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关键词:FPGA SOPC NiosⅡ W5100
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2015)12-0000-00
1 概述
SOPC是一种特殊的嵌入式系统,具有灵活设计、可裁剪、可升级,具备软硬件在系统上可编程的能力,Nios II 是一个用户可配置的通用的32位RISC嵌入式处理器,该处理器以软核的形式实现,Nios II 的开发包括硬件开发和软件开发两部分[1]。
2 基本结构
以太网是当今现有的局域网中所采用的最通用的通信协议标准,由于采用了很多新技术和独特的设计,与一般的通信总线相比,具有突出的速度性、扩展性和灵活性。由于采用FPGA集成Nios II片上系统控制W5100驱动芯片,可以完全淘汰单片机,节省印制板空间, 其主要结构如下图1所示[2]:
图1 W5100芯片内部结构图
W5100集TCP /IP 协议栈、以太网MAC 和PHY 为一体,支持ICP、UDP、IPV4、ICMP、ARP、IGMP 和PPPOE 等网络协议[2];内置16 KByte 发送/接收数据缓冲区,可快速进行数据交换;W5100还支持自动识别数据通信,采用全双工或半双工的传输模式,并兼容100 M 以太网络。
3 硬件设计
本设计方案由于数据量不大,速度较小,未达到设定标准值,所以采用SPI接口。而SPI的通信原理非常简单,SPI主要采用主从方式工作,该种通信模式通常有一个主设备和多个从设备,一共需要4根线,实际上3根就可以,3根通信线主要用于单向传输时钟,也就是半双工方式,而且所有SPI设备是共有的,它们分别是主入从出MISO、主出从入MOSI、时钟SK、片选CS[3]:
MISO------主设备通信数据输出,从设备数据输入;
MOSI------主设备通信数据输入,从设备数据输出;
SCK-------时钟采集信号,由主设备产生;
CS--------从设备产生使能信号,由主设备控制;
其中片选CS控制W5100芯片能否被选中,预先规定的使能信号为片选信号时对该芯片的操作才会有效,这样我们可以在同一个总线上连接多个SPI设备。串行接口模式需要4个引脚来进行数据间的通信,分别是:SCLK、/SS、MOSI。W5100的SPI_EN引脚选择SPI操作。
4 软件设计
本设计方案采用Quartus II软件来完成Nios II 的系统综合、硬件优化与适配、编程下载和硬件系统测试。应用SOPC Builder软件来实现Nios II 系统的配置、生成;而Nios II IDE则用于软件开发、调试及运行。本设计采用SOPC创建了一个32位Nios II软核,添加了三个模块分别是CPU模块、EPCS模块、SPI以太网驱动模块。
创建SPI模块过程为:点击进入SOPC BUILDER软件,如图2所示,点击左图中红圈处(SPI),点击后设置主从模式,我们选择主模控制方式(Master),从设备个数选择1, SPI时钟速率选择10M,数据的位数选择8;接着设置移位的方向,也就是说串行数据过来时是最高位先来还是最低位先来,我们选择MSB first,这样SPI核就设置好了[4]。
图2
Nios II IDE则用于软件开发、调试及运行。编写W5100驱动程序并进行初始化后,W5100就能正常工作了。W5100初始化过程包括基本设置和网络信息校正,基本设置主要是对模式寄存器、中断屏蔽寄存器、重发时间寄存器、重发计数寄存器四个寄存器进行设置。网络信息校正主要是对网关地址寄存器、 本机物理地址寄存器、子网掩码寄存器和本机IP地址寄存器四个寄存器进行地址校正。
5结语
本设计方案已在实验室实现了硬件电路的搭建,并且已经调试通过;由于W5100芯片内部自带协议,使得驱动程序非常容易实现,用网口调试助手调试后,可以看到收发数据是一致的,FPGA SOPC硬件电路升级简单又可剪裁,进一步验证了本设计方案的有效性和可行性。
参考文献
[1]储娜姆.基于SOPC嵌入式TCP/IP网络关键技术研究[J],2006.
[2]W5100数据手册[M].Version.1.1.6.2009-03.
