息传输的方式为网络通信或串行通信，取代传统的控制电缆、CT电缆和PT电缆等硬接线。

数字化变电站的设备状态信息应包括其自身健康状态。设备根据需要设计相应的在线检测功能，实时提供设备的健康状态信息，变电站自动化系统可根据设备健康状态提出检修要求，实现计划检修向状态检修的转变。

数字化变电站不需解决不同制造商设备信息代码表不统一的问题。数字化变电站的设备信息应符合标准的信息模型，具有“自我描述”机制。采用面向对象自我描述的方法，传输到自动化系统的数据都带说明，马上建立数据库，使得现场验收的验证工作大大简化，数据库的维护工作量大大减少，实现设备的“即插即用”。

按照IEC61850标准，变电站的功能应分为站控层、间隔层和过程层。变电站通信系统应有以下直接通信接口：

数字化变电站的物理设备间应能实时、高效、可靠的交换信息，以太网通信技术是满足这种要求的最佳选择。根据IEEE及EPRI的实验报告表明，现有的以太网通讯技术能够满足变电站自动化的通讯要求。以太网技术是主流的通信技术，具有极佳的经济性，并且还在快速发展中，为变电站自动化系统提供了广阔的发展空间。

数字化变电站所有设备的功能和数据按IEC61850建模，采用映射到MMS（制造报文规范）的ACSI（抽象通信服务接口）、GOOSE（面向变电站事件的通用对象）、SV（采样值）、SNTP（时间同步）等通信协议实现各种通信功能。由于所有设备使用统一的功能模型、数据模型和通信协议，实现了不同厂家设备间的可互操作性。

数字化变电站的信息充分共享，满足功能分布实现的要求。变电站中所有设备均从通信系统中获取所需要的其他设备的信息，并通过通信系统向其他设备传输输出信息和控制命令。按IEC61850通信协议，可传输设备的完整信息，包括状态、配置参数、工作参数、与其他设备的逻辑关系、软硬件版本等。变电站的功能可分布在多个物理设备上，不需为涉及到多个间隔的功能设计庞大复杂的物理设备（例如母差保护、VQC等功能）。同一物理设备可参与多个功能实现，避免了变电站的物理设备的重复设置。

数字化变电站通信系统可实时、可靠的交换所有设备的完整信息，利用高级应用软件能自动生成报表、操作票和操作记录、系统拓扑图、设备检修通知、故障分析报告等，实现管理自动化和智能决策。

4、结束语

综上所述，实现数字化变电对于我国变电站的自动化运行和管理将带来深远的影响和变革，具有非常重大的技术和经济意义。在技术上，实现数字化变电站可以减少设备的退出次数和退出时间，提高设备的使用效率；避免信号传输和处理带来的附加误差，提高保护、测量和计量系统的精度；减少自动化设备数量，简化二次接线，提高系统的可靠性；设备具有互操作性，方便了设备的维护和更新，减少投运时间，提高工作效率；方便变电站的扩建及自动化系统的扩充。在经济上，可以实现信息在运行系统和其他支持系统之间的共享，减少重复建设和投资；减少占地面积，从而减少建设投资；减少变电站寿命周期内的总体成本，包括初期建设成本和运行维护成本。

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在单片机应用技术中，需要有一个对单片机通信性能进行分析评价的理论方法，只有这样才能解决对单片机通信性能进行评价和设计的问题。本文的目的就是通过研究讨论，提出一个对单片机通信性能的分析和评价方法。

本文从单片机通信接口的物理结构和固件特性两个方面对单片机通信接口进行了分析，提出了接口电路物理性能分析模型和通信特性定量评价分析的参数。

一、串行通信口的物理特性

对单片机的通信性能可以从通信接口性能和软件处理能两个方面进行考虑。通信接口性能主要表现在与通信有关的电路物理性能上；而软件处理性能则与单片机的指令系统和CPU性能直接有关，所以，软件处理性能可以用单片机的固件特性来表示。

