数据通信论文范文1
关键词：DSP/BIOS管道流I/O主机
引言
对于数字信号处理应用来说，数据的通信很关键。在TI公司的DSP/BIOS环境下有3种通信方式，即基于管道（PIP，pipe）的通信、基于流（SIO，streamI/O）通道的通信以及基于主机（HST，host）通道的通信。每一种通信方式都是通过调度其相应的内核对象来完成的。DSP/BIOS提供了管理每一种通信方式的模块及相应地API调用，通过这些模块及调用，可以完成DSP环境下的输入/输出（I/O）。本文在对各种通信方式进行简要介绍的基础上,对各种通信方式进行比较，并给出利用PIP对象进行数据通信的1个例子。
1通信方式简介
（1）主机通信
主机通信方式下，由HST对象完成主机与目标机之间的通信。HST对象静态配置为输入/输出，每一个HST对象内部是用数据管道对象来实现的。
开发DSP应用时，可以应用HST对象来模仿数据流和测试程序算法对数据的处理。在程序开发的早期，特别是在测试信号处理算法时，程序使用输入通道对象访问来自主机文件中的数据，以及使用输出通道对象把算法处理过的结果反馈回主机一侧，以供查验或比较。在程序开发的后期，当算法开发完毕时，可以把HST对象改回到PIP对象，通过利用PIP对象完成外设真实数据与目标应用程序之间的通信。
（2）管道通信
管道（PIP）对象用于管理块I/O（也称为基于流的I/O或者异步I/O）。每一个PIP对象维护着一个分为固定数量和固定大小的缓冲区（称为帧）。所有的I/O操作在每一刻只处理1帧。尽管每一帧长度是固定的，但是应用程序可以在每一帧中放置可变数量的数据（但不能超过最大值）。管道有两端，一端为写线程，一端为读线程。写线程一端用于向管道中添加数据，读线程一端用于从管道中读取数据。管道能够用于在程序内的任意2个线程之间传递数据。经常地，管道的一端由ISR控制，另一端由软件中断函数控制。数据通知函数（也称为回调函数）用于同步数据的传输，包括通知读函数和通知写函数。当读或写1帧数据时，这些函数被触发，以通知程序有空闲帧或者有数据可以利用。
（3）流通信
流是一个通道，通过它，数据在应用程序与I/O设备之间传输。流通道可以是只读的（用于输入）或者只写的（用于输出）。它对所有I/O设备提供了一个简单通用接口，允许应用程序完全不用考虑每个设备操作的细节。流I/O的一个重要方面是它的异步特性。当应用程序正在处理当前缓冲区时，一个新的输入缓冲区正在被添充和以前的缓冲区正在被输出。流交换的是指针而不是数据，这就大大减少了开销，使得程序更能满足实时约束的要求。流模块（SIO）通过驱动程序来与不同类型的设备打交道。驱动程序由DEV（Device）模块管理。
设备驱动程序是管理一类设备的软件模块。这些模块遵从通用接口（由DEV提供），因此，流函数能够发出普通请求。图1给出了流与设备之间的交互示意图。
（4）各种通信方式比较
DSP/BIOS支持两种不同的数据传输模型，一种是管道模型，由PIP与HST模块使用；另一种是流模型，由SIO与DEV模块使用。2个模型都要求1个管道或者流具有1个读线程和1个写线程。2个模型都通过拷贝指针而不是数据来完成数据的拷贝。一般来说，管道模型支持低级通信，而流模型支持高级的、与设备无关的I/O。具体情况如表1所列。
表1DSP/BIOS环境下通信方式的比较
管道对象（PIP与HST）流对象（SIO与DEV）程序员必须创建自己的驱动程序提供了一种创建设备驱动程序的更加结构化方法读/写线程可以是任意线程类型或者主机PC一端必须由使用SIO调用的任务（TSK）来处理，另一端必须由使用Dxx调用的HWI处理PIP函数是非阻塞的，程序在管道写或读之间必须进行检查，以确保缓冲区可利用SIO_put、SIO_get和SIO_reclaim是阻塞函数（SIO）_issue是非阻塞函数）使用更少的内存，一般较快更加灵活，使用简单每个管道拥有自己的缓冲区缓冲区能够从一个流传输到另一个流而不用拷贝管道必须使用配置工具静态地配置流可以在运行时刻创建或者使用配置工具静态地配置对推栈设备（stackingdevic）没有内建地支持提供对堆栈设备（stackingdevic）的支持使用HST（内部PIP实现）使得主机与目标机的通信容易起来DSP/BIO提供了大量的设备驱动程序
