计算机网络技术类论文范文
计算机网络技术类论文范文
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计算机网络技术类论文范文篇一
《 广播传输中 》
近年来，3G网络技术大力发展，服务质量越来越高，为广播传输提供了一种新的途径，且成本较低，因此在广播电视领域，逐渐受到重视和青睐，但由于该属于新兴技术，许多方面并不是十分成熟，如难以同时在稳定性、实时性及音频质量上均达到理想的状态，如近年来出现的各种网络电话，乃至“微信”，“QQ语音”等技术，均难以保证稳定的，高清的通话。相对于国外某些发达国家，我国3G传输中延迟和中断等问题严重很多，原因主要在于3G网络基础建设质量欠缺以及3G用户过多而导致的带宽不足。
1音频传输方案介绍
1)卫星传输。卫星传输是一种常用的广播电视转播手段，能够保证足够的带宽且实时性好。其转播过程一般比较简单，转播车将采访到的音频和视频数据通过卫星实时传播到电台即可。但该传播方式的不足之处在于价格昂贵，转播装置笨重，需车载，且极易受到天气情况的影响。
2)3G网络传输相对于卫星传输，3G网络传输成本低得多，而且一般受天气情况影响不大，并且小巧便携，应用前景十分可观。一般来说，3G网络传输过程如下：首先，3G传输器采集并处理音频信号并传送到基站，接着基站通过网关将经过处理过的数据送到以太网，电台服务器从以太网收到传送过来的音频压缩数据，解压、处理，最后播放。一般来说，3G音频传输系统还有以下几个值得改进的地方：第一，传输质量不高。高清的音频需要较大的带宽，通常需要性能过硬的硬件才能保证系统的持续运行。对此，采用3G网络有丢失数据的可能。第二，实时性不好。3G网络在连续工作时难以保证足够的带宽，故采取丢包重发手段弥补，由此影响了传递音频信号的实时性。第三，卡顿。一是网络不够稳定，二是系统的解码方式的影响。第四，掉线。3G网络无法克服无线网络本身的不稳定，易受干扰的特点，故在网络拥挤时，掉线情况比较严重。有必要研究一个实时、稳定、高清的3G网络音频传输系统。
2系统设计
系统的传输端的工作流程如下所示：UDP接收端的构建→发射端的数据采集和处理→发射端通过3G网络，利用UDP协议向接收端传输音频数据→接收端对数据进行解压、处理并播放。和宽带相比，3G网络的不稳定性更加严重，故在传输数据时更容易出现堵塞、抖动、延时等情况而造成数据传输质量不好，接收端无法接收到及时、可靠、满意的信号。这些均是采用3G网络进行广播直播需要解决的问题。我们集合3G网络的特点，针对音频数据信号尝试了很多应对方案。第一，保证音频的传输质量。引进先进的音频压缩算法——Ogg算法，保证足够高的信号采样速率及压缩质量，最后达到足可保证音频传输质量的64kbps的音频码率。
第二，改善音频。引进UDP技术，UDP可以保证很高的信号传输速率及网络穿透能力，以此确保信号传输的实时性。第三，解决音频传输卡顿现象。确保音频信号接收、处理和播放的同步。一般来说，如果接收端解码速度慢于编码，数据就会挤压和堆积，时间越长，堆积越多，研究就会逐渐增大，影响信号的实时性;相反，若解码比编码快，那么当当前接收到的数据播完后，解码速度跟不上，没有新的数据信号传递过来，此时音频便会卡。实际上，编码和解码的速度是很难保证严格一致的，即便采用的晶振频率相同，但实际器件难免存在误差。对此，我们采用了PID算法进行解决，通过及时反馈对编码速度进行调控。首先，服务器一边解码音频信号，一边对解码器中剩下的数据量进行统计。如果统计量比设定的范围最大值还大，反馈信号到发射端将编码速度调低;如果统计量比设定的范围最小值还小，反馈信号到发射端将编码速度调高;如果在设定范围内，就保持不变。调节的灵敏度由设定范围的大小决定。