单片机串行通信接口一般分为两种，一种是同步串行通信接口（SPI），另一种是异步串行通信接口（SCI）。SPI具有串行通信速度高的特点，但一般需要1条发送和1条接收串行数据通信线、1条通信目标选择线和1条同步时钟线，一共需要4条通信线（占用单片机的4个I/O引脚）。SOC虽然数据传输速度低于SPI，但一般只需要2条数据线和1条地线即可，也就是只需要3根通信线（占用单片机的3个引脚）。

SPI和SCI串行通信接口的基本电路结构如图1和图2所示。

从图中可以看到SPI和SCI的物理结构有很大差别：SPI的通信速率和信号接收正确率由时钟和接口物理特性决定；SCI的通信速率和信号接收正确率由物理接口和时钟分频率决定。

通信接口接收的是数字电平信号，因此，存在电平判别的问题。如果输入电路的物理特性对输入电平波形有影响，则会直接影响接收信号的正确性。因此，要求接收和发送电路的物理特性必须满足波形的要求。

通信息的物理特性还与通信介质和连接状态有关。图3是通信接口电路和驱动电路之间的待效电路图。

当数据传输速率远小于电路电压跟踪速度时，可认为每一位数据的电平保护足够长的时间。根据图3可以得到输出和输入信号的阶段响应：

u=U(1-e-at)（1）

式中，u是数字信号高电平，a=1/[R（C1+C2）]是上升时间常数。图4是数字信号受到分布参数影响后的波形。

根据式（1）可知，在5V电源电压条件下，通信信号电平幅度上升到判别电压幅度（TTL高电平或CMOS高电平）所需时间是T=-R(C1+C2)ln0.46(对TTL电路)或T=-R(C1+C2)ln0.72（对CMOS电路）。如果信号的波特率为fb，为确保正确接收，信号上升时间应当为信号脉冲宽度的1/4～1/10。

由此，当数字信号为TTL电平时，要求单片机接口电路的分布参数范围是

当数字系统为CMOS电平时，要求单片机接口电路的分布参数范围是

如果单片机的物理分布参数已经确定，则式（2）和式（3）就是最高通信速率的限制条件。

通过以上分析可以看出，单片机通信接口的物理特性对通信性能直接影响，主要反映在接口电路分布参数对数字信号波形的影响，进而引起接口电平判别失误。

二、单片机串行通信接口的固件特性

所谓单片机串行通信接口的固件特性，是指单片机串行通信接口的控制和支持硬件在串行通信时所具有技术特性。固件特性包括两个方面问题，一个方面是软件行为对硬件的要求条件，另一个是硬件电路所能提供的结构和功能特性。

1.单片机通信接口功能的控制方式

单片机串行通信接口功能的控制是在单片机内部硬件结构支持下的软件操作。单片机是面向寄存器的工作方式，因此，对于通信接口的控制是通过一系列的寄存器操作实现的。基本控制步骤如下：

（1）设置必要参数（如通信速率、时钟源、终端方式等）；

（2）设置数据结构（对于异步通

信口）；

（3）通过向发送寄存器写入数据，启动发送/接收——读取数据。

每一次通信（发送一个字节）都需要重复最后一个步骤。

由此可知，单片机串行通信接口寄存器的操作会直接影响通信接口的功能和性能。由于单片机的每一步骤操作都是执行1条指令，所以，单片机串行通信的真正发送时间，是向发送寄存器写数据指令结束的时刻。

2.单片机串行通信接口基本固件特性

单片机串行通信接口一般包括发送数据、接收数据、发送时钟、接收时钟、线路监测、碰撞处理、波特率设置、帧结构设备等。这些固件的特性有一个共同的特点，就是全部以寄存器为操作对象，并在每一个操作指令结束时执行寄存器操作，通过寄存器的输出电路实现相应的功能。由此可知，寄存器操作的特性，就是单片机串行通信接口固件的特性。

（1）次序固定的固件特性。单片机串行以通信接口操作中，必须先进行相应的设置，才能实施通信。这种固定的次序是单片机串行通信接口的重要固件特性，如果忽略了这种次序特性，必然会导致通信失败。

