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1.1系统组件本身的脆弱性
由于国家电网经营发展属于民生大计问题,产业发展涉及到输变电生产、电力项目建设、工程项目维修、用电销售等诸多经营业务内容。因此,电力系统自动化通信技术视角下的技术定位相对较广,在信息系统设计、生产、组装环节中也就必然存在一定安全隐患问题。比如,第一点则属于系统硬件故障隐患问题,和信息系统设计初期阶段存在隐患有主要关系。第二点软件系统自有的安全隐患问题,这类安全隐患一般多来源于电力通信自动化技术领域下的平台软件,在平台设计开发阶段存在一定技术遗留问题。第三,基于TCP/IP协议栈的定义内容在网络应用设计之初时就留下了兼容性技术漏洞,使得网络安全隐患加剧。
1.2自然威胁
这类隐患性问题多以电力通信网络安全下的不可抗力事件发生为主,比如网络信息系统如果遭受自然雷击,或者是工作站突发性发生火灾,抑或通信系统遭受自然外力破坏,如地震、覆冰、风偏等。此外,这些自然不可抗事件发生一般不以人为意志为转移,会使得国家电网造成不可避免的经济资产损失。
1.3人为意外因素
通常指人为因素下的设计失误、技术系统操作异常、不规范使用信息系统等造成的安全隐患问题。此外,这类隐患问题出现一般并非人为主观意识上故意造成安全问题,而属于人为以外因素所致的安全隐患问题。
1.4人为恶意因素
同样,人为因素也包含恶意、蓄意、故意行为造就的网络信息安全事故问题。伴随这种恶意行为发生,可能会存在蓄意篡改重要数据,或者偷盗重要信息资源,或者更改代码种植木马信息等,以通过恶劣、低俗的网络黑客行为谋取私利。
2电力自动化通信技术下的网络结构分析
国家电网系统下信息网络结构一般由核心局域网,地方部门的局域网,以及区域通信渠道网络互联所组成;从应用功能角度又可划分为供生产、制造所用的SCADA/EMS系统,以及供电经营相关的MIS系统。
2.1SCADA/EMS系统
主要适用于变电网工作站、发电厂等电力供给、送电单位生产所用。并且该系统作用主要是进行监控、处理、评估及分析等;同时,其基本功能板块划分为数据采集、能源分析、信息存储、实时监控等。
2.2MIS系统(信息业务网)
该系统平台主要对网络信息化相关商务活动进行服务,同时其系统平台主要包括办公自动化、用户供电信息查询、信息统计管控、人资建设、以及安全生产等子系统板块。此外,MIS系统可对电力企业的直属上下级单位予以联网交互,包括地区间供电企业售电业务下的重要客户数据交互等。与之同时,MIS系统平台下已经由过去单一的EMS模式逐步转化为了当前的自动化DMS、TMR、调度管理、及雷电监测等多种方式应用拓展,可以会说在信息资源优化及调整上更为专业。而MIS系统主要应用于电力产业经营业务相关的组织活动方面,比如财务管理、物资置办、用电检查、安全监控、信息查询等多个方面。包括在MIS平台使用时也能够配套www、mail等板块予以实践应用,并且其属于IP网络传输,组网方式现如今也能够实现千兆以太网,同时网络结构取用于同级网络分层,每层又分为子网与链路层予以连接。
3电力自动化通信技术中的信息安全构建思路
3.1健全安全防范机制
国家电网下电力企业通信技术平台下的各个管理单元众多,在网络信息安全中制定必要的安全防范机制非常重要。因此,在安全机制构建过程中,需要保障安全机制具有严谨的逻辑性,要能结合电力企业自身需求情况,确认出重点网络防范区域与划分出普通网络访问区域。比如,对于一般性网络访问区域,需要设置具备一定开放性的访问权限;而重点网络防范区则需要严格限制普通权限客户登录,设立较高安全级别权限,以此才能对安全数据、资源信息、QA系统运营进行重点安全监督。
3.2完善信息网络设备管理机制
信息设备管理主要以电网系统下信息安全设备管理作为研究载体,强调设备管理综合效率最大化提升。基于此,设备管理机制中要配套使用促进人员职能发挥的激烈奖惩机制,以此来提升其责任意识和凝聚归属感,激发人员信息安全运维作业的人员主观能动性。此外,设备管理工作开展从基本规划、设计研发、平台选型、配件采购、安装组建、故障维修、定期养护、技术更新、设施技改等方面进行组织管理,以此才能确保信息网络设备及使用软件平台的可靠性与实用性。
3.3强化电力系统信息安全技术