2基于管道通信的一个例子
在基于以上分析的基础上，给出利用管道进行通信的1个例子。该例是音频处理的一个例子。数据从数据源输入到编码器以后经量化通过串行口输入到目标机，目标机处理完毕后再经串行口发送到编码器，由编码器经扬声器输出。图2给出数据的流程图。
（1）管道设计
该例中，设计了DSS_rxPipe和DSS_txPipe两个管道，其中DSS_rxPipe用于数据的接收，DSS_txPipe用于数据的发送。
（2）线程设计
由于每个管道分别对应1个读写线程，因此，发送管道与接收管道总共需要4个读写线程。本例中为了简化设计，只设计了2个线程。其中，音频处理函数（设计为软件中断SWI）既作为接收管道的读线程又作为发送管道的写线程；串行口接收中断处理服务例程ISR既作为接收管道的写线程又作为发送管道的读线程。
每次中断发生时，串行口中断服务例程（ISR）把数据接收寄存器（DRR）中的数据字（32位）拷贝到数据接收管道的一空闲帧中。当1帧被填满时，ISR把该满帧写到数据接收管道中（通过调用PIP_put），供该管道的读线程（即
音频处理函数）读取。音频处理函数执行时，它读取接收管道中的一满帧，处理完毕后再把它写到发送管道的一空闲帧中，供该管道的读线程（即ISR）发送。每次ISR触发时，它从发送管道中读取一满帧（若有的话），并每次32位字地发向串行口发送寄存器（DXR）直到1帧中的所有数据发送完毕。然后，该空闲帧被回收到发送管道，供音频处理函数（即该管道的写线程使用）。需要注意的是，由于例子当中发送速率与接收速率一样，因此，中断处理函数不但负责数据的接收也负责数据的发送，并且每次中断执行时只发送1个32位字。
（3）需注意的问题
PIP_alloc和PIP_put由PIP对象的写线程调用，PIP_get和PIP_free由PIP对象的读线程调用，这种调用顺序是非常重要的。若打乱这种调用顺序，将会产生不可预测的后果。因此，每一次对PIP_alloc的调用都要跟着对PIP_put的调用才能继续调用PIP_alloc；对于PIP_get，情况也是如此。
另外，为了避免PIP调用过程中产生递归，作为通知读/写函数的一部分，应该避免调用PIPAPI函数。如果为了效率起见必须要这样做，那么对诸如此类的调用应该加以保护，以阻止同一管道对象的重入以及错误的PIPAPI调用顺序。例如，在发送管道的通知读函数以及接收管道的通知写函数的开始部分，我们添加了如下语句，以避免递归调用：
staticIntnested=0；
…
if(nested){/*防止由于调用PIP_get函数而产生的递归调用*/
return；
}
nested=1；
…
数据通信论文范文2
复杂数据通信包含较多，可以利用不同的方式进行分类。而且通信手段的运用也极为广泛，在不同行业都有不同的具体表现。下面笔者就从两个方面进行复杂数据通信的分类讨论。
1.根据数据通信的作用分类
复杂数据通信包含有网络经济通信，交流通信等。网络经济通信主要指网络经济的交易，属于高精度、高安全性的通信技术。而交流通信包含更多，比如电信ICT项目等，包含了系统的集成，视频的监控等数据的传输。
2.根据数据通信的途径进行分类
比如VPN技术的应用，VPN是一种利用公网链路架设私有网络的远程访问技术。是一种利用独特的通信途径进行的通信方式，这种方式比较适合远程操控类工作，如视频监控的远程操作等。
二、复杂数据通信网络的稳定性评估方法与结果
1.以网络交易通信为例对复杂数据通信技
