畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）水泥廠DCS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 前 言 集散控制技術(shù)1是集控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和圖象技術(shù)為一體的控制技術(shù)，因其分散的控制功能、綜合的協(xié)調(diào)能力、易于擴(kuò)展的性能已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，本設(shè)計(jì)針對(duì)水泥廠生產(chǎn)線，采用以plc為基礎(chǔ)的dcs控制系統(tǒng)2，設(shè)計(jì)面向全廠總生產(chǎn)過(guò)程的全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控管理一體化，使全廠不僅在生產(chǎn)上具有先進(jìn)的過(guò)程控制自動(dòng)化，更在管理上具有現(xiàn)代化水平。而且對(duì)提高產(chǎn)量、穩(wěn)定質(zhì)量、降低能耗等具有重要意義。此系統(tǒng)由原料粉磨系統(tǒng)、煤粉制備系統(tǒng)、燒成窯頭系統(tǒng)、水泥粉磨系統(tǒng)、plc控制系統(tǒng)等各系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)單獨(dú)優(yōu)化運(yùn)行，并通過(guò)中

2、控系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)。本設(shè)計(jì)主要討論此集散控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸部分的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，即數(shù)據(jù)在無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)、控制局域網(wǎng)和互連網(wǎng)中的傳輸，這主要由無(wú)線控制子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程維護(hù)子系統(tǒng)完成。 在本次集散系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，水泥廠各系統(tǒng)比較分散，無(wú)法采用有線進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸，所以設(shè)計(jì)了無(wú)線控制子系統(tǒng)。采用無(wú)線終端采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，從而將無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)同控制局域網(wǎng)連接起來(lái)；另一方面，為了給用戶提供及時(shí)的系統(tǒng)維護(hù)，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程維護(hù)子系統(tǒng)，通過(guò)將控制系統(tǒng)參數(shù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方監(jiān)視端，實(shí)現(xiàn)對(duì)集散控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供系統(tǒng)維護(hù)的功能，將控制局域網(wǎng)同互連網(wǎng)連接起來(lái)。 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分布式采集和傳輸，提出了一種可應(yīng)用到多種

3、工業(yè)環(huán)境的復(fù)合型的分布式dcs系統(tǒng)。本文所采用的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境是基于win2000操作系統(tǒng)、visualc+6.0編程軟件，其加密算法是由cryptlibseeuritytoolkitverson2.1加密包提供。本設(shè)計(jì)共分六章，其內(nèi)容如下: 第一章給出了集散控制系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn)，并介紹了水泥廠集散控制系統(tǒng)的概貌。第二章對(duì)本文所涉及到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦碚摶A(chǔ)進(jìn)行了綜述。第三章描述了水泥廠的工藝流程。第四章著重論述了系統(tǒng)控制策略組態(tài)的實(shí)現(xiàn)。第五章討論了本系統(tǒng)的性能。結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_性、實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性等性能指標(biāo)進(jìn)行了討論。 1 集散控制系統(tǒng)1.1集散控制系統(tǒng)概述 隨著工業(yè)規(guī)

4、模的擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)控制系統(tǒng)的規(guī)模也不斷擴(kuò)展，這對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)提出了更高的要求，而模擬儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)很難滿足這些要求。因此綜合了控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和圖象顯示技術(shù)的“4c”技術(shù)，產(chǎn)生了總體分散控制系統(tǒng)(distributed control system)，簡(jiǎn)稱集散控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、控制及管理。圖1.1是集散控制系統(tǒng)的組成框圖。它是一種典型的分級(jí)分布式控制結(jié)構(gòu)。管理計(jì)算機(jī)完成制定生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)品管理、財(cái)務(wù)管理、人員管理以及工藝流程管理的功能，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的靜態(tài)最優(yōu)化。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)協(xié)調(diào)個(gè)控制器的工作，達(dá)到過(guò)程的動(dòng)態(tài)最優(yōu)化?；究刂破?/p>

5、則完成過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)控制任務(wù)。crt操作站是顯示操作裝置，完成人一控制系統(tǒng)一過(guò)程的接口任務(wù)。數(shù)據(jù)采集器用來(lái)收集現(xiàn)場(chǎng)控制信息和過(guò)程變化的信息。 圖 1.1 集散控制系統(tǒng)框圖 1.2 集散控制系統(tǒng)特點(diǎn) 集散系統(tǒng)既有計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)算法靈活、先進(jìn)、精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又有儀表控制系統(tǒng)系統(tǒng)安全可靠、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，它的主要特點(diǎn)是:1) 真正實(shí)現(xiàn)了分散控制。因?yàn)椴捎昧艘晕⑻幚砥鳛楹诵牡幕究刂破?，每個(gè)基本控制器只控制少量的回路，一旦某個(gè)基本控制器發(fā)生故障，只影響某個(gè)局部，而且更換方便，提高了系統(tǒng)的可靠性。由于基本控制器在現(xiàn)場(chǎng)就地安裝，不但節(jié)省了電纜，同時(shí)也減少了傳輸線對(duì)信號(hào)的干擾，縮短了控制回路，加