为了充分保障信息网络安全,对于信息网络的安全技术研究而言则非常重要。一般当前通信网络安全技术主要有:防火墙、身份鉴别与验证、信息资源加密手段应用等。因此,第一,强化防火墙网络管理是必然的安全防控手段,特别是防火墙这种具备保护屏障作用的内、外网安全服务通道。所以,防火墙优化设计时要重点考虑其接口连接问题的同时,配套做好网络漏洞修复。第二,身份鉴别与验证,则要重点控公司内、外网的数据监控,人员操作日志,控制权限访问等,以便于公司内部网络安全软件开发时可提供必要信息资源依据。第三,对于信息加密手段应用,则要重点考虑口令卡、智能卡、以及密钥安全形手段的配套使用。同时,信息加密还可以结合企业自身条件,配套使用DES/RAS等密码技术应用,以避免未经授权时可有效控制非访访问获得数据等,防范重要数据泄漏。
4结束语
【关键词】软交换 IPPBX 电话网
一、引言
随着VoIP技术的成熟,目前电信运营商正在逐步淘汰程控交换设备,电话交换技术已经从程控交换转变为软交换技术。公共电信网交换技术的转变,同样影响到企业网,企业级电话通信网逐步从PBX架构向IPPBX架构转变,并与办公系统集成,形成融合通信系统。企业级电话网络采用软交换技术以后,在技术上带来以下改变:交换技术从电路交换变为软交换;呼叫控制协议从7号信令转变为SIP协议;传输线路从双绞线转变为网线,支持无线接入;交换设备从程控设备转变为通用计算机平台。
企业构建电话通信网可以采用专用IPPBX交换机,也可以采用计算机平台和开源软件构建。前者服务质量稳定,但是设备、用户授权和服务价格较高;后者可靠性相对较低,但如果方案得当,也可以取得不错的效果。论文围绕第二种方案,研究电话网络的架构,软件平台的选择,电话网络的测试方法,为自行建设企业级电话通信网提供参考。企业级软电话网络使企业用户可以进行零费用通话,私密性较好,无需支付传统程控交换网或者电信软交换网中的市话和长途费用,有效降低办公成本。
二、企业级软电话网络架构
软电话网络的核心是IPPBX交换机,该交换机以SIP协h为呼叫控制协议,支持智能终端实现VoIP通话、视频通话及其它增值业务;负责存储用户、中继、呼叫路由、呼叫记录、计费等数据;提供网络管理功能。传输网采用IP网络,以交换机、路由器为节点设备,以网线为传输介质。智能终端可以是SIP电话、电脑或者手机上安装的客户端软件,采用有线或者无线WiFi的方式接入网络。
三、软件平台的选择
目前IPPBX开源软件平台主要分为三大系列,分别是Asterisk、FreeSwitch、Yate,以下将对三款软件的特点和应用进行分析。
(一)Asterisk平台
Asterisk是第一套以开源软件实现的用户交换机(IPPBX) 系统,也是应用最广的开源平台。Asterisk采用双轨授权模式,免费模式使用GPL授权,而商用授权使用proprietary 模式。系统运行平台包括Linux、NetBSD、OpenBSD、FreeBSD、Mac OS X 与 Solaris。Asterisk 是轻量级的系统,可以在如OpenWrt之类的嵌入式系统上运行。Asterisk不仅提供IPPBX电话功能,还提供VoIP网关、会议服务器等功能。该平台被全球超过170个国家的100万个小型企业、大型企业、呼叫中心、运营商和政府机构使用。Asterisk支持SIP、MGCP、H.323协议,可以通过E1数字中继、FXO模拟中继与PSTN相连。
(二)FreeSwitch平台
FreeSwitch是采用MPL授权的开源IPPBX平台,支持音频、视频、文本等信息的路由互联。FreeSWITCH可在多个操作系统,包括Windows,Max OS X,Linux,BSD和Solaris上独立运行。FreeSWITCH支持T.38传真,支持Skype,SIP,H.323和WebRTC等各种通信技术,可方便的与其他开源的PBX系统,如sipXec、Call Weaver、Bayonne、YATE或Asterisk进行对接。
(三)Yate平台
Yate(Yet Another Telephony Engine)是一款免费的开源通信软件,支持视频、语音和即时消息。Yate基于互联网语音协议(VoIP)和PSTN开发,可扩展性强,支持SIP、H.323、IAX、MGCP、Jingle、Jabber、E1、T1、ISDN PRI、BRI和SS7信令。Yate以C ++编写,采用模块化设计,允许使用脚本语言(如Perl、Python或PHP)来扩展其功能。