术的评估和具体问题上文中已经介绍，复杂数据通信技术包含比较广，而网络交易通信可以说是目前复杂数据通信中技术含量最高且安全性最好的数据通信技术了。本文下面就以网络交易通信为例，具体论述复杂数据通信网络技术的评估方法和具体评估结果。首先，对硬件的评估，现代化网络交易通信大多采取的是第三方金融主体的参与，利用非对称加密技术进行网络信息加密进行的通信，对于特殊交易会配备企业自己的服务器。甚至很多企业双方进行网络交易通信时都有自己独立的数据库，然而在实际操作中可以看出，在通信过程中是需要很大的缓存空间的，尤其是在公钥加密与解密工作时对缓存空间要求更大，所以对存储设备的要求较高。比如，网络交易在进行验证或者第三方进行转账的时候，更多的在使用临时缓存进行处理信息。而且有些企业由于工作人员的更新所造成的储存信息不断更新就更说明了储存设备的重要性。如果储存设备出现了问题而导致财务信息的无法送达会给公司带来极大的经济损失。所以对于硬件评估的具体方法是进行设备的升级和检测，硬件升级的成本较高，但是使用时间较长，对整体网络稳定性来说也是具有重要意义的。
2.由软件引发的信息安全问题
软件原因的核心是操作系统原因。目前大部分企业局域网所用的操作系统都是传统的windows系统，这一系统虽然简单易用，但是其漏洞较多，很容易被病毒或黑客攻击，需要不时的补丁才能让系统安全运行。再加上我国对windows系统没有确切的了解，所以很多时候容易泄露核心秘密。所以我国很多金融行业的操作系统都以Linux为主，是一套建立于Unix之上的操作系统，稳定性和安全性要更高点。当进行网络交易通信时，一般利用非对称加密，将网络信息进行加密传输，并有数字签名和认证中心双重安全保障，所以对于软件的评估一般采用信息被供给的次数以及泄露的次数比较来说明复杂数据通信网络的稳定性。
3.总结评估的内容与结果
综上所述，复杂数据在通信过程中对网络稳定性的评估主要通过四个方面：一是网络安全性评估，也就是上文所说的软件引发的问题，或者网络病毒与黑客的的攻击和拦截。一般利用加密方法进行的复杂数据传输中是能保证网络安全的。二是传输的稳定性，这个方面主要取决于硬件设施以及网络的流畅速度。三是数据完整性的评估，这也是网络安全所研究的课题之一，利用标记的方式判定数据是否完整，在一般情况下，只要做好数据加密工作就能保证数据的完整。四是数据的不可否认性评估，这个评估层面主要面向于网络交易通信技术，一般利用数字签名和认证中心提供的认证进行数据传输不可否认性的保障。
三、复杂数据通信的改善措施
1.硬件的改善方法
相比较而言，硬件出问题的概率是极小的，所以对硬件问题应该主要采取防范措施而不是具体解决措施。那么具体防范应该做哪些工作呢？第一设立临时备用服务器，将一台配置较高的电脑做成临时服务器，一旦主服务器发生故障或问题时可以由临时服务器接替工作。同时临时服务器也可以起到信息的备份作用，更加加强了复杂数据在通信过程中的安全保障。对于网络的稳定性调控更多的需要专人的检测，尤其是交换机类的网络连接硬件出的问题更需要专门的工作人员进行设置或更新。而在平时的工作中，也需要不定时检查与修正。
2.软件的改善方案与措施
上文中已经提到，在进行复杂数据通信传输时，可以多考虑Unix以及Linux系统，将Unix系统或者Linux系统作为通信时的主要系统，可能会在安全性上得到更大的保障。虽然软件与操作系统是虚拟商品，但是相比较而言，硬件的损坏可以通过更换整修，而软件的损坏更多的会造成数据的丢失，数据的丢失与无法恢复对很多单位来说都是相当严重的损失。所以选择安全的操作系统是保护数据的方法之一。不过，当传输的数据属于非保密性信息时，也可以利用原有系统进行传输，并不需要过多的加强自身的保护措施。
四、结语
数据通信论文范文3
数据通信网也被称之为DCN，它是电信管理网，交换机与路由器是该网络的两大核心技术，通过DCN网能够对传输网络内的网元、终端以及设备进行互联，进而实现电信传输网络内部的设备维护与业务管理自动化。由于DCN网涉及的业务相对较多，加之其覆盖范围比较广，故此，在对DCN网络进行设计的过程中，应当遵循以下几点原则。
（1）安全性原则
对于DCN网络而言，它的安全性主要包括两方面的内容：一方面是网络整体的安全性，另一方面则是子网的安全。其中网络整体安全涉及的范围较广，具体是指网络在面对安全威胁的前提下，能够保持完整性的能力；子网的安全涉及的范围相对较小，具体是指在同一个网络环境下，按照不同的业务在逻辑上建立的各子网之间的安全。