6、快了反應(yīng)速度，降低了對(duì)上位機(jī)的要求，應(yīng)用程序較為簡(jiǎn)單。2) 應(yīng)用靈活，擴(kuò)展容易。因?yàn)椴捎梅植际娇刂?，在?yīng)用上十分靈活，適應(yīng)大、中、小型企業(yè)的不同要求，規(guī)?？纱罂尚。瑪U(kuò)展容易。3) 實(shí)現(xiàn)綜合控制。因?yàn)樵O(shè)置有計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信系統(tǒng)，通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道，能將基本控制器與監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并且利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力，完成復(fù)雜高級(jí)控制算法的運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)化控制。4) 備有多功能crt操作臺(tái)。作為集中型的人一機(jī)接口，在crt操作臺(tái)上，可以存取并能以多種畫面顯示全部過(guò)程變量，控制變量及其它參數(shù)，以及直接操作遠(yuǎn)程基本控制器，實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)視和集中操作。5) 管理計(jì)算機(jī)通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道

7、，直接與過(guò)程相聯(lián)結(jié)，完成生產(chǎn)、計(jì)劃、管理、決策的最優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的最優(yōu)化自動(dòng)控制。1.3水泥廠生產(chǎn)工藝流程水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的自動(dòng)化控制3是水泥旋窯生產(chǎn)線不可缺少的關(guān)鍵組成部分，作為一個(gè)應(yīng)用于現(xiàn)代化水泥廠的工業(yè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，它應(yīng)該是覆蓋了從水泥廠的全線生產(chǎn)過(guò)程控制和整個(gè)水泥廠生產(chǎn)管理的一個(gè)大系統(tǒng)。本系統(tǒng)就是從這個(gè)設(shè)計(jì)思想出發(fā)，采用目前先進(jìn)的plc 和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)-客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)組成了一個(gè)完整地計(jì)算機(jī)生產(chǎn)控制、管理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，采用server/client(服務(wù)器/客戶機(jī))結(jié)構(gòu)，通過(guò)開(kāi)放性的100m 高速以太局域網(wǎng)及tcp/ip

8、 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。服務(wù)器通過(guò)協(xié)議完成對(duì)外場(chǎng)設(shè)備所有采集數(shù)據(jù)信息的登錄及處理，系統(tǒng)控制程序及數(shù)據(jù)的輸出，并負(fù)責(zé)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行和管理?？蛻魴C(jī)基于服務(wù)器的數(shù)據(jù)按分配功能進(jìn)行不同內(nèi)容的監(jiān)控操作，所有的客戶機(jī)均可互為備用。該方案具有可靠性、方便性和靈活性，還可以實(shí)現(xiàn)在運(yùn)行過(guò)程中的程序再開(kāi)發(fā)。由于數(shù)據(jù)的集中采集和管理，減少了數(shù)據(jù)流動(dòng)環(huán)節(jié)，從而減低了開(kāi)發(fā)與維護(hù)成本。靈活的互備方式更將系統(tǒng)的操作管理及維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)降低至最低程度。 如圖1.2為水泥廠生產(chǎn)線工藝流程圖。 圖1.2 水泥廠生產(chǎn)線工藝流程圖1.3.1 水泥生產(chǎn)工業(yè)簡(jiǎn)介水泥的新型干法生產(chǎn)線由生料制備系統(tǒng)、生料均化系統(tǒng)、窯尾燒成系統(tǒng)、窯頭燒成

9、系統(tǒng)和成品包裝系統(tǒng)組成。生料制備系統(tǒng)由原料配料和生料粉磨組成，用于生產(chǎn)合格的生料。粉磨過(guò)的生料由提升機(jī)經(jīng)庫(kù)頂空氣輸送斜槽送入生料均化庫(kù)。來(lái)自均化庫(kù)的生料通過(guò)氣力提升泵輸送到旋風(fēng)式預(yù)熱器內(nèi)，通過(guò)五級(jí)預(yù)熱器的負(fù)壓作用使物料充分預(yù)熱后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行煅燒。窯頭燒成系統(tǒng)由喂媒系統(tǒng)和熟料生成系統(tǒng)組成。原煤由煤磨磨制成煤粉后存儲(chǔ)在煤粉倉(cāng)中，通過(guò)流量計(jì)由煤風(fēng)機(jī)和凈風(fēng)機(jī)將煤粉和空氣的混合物向窯頭喂煤。經(jīng)過(guò)煅燒和化學(xué)反應(yīng)的生料在窯頭形成球狀熟料。球狀熟料經(jīng)窯頭罩進(jìn)入單筒冷卻機(jī)冷卻后由鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)送到熟料磨進(jìn)行粉磨，然后由提升機(jī)入熟料庫(kù)。最后成品包裝系統(tǒng)將散裝庫(kù)中不同型號(hào)的水泥通過(guò)包裝機(jī)包裝成成品。該系統(tǒng)的主要設(shè)備包

10、括：螺旋給料機(jī)、各種風(fēng)機(jī)、增濕塔、窯主電機(jī)、各種調(diào)節(jié)閥和變頻器，還有眾多的智能檢測(cè)儀器。設(shè)備布局比較分散，因此應(yīng)該選用能夠遠(yuǎn)距離傳輸?shù)募⒖刂葡到y(tǒng)。生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵部分生料均化系統(tǒng)、窯尾燒成系統(tǒng)和窯頭燒成系統(tǒng)采用了自動(dòng)化控制，由操作員在中控室集中進(jìn)行操作和監(jiān)控。1.3.2 水泥廠dcs系統(tǒng)組成及原理 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.3所示：系統(tǒng)在總體上是縱向分層、橫向分散的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為廠長(zhǎng)管理級(jí)、工程師管理級(jí)、操作員管理級(jí)、過(guò)程控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)。 圖1.3系統(tǒng)原理圖該系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)可靠、節(jié)省投資、提高效益?；谶@種思想該生產(chǎn)線采用了plc 型集散控制系統(tǒng)，完成了從生料進(jìn)窯到熟