论文摘 要 数字化变电站是电力业的发展方向,在过去一段时期,因为统一的通信保准缺乏,数字化变电站的发展受到了一定的制约,近年来,在多项新技术的合力推动下,数字变电站通信解决方案得到了长足的发展,本文基于IEC61850数字变电站,对其通信关键技术进行了研究,对分层网络的数据交换标准、数字化变电站模式等进行了分析。
1 通信是数字化变电站的显著特征
通信是数字化变电站的特征之一,所有数字化变电站均以先进的计算机网络技术构建变电站的通信网络为基础,从而实现信息可靠传输。数字化变电站IED大多基于IEC61850标准构建,并以此作为信息交互的标准。此外,输变电设备的在线监测信息也作为变电站信息的一部分被处理和分析。可见,数字化变电站设备通过需要通过数字化信息交互以及IED之间互操作性功能,实现高、低压电气设备的电气隔离。
2 IEC6P 850标准及其技术要点
IEC61850标准在通信解决方案中占有极重要的作用,IEC61850国际标准是以美国的UCA2.0标准为基础的,是数字化变电站的首个比较完备的通信标准,该标准的推行为数字化变电站的通信网的建设提供了坚实的理论和技术基础,IEC61850国际也被引入到国家标准GB/T 860之中。该标准的技术要点有以下几个方面:能够提供符合电力系统特征的相关通信服务,信息对象在所处的信息源位置惟一定义,相应数据对象建模是统一的。能够实现面向设备和对象的建模,能够实现面向应用的自我描述。采取抽象通信的服务接口,在网络的应用层中的协议和网络传输层的协议都是独立的。与传统通信协议相比具有以下特点L1):采用分层体系;信息传输采用与网络独立的抽象通信服务接口(ACSI)和特定通信服务接口(SCSI);信息模型采用面向对象、面向应用的自描述;具有互操作性。
3 数字化变电站的网络结构
过去由于通信的不确定,使以太网进入控制领域有着一定的障碍,然而今年来以太网技术已经变得不断成熟,这就使嵌入式的以太网在控制领域有了更加广泛的应用,技术成熟的以太网完全能够满足数字化变电站的通信需求。
3.1 应用层
选择MMS规范作为应用层协议完成和变电站控制系统之间的通信。基于IEC61850建立的对象以及服务模型全部被映射为通用的服务,比如数据对象的创建、读写、定义等。MMS支持面向对象数据,这就使数据自描述完全能够实现,彻底改变了过去面向点的描述方法。由于数据本身有着说明,所以传输可以不受其限制,使数据管理和维护工作得到了简化。以太网通信与MMS的有机结合,再加入IEC61850的应用,这些都使数字化变电站成为了更加开放的系统。
3.2 传输层
站内IED的高层接口选择了标准的TCP/IP协议,完成了站内IED的网络化,让站内IED的数据收发全部能够通过丁CP//P方式进行。监控主站以及远方调度中心通过丁CP/IP协议就能够通过WAN得到变电站内的相关数据。使用标准的数据访问方式就能够实现站内IED较好的互操作性。
3.3 物理层
选择以太网作为通信系统的物理层和数据链路层的主要原因是以太网在技术和市场上已处于主流地位。构建站级网络的过程中应该对变电站层的数据流量进行分析。以减少网络内的交换量,从而减轻网络的相关负担,同时要考虑使用多个网段。也就是把需要及时交换数据的IED置于同一网段之中,最大限度地减少网段之间的流量,规避数据冲突,从而提升各网段的利用效率。应用中也可以根据电压等级等因素统筹考虑对网络进行分段。此时要注意,过多的网段可能会造成网络结构变得更加复杂以及相应网络设备的增加。
4 组网的几个原则
原则一:依据电气间隔组网。这条原则在电网中是十分重要的,在可靠性以及实时性要求较高的电气间隔,例如110 kV的线路以及母联等间隔全部要按照电气间隔来进行组网。对于需要配置双重化保护的间隔的,通常要采取双网冗余结构或者两套相对独立的设备。
原则二:在满足数据传输各项要求的情况下,应尽量使网络结构做到简化。对于35 kV以下等级的各间隔应该按母线位置分别设置一或者两段网络,对于分布在该段网络上的IED能够通过交换机直接完成信息交换过程。
原则三:针对母线保护以及主变差动保护等要采集更多的间隔交流量装置,需要采取面向功能的原则组网。比如给双重化的母线保护需要两台交换机,单母线配置一台;同时分别收集各个间隔交流电气量。这种模式的关键在于保证母线保护设备和交换机通信接口处理的时间一致性。
5 IEC6P850标准的应用