（2）可靠性原则
就光传输网络而言，它不但是整个电信网的基础，而且还是各种电信功能产生的前提，所以要求DCN网络必须具备足够的可靠性。鉴于此，在DCN网络设计时，应当尽最大的可能避免设计方面的缺陷，这样能够有效减少网络发生故障的几率，同时，还要保证网络故障的恢复时间在容忍限度以内，这也是网络设计时必须注意的问题之一。
（3）管理性原则
由于DCN网络具有非常广的覆盖范围，这在一定程度上增大了该网络的管理以及维护难度。因此，在DCN网络设计的过程中，必须充分考虑到网络所处区域及相关维护人员的具体分布情况，从而合理设置网络节点，以免导致管理真空的情况发生。此外，在网络管理方面，不但要实现全网集中管理，而且还应当保证各个区域内均能够实行分级管理与维护。
（4）可扩展性原则
从传输技术的发展历程看，其具有更新速度快的特点，在传输技术不断向前发展的同时，DCN网络接入的各种新业务也随之大幅度增加，若是网路不具备良好的可扩展性，则会在新业务不断增多后，导致无法有效接入网络，这样一来便需要对网络进行改扩建或是重新建设，由此会产生出巨大的费用，并且还会造成前期建设网络的费用白白浪费。所以，在对DCN网络进行设计时，必须确保网络具有良好的可扩展性，这样能够避免网络重复建设造成的资金浪费。
2光传输网中数据通信网络的设计与安全实现研究
2.1DCN网络设计要点
（1）网路结构设计
在传输网的建设过程中，为了方便网络集中管理，便将各个传输系统的汇接点全部设置在各省、市中心。因此，在对DCN网络进行设计时，必须充分考虑这一情况，并应当尽可能不再单独为DCN网络建立机房。具体可以采用三层网络结构体系，借此来将网络按照实际功能分为以下三层，即骨干层、分布层、接入层，这样便可以实现兼顾网络的设计原则，该方法也是国内建设大型网络结构时普遍采用的设计方法之一。可以将省传输网干线或是支线传输系统汇接最多的节点机房作为DCN网络的骨干层，并在该机房内设置核心路由器，同时可将一些相对比较重要的市中心传输机房作为分布层路由器设置的节点，而比较偏远和较为分散的县市节点机房则可作为接入层路由器的设置节点。由于骨干层的重要性较高，所以该层应当至少设置两台路由器，在具体安装时，应当将两台路由器分别装在不同的节点机房当中，这样有助于提高机房设备的容灾性。若是将两台路由器全部安装在一个机房内，路由器之间应当采用双链路的方式进行连接。如果骨干层的路由器超过两台时，应当以环路的方式对路由器进行组网，由此能够进一步提高路由器的安全性和可靠性；在进行骨干层与分布层之间的连接时，可以将骨干层内的一台路由器作为核心，并以此作为下一级网络的中心点，向邻近的市进行辐射式连接，从而组成星形网络结构；在进行分布层与接入层之间的连接时，可以采取就近接入的方式，这不但有助于简化网络接入，而且还能有效提高网络的扩展性。在DCN网络内的所有用户、服务器以及安全设备等全部通过路由器与交换机进行连接，对于网路内不同的业务类型可以采取设置子网的方式进行划分。
（2）在DCN网的三层架构内，骨干层是连接不同区域的桥梁，处于网络核心位置
由于骨干层需要跨越多个区域网络，结合内外部网关协议，所以必须采取性能稳定、速度快的路由协议。OSPF协议可将互连的网络划分为若干区域，能够满足网络分层建设的需求。在OSPF协议规划下，骨干层中的所有路由器构成主区域，使得分布层和接入层路由器在其它域实现了独立运行，提高了网络维护的简便性。分布层和接入层的连接也可采用OSPF协议，对于结构单一的网络而言，还可以使用静态协议提高网络运行效率。
2.2DCN网络安全技术措施的实现
（1）路由器的安全设置