11、料入庫(kù)的整條生產(chǎn)線的自動(dòng)控制。采用集散控制后，真正做到分散控制、集中管理、危險(xiǎn)分散。設(shè)備出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)能夠按照預(yù)先編制好的程序自動(dòng)停止相關(guān)設(shè)備，并發(fā)出聲光報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)處理，以免影響生產(chǎn)。對(duì)一些重要的參數(shù)和報(bào)警，系統(tǒng)能夠自動(dòng)生成歷史記錄和歷史趨勢(shì)。操作人員和技術(shù)人員可以隨時(shí)查詢歷史數(shù)據(jù)，隨時(shí)了解生產(chǎn)情況。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析提出新工藝，新方法，以不斷提高水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量。2 數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)2. 1通信系統(tǒng)組成2.1.1通信系統(tǒng)模型傳輸信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和稱為通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)4的一般模型如圖2.1所示。通信系統(tǒng)有以下幾部分組成: 圖2.1通信系統(tǒng)的一般模型1） 信息源和收信者

12、：根據(jù)信息源輸出信號(hào)的性質(zhì)不同可分為模擬信源和離散信源。模擬信源輸出連續(xù)幅度的信號(hào)離散信源輸出離散的符號(hào)序列或文字。模擬信源可通過(guò)抽樣和量化變換成離散信源。2） 發(fā)送設(shè)備：發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和傳輸媒介匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的信號(hào)變換為便于傳送的信號(hào)形式，送往傳輸媒介。調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，發(fā)送設(shè)備常常由可分為信道編碼與信源編碼兩部分。信源編碼將連續(xù)信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào);而信道編碼則是使數(shù)字信號(hào)與傳輸媒介匹配，提高傳輸?shù)目煽啃院陀行?。發(fā)送設(shè)備還包括為達(dá)到特殊處理所要求的各種處理，如多路復(fù)用、保密處理、糾錯(cuò)處理等。3） 傳輸媒介：從發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳輸所經(jīng)

13、過(guò)的媒介。當(dāng)數(shù)據(jù)通過(guò)媒介時(shí)必然將引入干擾，如熱噪聲、脈沖干擾、衰落等。媒介的固有特性和干擾特性直接關(guān)系到變換的選取。4） 接收設(shè)備：接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解碼、譯碼、解密等。它的任務(wù)是從帶有干擾的信號(hào)中正確恢復(fù)出原始信息來(lái)，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確的分路。以上所述是單向通信系統(tǒng)，但在大多數(shù)場(chǎng)合下，信源兼為收信者，通信的雙方需要隨時(shí)交換信息，因而需要雙向通信。此外，通信系統(tǒng)除完成信息傳遞外，還必須進(jìn)行信息的交換，傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)共同組成了一個(gè)完整的通信系統(tǒng)，乃至通信網(wǎng)絡(luò)。2.1.2通信系統(tǒng)的性能度量 通信的任務(wù)是傳遞信息，因此傳輸信息的有效性和可

14、靠性是通信系統(tǒng)最主要的質(zhì)量指標(biāo)。有效性是指在給定信道內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，而可靠性是只接收信息的準(zhǔn)確程度。這兩者是相互矛盾而又相互聯(lián)系的，通常是可以互換的。 模擬通信系統(tǒng)的有效性可用有效傳輸頻帶來(lái)度量，同樣的消息用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度?？煽啃杂媒邮斩俗罱K輸出信噪比來(lái)度量。 對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)，有效性可用信息傳輸速率來(lái)衡量。二進(jìn)制數(shù)字消息的信息速率用b/s(比特/秒)作單位。比特(bit)是信息量單位，當(dāng)二進(jìn)制數(shù)字0,1取值等概率時(shí)，傳送一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字其信息量就等于1bit。信息速率常稱比特率。顯然，當(dāng)信道一定時(shí)，信息速率愈高，有效性也就愈好。為了提高有效性，可以采用多進(jìn)制傳輸

15、，此時(shí)每個(gè)碼元攜帶的信息量超過(guò)1bit。若碼元速率為，信息速率為，每個(gè)碼元有n種可能采用的符號(hào)，則它們之間的關(guān)系為: (b/s) 或 (b/s) (式2-1)數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性可用錯(cuò)誤率來(lái)衡量。誤碼率 ： (式2-2)誤碼元率 ： (式2-3) 有時(shí)將誤比特率稱為誤信率，誤碼元率稱為誤符號(hào)率。2. 1. 3數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的主要技術(shù)51）傳輸信道 傳輸信道指的是以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通路，它是傳輸數(shù)據(jù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。信道特性的好壞，對(duì)傳輸系統(tǒng)及系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)具有決定性的影響。因此設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的第一步就是要選擇合適的信道，并詳細(xì)地調(diào)查了解信道的特征。數(shù)據(jù)傳輸最常用的信道分有線和無(wú)線兩種。 信道既

16、給數(shù)據(jù)傳輸以通路，又給數(shù)據(jù)傳輸以限制。由于各種實(shí)際因素，信道提供的頻帶總是有限的，信道特性總是不完善的.數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)信道時(shí)，往往發(fā)生振幅失真和相位失真，從而產(chǎn)生波形失真。除失真外，信號(hào)功率也由于信道的損耗而下降。而且，數(shù)據(jù)信號(hào)還被信道中一切不需要的和不確定的電擾動(dòng)所損害，這些擾動(dòng)稱為噪聲或干擾。信道對(duì)信號(hào)的某些損害可以設(shè)法消除或補(bǔ)償，但噪聲或干擾對(duì)信號(hào)的影響不能完全消除，因此，從這個(gè)意義上說(shuō)，傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是盡可能地抑制噪聲或干擾的不良作用。常見(jiàn)的對(duì)信道的描述有二進(jìn)制對(duì)稱信道模型(bsc)和修正二進(jìn)制對(duì)稱信道(gbsc)，木文的誤碼率計(jì)算也以這兩個(gè)模型為準(zhǔn)，其后還給出香農(nóng)公式及信道容量