这样就将接收端的数据量控制在一定的水平范围内，能够在很大程度上解决了延迟和卡顿问题。第四，解决易掉线问题。采用的UDP的传输并非连接的收发方式，可能会出现数据失真或丢失的现象，但不会掉线。此外，引进热冗余手段，在成本允许的情况下，数据传输由几个终端同时进行，每个终端传输的信息一样，相互弥补某些短暂时刻的延迟和卡顿，最终是接收端得到一个较为满意的音频信号。另外，在发送端分包发送时对数据包编号，即使在发送过程中数据流顺序打乱了，接收后也能够还原发送的顺序。还可采用纠错码编码，通过接收后对错误数据进行纠正解决数据误传问题，避免重新发送。
编码速率的PID调节关于热冗余技术，这是一个解决数据传输延迟、丢失等问题，提高传输稳定性的一个重要的方法，在此对其着重介绍。简单来说，即采用两个或两个以上的相同模块进行数据传输，如此，就能接收到包含同一数据信号的两个数据包，两个数据包至少有一个是正常的就能保证整个数据流的完备性。这样可以大大减少因外在因素导致的数据错误和中断等问题。
另外，冗余的传输模块可采用不同运营商的商品，错开工作频率，可以弥补某些窄带对所有设备的干扰。UDP传输可能会出现数据失真或丢失的现象，可靠度不高。为解决这一问题，保证接受数据的实时性和完整性。采取数据多线程接受的方法。数据包被接收后放入FIFO中，接着提取并解码数据包，丢弃发现的错误包，仅留下正确的数据包，存入链表来进行排序，若有重复编号，则取其中一项即可，最后得到一个序号完整的无错误的数据流，并存入另一个FIFO中，并以页为单位通过页队列转入播放器中连续播放出来。
接收端数据处理流程。通过CRC32校验检查提取的Ogg页的完整性，通过Ogg格式对页的内容进行解析。对于正确完整的页，直接存进页连表同时于程序中进行备份。若下一页正确可以对该备份进行替换，如果不正确就继续播放该页，跳过下一页，听者一般不易感受到缺页，该方法可以使声音听起来更加连贯。
3实际测试试验
3.1试验准备
考虑广播音质要求，将编码采样率设为44.1kHz，采用15kHz低通滤波器，压缩品质为2;发射端采用1+1冗余模式，分别取联通和电信两个不同的运营商以错开频率;接收端主机为Win7系统，4G内存，2.1GHz主频。测试的主要项目包括单个发射端和2个发射端的比较，不同地区的比较，服务器采用同一个运营商和不同运营商的比较。我们分别选择北京、唐山和大庆作为测试地点，测试最长时间约10h。测试终端小巧轻便，主要包括天线、液晶屏、人机交互接口、LED等。PID调节控制收发端延迟约4s，约每2min进行一次反馈调节，调节幅度为0.4‰，以确保音频的不失真。
3.2试验结果分析
我们采用单个发射端人耳听到两次卡的间隔时间在几分钟到1小时范围内。采用2个发射端约在1小时到10小时，其中，北京地区时间最短，约为1h左右，唐山平均4h，大庆10小时内未出现卡的现象。由于篇幅限制，具体统计数据不予列出。结果提示，2个终端明显好于1个终端。当然终端越多，理论上效果越好，但成本也相对提高。另外，城市越发达，3G网络干扰越严重，3G音频传输效果反而不如相对不太繁华的城市。在服务器运营商选择方面，如果模块和服务器运营商不同，则模块掉线概率大(平均10min掉一次线);如果选择同一运营商，则掉线相对较少(平均75min掉一次线)。提示同一运营商之间的网络传输相对稳定。在系统搭建中，具体还需要根据不同地区的特点进行合理选取。
4结论
提高3G网络的广播直播系统的工作性能是一个综合工程，涉及到服务器、收发端、算法、运营商等多个因素。本文针对当前3G网络在广播直播系统应用普遍存在的问题进行了深入的研究，提出了几种解决方案，保证了实时、可靠、稳定、高清的传输音频，满足了广播直播的需要，该技术不仅可以尝试投入使用，还可以为视频传输提供技术支持。值得进一步推广并完善。