四、电话网络测试
网络测试采用SIPp工具实现。SIPp是一个测试SIP协议性能的工具软件,它包含了一些基本的SipStone用户工作流程(UAC和UAS),并可使用INVITE和BYE建立和释放多个呼叫。它也可以读XML文件,即描述性能测试的配置文件,可以使用XML文件来模拟现场的SIP信令,以重现出现的故障,或者可以自定义SIP 协议以测试终端对某些方面的容错或错误处理能力。SIPp能动态显示测试运行的统计数据,如呼叫速率、信号来回的延迟,以及消息统计;周期性地把CSV统计数据转储,在多个套接字上的TCP 和UDP,利用重新传输管理的多路复用;在场景定义文件中可以使用正则表达式,动态调整呼叫速率。SIPp可以用来测试许多真实的SIP设备,如SIP,B2BUAs,SIP媒体服务器,SIP/x网关,SIP PBX,也可以模仿上千个SIP呼叫你的SIP系统。
测试主要分为两步:模拟1000个用户同时呼叫,并测试服务器负载状况;满足RFC3261规范的前提下,测试系统的最大并发呼叫数。经测试发现,FreeSwitch表现最优,Asterisk和Yate平台性能相近。
关键词:网络技术、IP over WDM、移动IP、物联网
中图分类号:TP368.1文献标识码:Bdoi: 10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.003
Overview of Modern Network Technology
GU Lin-zhu, WANG Kai, MI Lan
(School of Information and Electrical Engineering China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008 ,China)
【Abstract】 With the development of computer technology, network technology has also been an unprecedented development in modern society has been a rapid development in the information age, a variety of new network technology is changing, has been widely used in all walks of life. This paper describes the course of development of network technology, and from the new generation of Internet, mobile IP technology, Content networking discusses the three aspects about the new modern network technology.
【Key words】 Network technology; IP over WDM; mobile IP; I Content networking
0引言
随着计算机技术的发展,网络技术也经历了从无到有的发展过程。尤其是从“信息高速公路”概念的提出,网络技术得到了空前的发展。各种新的网络技术层出不穷,如IPv6、宽带移动因特网、宽带接入新技术、10吉比特以太网、宽带智能网、网格计算、网络存储、无线自组织网络、主动网络、下一代网络和软交换等。这些技术的发展应用极大的推进了社会的发展,带来了极大的社会效应。
1现代网络技术的发展
计算机在19世纪40年代研制成功,但是直到80年代初期,计算机网络仍然被认为是一个昂贵而奢侈的技术。近20年来,计算机网络技术取得了长足的发展,在今天,计算机网络技术已经和计算机技术本身一样精彩纷呈,普及到人们的生活和商业活动中,对社会各个领域产生了如此广泛而深远的影响[7]。
1.1早期的计算机通讯
在PC计算机出现之前,计算机的体系架构是:一台具有计算能力的计算机主机挂接多台终端设备。终端设备没有数据处理能力,只提供键盘和显示器,用于将程序和数据输入给计算机主机和从主机获得计算结果。计算机主机分时、轮流地为各个终端执行计算任务。