（2）协议相关的固件特性。通信协议是有效利用单片机串行通信接口的基本保证之一。如果在单片机的通信协议执行过程中出现问题，则通信功能就会丧失。

（3）隐含协调性。所谓隐含协调性指隐含在通信指令集中的协议规定，如发送方与接收方的等待协议规定等。

由此，可以把单片机的固件特性用3个不同集合之交表示：设有通信接口的操作次序集合A、相关协议集合B和隐含规约集合C。A中的每一个元素都是一种正确的通信接口操作次序；B中每一个元素都是一种体现相关协议的通信接口操作要求；C中每一个元素都是一种隐含规约，则符合要求的通信接口控制固件必然是三者之交：

Y=A∩B∩C（4）

由此可知，要检查单片机串行通信接口的基本固件特性，可以使用式（2）进行判别；如果不能满足式（2），就表明单片机串行通信接口的固件特性有问题，会引起通信失效。

三、单片机通信性能分析

上述对单片机串行通信接口的物理特性和因件特性的分析，提供了单片机通信性能分析的基础。单片机通信性能分析包括比特吞吐特性分析、有效性分析和数据安全性分析。

1.比特吞吐特性分析

比特吞吐特性，是指单片机执行通信任务时单位时间内发送和接收的比特数目。比特吞吐特性不能用串行特性的波特率代替。比特吞特性不仅与波特率有关，更与单片机的固件特性有关。不同的通信协议会引起不同的通信操作，形成不同的操作固件。这种固件操作的有效性才是决定比特吞吐特性的关键。

在处理一组数据时，设通信协议处理数据的时间为tp，串行通信发送数据的时间为tc，则总的通信时间为t=tp+tc,因此，串行通信接口的比特吞吐特性可用如下函数表示：

ξ=fctc/(tp+tc)(5)

式中，ξ叫做比特吞吐系数，fc是固件设备的串行通信波特率。可见，在fc固定的条件下，要提高比特吞吐特性，就必须尽量减少tp+tc并增加tc。在tp=0这种极端情况下，比特吞吐系数才能等于通信波特率。

利用比特吞吐系数可以方便地检查单片机的串行通信能力能否满足应用系统的要求。例如，应用系统要求每秒钟内传输10个字节数据，相当于要求每秒钟的比特吞吐系数为80K。这里K是数据帧格式有效系数：异步串行通信中K>1；同步串行通信中K=1。根据这个要求，可以对应用系统所设计的软件结构进行核实，如果不能满足，则说明应用系统不能满足对通信的要求，必须进行调整。

2.有效性分析

所谓有效性，是指对包括通信协议在内的整个通信过程的有效性。设单片机应用系统发送和接收的控制信息数据是随机函数y=P(x)，其中x代表单位时间内的数据传输量。Y的数据期望是：

σ=E[y]=E[P(x)](6)

σ叫做单片机串行通信系统的数据传输有效性系数。显然，在满足应用系统功能的前提下，σ的值小，说明数据传输的有效性高；反之，系统数据传输量大，说明系数控制信息的有效性差。必须注意，这里只考虑控制信息，并不包括必要的数据采集。

有效性分析就是要根据系数数据传输的随机分布，估计系统数据的有效性。可以直接利用有效性系数作为检验的标准。

此外，数据识别率也是衡量单片机通信效果和应用系统固件特性的一种重要参数。

数据识别率是指对接收到的数据语义理解的速度。设单片机接收到能代表完整意义的X个字节所需要的时间是tx,语义理解（翻译和判别）需要的时间为tY，则数据识别率为

η=X/(tx+ty)（7）

数据识别率表示了单位时间内单片机通信的效果，η值越大，表明单片机的整体固件特性越好，通信效率越高。

3.数据完全性

数据安全性不仅与系统的串行通信物理特征有关，更主要的是与应用系统通信的固件特性有关，尤其是通信协议中的应用层，直接关系系统的数据安全。

数据安全性可以用通信稳定性和数据识别率表示。

通信稳定性与通信线路和物理接口的侵入和干扰状态有关。对于单片机通信系统来说，当多个单片机采用串行连接的方法连接在1条总线上时，通信线路的侵入状态由通信协议直接确定。如使用令牌通信方式时，基本上没有侵入状态；但如果用客户/服务器方式，侵入状态将随线路上单片机数量的增加而恶化。