计算机网络技术类论文范文篇二
《 SDN软件定义网络技术发展 》
1前言
为了满足未来互联网业务的需要，互联网行业内已经形成了“当前是采取新的设计理念、创新网络体系构架的时候”的趋势，对以后网络的体系架构提出了本质上变革和多业务功能开发需。软件定义网络SDN的出现使得研究人员有了全新的研究理念。从SDN的提出、发展、基本理论介绍入手，对SDN的技术特征、逻辑构架作了相应的分析，对SDN的国内外研究现状与标准化进行作了适当的阐述，提出了未来发展过程中SDN面临的机遇与挑战，并对可能的探索方向作了相应的总结。
2SDN起源与概念
2006年，斯坦福大学开始实施“Clean-SlateDesignfortheInternet”项目，该项目的目标是探索与传统网络技术不一样的全新的互联网思想，解决现在基础网络构架的局限性，以高效地推动创新科技与新型网络技术的发展。在这个项目中，斯坦福大学的NickMcKeown教授和他的学生MartinCasado等设计了一种Ethane网络技术架构，它是向以流为基础的以太网交换机经过集中控制器发送路由策略与控制信息，实现对流的控制和路由的统一。之后NickMcKeown教授与MartinCasado等研究人员提出OpenFlow的理念，其基本观点是将现有网络设备的路由控制平面与数据转发平面相分离，以标准化接口的形式采取一个集中控制器对各种网络设施作相应的管理与配置，而这些网络设施只执行接收控制器的命令和转发操作。这种网络架构为网络资源灵活性设计、高效集中的管理和分布式的使用提供了强有力的支持，有效推动网络技术的进一步革新与发展。因为OpenFLow具备开发的网络编程接口，所以Ethane被业界普遍认为是SDN技术的起源与雏形理念。作为一种新兴互联网技术，SND经过对网络设施数据平面与控制平面的分离，将网络控制与资源调度能力抽象为应用程序接口(API:ApplicationProgrammingInterface)，并将其提供给应用层，从而构建了可编程的、具有开放性的互联网环境，在对各种底层网络资源虚拟化的前提下，能够对网络进行集中的管理与控制。与传统网络将控制系统嵌入到网络设施中相对比，SDN能够将网络设施的控制能力集中到中央控制器，经由互联网操作系统使得业务配置与网络控制更加自动化、更加灵活。
3SDN体系架构与标准化进程
3.1SDN体系架构
从现网数据通信路由交换设备设计上来看，它由控制、转发和管理三个平面组成，从功能逻辑上进行3个不同层次的划分，各负其责。其中控制层面需要支持的各种规范与协议，如IGP、BGP、Multi-Casting、QOS、TE、NAT、firewall、MPLS、等，已经使得路由器的实现与设计流程都非常复杂。SDN目的就是把整个网络的控制平面功能从传统网络设备硬件中剥离出来，由单独的服务器对网络的集中控制和管理。软件定义网络体系结构图，是ONF(OpenNetwork-ingFoundation:开放基金会)提出的SDN的典型构架，从上到下，SDN网络体系构架包括应用层、控制层与基础设备层3部分。其中应用层在上层，包含各种不同的应用与业务，控制层在中层，负责对网络资源的调度作相应的处理，对状态信息与网络拓补作适当的维护，基础设备层在下层，主要具有状态采集、数据转发与处理功能。SDN有两个关键的接口，分别是控制层与应用层之间的接口以及基础设备层与控制层之间的接口，这两个接口在SDN构架中占据十分重要的地位。