SCADA是数字化变电站的基本功能,包括开关控制,遥信采集,报警处理等。该类应用的数据通信通常是垂直的,IEC61850中采取客户到服务器的方式实现。在服务器端控制映射到MMS的读写服务时,遥信被映射到MMS的读写服务。报警以及事件的处理在SCADA中具有十分重要的意义,能够通过IEC61850报告服务实现。报告服务访问是数据集而并非单个的数据属性。触发报告的原因能够包括数据遥信变化,遥测越限以及数据刷新等。此外,数字化变电站系统的一些功能单元间要进行高精度的信息交换,这些功能单元能够处于相同或者不同的间隔。
6 结论
通信如数字化变电站的神经一般重要,选择更加合适的站内通信对数字化变电站具有十分重要的作用。因为数字化变电站网络的发展是收到多项技术的影响,为此,在实际网络结构选择中,要充分考虑各种因素,确保通信传输的可靠性和实时性统筹兼顾,简化结构,减少投资,提高效率。
【关键词】数据中心机房综合监控系统
一、背景综述
在实际的工作中,一旦数据中心机房的设备出现丝毫的故障,就会对计算机系统的运行造成很大的消极影响,鉴于这样情况,我们必须制定一系列的有效措施,既能保证及时的发现问题和解决问题,同时又能够减少工作量,提高工作效率。①机房的设备经常被盗窃,导致计算机系统没有办法正常的工作,另一方面,报警和监控以及记录功能的缺失,也导致了犯罪分子的作案活动更加猖獗;②维修人员在巡检的过程中,并没有良好的进行规范化管理措施,导致很多的工作出现了较大的漏洞;③供电系统有时候没有监控,一旦发生停电或者市电异常的情况,就没有办法及时的掌握数据中心机房的情况,更严重的情况就是,停电后若未及时切换到油机供电,后备电池也会因为过度放电而出现较大的损坏。
二、解决方案
2.1系统组成
从严格的角度来说,数据中心机房的综合监控系统包含两个部分,一个是数据中心机房周围环境和动力监控系统;另一个就是数据中心机房的IT监测系统,这两个系统都具有非常重要的作用,在实际的工作中,绝对不能发生人为加强某一系统,忽略另一个系统的情况。
数据中心机房环境动力监控系统监控的主要内容为:①UPS设备监控,此项设备监控对数据中心机房环境而言,具有决定性的影响;柴油发电机组设备监控,柴油发电机作为设备的核心部分,一旦发生问题,必须得到及时、有效的处理,否则会影响供电,在根本上对数据中心机房环境造成恶劣的影响;②空调设备监控,空调设备能够良好的调节数据中心机房环境的温度,对每一个设备都是非常重要的,在任何一个季节,都需要对温度有一个良好的掌控,否则会影响设备的运行,在硬件方面造成很大的损害,为以后设备的正常运行埋下隐患;③温湿度监测,温湿度是考量数据中心机房环境好坏的重要标准之一,温度和湿度都必须保持在一个合理的范围之内,这样才能保证数据中心机房的稳定性和安全性;
数据中心机房IT监测系统监控的主要内容为:①硬件方面―――网络设备以及服务器的监测,两项设备都是数据中心机房的重要组成部分,对客户具有非常重要的作用;②软件方面―――主要包括数据库的软件以及中间软件等等,在日常的工作中,这些软件能够及时的处理数据,同时提供客户最优质的服务,因此需要得到有效的监测。
2.2系统实现方式
2.2.1数据中心机房环境动力监控系统监控的实施方式
UPS设备监控的实施方法:UPS电源是UPS设备的重要组成部分,在实际的监控当中,需要通过智能协议转换器来进行监控,科研人员经过研究发现,如果用软件的方式和通信数据集中器进行通信,能够达到一个较好的效果,并且能够有效的实现UPS状态的全面诊断以及对UPS各项参数的监视。
如果机房的网络设备出现了异常的情况,那么监测系统可以实现以下几种管理功能,有效的控制异常情况:①能够对告警事件进行详细的记录,同时由管理人员根据不同的需求,对每一种事件进行详细的分类,良好的实现对事件的过滤,这样做的好处是能够及时的找到事件的原因,制定处理办法的时候也具有一定的针对性;②能够通过不同的定义,比方说事件的来源或者类型等等,实现对事件的分析,在实际的工作中按照实践的关联设置功能,自动、高效的区分重复事件,如此一来,就能大幅度的减少系统负载,提升系统的性能。
2.2.2服务器监测的实施方法以及服务器监测应该包括以下的内容
(1)监测服务器能否有效的运行,监测的系统需要广泛一些,虽然现阶段应用windows系统较多,但仍然需要对UNIX一类的主流系统进行有效的监测;(2)监测主流系统的平台上运行的相关进程以及服务的运行状况,这样有助于系统上的各种进程减少冲突,提高性能。
三、结束语