这是比较复杂的通信系统行为特性分析问题，本文不再分析。

结论

本文对单片机通信接口的物理特性和固件特性进行了分析。指出了确定物理接口电路分布参数的分析方法，并导出了在不考虑传输线电感（PCB板）条件下电路分布参数与保证通信可靠条件之间的关系计算公式。这些计算表明，接口电路的分布参数是限制通信速度的主要因素之一。

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中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（a）-0018-02

1 安全相关系统通信结构

通常安全相关系统是由多个子系统构成，各个子系统之间的通信是否安全是本文的研究对象。以下图为例：安全相关子系统通常可粗略的分为以下3层：物理层、数据链路层、应用层。其中物理层和数据链路层可以合并，统称为平台层。数据链路层中对外通常会有通信协议，这类通信协议的组包和解析工作如果是由集成芯片自动完成的（比如HDLC协议由64570芯片自动解析），或者协议是民用的标准协议，比如TCP/IP协议由网卡驱动自动解析，那么，这些协议所做的所有校验工作都不会被安全系统所信任。安全通信协议研究的范畴是基于应用层，也就是由安全相关子系统的设计人员在应用层追加一层安全层来完成安全通信协议的所有防护要求，这里提到的安全层是接下来章节所要研究的重点。

图1为安全相关子系统通信结构图，安全相关子系统A与B通信，应用层数据外面叠加了平台层数据后，构成了在物理链路上传输的安全相关数据帧。为了防护从应用层到平台层数据的失效，或者不采信平台层所做的所有防御性校验，在应用层中，将应用数据叠加一层安全协议，构成了图1中的“安全相关应用数据”，使得在失效发生时，接收端安全相关子系统能够通过安全协议校验出异常，从而能够防止系统使用已经实效了的数据。

图2为链路上传输的安全相关数据帧格式的示意图，该图能够更加明确的表达各层数据协议的关系。其中“安全协议”部分应满足EN50159标准中提出的安全要求。

2 安全通信协议的基本要求

在EN50159中规定，安全通信协议应该能够防护以下七类危害。

2.1 重复（Repetition）

在通信链路出现重复的数据包，即在接受方接收到多次相同的数据帧。

2.2 删除（Deletion）

某一个数据包在传输过程中丢失，未能到达目的地。

2.3 插入（Insertion）

在传输过程中，入一个数据帧。

2.4 乱序（Re-sequence）

到达目的地的数据帧与数据源发出的数据帧顺序不一致。

2.5 破坏（Corruption）

数据帧的任意位都有可能由于传输系统的干扰或其他原因而发生改变。

2.6 延迟（Delay）

数据帧到达目的地的时间晚于预期。

2.7 伪装（Masquerade）

攻击方恶意仿造传输系统中的有效数据，并将其发送给任意接收方。

防护上述危害可以采用很多方法，比如：在协议中增加“序号”，使用时间戳，使用超时判断，使用源、目的标识，使用消息反馈机制、使用安全编码，增大码距，使用信息加密技术等，传输系统中存在的危害与防护措施之间的关系，可以用表1来表示。

3 实例研究

事实上，在实际应用中，有些既有系统为了保证其兼容性，既要保证其通信的安全性又不能按照上章节介绍的方法使用防护措施。本章节，笔者将给出一个实例，来介绍在不修改原有通信协议的基础上，通过修改硬件结构设计，仍能够防护通信系统中几类常见的危害。

3.1 既有系统的协议模型介绍

如图3所示，既有系统中，除了应用数据外，安全协议只包含“序号”一种防护措施，由表1可知，能够防护重复、删除、插入、乱序的威胁。

序号每通信周期递增1，至255后循环递增为1。也就是说，在正常情况下，接收方接收到的序号应是连续且递增1的。下面将从接收方的角度逐个分析表1中所述的7个威胁是如何防护的：

重复：当接收方接收到了重复的数据帧时，其序号与前一帧的序号应是相同的，检测到该异常时，应将重复收到的数据帧丢弃，从而可以防止使用重复数据。

删除：当接收方接收到的数据帧的序号发生了跳变，如本应接收序号为2的帧，但是接收的数据帧序号为3，说明序号为了2的数据帧丢失，此时接收方应将其记录，如果连续发生丢失数据，则判断为通信故障，何时判断为通信故障，需视容忍程度而定，如果一定要执行严苛的规定，丢1帧即判定为通信故障也未为不可，只是会影响系统的可用性。