17、。 二進(jìn)制對(duì)稱信道模型(bsc ) 由于目前在信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列基木上是二進(jìn)制序列，因此在信道中產(chǎn)生的錯(cuò)誤不外乎是0錯(cuò)成1或1錯(cuò)成0。但無(wú)論哪一種錯(cuò)誤，在差錯(cuò)序列中這一位的取值均為1。若0錯(cuò)成1和1錯(cuò)成0的概率相等，則我們稱這種信道為對(duì)稱二進(jìn)制信道(bsc)。若信道是隨機(jī)的，則稱它為隨機(jī)二進(jìn)制對(duì)稱信道。一般情況下，若無(wú)特別說(shuō)明，就用bsc來(lái)表示隨機(jī)二進(jìn)制對(duì)稱信道，它是最早提出的一個(gè)信道模型。如圖2.2所示。 圖2.2 bsc信道模型 該信道模型中只有一個(gè)參數(shù)，它就是0錯(cuò)成1或1錯(cuò)成0的概率，稱為信道轉(zhuǎn)移概率，也就是人們常說(shuō)的誤碼率。由于bsc模型完全由一個(gè)參數(shù)確定，在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算時(shí)特別簡(jiǎn)便

18、，并且也基本上符合某些實(shí)際信道的差錯(cuò)特性，故該信道模型用得非常廣泛，往往以它為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算各種差錯(cuò)控制方式和各種糾錯(cuò)碼的性能。 在bsc中，對(duì)于長(zhǎng)度為m個(gè)碼元的數(shù)據(jù)碼組，碼組不錯(cuò)的概率p(n, 0),錯(cuò)組概率p(n,)也稱誤組率 ，出現(xiàn)m個(gè)錯(cuò)誤的概率p(n ,m)以及出現(xiàn)等于和大于m個(gè)錯(cuò)誤的概率p(n, , m)分別為: (式2-4) (式2-5) (式2-6) (式2-7)概率p(n，m)服從二項(xiàng)式分布，當(dāng)n很大時(shí)近似為泊松分布，即: (式2-8)若n很大，且，則近似可寫為p(n,) (式2-9) 修正二進(jìn)制對(duì)稱信道(gqsc) bsc模型雖然計(jì)算簡(jiǎn)單，但并不符合大多數(shù)實(shí)際信道差錯(cuò)序列的0,

19、1分布情況，如在有線及大多數(shù)無(wú)線信道中，錯(cuò)誤往往以突發(fā)形式出現(xiàn)，表現(xiàn)在差錯(cuò)序列中1的出現(xiàn)是密集而不是隨機(jī)的。因此為了描述這種信道，對(duì)原來(lái)bsc模型加以修正，增加一個(gè)反映信道錯(cuò)誤密集情況的參數(shù)，這樣既保持了原來(lái)bsc模型計(jì)算簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，又反映了實(shí)際信道錯(cuò)誤密集的情況，這就是所謂的修正二進(jìn)制對(duì)稱信道模型，簡(jiǎn)稱gbsc模型。gbsc模型由誤碼率和錯(cuò)誤密集指數(shù)a決定。其中錯(cuò)誤密集指數(shù)a反映了錯(cuò)誤密集的情況，也就是反映了差錯(cuò)序列中出現(xiàn)1的密集程度，a處在0和1之間。不同的信道，并不相同，它通常由實(shí)標(biāo)測(cè)量決定。若a=0，則認(rèn)為錯(cuò)誤不相關(guān)，也就是bsc情況:若a=1，說(shuō)明錯(cuò)誤完全相關(guān)。如果我們知道了信道的和

20、a，則可以很容易地計(jì)算各種概率。下面給出計(jì)算各種概率的公式。 (式2-10) (式2-11) (式2-12) (式2-13) 僅當(dāng)m / n2)。2）連續(xù)相位頻移鍵控(cp-fsk) cp-fsk信號(hào)在碼元轉(zhuǎn)換瞬問(wèn)沒(méi)有相位突跳，因而信號(hào)頻譜在頻帶之外的滾降加快。這類信號(hào)所占用的頻帶可以比相移鍵控小，在解調(diào)時(shí)如果采用遲延判決(增大觀察區(qū)間)，還可能獲得比相移鍵控更好的抗噪聲性能。 cp-fsk可分為兩類:一類是全響應(yīng)cp-fsk，其基帶脈沖的響應(yīng)限制在一個(gè)比特間隔；另一類是部分響應(yīng)cp-fsk，其基帶脈沖的響應(yīng)寬于一個(gè)以上的比特間隔。前者的頻譜在帶外的滾降加快，但主瓣較寬，后者的頻譜既有窄的主瓣

