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光通信技术中最有发展前景的当属光纤通信技术了,在最近几十年来发展最好最快的也是光纤通信技术。光纤通信技术的发展经历了三代,从工作波长为0.85μm的多模光纤通信逐渐发展为工作波长为1.3μm的单模光纤通信,并在此基础上发展到工作波长为1.55μm的光纤通信系统,这些年的进步很好的解决了光通信系统的色散问题。不仅如此在这些年光源也放上的很大的变化,发生了从发光二极管到半导体激光器的变化。半导体激光器的出现大大的提高了传输信息的效率,而且半导体激光器与二级发光体比较具有更高的功率和更长的使用寿命。光纤和光源的发展大大的缓解了信息衰减和色散的问题,加大了光纤的通信容量,提高了光纤通信的效率。另外在光网络协议方面也有了很大的发展。目前的技术种为了方便用户使用图像、数据、语音等业务,目前的重点是宽带接入网建设。宽带接入包括光纤、无线、同轴电缆和xDSL这几种方式,这些主要是基于分组交换方式的接入,其中以光纤接入为主。光纤接入分为有源方式接入和无源方式接入两种,即利用SDH或PDH为传输通道和无源光网络方式,光纤的非线性问题随着光纤放大器的广泛应用而逐渐显现出来。光纤的非线性主要指四波混频效应、自相位调制效应、交叉相位调制效应、受激喇曼效应、受激布里渊效应等。其中一些效应会使得系统的技术指标恶化,使得信号脉冲展宽、波型畸变、信号之间串扰。通过合理的使用某些非线性效应,我们可以研制出新型的光器件。
光通信技术的发展前景
1光纤通信技术的发展前景
为了更好的建设下一代网络就必须得构建一个拥有巨大传输容量的光纤基础设施,而由于光缆高达20年的寿命以及过高的造价,光纤基础设施的设计和构建必须具有前瞻性,应该结合设备和系统技术的发展趋势来设计。同时由于下一代电信网对容量的高要求以及频率的高宽度,这一代的光纤性能已经无法满足需求,必将被淘汰,那么开发新一代的光纤将势在必行。在G.652.A光纤的基础上进行改进并取得一定成果的G.652C/D光纤很好的解决了色散斜率的问题,减低系统成本,而且能实现更长距离和更大容量的传输。基于这些原因,具有更长使用寿命的新一代光纤必将得到更好的发展。
中国铁路客运专线由很多控制系统构成。通信系统是客运专线重要组成系统之一,武广客运专线正线全长968.52km双线,共设18个车站,通信系统建设通过采用先进、成熟、经济、适用、可靠的系统设备,构建高可靠、数字化的综合通信网络平台,为客运专线行车指挥和运营管理提供语音、数据、图像等多种通信手段。
一、武广客运专线通信系统构成
通信系统是客运专线重要系统组成之一,系统由通信承载系统、通信业务系统以及通信支撑系统组成,共14个通信子系统。
通信承载系统由传输系统、数据网、通信线路以及车站、段所综合布线系统组成,为通信系统以及其他各类应用系统提供语音、数据、图像业务的传送服务。
通信业务系统由电话交换及接人系统、调度通信系统、专业移动通信系统、会议电视系统、应急救援指挥通信系统、综合视频监控系统组成,提供有线、无线相结合的公务通信、调度通信等基本通信业务。
通信支撑系统由通信综合网管系统、同步和时钟系统、电源系统、电源及通信信号机房环境监控系统组成,作为上述通信承载网、通信业务网相关子系统的运营支撑,提供电源、时钟同步、网络管理等功能。
二、通信各子系统功能
2.1传输网
提供对车站间物理层业务、数据链路层业务的支持,实现TDM、以太网等业务的接入、处理和传送。
满足信号系统、牵引供电系统、客运服务等涉及安全生产、资金往来的应用系统的通信传送需求,并为通信业务网提供传送通道。
采用STM-6410Gb/s系统组建多业务传输平台(MSTP)骨干汇聚层;采用STM-4622Mb/s接入网系统组建多业务传输平台(MSTP)接人层;采用STM-6410Gb/s设备组成链型网络,MSP链型复用段保护方式;采用STM-4622Mb/s设备,根据业务节点的类型组成多个通道保护环。
2.2数据网
为不涉及安全生产、资金往来的各种应用系统提供网络层的广域网互联服务,包括综合视频监控、会议电视、各类信息系统等。采用MPLSVPN技术提供各个业务系统业务数据的隔离和QoS保证,利用本线MSTP传输系统作为承载平台。采用核心、汇聚、接入3层结构。
