計(jì)算機(jī)控制中的網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)探析

◆李華

（太原理工大學(xué) 山西 030024）

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)是計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域非常重要的組成部分?？茖W(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)也有了更高程度的發(fā)展，極大提高了我國(guó)計(jì)算機(jī)控制水平，帶動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)步。

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1.1 技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將地理位置不同的多個(gè)獨(dú)立工作的計(jì)算機(jī)連接在一起，構(gòu)建成一個(gè)龐大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這個(gè)龐大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)信息傳輸和資源共享的目的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)階段可以共享軟硬件資源和數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的高速共享。其中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中不可缺少的設(shè)備包括中繼器，中繼器主要起到傳遞兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間物理層信息的作用，且傳遞方式為按位傳遞；集線器，集線器主要起到網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中央結(jié)點(diǎn)的作用；交換機(jī)，交換機(jī)操作簡(jiǎn)單、性能較高、所需成本較低，可以在數(shù)據(jù)鏈路層工作；網(wǎng)橋，網(wǎng)橋的主要作用是連接兩個(gè)局域網(wǎng)；路由器，路由器的主要作用是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)兩個(gè)局域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)包；網(wǎng)關(guān)，協(xié)議差別較大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中可使用網(wǎng)關(guān)，起到連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的作用[1-2]。

1.2 技術(shù)分類

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有不同的分類方式，常見的分類方式主要有以下幾種。一是按局域跨度劃分。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照區(qū)域跨度的不同可以分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。但是在連接廣域網(wǎng)時(shí)需要確保網(wǎng)絡(luò)安全性，因此避免網(wǎng)絡(luò)安全隱患我們通常采用局域網(wǎng)互聯(lián)方式；二是按管理性質(zhì)劃分。管理性質(zhì)也是劃分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考標(biāo)準(zhǔn)。近幾年來人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的要求越來越高，尤其是遠(yuǎn)程監(jiān)控需求不斷攀升。與此同時(shí)專用網(wǎng)互聯(lián)公用網(wǎng)方式組建計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)的情況也較為常見。這也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)今后發(fā)展的主要特征；三是按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指將計(jì)算機(jī)、各個(gè)設(shè)備等連接在一起的方式。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多種，正是由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同才導(dǎo)致計(jì)算機(jī)所采取的網(wǎng)絡(luò)控制方法也不同?？偩€形網(wǎng)信號(hào)受線路影響較大，因此在該類型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的區(qū)域是有限的，在局域網(wǎng)組建中常采用總線形網(wǎng)。其中總線結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)、混合形結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以按照集中式通信控制策略將主節(jié)點(diǎn)集中的信息向分支結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。由此可見，主節(jié)點(diǎn)儲(chǔ)存的信息較多，且處理信息的效率也更高。分支結(jié)點(diǎn)處理通信信息的負(fù)擔(dān)會(huì)較小，只需要具備點(diǎn)到點(diǎn)的通訊功能即可。四是按功能劃分。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照功能的不同可以劃分為通信子網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)主要是將數(shù)據(jù)通信資源整合在一起，為用戶提供傳輸數(shù)據(jù)的方便。通信子網(wǎng)包括多個(gè)硬件設(shè)施，如交換機(jī)、傳輸線路、網(wǎng)絡(luò)控制中心等。資源子網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)主要是集合數(shù)據(jù)處理資源，支持用戶應(yīng)用。資源子網(wǎng)的主要組成部分就是主機(jī)資源，主機(jī)資源包括用戶主機(jī)、外設(shè)、共享數(shù)據(jù)以及軟件等。其中用戶主機(jī)主要起到接入網(wǎng)絡(luò)的作用，外設(shè)主要是面向應(yīng)用。通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)所采取的劃分方式為邏輯劃分模式，此種劃分模式中使用的設(shè)備可以一樣也可以不一樣。其中通信子網(wǎng)一般是由電信部門組建的網(wǎng)絡(luò)，資源子網(wǎng)一般是用戶部門的入網(wǎng)設(shè)備。五是按交換方式劃分。交換方式的不同也是劃分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)之一。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在不一樣的交換方式下不允許其他用戶對(duì)信道資源共享。現(xiàn)階段我國(guó)采用最多的交換方式就是分組交換方式，局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)分組交換方式的主要區(qū)別就在于分組體積大小不一[3-4]。

2 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

數(shù)據(jù)通信技術(shù)主要起到通信和通訊作用，該技術(shù)可按照一定協(xié)議，借助數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個(gè)終端之間傳遞數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)通信技術(shù)是由計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)組合而成，是一種創(chuàng)新性的通信方式。數(shù)據(jù)通信技術(shù)最先出現(xiàn)在二十世紀(jì)五十年代，該時(shí)期計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展為數(shù)據(jù)通信技術(shù)創(chuàng)造了良好的條件，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)彼此滲透誕生出了數(shù)據(jù)通信技術(shù)。數(shù)據(jù)通信技術(shù)所采取信息傳遞方式以二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示，可以與遠(yuǎn)程信息處理聯(lián)系在一起。數(shù)據(jù)通信技術(shù)依照業(yè)務(wù)的不同經(jīng)歷了不同發(fā)展時(shí)期，比如模擬通信、數(shù)字通信、數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信技術(shù)常見的信息交換方式包括電路交換、分組交換以及報(bào)文交換。不同計(jì)算機(jī)之間要想實(shí)現(xiàn)通信則需要借助一樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，我們可以將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議理解為不同計(jì)算機(jī)之間的一種語言，具體選擇哪種協(xié)議可結(jié)合實(shí)際情況來定[5-6]。

3 計(jì)算機(jī)控制中網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展

3.1 聯(lián)機(jī)系統(tǒng)