这种计算机主机与终端之间的数据传输,就是最早的计算机通讯[6]。
1.2分组交换网络
分组交换的概念是将整块的待发送数据划分为一个个更小的数据段,在每个数据段前面安装上报头,构成一个个的数据分组(Packets)。每个Packet的报头中存放有目标计算机的地址和报文包的序号,网络中的交换机根据数据这样的地址决定数据向哪个方向转发。在这样概念下由传输线路、交换设备和通讯计算机建设起来的网络,被称为分组交换网络。
分组交换网络的概念是计算机通讯脱离电话通讯线路交换模式的里程碑。美国的分组交换网ARPANET于1969年12月投入运行,被公认是最早的分组交换网。法国的分组交换网CYCLADES开通于1973年,同年,英国的NPL也开通了英国第一个分组交换网。到今天,现代计算机网络:以太网、帧中继、Internet都是分组交换网络[8]。
1.3以太网
以太网目前在全球的局域网技术中占有支配地位。以太网的研究起始与1970年早期的夏威夷大学,目的是要解决多台计算机同时使用同一传输介质而相互之间不产生干扰的问题。夏威夷大学的研究结果奠定了以太网共享传输介质的技术基础,形成了享有盛名的CSMA/CD方法。
以太网的CSMA/CD方法是在一台计算机需要使用共享传输介质通讯时,先侦听该共享传输介质是否已经被占用。当共享传输介质空闲的时候,计算机就可以抢用该介质进行通讯。所以又称CSMA/CD方法为总线争用方法。
1.4INTERNET
Internet是全球规模最大、应用最广的计算机网络。它是由院校、企业、政府的局域网自发地加入而发展壮大起来的超级网络,连接有数千万的计算机、服务器。通过在Internet上商业、学术、政府、企业的信息,以及新闻和娱乐的内容和节目,极大地改变了人们的工作和生活方式。
Internet目前已经成为世界上规模最大和增长速度最快的计算机网络,没有人能够准确说出Internet具体有多大。到现在,我们的Internet的概念,已经不仅仅指所提供的计算机通讯链路,而且还指参与其中的服务器所提供的信息和服务资源。计算机通讯链路、信息和服务资源整体,这些概念一起组成了现代Internet的体系结构。
2现代网络新技术
2.1新一代因特网(IP over WDM)
2.1.1IP over WDM概述
自19世纪,90年代以来,人类进入了一个前所未有的信息爆炸时代,以IP为主的数据业务是当今世界信息发展的主要推动力 据有关专家预测,每6~8个月,主要ISP的因特网骨干链路的带宽需求就增长一倍,2005年以后 纯语音和数据流量之比1:99[15]。因而在未来传输平台趋于WDM化的过程中,IP over WDM必将成为新一代因特网的支柱[14]。
2.1.2IP over WDM工作原理
IP over WDM也称光因特网。其基本原理和工作方式是:在发送端 将不同波长的光信号组合(复用)送入一根光纤中传输 在接收端 将组合光信号分开(解复用)并送入不同终端构成光因特网。
2.1.3IP over WDM的组成
光因特网的网元包括光纤、激光器、掺饵光纤放大器、光耦合器、电再生中继器、转发器、光分插复用器、交叉连接器与交换机。非零色散偏移光纤因其色度色散的非线性效应小而最适合波分复用系统。掺饵光纤放大器大都是宽带的,能同时放大波分复用的所有波长;因系统对平坦增益的要求很高,在经过6个左右光放大器之后就需要进行一次电放大。光耦合器用来把光信号各个波长组合在一起和分解开来,起到复用和去复用的作用。
2.2移动IP技术
2.2.1移动IP技术的概念
所谓移动IP技术,就是移动用户在跨网络随意移动和漫游中,使用基于TCP/IP协议的网络时,不用修改计算机原来的IP地址,同时继续享有原网络中一切权限。移动IP技术是移动互联时代最基础、最关键的技术之一,也是实现任何时间、任何地方、与任何人通过任何方式进行任何业务通信的全球个人通信的关键技术之一。未来的移动网络将实现全包交换!包括话音和数据都由IP包来承载,话音和数据的隔阂将消失,移动IP技术是实现全球个人通信的关键技术和移动互联网的基石。
由于移动IP技术的应用有着广阔前景,它的开发已成为业界研究的热点,此前,一些相关规定也相继出台,许多商家已经出台了应用技术方案和设备,移动IP的应用已经悄然开始。