21、，又有快的帶外滾降。3）最小頻移鍵控(msk) msk是一種日益受人們重視的調(diào)制方式。msk是全響應(yīng)cp-fsk的特殊情況，其調(diào)制指數(shù)h=0.5。這種調(diào)制方式能獲得與psk相同的性能，而且具有cp-fsk所固有的良好頻譜特性。msk的另一優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)自同步比較簡(jiǎn)單。最小頻移鍵控也叫做快速頻移鍵拌(ffsk)。“最小”二字指的是這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)(h=0.5)獲得正交信號(hào)，而“快速”二字指的是這種調(diào)制方式，對(duì)于給定的頻帶，能比psk傳送更高的比特速率。4）高斯濾波最小頻移鍵控(gmsk) msk雖然是一種性能優(yōu)良的調(diào)制方式，并且己在實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用，但是就其頻譜特性來(lái)說(shuō)，由于主瓣

22、較寬，副瓣也大，因而還達(dá)不到某些窄帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)的要求。為此人們?cè)趍sk的基礎(chǔ)上，采用高斯濾波器，對(duì)輸入到調(diào)制器的基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，這就形成了高斯濾波最小頻移鍵控。 gmsk信號(hào)具有優(yōu)良的頻譜特性和較好的抗干擾性，通過(guò)改變高斯濾波器的帶寬，可改變已調(diào)信號(hào)的頻譜分布，以適應(yīng)不同通倍系統(tǒng)的要求.這種調(diào)制方式在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中己獲成功應(yīng)用。2.2.3相位調(diào)制(pm)1) 相移鍵控(psk) psk調(diào)制方式的主要優(yōu)點(diǎn)是具有良好的抗噪聲性能。psk有兩種不同的形式:相干相移鍵控(psk)、差分相移鍵控(dpsk)。相干相移鍵控信號(hào)必須用相干解調(diào)，差分相移鍵控可以用相干解調(diào)，也可以用差分相干解調(diào)。多相相移

23、鍵控(m-psk)也發(fā)展得較快，其中，四相相移鍵控(4psk或qpsk)和八相相移鍵控(spsk)是最常見(jiàn)的多相相移鍵控。多于八相的相移鍵控，因?yàn)榭垢蓴_性能差，并不可取。 2) 偏置鍵控一四相相移鍵控(ok-qpsk) ok-qpsk是4psk的改進(jìn)型，也叫做交錯(cuò)四相相移鍵控(s-4psk)。其優(yōu)點(diǎn)是可以限制信號(hào)在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相位突變量，不會(huì)超過(guò)，從而能減小信號(hào)經(jīng)過(guò)帶限系統(tǒng)所引起的包絡(luò)起伏。3) 偏轉(zhuǎn)四相相移鍵控(-qpsk) -qpsk也是一種能限制信號(hào)相位突變量(不超過(guò))的調(diào)制方式。-qpsk的優(yōu)點(diǎn)是其信號(hào)可以進(jìn)行有效的非相干檢測(cè)，這對(duì)于在移動(dòng)環(huán)境中難以提取相干載波的條件下實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)，

24、是有實(shí)用意義的。-qpsk近年來(lái)得到了人們的重視，己被選做數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的調(diào)制方式。 以上對(duì)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。其中msk具有較多的優(yōu)點(diǎn)，如msk在比特轉(zhuǎn)換時(shí)不存在相位的急劇變化；msk在為滿足帶寬要求而頻帶受限時(shí)，信號(hào)的包絡(luò)不會(huì)出現(xiàn)有過(guò)零的現(xiàn)象，包絡(luò)能保持其恒定性;msk的解調(diào)和同步電路也很簡(jiǎn)單，所以在設(shè)計(jì)中無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中采用了msk調(diào)制方式，滿足無(wú)線通信的要求。2.3 數(shù)據(jù)的串行通信 串行通信67同并行通信相比，雖然速度低，因其較遠(yuǎn)的傳輸距離而廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中。本文中無(wú)線控制子系統(tǒng)的調(diào)度機(jī)就是通過(guò)串行通信來(lái)完成與上位機(jī)交互的，下面就數(shù)據(jù)串行通信的幾個(gè)主要方面進(jìn)

25、行介紹。2.3.1串行通信協(xié)議 通信協(xié)議是為了保證通信的正確，通信雙方都必須遵守的一種約定。在通信中通信協(xié)議至觀重要。通過(guò)協(xié)議的約定，對(duì)數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等作出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_執(zhí)行。通信協(xié)議也叫做通信控制規(guī)程，它屬于iso/osi七層參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層。目前，采用的串行通信協(xié)議有兩類:異步通信和同步通信協(xié)議。1) 異步串行通信協(xié)議 異步串行通信時(shí)，每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的信息，可以隨機(jī)地出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中，即每個(gè)字符出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中的相對(duì)時(shí)間是任意的。然而，一個(gè)字符一旦開(kāi)始出現(xiàn)以后，字符中各位則是以預(yù)先固定的時(shí)鐘傳輸

26、。因此，異步通信方式的“異步”主要體現(xiàn)在字符與字符之間，至于同一字符內(nèi)部的位與位之間卻是同步的。為了確保異步通信的正確性必須找到一個(gè)方法，使收發(fā)雙方在隨機(jī)傳送的字符與字符之間實(shí)現(xiàn)同步。這種方法就是在字符格式中設(shè)置起始位與停止位。接收器檢測(cè)到起始位就知道字符到達(dá)，接收器檢測(cè)到停止位就知道字符己結(jié)束。由于這種通信協(xié)議是靠起始位和停止位來(lái)進(jìn)行字符同步的，所以有時(shí)也稱之為起止式協(xié)議。所以，一個(gè)字符單位除了表示字符信息的數(shù)據(jù)位外，還有若干附加位，如2.3圖所示。 圖2.3 異步通信字符傳輸格式2) 同步串行通信 由于異步通信每傳送一個(gè)字符都加起、止信號(hào)等附加位，使其傳輸效率比較低，因此異步通信一般用在數(shù)