其中，基础设备层中的经典互联网设施与控制层中控制软件之间的接口叫做控制数据面接口;应用层各个应用与控制层之间的接口叫做API接口;OpenFlow网络主要由3个部分组成，分别是：OpenFlow协议、安全通道与OpenFlow交换由流表。OpenFlow交换接到报文数据后，第一步是对流表作相应的查找，找到对应匹配的转发报文数据，并给出相关操作。如果没有找到表项匹配，就把报文数据转发到控制层中，让控制器负责其下一步的转发动作。控制器经过OpenFlow协议来操作，并对OpenFlow交换中的流表作相应的更新，从而能够集中对网络流量进行控制与管理。控制层对底层互联网基础资源作相应的抽象，为上层应用层提供全局的虚拟化视图，完全通过软件实现，脱离了网络控制功能与硬件网络设施之间的紧耦合捆绑。控制层为应用层提供了具备开放性的接口，能够对控制器执行编程操作，来实现对应用的网络流量以及各种流量模型的控制，从而方便网络对流量的感知，促进互联网智能化的实现。
3.2SDN架构的特征
从上述介绍中能够看出，归纳总结起来，SDN应具备的3大特点：
(1)集中化控制：通过SDN的三层结构，控制器的集中控制可以获取互联网状态的所有信息，并可以按照业务的实际需要对资源进行全局的优化与配置，例如负载平衡、QOS、流量工程等。与此同时，整个互联网通过集中控制功能能够在逻辑层面被看做是由一台网络设施执行维护与运行功能，不用到现场对物理设施作相应的配置，促进了网络维护与控制方便性的全面提升。
(2)开放接口：通过北向与南向接口的开放，使得网络能够与各类业务需要无缝衔接，经过开放接口人为灵活地使用编程的方式通知网络怎样工作才更能符合业务的需要，比如延迟、带宽、服务类型、计费等对路由的影响等。同时，通过可编程接口，可以使得用户自主对资源进行调用，对网络业务进行开发，使得新业务的上线周期明显缩短。
(3)网络资源虚拟化：通过南向接口的开放，能够对底层物理转发设施间的差别进行屏蔽，使得底层网络对上层应用具备较强的透明性。当物理网络与逻辑网络分离开后，逻辑网络能够按照实际业务的要求，在不受到物理设施所处位置的约束条件下进行迁移与配置。而且，逻辑网络还能够满足用户的网络定制与多用户的共享需要。SDN的转发平面与控制平面的分离，使得把控制器从传统互联网设施中抽离出来并集中控制有了可供参考的依据。南向接口理念(OpenFlow)的提出，使得底层网络转发设施的集中控制与管理成为了可能。对上层应用来说，物理网络具有透明化的特点。SDN的体系架构和多样化的标准接口，未来会促进网络能力更加方便地调用，互联网业务也更容易的被创新。
3.3SDN标准化进程
ONF是推动SDN网络规范化工作的国际组织之一。ONF标准组织为SDN体系规范化的首个接口就是OpenFlow，当前有关规范的定义已经更新到了1.4版本。虽然ONF是制定SDN标准的主要组织，而牵涉到互联网虚拟化规范制定的则是ETSINFV(NetworkFunctionVirtualization：网络功能虚拟化)。而且，许多有关的规范化组织也都在大力进行SDN标准的制定，例如IETF(InternetEngineeringTaskForce：互联网工程任务组)、ITU-T(ITU-TforITUTelecommunicationStan-dardizationSector：国际通信联盟电信规范化组织)等。NFV主要是部署大量服务器，通过服务器的容量堆叠和虚拟化实现存储容量的扩大，其目标是希望经过采取行业内标准的交换机、储存、服务器以及规范化互联网虚拟化技术所承载的软件功能，确保能够灵活地加载各种软件，从而可以在用户端、控制器以及数据中心实现灵活的配置与部署，使得各种业务部署的复杂度与难度都得以显著下降。IETF研究在传统网络各类协议的基础上，在网络层与应用层之间添加SDN插件来开展开放式能力的封装，以对已有的各种IP网络技术与路由协议进行重用与保留。ITU-T研究组是讨论SDN构架与信令需求的探索工作，对SDN协议兼容性、消息的实现协议与机制、消息参考架构、消息需求等标准的制定，并将确保能够与ONF制定的OF-CONFIG与OpenFlow协议具有较好的兼容性。总体来说，SDN目前虽然在市场上已经开始了应用，但是各研究机构对SDN的研究标准还有待统一和未来进一步的完善发展。