2.2.2移动IP的基本原理
使用传统IP技术的主机使用固定的IP地址和TCP端口号进行相互通信[1],在通信期间它们的IP地址和TCP端口号必须保持不变,否则IP主机之间的通信将无法继续。而移动IP的基本问题是IP主机在通信期间可能需要在网路上移动,它的IP地址也许经常会发生变化。而IP地址的变化最终会导致通信的中断[18]。
如何解决因节点移动(即IP地址的变化)而导致通信中断的问题?蜂窝移动电话提供了一个非常好的解决问题的先例。因此,解决移动IP问题的基本思路与处理蜂窝移动电话呼叫相似,它将使用漫游、位置登记。隧道技术、鉴权等技术。从而使移动节点使用固定不变的IP地址,一次登录即可实现在任意位置(包括移动节点从一个IP(子)网漫游到另一个IP(子)网时)上保持与IP主机的单一链路层连接,使通信持续进行。
2.2.3移动IP技术发展三部曲
第一步:IP业务与移动通信结,在电路交换的移动通信网络中引入IP电话业务。IP电话是一种新的电话业务,是在IP网络承载话音技术创新的产物。它把话音进行压缩编码,打包分组,路由分配,存储交换,解包解压缩等变换处理,在IP网络上实现话音通信。第二步:在GSM网络中引入IP分组数据业务。GPRS是一个从空中接口到地面接入网再到核心网络部分都分组化的数据通信网络。第三步:三代移动通信网络的发展方向将是一个全IP的分组网络。
2.3物联网
2.3.1物联网的概述
物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”[3]。顾名思义,物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间,进行信息交换和通信。因此,物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2.3.2物联网的关键技术
物联网的关键技术有短距离无线通讯(zigbee、wifi、蓝牙等)、低功耗无线网络技术、无线传感器网络、无线定位、射频识别(RFID)(高频、超高频)、远程网络、多网络融合等。物联网关键领域有:1. RFID;2.传感网;3. M2M 4. 两化融合[5]。
物联网的发展,也是移动技术为代表的普适计算和泛在网络发展的结果,带动的不仅仅是技术进步,而是通过应用创新进一步带动经济社会形态、创新形态的变革,塑造了知识社会的流体特性,推动面向知识社会的下一代创新形态的形成。移动及无线技术、物联网的发展,使得创新更加关注用户体验,用户体验成为下一代创新的核心。技术更加全面,体验更加丰富成为新一代物联网的发展目标。
3结束语
当今社会,已离不开网络,网络创造了一种新的文化,给我们的生活生产学习带来了翻天覆地的变化。各种新的网络技术不断发展,解决各种难题,极大提高人们生活水平。但在网络发展的同时,也面临许多挑战,比如网络安全问题,网络传输问题等,只要不断创新,迎接新的挑战,才能不断解决各种新问题,使社会取得更大的进步。
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[论文摘要]介绍无线列调电话在无漏缆区段明区间和隧道内弱盲区通信系统的组成,并结合工程实例介绍设计及安装的相关问题。
一、引言
在大郑线新立屯至通辽西区间增建第二线工程中,有相邻的甲、乙、丙三个站,由于增建二线,乙站拆除,甲乙两站相距12.2km,乙丙两站相距13.4km,甲站出站1km处上下行线各有一座长约500m的隧道,此1km内有较大曲线和路堑。因乙站车站台拆除,致使甲、丙两站间的无线列调电话通信出现弱、盲区,目前解决明区间弱场的方式主要有布放中继台及布放光纤直放站两种,前者造价较低,但由于空间波不易控制,后者需要铺设光纤,适合站间距离长,同时造价相对较大,为解决弱、盲区通信问题,针对本工程实际情况,设计中明区间采用异频中继,隧道内采用无漏缆隧道中继器及特制平板天线的方案,设备选用华通时空通信技术有限公司的产品。现将工程有关情况简介如下。
二、系统组成
本无线列调系统为450mhz-c制式,弱场异频中继频率为150mhz。
(一)明区间弱场中继设备