27、據(jù)速率較慢的場(chǎng)合。在高速傳送時(shí)，一般應(yīng)采取同步協(xié)議。目前國(guó)際上比較通用的鏈路級(jí)同步通信規(guī)程有面向字符型(character-oriented)和面向比特型( bit-oriented)兩大類。 面向字符的同步協(xié)議這種協(xié)定的特點(diǎn)是一次傳送由若干個(gè)字符組成的數(shù)據(jù)塊，而不是只傳送一個(gè)字符，并規(guī)定了10個(gè)特殊字符作為這個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)頭與結(jié)束標(biāo)志以及整個(gè)傳輸過(guò)程的控制信息，它們也叫通信控制字。由于被傳送的數(shù)據(jù)塊是由一序列字符組成的，故被稱作面向字符的協(xié)議。協(xié)議的一幀數(shù)據(jù)格式，如圖2.4所示。數(shù)據(jù)幀由幾個(gè)控制字開(kāi)始緊跟著數(shù)據(jù)位數(shù)相同的各字符(l n),最后以校驗(yàn)字段結(jié)束。 圖2.4 bsc的幀數(shù)據(jù)格式 在面

28、向字符同步協(xié)議的幀格式中規(guī)定的10個(gè)通信字符的定義如圖2.5。 圖2.5 bsc規(guī)程的傳輸控制字符集 面向字符的同步通信有別于異步通信的特點(diǎn)是，它允許連續(xù)發(fā)送一序列字符，而每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位數(shù)都相同，且沒(méi)有起始位和停止位。通常，一個(gè)數(shù)據(jù)幀內(nèi)包含成百甚至上千個(gè)字符，而附加的控制信息僅幾個(gè)字符。這樣，附加信息只占約1%。然而在異步傳輸中，一個(gè)字符幀內(nèi)附加位約占20。因此，面向字符的同步傳輸效率要比異步傳輸高得多。由于在面向字符的同步通信協(xié)議中采用了一些傳輸控制字，從而增強(qiáng)了通信控制能力和校驗(yàn)?zāi)芰?，但也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，例如如何區(qū)別數(shù)據(jù)字符代碼和特定字符代碼的問(wèn)題，如果在數(shù)據(jù)塊出現(xiàn)與特定的通信控制字符代

29、碼完全相同的數(shù)據(jù)字符，這就會(huì)發(fā)生誤解。因此，通信協(xié)議應(yīng)具有將特定字符作為普通數(shù)據(jù)處理的能力，這種能力叫做“數(shù)據(jù)透明”。為此，協(xié)議中設(shè)置了轉(zhuǎn)義定符dle (data link escape)。當(dāng)把一個(gè)字符看成是數(shù)據(jù)時(shí)，就要在它前面加一個(gè)dle，每當(dāng)接收器收到一個(gè)dle，就可預(yù)知下一個(gè)字符是數(shù)據(jù)字符。但是，由于die本身也是特定字符，當(dāng)它出現(xiàn)在數(shù)據(jù)塊時(shí)，也要在它前面加上另一個(gè)dle。這種方法稱為字符填充，而字符的填充與字符的編碼有關(guān)，故實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)麻煩。為了克服以上的缺點(diǎn)，提出了面向比特的同步協(xié)議。 面向比特的同步協(xié)議 面向比特的同步傳輸又稱作二進(jìn)制同步傳輸。在面向比特的同步協(xié)議中，最有代表性的同

30、步協(xié)議有如下三種: a. 同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程sdlc (synchronous data link control) b. 局級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程hdlc(high level data link control) c. 先進(jìn)數(shù)據(jù)通信規(guī)程adccp( advanced data communication control procedure )這些協(xié)議的特點(diǎn)是所傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)可以是任意位，而且它是靠約定的位組合模式而不是靠特定字符來(lái)標(biāo)志幀的開(kāi)始和結(jié)束。這些協(xié)議的一幀格式如圖2.6所示，該傳輸格式中不是以字符而是以二進(jìn)制位為最小傳輸單位，故稱為“面向比特”的協(xié)議。 圖2.6 hdlc/sdlc幀

31、信息格式(1) hdlc /sdlc的標(biāo)志字符 hdlc/ sdlc協(xié)議規(guī)定，所有信息傳輸必須以一個(gè)標(biāo)志符開(kāi)始，且以同一個(gè)標(biāo)志符結(jié)束。這個(gè)標(biāo)志字符是01111110，稱為標(biāo)志位(flag)。從開(kāi)始標(biāo)志到結(jié)束標(biāo)志之間部分構(gòu)成一個(gè)完整的信息單位，稱為一幀(frame)。所有的信息是以幀的形式傳輸?shù)?，而?biāo)志字符提供了每一幀的邊界。接收端可以通過(guò)搜索01111110來(lái)確定幀的開(kāi)頭和結(jié)束，以此建立幀同步。 (2)地址字段和控制字段 在標(biāo)志位之后，可以有一個(gè)地址字段a(address)和一個(gè)控制字段c(control)。地址字段用來(lái)規(guī)定與之通信的次站的地址?？刂谱侄慰梢?guī)定若干個(gè)命令。hdlc允許a字段可為