所謂聯(lián)機(jī)系統(tǒng)是指將分散在不同地理位置的計(jì)算機(jī)在中央處理機(jī)的輔助下連接在一起。中央處理機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能、存儲(chǔ)功能以及收集功能。但是中央處理機(jī)的運(yùn)行速度與所連接計(jì)算機(jī)的數(shù)量有關(guān)，在計(jì)算機(jī)連接數(shù)量較多的情況下會(huì)降低中央處理機(jī)的運(yùn)行速度，出現(xiàn)指令傳達(dá)滯后的情況。目前針對(duì)計(jì)算機(jī)連接數(shù)量導(dǎo)致的中央處理機(jī)運(yùn)行速度較低的問題采用通信控制器和前端處理機(jī)已經(jīng)得到了有效解決。通信控制器和前端處理機(jī)位于中央處理機(jī)和通信線路之間，可以起到控制信息的作用。

3.2 互聯(lián)系統(tǒng)

互聯(lián)系統(tǒng)開始于二十世紀(jì)六十年代，所謂互聯(lián)系統(tǒng)就是計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)與多個(gè)計(jì)算機(jī)連接在一起構(gòu)成的系統(tǒng)。資源共享、交換控制分散是互聯(lián)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。各個(gè)生產(chǎn)廠家對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的封閉性和獨(dú)立性，影響了網(wǎng)絡(luò)信息的互通和共享。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)

標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在二十世紀(jì)八十年代。標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)是建立在計(jì)算機(jī)微處理器基礎(chǔ)之上的，加上之后出現(xiàn)的集成電路又為標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供了強(qiáng)大動(dòng)力。標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)極大提高了微型計(jì)算機(jī)的可靠性和運(yùn)行速度。與此同時(shí)，局域網(wǎng)在標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上也有了較大發(fā)展，局域網(wǎng)中的路由器真正實(shí)現(xiàn)了信息共享[7]。

4 計(jì)算機(jī)控制中網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)類型

4.1 以太網(wǎng)

以太網(wǎng)在商業(yè)計(jì)算機(jī)過程控制中應(yīng)用最常見，該技術(shù)可壟斷商用計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域信息的通信和管理。接下來的以太網(wǎng)將朝著軍工業(yè)方向發(fā)展。應(yīng)用范圍限制性因素較小、通信效率高、構(gòu)建成本低、軟硬件資源豐富、發(fā)展?jié)摿Υ笫且蕴W(wǎng)的主要優(yōu)勢(shì)。其中沒有現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)問題、信息傳播速度快是以太網(wǎng)最顯著的優(yōu)勢(shì)。正是因?yàn)橐蕴W(wǎng)具備的上述優(yōu)勢(shì)才使得該技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制中被廣泛應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，相信在不久的將來以太網(wǎng)會(huì)成為通信技術(shù)中的主流控制技術(shù)。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)大多被應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備間，該技術(shù)滿足了數(shù)字化通信和開放式通訊要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需要取得國(guó)際電工協(xié)會(huì)的認(rèn)定，只有這樣才能滿足計(jì)算機(jī)控制中各個(gè)控制系統(tǒng)互相通信共同完成任務(wù)的要求。其中現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)主要存在以下特征，特征一：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)核心為微處理器，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與總線拓?fù)湎噙B接；特征二：集散控制系統(tǒng)1/0 控制站會(huì)被廢棄；特征三：基帶傳輸為主要數(shù)據(jù)通信方式，抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好是該數(shù)據(jù)通信模式的主要優(yōu)勢(shì)；特征四：分散開來的功能模塊，使得現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有較高的可靠性和可維護(hù)性；特征五：開放式互聯(lián)結(jié)構(gòu)，同層網(wǎng)絡(luò)可互聯(lián)并與信息管理網(wǎng)絡(luò)連接；特征六：即便設(shè)備產(chǎn)品廠家不同，在一樣的通信協(xié)議下也可以統(tǒng)一組態(tài)。

4.3 5G 網(wǎng)絡(luò)

5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速度更快，可以起到節(jié)約成本，提高系統(tǒng)容量的目的。5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以支持大規(guī)模的傳感器部署，并且覆蓋面積也更大。該技術(shù)所支持的設(shè)備并不僅僅是智能手機(jī)終端，一些智能家居、智能手表也可以應(yīng)用5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)[8]。

5 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用

5.1 計(jì)算機(jī)控制中網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)控制中網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用情況較為常見。該技術(shù)與人們生活息息相關(guān)，舉例來說，人們借助移動(dòng)終端設(shè)備可以讀取數(shù)據(jù)和圖像，能在最短時(shí)間內(nèi)獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息，真正實(shí)現(xiàn)了資源高速共享。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以有效保證數(shù)據(jù)信息的流通性，給人們生活帶來極大便利。

5.2 氣象方面網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在氣象領(lǐng)域也較為常見，可起到氣象監(jiān)測(cè)的作用。工作人員利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以衛(wèi)星探測(cè)天氣情況，能將天氣變化及時(shí)準(zhǔn)確通過計(jì)算機(jī)控制技術(shù)轉(zhuǎn)播給群眾。人們通過電視終端設(shè)備和電視臺(tái)技術(shù)可以及時(shí)獲取天氣變化情況，能提前做好應(yīng)對(duì)天氣的準(zhǔn)備。

6 結(jié)語

綜上所述，計(jì)算機(jī)控制中的網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)在人們生活和生產(chǎn)中較為常見。該技術(shù)的出現(xiàn)帶給人們生活極大便利。以上就是本文分析的計(jì)算機(jī)控制中網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，希望通過本文的總結(jié)可以推動(dòng)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，全面凸顯網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制中的作用，擴(kuò)大計(jì)算機(jī)控制中網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的覆蓋范圍。