综上所述,完善的数据中心机房综合监控系统应该具备三大特点:能够实现从设备运行情况到机柜微环境,再到机房整体环境的多层次监控;有丰富的阈值设置以便监测出危机的存在,且有丰富的预警方式和预警流程以保证相关人员能够收到警讯。
参考文献
Abstract: The pallet is the vehicle to improve logistics efficiency and ensure transport safety, and the establishment of the pallet pooling system information platform can significantly improve the efficiency of the logistics system. Pallet pooling system information platform consists of an online public information platform and a set of service station business systems. On the basis of positioning the information platform,the paper analyzes the service model and business processes, then studies the functional architecture and system architecture. Thus a solution program for pallet pooling system information platform is proposed.
关键词: 托盘共用系统;信息平台;系统架构
Key words: pallet pooling system;information platform;system architecture
中图分类号:TP315 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)30-0184-02
0 引言
目前我国还没有建立成熟的托盘共用系统,托盘应用没有做到流转的一贯化,大大地削弱了托盘应用原有的效果。建立托盘共用系统信息平台,推行托盘共用系统,能够彻底的摆脱这种尴尬,有效地促进托盘流转的一贯化。托盘共用系统由线上公共信息平台和合理布局的多个线下服务站组成。公共信息平成与托盘共用业务有关的商流、信息流和资金流等电子商务功能;托盘服务站完成托盘信息的实时采集以及空盘的转运、存储、维护等物流功能。目前托盘共用信息平台方面的研究较少。
1 服务模式与业务流程
托盘共用系统信息平台实现托盘的信息采集、信息共享、交易支持与托盘的系统调度,是托盘共用系统的信息中枢与业务核心。托盘共用业务流程如下图1所示。
托盘共用系统的业务相关者主要有平台运营商、托盘出租商和托盘租赁客户。平台运营商负责信息平台的建设与运营以及托盘服务站的设置和管理;托盘出租商为专业的托盘租赁公司、托盘制造企业,或闲散的托盘拥有者,提供系统所需托盘;托盘租赁客户主要是制造企业和物流企业,还有一些其他托盘需求客户,他们在平台上下单并缴纳定金,从当地托盘服务站获得所需托盘[1]。
2 功能架构
在分析了信息平台的服务模式和业务流程的基础上,确定信息平台的功能结构和功能需求。为了促进商流、资金流、物流的一体化,实现托盘租赁客户与租赁商之间的无缝对接,和托盘的一贯化运输,信息平台根据业务模式和流程需求,通过信息技术、计算机技术和网络技术等对托盘信息进行即时采集,在门户网站为出租商和租赁客户提供网上交易支持,并对托盘服务站的托盘回收、运输等业务进行管理。同时平台也为用户提供其他增值服务。
公共信息平台是托盘共用系统的神经中枢,主要提供托盘信息服务、在线交易支持、结算服务、增值服务以及信息平台的内部业务支持。
托盘信息服务:提供空盘种类、规格、单价、数量、位置,在租托盘状态等信息和适盘货源信息的和搜索功能;还需提供其他辅助信息如物流法律法规、空车配载、货源和运力、车船等信息。
在线交易支持:实现空盘信息查询、网上下单、订单状态、交易凭证签发、定金收取、租赁费用清算、租金电子支付等功能。
结算服务:完成平台与托盘租赁商和其他利益相关者的费用结算业务。包括租赁状态查询、资金对账、资金结算、盘报损赔偿等。