32、任意長(zhǎng)度，c字段可為8位或16位。(3)信息字段(數(shù)據(jù)字段) 信息、字段包含有要傳送的數(shù)據(jù)，并不是每一幀都必須有信息、字段。即信息字段可以為0，這一種幀通常是控制幀。(4)幀校驗(yàn)字段 在信息場(chǎng)之后的是兩字節(jié)的幀校驗(yàn)字段，幀校驗(yàn)字段稱為fc(frame check)或稱為幀校驗(yàn)序列fcs(frame check sequence)。hdlc/sd lc均采用16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼crc，其生成多項(xiàng)式為ccitt多項(xiàng)式。除了標(biāo)志位和自動(dòng)插入的“0”位外，所有的信息都參加crc計(jì)算。本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議就是采用了hdlc規(guī)程，來(lái)保證數(shù)據(jù)的可靠、有序的傳輸。下面我們介紹串行通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)rs-232.2

33、.3.2 rs-232c標(biāo)準(zhǔn) rs-232c8標(biāo)準(zhǔn)最初是為遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備dte與數(shù)據(jù)通信設(shè)備dce而制定的，其適用于數(shù)據(jù)傳輸率為0-20kb/s范圍內(nèi)的通信。但目前己廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與終端或外設(shè)之間的近端連接。這個(gè)標(biāo)難對(duì)串行通信接口的物理特性:信號(hào)功能、電氣特性和機(jī)械特性都作了較明確的規(guī)定。 rs-232c為了提高抗干擾能力和增加傳送距離，選擇-15v 3v和+3v+15v這個(gè)范圍而不采用ttl邏輯。由于傳號(hào)和空號(hào)狀態(tài)用反邏輯電平來(lái)表示，其間最少有6v的電壓差，所以極大地提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。rs-232c異步串行通信的最大傳輸速率和最大傳輸線長(zhǎng)度是相互制約的兩項(xiàng)性能指標(biāo)。即可靠

34、的最大傳輸速率隨傳輸距離的增加而減小?？煽康淖畲髠鬏旈L(zhǎng)度也隨傳輸速率的增加而減小。當(dāng)傳輸距離很短時(shí)，最大化輸速率可以很高;同樣當(dāng)傳輸速率很低時(shí)，最大傳輸距離可以很長(zhǎng)。用戶可以根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的最大傳輸速率和最大傳輸線長(zhǎng)度。對(duì)于短距離通信可通過(guò)rs-232接口直接通信。rs-232一般有兩種接線方法:反饋與交又相結(jié)合的連接法;一種是簡(jiǎn)單的三線連接法，如圖2.7。 （a） （b） 圖2.7反饋與交叉結(jié)合的連接法（a）與三線連接法（b） 在一般的雙機(jī)短距離通信中，只需用到3根最基本的信號(hào)線:發(fā)送數(shù)據(jù)線、接收數(shù)據(jù)線和信號(hào)地線。本設(shè)計(jì)就是采用的三線制連接的.。 串行通信除了rs232標(biāo)準(zhǔn)外，還有高抗

35、干擾性能的rs422和rs485標(biāo)準(zhǔn)。它們通過(guò)平衡方式傳輸數(shù)據(jù)，大大的增強(qiáng)了抗共模干擾的能力，因此數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率和距離都有明顯提高。故在現(xiàn)場(chǎng)干擾較強(qiáng)或傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)改用rs-422或rs-485。 2.4數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信 本設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程維護(hù)子系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)參數(shù)，在遠(yuǎn)端再現(xiàn)控制現(xiàn)場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)的功能。這里先介紹tcp/ip910網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型，然后就數(shù)據(jù)傳輸中的安全性問(wèn)題，對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)加密進(jìn)行一些討論。 2.4.1 tcp/ i p參考模型 osi協(xié)議模型定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)劃分了各層的功能，為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，而tcp/ip協(xié)議做為事實(shí)上的通信標(biāo)準(zhǔn)己廣泛應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中。

36、tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是分不同層次進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，每一層分別負(fù)責(zé)不同的通信功能，是一個(gè)協(xié)議蔟，tcp/ip協(xié)議通常被認(rèn)為是一個(gè)四層協(xié)議系統(tǒng)，如圖2.8所示。 圖2.8 tcp/ip協(xié)議層次結(jié)構(gòu)1) 鏈路層 在tcp/ip協(xié)議族中，鏈路層主要完成三個(gè)目的:為ip模塊發(fā)送和接收ip數(shù)據(jù)報(bào);為arp模塊發(fā)送arp請(qǐng)求和接收arp應(yīng)答:為rarp發(fā)送請(qǐng)求和接收ra rp應(yīng)答。tcp/ip協(xié)議支持多種不同的鏈路層協(xié)議。2) 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層也稱互連網(wǎng)層，處理分組在網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)，如分組的選路。在tcp/ip協(xié)議族中，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括ip協(xié)議，icmp協(xié)議，以及igmp協(xié)議。ip協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層的主要協(xié)議，同時(shí)被tcp和u

37、dp使用。tcp和udp的分組數(shù)據(jù)同ip路由選擇在互連網(wǎng)中傳輸。icmp是ip協(xié)議的附屬協(xié)議，ip層用它來(lái)與其它主機(jī)和路由器交換報(bào)文和其他重要信息，igmp是internet組管理協(xié)議，用來(lái)把udp數(shù)據(jù)報(bào)多播到多個(gè)主機(jī)。3) 傳輸層 傳輸層主要為兩臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。在tcp/ip協(xié)議族中，有兩個(gè)互不相同的傳輸協(xié)議:tcp(傳輸控制協(xié)議)和udp(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)。tcp為兩臺(tái)主機(jī)提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。它所做的工作包括把應(yīng)用程序交給它的數(shù)據(jù)，分成合適的小塊交給下面的網(wǎng)絡(luò)層，確認(rèn)接收到的分組，設(shè)置發(fā)送最后確認(rèn)分組的超時(shí)時(shí)鐘等。由于傳輸層提供了高可靠性的端到端的通信，因此應(yīng)用層可