路由器是相对安全的连接内部网络与外部网络的桥梁，其工作在OSI协议的第三层，具备网络寻址的功能。若攻击者利用路由器的漏洞对数据通信网络进行破坏，那么就会对网络安全性造成严重影响，甚至会导致网络瘫痪。为此，必须对路由器采取必要的安全措施：①防范系统漏洞。及时更新厂家的安全补丁，保证路由器操作系统是最新版本。同时，避免将路由器控制台设置成空闲时间自动退出状态，限制会话访问，从而防范恶意端口与路由器建立连接，攻击路由器的系统；②口令设置。确保使用加长的混合口令，并对口令设置使用期限，定期更换口令。通常情况下，攻击者很容易破解较短的口令，或长期未更改的口令，所以必须重视口令的设置。尤其在更换重要网络管理人员时，一定要同时更换所有口令。此外，在设置口令时，应设成加密口令，防止攻击者进入路由器更改口令。
（2）防火墙的安全设置
防火墙是内部网与外部网、专用网与公共网之间在界面上构造的保护屏障，主要由服务访问规则、包过滤、验证工具和应用网关构成。通过设置防火墙，能够在内部网与外部网之间建立起安全网关，使所有数据在交换时都必须经过防火墙，同时防火墙要对所有数据进行检测和审查，根据既定的安全策略决定数据的转发或丢弃，从而达到有效防范非法用户入侵内部网的目的，如TCP和UTP协议下的防火墙控制。TCP是一种可靠的通信协议，工作在OIS第三层，建立TCP连接时必须通过三方握手的方式交换所需参数，其确保其可靠性。网络内主机在向远端主机发送数据之前，需要先发送一个没有设置确认的请求，在远端主机响应的情况下，会向网络内主机发送确认标记。通过让防火墙审查和监测确认标记，就能够确保TCP的连接处于受控状态。由于UTP属于不可靠协议，所以不能采取上述控制方法，而是应当采取端口控制的方式。
（3）交换机的安全设置
在网络中，交换机处于主机与路由器之间，是网络设备和主机的直接接入点。如果交换机面临安全问题，那么网络内部就会出现运行瘫痪。交换技术工作在OSI的第二层，对交换机造成的安全问题经常发生在链路层。①VLAN中继攻击的安全防范。这种攻击现象一般发生在有需求建立中继通道的交换机上。针对VLAN中继攻击所采取的防范措施较为简单，只需要用户预先在网络建设中设置VLAN，就能够达到防范DTP协议漏洞的效果。同时也可以通过关闭所有端口的DTP功能，从而消除攻击者获取DTP协议的风险，以达到安全防范的目的；②生成树协议攻击的安全防范。在生成树建立时，STP协议会以交换（BPDU）信息包的形式对网络状态进行不断完善，最终确定最佳通信路径。攻击者通常会攻击交换漏洞，使网络回路形成广播风暴。针对这种情况，在设计和维护网络时，应最大限度地避免交换回路的形成，有效遏制交换数据在网络内的循环转发。
3结语
数据通信论文范文4
非分组型终端分为可视图文终端、用户电报终端、PC机终端等；而分组型终端包括数字传真机、计算机、智能用户电报终端（TeLetex）、专用电话交换机（PABX）、用户分组装拆设备（PAD）、用户分组交换机、局域网（LAN）、可视图文接入设备（VAP）等。数据电路可分为终端设备（DCE）和传输信道，传输信道分为模拟信道和数字信道。
2数据通信的分类
1）有线数据通信。①数字数据网（DDN），主要由四部分组成，分别是用户环路、DDN节点、数字信道及网络控制管理中心。DDN是一种数字通信网络，它把数字通信技术、数据通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术有机的结合在一起。②分组交换网（PSPDN），又称为X.25网，采用CCITTX.25协议。PSPDN采用存储—转发的方式，将用户传来的报文分割成一定长度的数据段，并在各数据段上添加控制信息，构成一个能在网上传输的带有地址的分组组合群体。PSPDN的主要优点是为了达到多用户同时使用，可同时开放多条虚通路于一条电路上，并具有先进的误码检错功能和动态路由选择功能，但通信性能较差。③帧中继网，起源于X.25分组交换技术，主要包括存取设备、交换设备、公共帧中继服务网三部分。帧中继网它可在帧中继帧中将不同长度的用户数据组包封，并在网络传输前添加控制及寻址信息。2）无线数据通信。无线数据通信是以有线数据通信为基础，而采用无线电波传送数据的通信方式，也可称为移动数据通信，它是计算机网络与数据通信相结合的产物，可实现网络计算机之间或人与计算机终端之间的通信。无线数据通信也是依靠有线数据网将网路应用扩展至便携式用户。