核心层在客专调度所设置骨干路由器,对全线的数据业务进行转发;汇聚层在沿线大站设置汇聚路由器,负责区域内数据业务的转发;接入层在沿线客运站、段所、客专公司设置接人路由交换设备,负责站内数据业务的接人。节点之间通过MSTP系统提供的155Mb/s通道互连,构成环形、星型双归。
利用MSTP多业务光接入网提供未设置数据网没备节点的数据业务的汇聚和接人。
2.3通信线路
在铁路两侧电缆槽道内各敷设1条主干32芯光缆,形成不同物理路径的光缆线路,纤芯容量及分配满足各专业的需求;沿线另敷设8芯短段光缆解决GSM-R光纤直放站的纤芯需求。
2.4车站、段所综合布线
在客运公司、动车段、综合维修段及各车站设置综合布线系统,由工作区子系统、水平子系统、干线子系统、设备间子系统、管理子系统组成。
2.5电话交换及接入系统
利用铁通既有程控交换设备,按照综合维修段管界分段纳人既有铁路电话交换网统一编号组网。
新没接入网系统,沿线车站新设ONU设备,分段接入新设OLT设备,OLT设备通过V5.2接人铁通程控交换设备。
2.6调度通信系统
提供各种具有调度通信特征的语音通信业务,实现固定用户与移动用户的统一呼叫。提供铁路专用通信、站场通信、站间通信。采用固定用户接人交换系统WAS组织调度通信系统。通过与CSM-R系统互连,实现有线无线调度一体化。在客专调度所、通信站新设调度所FAS设备,互为备用,实现调度所FAS设备的同城异地备用。沿线各车站、动车段、动车运用所新设站段FAS,通过传输系统提供的E1接入调度所FAS设备。新设FAS设备通过30B+D接口、DSS1信令与既有部干调、路局数调系统互联,解决调度台间联络业务。
2.7专用移动通信系统
采用GSM-R系统提供无线列调、ETCS-2列控、车次号跟踪、调度命令传输、区间公务移动通信等业务应用。系统采用GSM-R技术实现,由交换子系统、基站子系统、运行与维护子系统、移动智能网子系统、通用分组无线业务子系统以及GSM-R终端组成。
交换子系统、移动智能网子系统、通用分组无线业务子系统由GSM-R核心网工程建设。
为避免基站子系统部分设备的单点故障提高GSM-R系统的可靠性,基站子系统可采用单网冗余覆盖建设方案,当某一个基站出现故障时,相邻两个小区的覆盖电平仍然能够达到系统规定的性能要求。根据行车密度、车站股道数和定员数,结合话务模型进行测算,基站容量按枢纽站四载频、一般车站三载频、区间基站两载频设计。
2.8会议电视系统
会议电视系统为全线的运营管理提供高质量的视频会议功能。系统采用H.323架构,H.264压缩编码格式,利用数据网进行承载。
2.9应急救援指挥通信系统
应急救援指挥通信系统由应急中心设备以及沿线现场设备组成,紧急情况下为应急中心提供事故现场的实时动态图像,并建立双向的语音、数据传输。
长大水底隧道(武广浏阳河隧道)另设紧急电话系统、隧道视频监控系统和广播系统,为隧道的紧急救援提供更多的通信保障。
2.10综合视频监控系统
由监控中心、监控分中心、监控终端以及前端设备构成。监控中心设于客专调度所,负责全线视频监控设备及网络的统一管理和调度,可以对全线的视频监控图像进行调用。监控分中心设于沿线客运站,负责本站及相邻区间的图像存储、后期分析处理以及图像的分发管理。监控终端设于调度所、综合维修段、路局相关部门。可以对管内的视频监控图像进行调用。前端由摄像机设备、光端机、视频服务器(编码器)设备组成,设置于沿线车站、区间现场,实现对监控对象图像的采集和前期分析处理。
2.11通信综合网管系统
在客专调度所设置综合网管系统中心设备,包括数据库服务器、应用、采集服务器、磁盘阵列、交换机、第三方软件、应用软件、管理终端等,实现对客专调度所管辖范围内通信网络的管理。前端通过与各通信子系统网元级管理系统互连,实现对通信子系统网管信息的采用。在综合维修段、路局没置远程管理工作终端,满足相关运营维护人员对其管内通信系统的管理。
2.12同步及时钟分配系统
为通信系统以及其他信息系统提供时钟同步、时间同步功能。时钟同步采用主、从同步方式,沿线设置多个二级节点时钟BFF$,时钟同步源取自铁通既有LPR时钟信号。在客专调度所设置中央主时钟(包括GPS)以及NTP分配单元,通过数据网、传输系统提供标准时间信号。
2.13电源系统
系统采用直流通信设备提供高可靠性的48v直流电源、交流通信设备提供高可靠性的220V交流电源。