38、以忽略所有這些細(xì)節(jié)。而另一方面，udp則為應(yīng)用層提供一種非常簡(jiǎn)單的服務(wù)。它只是把稱作數(shù)據(jù)報(bào)的分組從一臺(tái)主機(jī)發(fā)送到另一臺(tái)主機(jī)，但并不保證該數(shù)據(jù)報(bào)能到達(dá)另一端。任何必需的可靠性必須由應(yīng)用層來(lái)提供。這兩種運(yùn)輸層協(xié)議分別在不同的應(yīng)用程序中有不同的用途。4) 應(yīng)用層 應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)，提供下而這些通用的應(yīng)用程序:telnet遠(yuǎn)程登錄、ptp文件傳輸協(xié)議、smtp簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議、snmp簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。tcp/ip協(xié)議定義了詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)連接過(guò)程和控制方式，這里不做詳細(xì)論述。 2.4.2網(wǎng)絡(luò)安全 在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的安全性十分重要。以下先討論網(wǎng)絡(luò)安全模型。 1) 網(wǎng)絡(luò)安全模型如圖2.

39、9。 圖2.9網(wǎng)絡(luò)安全的模型 一個(gè)消息跨越互連網(wǎng)從一方傳送到另一方，收發(fā)雙方是該事務(wù)的責(zé)任人，他們必須就所發(fā)生的交換進(jìn)行協(xié)調(diào)。通過(guò)互連網(wǎng)確定從源到目的地的路由以及通過(guò)兩個(gè)責(zé)任收發(fā)者的通信協(xié)議，即可以創(chuàng)建一條邏輯信息信道。當(dāng)希望保護(hù)信息傳輸時(shí)，就可通過(guò)安全性變換來(lái)提供保護(hù)。提供安全性的技術(shù)可分為兩個(gè)部分：a 將被發(fā)送的信息進(jìn)行安全性相關(guān)的變換，包括消息的加密，通過(guò)加密攪亂了該消息，對(duì)手不可讀:增加基于該消息內(nèi)容的代碼，使之能夠用于證實(shí)發(fā)送者的身份。b. 由兩個(gè)責(zé)任者共享的某些秘密信息，但希望不為對(duì)手所知。如加密密鑰，該密鑰是連接在傳輸前攪亂消息的變換和接收之后使之恢復(fù)原狀的變換的紐帶。 這個(gè)模型

40、表明，在設(shè)計(jì)特殊安全性服務(wù)時(shí)應(yīng)完成四個(gè)基本任務(wù)：第一是設(shè)計(jì)一個(gè)算法來(lái)執(zhí)行安全性相關(guān)的轉(zhuǎn)換，該算法應(yīng)當(dāng)使對(duì)手不能破壞該算法的目的；第二是生成用于該算法的秘密信息；第三是研制秘密信息的分布和共享方法；第四是指定由兩個(gè)責(zé)任者使用的協(xié)議，該協(xié)議利用安全算法和秘密信息以取得一種特殊的安全服務(wù)。2) 數(shù)據(jù)加密模型 圖2.10常規(guī)加密的簡(jiǎn)化模型 圖2.10顯示了常規(guī)加密過(guò)程，明文被轉(zhuǎn)換為表面上看來(lái)是無(wú)規(guī)則和無(wú)意義的密文。加密過(guò)程由算法和密鑰組成，密鑰是獨(dú)立于明文的值。算法根據(jù)當(dāng)時(shí)所使用的特定密鑰產(chǎn)生不同的輸出，改變密鑰就改變了算法的輸出。一旦產(chǎn)生了密文，該密文就能夠被用于傳輸。在接收方，通過(guò)使用解密算法和用

41、于加密的相同密鑰，該密文能夠被轉(zhuǎn)換回最初的明文。 常規(guī)加密的安全性取決于加密算法必須足夠強(qiáng)大，使得僅根據(jù)密文就能破譯出消息是不切實(shí)際的.除此以外，常規(guī)加密的安全性取決于密鑰的安全性，而不是算法的安全性。這就是說(shuō)，基于密文加上加密/解密算法的知識(shí)能破譯出消息的做法是不現(xiàn)實(shí)的。因此不必為算法保密，僅需對(duì)密鑰保密。2.5差錯(cuò)控制數(shù)據(jù)傳輸中需要通過(guò)差錯(cuò)控制來(lái)降低數(shù)據(jù)的誤碼率，提高通信的質(zhì)量。下面介紹差錯(cuò)控制。2. 5. 1常用檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼 數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)檢錯(cuò)、糾錯(cuò)碼來(lái)提高通信質(zhì)量是一個(gè)重要的通信手段。檢錯(cuò)和糾錯(cuò)碼又根據(jù)不同的應(yīng)用要求，分為很多的類型。下面只介紹和本文相關(guān)的線性分組碼和循環(huán)碼。1) 線性分組碼 要使碼組具有一定的檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力，必須在它們中加進(jìn)一定的多余碼元。從信源送出的信息元，先按組進(jìn)行劃分，然后對(duì)各信息組按一定規(guī)則加入多余碼元，則這種按組進(jìn)行編碼的方法稱為分組編碼。 一個(gè)(n，k)分組碼，表示碼組長(zhǎng)為n，其中有位信息元，n-k個(gè)校驗(yàn)元。長(zhǎng)為n的所有二進(jìn)制組(