3网络及其协议
1）计算机网络。计算机网络（ComputerNetwork），是指通过通信线路将多台具有独立功能、地理位置不同的计算机系统连接起来，并通过网络软件及通信协议实现信息传递和资源共享。按地理位置划分，计算机网络可分为局域网、城域网、广域网、网际网四种。局域网是在一个较小的局部的地理范围内，如一栋楼、一所学校等，它是目前使用最多的一种计算机网络。城域网覆盖范围较局域网大，一般在10-100公里范围内，通常是在一个城市辖区内；广域网一般覆盖范围是整个国家（100-1000公里之间），连接该国家内各个地区的网络。网际网一般指覆盖全球的Internet。2）网络协议。网络协议是指在计算机网络中进行数据交换所使用的语言，它分为很多类型，如OSPF、LDAP、HSRP、EIGRP、TCP/IP等，我们日常使用的协议一般是TCP/IP。它适用于各种大小不同的网络。TCP/IP协议具有开放体系结构的特点，易于用户管理。TCP/IP是相关协议的集合体，是一种标准网络协议（含因特网协议和传输控制协议），它提供一种可靠的数据流服务，在程序之间传送数据，IP协议（网络之间互连的协议）用于计算机网络互联与通信。TCP/I协议具有跨平台性，采用四层层级结构：网络接口层，利用实际网络传送数据，即接收和发送物理帧；网络层：负责基本的数据封包传送；传输层：负责节点间数据传送；应用层：负责应用程序间的沟通。目前，IP协议采用二进制，共计32位，如200.10.85.120可用来表示网络上某台计算机终端所使用的IP地址，它在网络上是独一无二的。
4结束语
数据通信论文范文5
选择最佳的位置，调节载波频率配置，均衡交通分配，提高网络质量。为了获得最佳的覆盖以及良好的维护，确保设备完好率；但要提高网络质量和优化网络参数，只做优化的功能，不能充分体现基于网络的维护。对企业服务、维护客户服务、维护的最终目标是为互联网用户提供高质量的网络服务，最终的目标只能通过优化网络维护的实施，维护工作具有重要的现实意义。在传输网络的建设和运营多年后，会出现一些问题，如设备老化，传输质量和传输速率不能满足业务需求；网络的拓扑结构是不科学的，网络维护困难，企业不能满足安全需求；网络资源的低利用率，网络管理有待加强。
基础维护做的好，可确保设备完好率，要提高网络质量，必须要优化网络参数，即进行无线通信网络优化。只有搞好无线通信网络优化才能使基础维护的成效得以充分体现。维护为经营服务，经营为用户服务，维护的最终目标是为网上用户提供高质量的网络服务，而只有通过无线通信网络优化才能实现维护的最终目标，维护工作才有实际的意义。
二、提高数据通信效率与质量
目前，最大的困难是无线数据传输，数据传输和接收节点的移动，其移动速度会更快，这是因为在高速数据传输信道的功率波动的条件。换句话说，发射机可以有一个强大的能力来传输信号发送消息，但由于发射机和转播是在快速移动的状态信息可能会被削弱，实际到达时间和削弱信息可能导致信息失真。为了解决这个问题，一个科学和计算机工程活动，亚力山大海伦和其他研究人员，北卡罗来那大学教授想出了一个办法来提高每个节点在整个网络的数据传输能力，选择最佳路径；同时选择最可靠的数据传输。海伦说“我们的目标是获得最大的数据传输速度快，且不会使信号失真。”当一个节点需要发送信息，首先需要计算从中继接收数据的强度，然后将这些数据转化成一个算法，通过计算，可以预测一个继电器是在信息的传输。此外，中继传输的强度，该算法可以看出哪一个中继节点可以发送数据。如果一个中继传输太多太快，信息和数据的质量将受到影响，同时如果数据传输速度太慢，网络将无法运行，无法提高效率高。
三、结束语
数据通信论文范文6