采用组合开关电源设备和阀控式密封铅酸蓄电池组,电源整流模块采用N+I方式备份,配置2组蓄电池组,后备时间1h。采用UPS系统和后备电池组,配置1组蓄电池组,后备时间1h。
2.14通信电源及通信信号机房环境监控系统对通信、信号机房的机房运行环境和安全等进行实时监控,可监测的环境量包括温湿度、烟雾、水浸、门禁、非法入侵、空调的控制;对通信系统所采用的交、直流电源设备进行监测。
由一级监控中心、二级监控中心、前端监测单元SU设备构成。一级监控中心设于客专调度所,负责对全线动力设备和环境的集中监控和管理;二级监控中心没于沿线通信站、综合维修段,负责对其管内的动力设备和环境进行监控和管理。
1.2设备不可靠。设备不可靠也是导致系统无法正常运行的重要因素。例如,用户设备终端、传输数据交换设备是进行网络通信的必须设备,一旦发生故障,影响系统有效运行。一般为预防系统出现中断情况,网络信号传输线采用两根。另外,网络集线器也是重要的设备,如果质量出现问题,导致系统无法正常运行。
1.3设计不科学。系统设计不到位不完善,没有严格遵循规范要求进行,系统布局不规范,线路连接没有到位,影响整个系统稳定运行。
二、计算机通信与控制系统运行可靠性的提升方法
2.1优化网络拓扑结构。拓扑结构是通信网络架构的核心内容,合理进行规划设计有利于系统有效运行,提高系统稳定性和可靠性,确保系统处于良好的性能。在计算机网络设计初期,必须提高思想认识,对拓扑结构进行科学合理设计,精心规划与布局,做好安排工作,满足系统运行需要。同时,要重视通信网络的容错性和有效性,确保满足实际工作需要。在整个结构中,最为关键的是要把握好结构的连通度和结构直径,根据当地网络设计需要,合理确定参数,满足人们使用需要。伴随着计算机技术发展和进步,拓扑结构不断升级,新技术和新工艺不断出现,在设计和运用中,要合理利用这些技术与工艺,从而促进结构性能提升,更好满足系统运行需要。
2.2进行科学合理设计。系统设计是十分关键的内容,对通信系统与控制系统运用产生直接影响。一方面,要注意系统结构紧凑,对各部分进行科学合理布局,确保信号传输直接,提高传输质量。采用必要的屏蔽措施,大功率器件采用散热措施,合理利用辅助电源。另一方面,做好系统各级电路工作点选择,确保各级间耦合效果。做好方案设计与论证工作,提高系统设计水平,防止外界电磁力的影响。
2.3加强通信网络管理。计算机系统一般比较复杂,除了做好设计工作之外,还需要重视采取措施加强网络管理。以降低网络故障率,保证网络系统信息和数据能有效传输。从而有效避免数据丢失,降低数据和信息传输故障率,促进系统可靠性提升。同时在管理过程中,重视现代技术运用,加强系统运行监测工作。实时分析和控制网络运行参数,并根据具体需要做好调节工作,对出现的问题及时处理和应对,促进系统可靠性的提升。
2.4多级容错分层处理。为促进系统可靠性提升,系统设计中需要建立多级容错系统。通过采用这种措施,即使系统运行出现故障,在多级容错技术支持下,网络能够及时处理和应对故障,保障系统正常运行。同时在故障处理过程中,不需要及时更换故障单元,对网络整体结构不会带来负面影响。另外,还需要采用多层次结构,进行科学有效管理,区分服务层、物理层、系统层、逻辑层,确保每层结构可靠,预防故障出现,进而提高整个系统的可靠性。
2.5采用其它相应措施。此外,还需要采取其他措施,从而提高系统可靠性。例如,排除电源电压波动带来的影响,运用磁环方法防止外界因素影响供电电源;控制直流电源电磁辐射。加强运行过程检查,提高系统使用人员素质,严格遵循规范要求进行操作,从而促进系统稳定可靠运行,使整个计算机系统更好为人们服务。
在生活上的要求得以充分满足后,人们还会产生一种内心认知的需要,即对外部世界的奥秘、对宇宙人生的规律充满了认知的渴求,对创新和发明有一种不可抑止的冲动,非常希望通过辛勤的探索去取得智力上的和感情上的自娱,这就是兴趣需要。当然,兴趣程度也是分等级的,从一般性的好奇,到专注的指向再到狂热的迷恋,各种程度的兴趣所导出的动机强度有一定差异。从兴趣出发努力探索科技奥秘,是科研动机形成的自为阶段。以兴趣需要占主导地位的需要系统,主体的动机主要由完全内化的需要—兴趣激发。因此,主体心理的自觉性相当高,主动性强,创新意识强烈,具有集中的注意力和活跃的想象力,一句话,科研动机的清晰度和强度相当高,可以经久不衰地支持着科技人员去艰苦努力、忘我劳动,创造新成果。在此,谋生与功利的需要降到了次要的地位。所以,兴趣在科技创新活动中具有特殊的意义,对激发人们的创新潜能是一个至关重要的因素。