插入：当通信系统中多出一个数据帧时，其序号要么出现重复，要么出现跳变，接收方也可诊断出该失效。

乱序：当接收方接收到数据的顺序与预期不符时，即发生了乱序，这类失效也可通过序号的辨识来诊断出来。

延迟：两安全相关子系统通信协议中对超时判断有了规定，当超过预定超时判断时间时，将会被判断为通信故障，使输出导向安全。因此，该既有通信协议对“延迟”的威胁也具备防护功能。

破坏：由于安全相关应用层数据中没有安全编码或CRC等常用的校验，因此该系统无法防护从应用层到平台层数据被破坏，即使平台层中有芯片驱动做的简单的校验，也不能被安全相关系统所采信。因此，该既有协议不能够防护数据“破坏”的威胁。

伪装：由于本文所讨论的系统是一个封闭的系统，即EN50159 2010版中描述的1类系统，因此不考虑伪装的威胁。

由上述分析可知，该既有协议的“序号”和“超时判断”能够防护除了“破坏”之外的所有威胁，在此系统中不考虑“伪装”的威胁。因此，如何防护“破坏”的威胁，是对既有系统改造时需要考虑的问题。

3.2 既有系统通信架构模型介绍

图4为既有系统的通信架构模型，下文所述的既有系统为架构模型中的“安全相关子系统1”。安全相关子系统中的两个CPU同时接收来自安全相关子系统2的数据，CPU2将自身解析后的结果发送给CPU1，CPU1用自身的解析结果与CPU2的解析结果进行表决（比较），一致后通过平台层发送给安全相关子系统2。

在该架构中当应用数据从CPU1到平台1的传输过程发生了“破坏”，安全相关子系统2是无法识别的，因为从上章节分析可知，CPU1的应用层无安全通信协议，平台1仅完成了数据链路层的协议组包工作，因此安全相关子系统2仅能识别从平台1到安全相关子系统2过程中所发生的实效，但是之前讨论过，数据链路层的任何协议都不被信任，也不认为是安全校验，因此这些防护还不足够。

3.3 改进后系统通信架构模型

为保证原有系统通信协议的兼容性，不能通过修改通信协议来解决数据被“破坏”的威胁，因此，修改了既有系统的硬件架构，修改后的系统架构模型如图5所示。

CPU1和CPU2将各自解析的结果传递给对方，并用自身计算的结果跟对方计算的结果进行表决（比较），并将表决结果传给平台层，平台1将平台层协议组包后的数据与平台2组包之后的数据进行表决（比较），表决通过后，将数据发送给安全相关子系统2。

3.4 改进后系统分析

系统架构改进后，由于原有的通信协议没有变，因此，表2中已经满足安全通信设计原则的，在改型后仍然满足。所以数据被“破坏”的威胁是否能在改型后被防护是本节分析的内容：

分析前提：仅考虑单一故障的可能，不考虑多重故障同时发生。

假设从CPU1到平台1的链路中，数据由于干扰等诱因被“破坏”，也就是说数据内容发生了突变，那么该数据失效是否能够在该系统内部被发现呢？该设计中采用了信息回传的方法，也可称之为feedback的一种，即将平台1和平台2即将发出的数据进行表决（比较），比较一致后才将数据发出，这样即使在某一个通路上发生了数据“破坏”，在两路数据表决时仍能够识别出失效，因此可以得出结论，改型后的系统架构能够防护“破坏”的威胁。改型后系统安全防护措施分析结果统计如表3所示。

4 结语

在EN50159标准中建议的防护措施有很多，为了防护安全通信系统中的7种威胁，可以采取标准中建议的安全设计原则，也可以通过硬件架构设计来创造条件，以满足相同的安全要求。安全通信系统的“本质安全”是设计出来的，可以通过设计安全通信协议来满足需求，也可通过硬件架构设计来实现，总而言之，设计是灵活的，要充分考虑安全需求和安全设计原则，更要考虑产品的具体应用。