客户增值服务:为托盘租赁商等提供与托盘使用相关的其他增值服务,如基于托盘跟踪的适盘货物流转统计,托盘的采购、运输、仓储、配送,物流信息挖掘、物流金融等服务的支持。
内部业务支持:内部业务有托盘跟踪、空盘的调度和各相关者的收益管理。
托盘状态跟踪:托盘状态跟踪与查询是平台多项业务的基础,平台借助RFID/条码等现代信息采集技术和物联网等技术实现对托盘共用业务活动的全程、即时跟踪。跟踪过程中记录的托盘出租和回收时间和地点轨迹信息可用于托盘流转趋势分析以及空盘调度、系统收益管理等业务。
①空盘调度:为了提高托盘共用业务的及时性和可得性,需要按照托盘的需求分布和服务站的布局,对空盘进行定期的预调度。平台提供空盘需求预测、空盘调度等功能。
②收益分配:本平台服务着多种经营企业和相关部门,包括各类托盘租赁商、托盘服务加盟商、甚至有托盘租赁中介等等。为满足这些企业的管理需求,平台提供托盘出租状态的信息统计、出租商的业务收益计算和分配、托盘服务站的收益计算和分配等。
服务站业务系统配置在各托盘服务站,由实时信息采集子系统和终端业务子系统两部分组成。主要具备实时信息采集、出入库管理、托盘运输、托盘维护以及其他相关功能。该系统的主要任务是为线上公共信息平台的托盘信息、各租赁客户的租赁费用、各托盘出租商的资金清算以及货物跟踪服务提供支撑。
实时信息采集子系统:完成托盘分派、回收和移交的信息采集和传输。终端信息采集系统应用物联网技术和RFID等读取技术对安装在托盘上的标识装置如金属条码和电子标签进行信息的自动和半自动采集,并将获得的信息进行初步整理,通过网络通信或无线通信传输至公共信息平台。
终端业务子系统:完成与托盘服务站具体业务相关的信息管理功能,如托盘的分派、回收、出入库管理、空盘运输管理、托盘维护管理、报废管理等。
3 系统架构
托盘共用系统信息平台是由政府辅助建设的对我国物流产业乃至全社会具有公益效益的服务型信息共享平台,它的建设要遵循以下原则:时间及空间上的可扩充性;保证不同性质用户方便接入的开放性;系统安全性;系统可维护性、可靠性、易操作性、可移植性、可测试性、复用性等[2]。
通过以上对信息平台核心业务流程和功能需求分析的基础上,结合技术发展水平提出可行的托盘共用系统信息平台系统架构,如图2所示。
网络传输层:包括网络设备、存储设备和相关服务器,完成系统最基础的数据处理和传输任务。
应用支撑层:为系统提供软硬件支撑,包括操作系统、应用服务器系统、数据服务器系统、Web服务器系统中间件等。
数据中心层:提供平台建设所需的硬件网络和软件支撑平台,由计算和存储系统两部分组成。计算平成复杂信息的、网上交易等电子商务业务的支持和托盘调度、收益分配等内部业务的计算支持。存储系统主要对整个平台的数据进行整合,建立起完整的企业存储平台和集中式处理中心,有效完成业务处理,提高系统效率。
数据交换层:完成平台与外部信息系统之间的对接,通过EDI、WEB/EDI、XML/EDI等技术的转换、翻译及封装,进行与外部系统如托盘相关企业的管理系统、相关政府管理系统等的集成,提高信息的可用性和共享性。
核心业务层:指支撑托盘共用核心业务的软硬件系统,包括数据自动采集系统、服务站业务系统公共信息平台系统和为平台提供增值服务的其他系统。完成从使用RFID等设备读取托盘信息,托盘信息,托盘租赁交易,托盘发送、回收,及其中涉及的增值服务的整个托盘共用过程的实现。
用户层:信息平台的主要应用对象是系统业务相关者如托盘原料供应商、托盘生产商、托盘出租商和托盘租赁客户,同时也包括工商企业和相关政府部门等。
信息安全保障体系:对整个信息平台的安全进行管理。结合信息安全的深度模型,从物理、网络、主机系统、数据库等多个层次入手,采取防范措施保证系统安全稳固。
标准规范保障体系:从托盘和物流行业的规范方面为平台提供保障。包括托盘规格标准、条码标准、以及行业相关标准。
4 结论
托盘共用系统信息平台的建设必须紧密结合其实际业务结构和管理模式,在功能设置方面应该兼平台运营商、托盘出租商、租赁客户和其他合作伙伴的需求,在技术采用方面强调内部系统的集成性和与外部系统的数据可交换性。本文提出的解决方案能够良好的支撑托盘共用业务,对推广托盘一贯化运输,提高托盘周转效率,节约社会成本有着可观的现实意义。
参考文献:
[1]Suo Y. Study on Closed Pallet Pooling System in Sichuan Province[C]. 2012.