船舶自动识别系统(AIS)是一种集合了网络技术、通信技术、计算机技术等的一体化助航设备。该系统能够获取近海海域中船舶的名称、位置、航向、速度等信息，一方面能够给船舶以唯一的标识，另一方面能够维护一个全局的船舶视图，以供船舶交通管理系统(VTS)或其他系统使用。本文针对VANET中存在的问题，以及AIS所具备的优势，提出一种新型的基于AIS的海上无线数据通信网络。该网络一方面能够实现灵活的组网和拓扑无关性，另一方面能够利用AIS所提供的船舶信息，实现更加有效、精确的位置服务和寻路功能，克服了VANET中路由协议的不足。网络的整体框架如图1所示。在船舶加入网络时，首先通过AIS向最近的AIS基站发送自身的信息，全体船舶的AIS信息存储于AIS服务器中。在本文提出的基于AIS的无线网络中，各个船舶可以向AIS基站发送请求，获得自身的位置信息，以及向周边船舶发送信息，获得邻居船舶的信息，通过AIS和邻居船舶等多个方面确定自身所处的位置以及呼叫对象所处的位置。当船舶A希望和船舶C通信时，首先通过多维位置发现服务，获得船舶C所处的位置，然后根据路由算法获得到达目的船舶的通信路径。
2多维位置发现服务
在AIS中，船舶通报自身位置，AIS服务器了解全体船舶的各个位置，而船舶本身并不了解自身在整个船舶通信网络之中的位置，以及呼叫对象在通信网络之中的位置。本文提出一种多维位置发现服务，通过该服务船舶不仅能够了解自身的绝对位置，同时能够通过维护邻居表和路由表，获取自身在通信网络中的相对位置，进而各个船舶可以通过自身的邻居表和路由表构建整个通信网络的整体视图，相较于传统的AIS位置服务，具备更多的位置衡量维度，因而称为多维度位置发现服务。在建立邻居关系的过程中，首先自身船舶向周边船舶发送广播NB_req消息，周边船舶若接收到，并允许建立邻居关系，则发送应答NB_rep;自身船舶根据NB_rep消息中提供的MMSI，向AISBS发送NI_req，AISBS通过查询服务器并计算后，向自身船舶发送NI_rep消息，其中包含了周边船舶的位置、速度等信息，自身船舶将这些信息添加入邻居关系表，通过邻居关系表，则船舶能够了解自身所处的位置，以及在全体船舶之中的位置。若自身船舶需要获得某个邻居船舶信息则发送NC_req，同时接受NC_rep来获取相应的信息。通过以上关系，不同船舶之间可以通过自身的邻居关系建立连接关系。邻居表及路由表的更新算法如图4所示。
3基于AIS的路由协议
第2节中介绍的多维位置发现服务，每个节点均维护了1张邻居关系表和路由表，这些邻居船舶可以直接进行通信。当需要与较远距离的目标进行通信时，则需要相应的路由协议确定在VANET中的通信路径。路由协议工作的步骤如下:1)首先船舶A根据自己的路由表，通过BS向自己的邻居发送DL_req消息，邻居收到消息之后，向BS发送应答DL_rep，返回自身的邻居表;2)船舶A根据DL_rep更新自己的路由表和路由表，并向新添加的邻居发送DL_req消息，并检查DL_rep中是否有目的船舶的信息;3)若船舶A的路由表和邻居表中新添加了目的船舶，那么寻路结束，根据路由表建立通往船舶通信路径;若没有则重复2)，直到路由表和邻居表中没有新的元素被添加。在路由协议中，接收消息DL_rep与第2节中介绍的消息格式类似，其格式如图6所示。其中OMMSI为呼叫对象的MMSI，NeMMSI为对象船舶路由表中的下一跳船舶的MMSI。通过第2节中的邻居表和路由表更新，可以建立较为充分的“目的———下一跳”表项，为本节的路由协议提供基础。
4系统实现与仿真
系统节点的实现如图7所示。其中外部计算模块使用的是利用C++编写的程序代码，模拟船舶中网络节点的路由计算及消息处理。外部I/O模块，负责显示当前的网络节点状态和工作过程。在模拟节点中，每个AIS发送/接收终端与外部计算模块相连，计算模块模拟了路由协议在节点中的工作过程，演示了上文提到的几种重要消息类型。最后使用NS2对本文提出的网络进行了仿真，仿真环境为X86架构计算机，Corei3四核处理器，4G内存，Win7(64位)操作系统。在NS2中的仿真图如图8所示，其中①～⑦为模拟船舶节点，其内部结构如图7所示，⑧～⑨为模拟AISBS。仿真过程中实现的是，⑥之间的通信过程⑦，在初始状态下，⑥和⑦不是邻居关系，图8显示的是不同节点发送消息的状态。通过路由协议的工作，最终⑥和⑦实现了有效的通信，最终显示的消息在NS2中如图9所示所示。
5结语