4SDN技术在未来的发展
SDN将网络底层的各类实体资源虚拟化--软件可以实时地对SDN网络中的转发设备通过北向接口编程的方式进行重新定义和重写，这个网络只需要具备基本转发功能的硬件设备就可以了，大大降低了网络对设备各项功能的依赖程度;实现网络控制集中化，业务配置虚拟化，设备硬件商品化，使得网络的规模和性能迅速和灵活地扩充。SDN技术的兴起在面临众多挑战的同时，也带来了很多发展机遇。SDN可扩展性的探索使得SDN具有深入发展的可能性，OpenFlow协议已经成为SDN使用最为普遍的一种南向接口标准，但是该协议仍然不够完善，版本仍然处于快速更新中。SDN的业界应用没有一个统一详细的技术协议标准，而且一些关键技术的研究突破还有待时日。SDN技术探索现在主要在如下几点进行：
(1)SDN跨域通信与规模部署研究;
(2)传统网络与SDN共存问题研究;
(3)SDN在大数据应用与数据中心的研究;
(4)SDN网络的安全以及控制器的热备份等问题的研究;
(5)SDN与其他新型网络架构融合的研究。
计算机网络技术类论文范文篇三
《 智能变电站过程层网络技术 》
1引言
随着IEC61850变电站网络与通信协议标准的发展和广泛应用，智能变电站实现了全站信息的数字化、通信平台网络化以及信息共享标准化。IEC61850将智能变电站自动化系统从功能逻辑上分为变电站层、间隔层和过程层三层结构。过程层是智能变电站区别于传统变电站的特点之一，智能变电站的过程层是一次设备与二次设备的结合面，能够更加有效地解决设备易受干扰、高低压无法有效隔离、信息不能共享等缺点。但是由于智能变电站的信息数据量庞大，对数据传输的可靠性、实时性要求很高，过程层又大量应用了新设备、新技术，而相关设备和技术的运行业又不是很成熟，因此随之产生的安全性和可靠性方面的问题不容忽视[2-3]。本文提出了几种典型的过程层网络构建方案，并结合实际案例分析研究了其中的关键性技术。
2过程层组网设计方案
2.1方案一
本方案又被称为常规互感器方案，即是利用采集单元帮助常规互感器实现采样值的数字化。下面以线路保护为例来进行说明。该方案的实现与传统变电站的电缆连接方式相似，点对点采用光缆直连，其结构示意图如图1所示。整个过程层网络的设计基于IEC61850标准，采集单元独立配置是本方案的优点，这方便后期工程进行改造，同时系统中的继电保护装置不必经过交换机直接进行采样，可通过GOOSE网络直接跳断路器，启动断路器失灵、重合闸。但是本方案有个缺点，就是增加了采集单元，这提高了过程层网络的结构复杂度，同时常规电流互感器的饱和问题不易解决。
2.2方案二
本方案建立在IEC61850标准基础上，电压、电流互感器采用电子式。优点是传输延时固定，由继电保护装置利用插值法对数据进行同步，可以不依赖于外部时钟。采样值和信息传输采用网络模式，按电压等级进行组网分类。本过程层组网方案采用IEEE1588或IRIG-B码方式对时，所有的保护都要求配置主后备功能。另外有几点需要说明的是，变压器中性点的电流和间隙电流要并入相应侧MU;跳母联、分段断路器及闭锁备自投和启动失灵等变压器保护采用GOOSE网络传输。本方案不需要交换机环节，也不依赖于同步对时信号，真正实现了变电站信息传输的数字化和功能的集成化，不足是由于继电保护和合并单元都需要较多的网口，使得系统发热量很大，并且需要大量的光缆和交换机。