二、真理需要
科技创新是探索自然奥秘、获取真理的劳动,因此,与目的合一的最高动机来自探索真理,运用真理为人类造福的需要,我们将此成为真理需要。科学真理是无阶级、无国度的,应该也可以为全人类造福。科技工作者运用智力和体力,寻求从前所不知的自然规律、技术方法和行为手段,改造自然、改造社会、改善人类境况,这是科技创新最高的要求,也是科技工作者实现自身价值的最佳境界。一旦人们从这种需求出发,形成科研动机且获得了满足,则不仅在真理的长河中注入了水流,而且自己也获得了个人经验的狭小圈子所不能找到的宁静和安定。因此,这是科研动机形成的自觉阶段。科学真理是全人类的真理,光凭个人的好奇与兴趣去从事研究,虽然比屈从与外界压力要自觉得多、也强烈得多,但如果不考虑科技工作者所负的社会责任,那么所从事的创造性劳动必然也只是以一己之得去求取心理上的宁静和智力上的快慰。应当懂得,科技创新的首要任务是发现真理、造福人类,科技成果与社会的前进、历史的进化联系在一起。所以,外部需要必须有机地转化为内在需要,而个体的需要又必须符合社会的需要。由此构成的需要系统就是以真理需要占主导地位的系统。此时,探索真理、造福人类成为把个人的创造性融化在外部与内部、个人与社会的统一性中。由此构成的科研动机系统,清晰度和强度都达到了最高,自觉性也最高,可以持续不断地保持高度的驱策力和维持力,鼓舞和激励着科技工作者胸怀大志、刻苦努力,把自己的创造性才华无私地贡献给科学事业和人类幸福。胸怀这种科研动机的人,常常可以登上科技创新的顶峰,作出举世瞩目的成就。
三、科技创新动机的系统性
上述各种需要系统转化而成的动机系统,是各种需要因素相互结合,协同作用下形成的一个有机系统,呈现出鲜明的系统特征。
(一)根据需要的层次看,动机也应当是分层的
科研动机系统中总有主导动机和非主导动机之分,主导动机决定着科研活动的趋向。科研动机系统由四个方面的需要转化而来,哪一层次的需要占主导地位就形成相应的主导动机,其他动机处于从属地位。究竟哪一种需要占主导地位,决定于客观环境和主观心理的相互作用,绝无统一模式。在同样的环境中,不同的科技工作者既可能主导动机相同,也可能迥然有别;在不同的环境中,同一名科技工作者既可能始终不渝、不改初衷,也可能随机应变、及时调整主导动机。同时,处于从属地位的非主导动机也在动机系统中发挥自己的作用。
(二)动机系统中的各种动机是协合的
一个人可能因各种需要而产生许多行为动机,这些行为动机之间兴许存在着矛盾斗争,而且有时斗争会很激烈。但是,动机之间的斗争正好说明动机系统的动态特征,动机的相互斗争服从协合的原则。协合,指协同和综合,个体动机系统中虽有主辅动机之分,但个体在决定行为的选择时,不是把次要的或矛盾的动机弃之一旁,而是采取协同综合的方式,在各种动机的最佳配合中择优而行。如科技工作者具有远大的抱负和探索真理的愿望,因此,支配其从事科研的主导动机就是发现和认识真理,为人类造福。这在时间与精力上总与他们享受家庭生活快乐的需要有一定的冲突,似乎是鱼和熊掌不能两全。但是,这两种动机之间的矛盾远非不可调和。从长远目光看,它们是协合、互补的。一方面,科技创新的新成果服务于全人类,当然也包括为科技人员的家庭服务;另一方面,科技人员也是活生生的人,他们的内心深处也有着与常人一样的生活欲望,适当地满足这些欲望不仅不影响他们的创新活动,相反却有助于充分完善他们的创新能力。否则,由于得不到正常的社会享受,久而久之必然会造成科技人员生活单调、情绪压抑、心理障碍加重,容易引起其精神不正常,削弱或阻碍他们探求真理的活动。
(三)各种行为动机构成的系统,产生系统整体效应
任何行为动作,表面上看只是受一主导动机推动,实际上是人们心中全部动机的系统效应。科技工作者因四种不同层次的需要而产生不同的动机系统,其中某一层次的主导动机驱策力最强,但其他方面的动机也不能忽视不计。任何强烈的需要只能相对满足,其中伴有其他需要的满足。所以,科技工作者兢兢业业从事某种科研工作,是动机系统的整体相应所致,各种分层的、驱策力不一的、有时甚至是冲突的动机彼此相干耦合,产生系统整体效应,推动人们的外部活动。