[2]王璐.天津物流信息平台建设方案及实力评价[D].天津:天津理工大学,2010.
一、第三代移动通信系统安全问题
首先,第三代移动通信系统具备了强大的功能,能够通过无线网络等方式,实现有效的语音和信息通信,在这个过程中,由于无线网络的密码保护比较简单,一旦被解码,就容易出现被窃听等问题,导致个人重要信息外露,引来不必要的麻烦。其次,在无线范围之内,如果存在密码共享,在共享范围之内,整个网络的流量就能够被任何人分析、监控甚至改变,如果进行流量分流更改,就会引发部分设备能够获取更多的流量,而其它设备则获取相对较少的流量。
二第三代移动通信系统安全的防范对策
1.加强第三代移动通信系统安全制度建设。随着社会的发展,第三代移动通信已经广泛应用于生活的各个方面,但是第三代移动通信系统安全方面的法律法规却没有得到相应的完善,使得一些不法分子,钻法律的孔子,用第三代移动通信进行犯罪活动。为此,我们需要加强第三代移动通信系统安全法律制度方面的建设。以此来对利用第三代移动通信进行犯罪活动的不法分子进行制裁,用法律来约束他们的行为,使我们第三代移动通信能够有一个更加合法的环境,保证第三代移动通信系统安全,从而让人们能够放心的使用第三代移动通信技术。
2.加强第三代移动通信系统安全的技术研究。随着第三代移动通信技术的不断发展,网络黑客的技术也在不断进步,一些新型的病毒也在不断出现。因此,为了保证第三代移动通信系统安全,我们需要进一步加大对第三代移动通信系统安全技术研究的人财物力的投入,以保证第三代移动通信技术能够有着更为优秀的防御各种病毒的软件,能够对那些过期的病毒防御软件进行升级,以确保人们能够安全地使用第三代移动通信。
3.加强个人对第三代移动通信网络安全重要性的认识。第三代移动通信虽然能够是我们的生活更加便利,因此,我们需要不断加强自身的网络知识,加强个人对第三代移动通信系统安全重要的认识。我们要遵守网络相关的法律法规,文明合法地使用第三代移动通信技术,不去浏览一些非法网站和使用一些非法软件,这样可以避免被病毒入侵,导致电脑崩溃,从而避免个人信息被盗。我们要合法地利用第三代移动通信技术,不受利益的蒙蔽,而去利用第三代移动通信技术做一些违法违纪的事。
此外,网络信息技术发展迅猛,我们应该不断加强对第三代移动通信技术的学习,了解必要的三代移动通信网络系统安全技术,从而利用最新的网络信息安全技术和软件,来预防网络病毒和木马的入侵,从而很好地保证自己的网络信息的安全。这样才能够安全、放心的使用第三代移动通信网络技术,让我们在未来的生活和工作中能够更好地利用第三代移动通信技术,让他更加便利我们的生活。
三、总结
随着网络信息技术的不断发展与进步,第三代移动通信技术不断地被运用于我们生活的各个方面,第三代移动通信技术使我们的生活更加便利,拉近了人们之间的距离,让我们能够更及时的了解社会信息,和最新的科学技术知识。但是第三代移动通信技术并不是那么完美,第三代移动通信技术还存在着诸多问题。我们不能完全依赖第三代移动通信,我们需要加强自身网络技术知识的学习,这样才能确保我们安全的使用第三代移动通信技术。
参考文献
[1]邓娟,蒋磊. 3G网络时代移动电子商务安全浅析[J].电脑知识与技术. 2009年06期