2.3方案三
本方案采用IEC61850-9-2标准的100Mbit/s光线以太网采样信息、GOOSE信息、IEEE1588精确时钟协议，实现对时信息的同网传输，是一种三网合一结构。间隔层与过程层合并单元之间采用IEC61850-9-2标准，与智能终端的通信要遵循GOOSE通信协议。过程层的每个间隔需要单独配置独立交换机，而各间隔之间信息交换要通过主干网的交换机实现。这种组网方案能够实现信息共享最大化，网络结构简单、经济，维护方便。
2.4方案三的验证及效果分析
为了更进一步的验证三网合一技术方案是否能满足智能变电站安全、稳定运行的需要，对该方案进行了多次专项测试。该变电站的220KV和11OkV的电子式互感器全部采用光纤数字量输出的形式,其余全部采用电流、电压一体化小信号模拟量输出的形式。本站的过程网络主要分为四个部分：
(1)22KV过程层网络：220kV除主变高压侧外的所有间隔，采用双星型拓扑结构;
(2)11OkV过程层网络：110kV除主变中压侧外的所有间隔，采用单星型拓扑结构;
(3)#2、#3主变压器过程层网络：包含主变三侧及本体，采用双星型拓扑结构;
(4)35KvGOOSE网络，采用单星型拓扑结构。测试采用RTDS实时数字仿真仪模拟一次系统，所有二次设备，包括智能终端、合并单元、继电保护保护装置都要与实时数字仿真仪相连。过程层网络按三网合一方案搭建，各间隔层配置独立的间隔交换机，每个交换机首尾依次相连，构成了环形网络拓扑结构，采用千兆网口级联的交换机实现了过程层网络的信息共享。模拟实验发现，当一次系统的母线发生故障时，信息报文经由合并单元、多级交换机送达母线保护设备，母线保护设备根据对信息的处理，分析后判断母线发生的情况，之后发送GOOSE报文给智能终端，由智能终端作出跳闸指令。多次类似的故障模拟实验表明该系统的保护装置的动作时间比较稳定，IEEE1588对时应用以及GMRP组播协议的运行性能很好。在智能变电站采用三网合一技术方案，在正常负荷下能保证过程层网络延时性能稳定，千兆级联的环形网络拓扑结构下，跳闸延时每经过一级交换机网络将会延时增加5μs的时间。而全部动作时间的长短由继电保护的动作时间和智能终端的动作时间决定。另外在模拟实验中发现，当IEEE1588报文驻留及链路延时的修正值出现与实际时间不一致的情况时，合并单元中的信息序号不连续，导致传送到继电保护装置的报文丢失。为了解决则这一问题，研究专家组探讨除了一套应对策略，试验验证切实可行，很好地解决了这一问题。总之，多次的模拟试验结果有利证明证明，在实际的智能变电站过程网网络中采用三网合一技术是可行的，交换机、合并单元、继电保护装置等设备能够满足三网合一方案的运行要求。
3结语
过程层网络是智能变电站区别于常规变电站的特点之一，也是智能变电站的中枢神经。它以采样数字化、信息网络化为基础完成了变电站信息的网络传输，是控制技术的一次质的飞跃。本文列举并分析了较为较典型的过程层组网方案，其中，三网合一组网方案采用SMV采样信息、GOOSE网络通信协议、IEEEl588对时信息共同组网的星形网络模式，选用可靠性很高的网络交换设备。采用基于IEC61439可显著提高通信网络可用度的PRP并行冗余技术方案，通过实际测试、现场检验证明，该方案符合变电站的技术规范，满足变电站的安全稳定的运行需求，可以简化变电站的过程层网络，最大程度地实现信息共享，同时运维管理方便，可在智能变电站中广泛推广应用。
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