明区间弱场中继设备由wjj-11型首台中继器和wjj-12型尾台中继器组成,首台设在丙车站,尾台设在弱场区边缘的原乙站,通过首尾中继器的中继及无线转发功能,实现车站台与弱场区机车台的通信。wwW.lw881.com车站呼叫机车:站台将呼叫机车的114.8hz信令调制到f1发射(f1为457.7mhz),首台收f1解调出114.8hz再调制到f2发射(f2为151.7mhz。),尾台收f2解调出114.8hz再调制到f1发射,车台收f1解调出114.8hz后显示被呼叫并发415hz回铃信号,经相应操作,双方通话。机车呼叫车站:为上述反向流程,呼叫车站信令为123hz。
(二)隧道内盲区中继设备
wjs系列中继器是解决无漏缆隧道内通信的专用设备,它由wjs-1型洞口中继器、wjs-2型洞内中继器、平板天线、连接洞内中继器和平板天线的功分器、syv-50-9射频电缆和连接两中继器的中频隔离器、yzw2x4.0控制电缆组成。其中控制电缆内既传输中继器所需的220v交流电源又传输含有呼控信令的中频455khz,两者通过中频隔离器分开。隧道较短时洞内可不设中继器,较长时可设2台以上中继器,1台中继器可带多达5个平板天线。洞口中继器设在洞口中继房内,洞内中继器设在隧道内适当地点的避车洞内,平板天线贴装在洞壁上部,控制电缆、射频电缆及功分器等设在洞壁上。其通信过程如下,车站呼叫机车:站台将呼叫机车的114.8hz信令调制到f1发射,洞口中继器收f1后解调出含有114.8hz信令的中频455khz,中频经控制电缆传至洞内各中继器再调制到f1经射频电缆及功分器传至平板天线发射,机车收f1解调出114.8hz后显示被呼叫并发415hz回铃信号,经相应操作,双方通话。机车呼叫车站:为上述反向流程,呼叫车站信令为123hz。车站经首尾中继器与隧道内机车的通信与上述类似。
三、设备配置
由于乙站拆除,在乙站新设wjj-12型尾台中继器一套,丙站除原车站台外另设wjj-11型首台中继器,甲站原车站台不变;上行线隧道的甲站侧洞口设wjs-1型中继器一套,负责甲站车站台与上行线隧道内机车台的通信中继。因隧道较短,隧道内未设洞内中继器,仅设平板天线3个、功分器2个,同时设相应的射频电缆及中继电缆;下行线隧道洞内设备与下行线隧道类似,下行侧洞口设wjs-1型中继器一套,乙站设尾台中继器一套,丙站设首台中继器一套,下行线隧道内机车台经洞口中继器、拆除乙站新设的尾台中继器、丙站首台中继器与丙站车站台间的通信。
四、频率选定和场强 计算
根据tb/t3052-2002规定,450mhz频段c制式频率选457.700mhz,异频中继频率选151.700mhz。450mhz频段机车台接收机输入电平中值设计值取28dbμv(其中,电台最小可用电平10dbμv,起伏量11.5dbμv,储备量6.5dbμv)。因无线列调的场强计算范围内地球曲率的影响并不显著,故用平面大地公式近似计算。
1.450mhz:接收点入口电平:v入=p1-l1+g1-l0-f+g2-l2。式中:p1为发射功率5w(144dbμv);l1为发射馈线损耗6dbμv;g1为发射天线增益13dbμv;l0为自由空间传输衰减;f为衰减修正因子;g2为接收天线增益0dbμv;l2为接收馈线损耗3dbμv。
自由空间传输衰减:l0=22+20lgd+20lgf。式中:d为收、发天线间距离(km);f为载频频率(mhz);l0=22+20lg13.4+20lg450=97.6dbμv。
平面大地传播时衰减修正因子:f=22+20lgh1.h2.f/d=22+20lg25x4.8x
450/13400=34.1dbμv。
机车距车站13.4km时:v入=144-6+13-97.6-34.1+0-3=16.3dbμ。v不满足28dbμv的要求,但可以达到中继器的工作开门电平。
2.隧道内平板天线发射电平:(洞内中继器输出电平144dbμv[5w],射频电缆衰耗0.05db/m,平板天线间距160m,增益1dbμv,功分器主路衰耗3db,支路衰耗3-25db可调。)最远处天线发射电平:p=144-0.05×540-3×2+1=112dbμv,由远至近调整功分器支路衰耗为12db、24db,则天线发射电平为112dbμv。因隧道内电波传播受列车、洞壁构造、隧道截面及曲线等因素影响很大,工程中应据实测场强调整天线间距、功分器支路衰耗及中继器输出电平,使场强满足要求。
五、设备安装
丙站新建运转室,车站台及首台中继器设在的25米铁塔上,天线塔设10ω防雷地线,电台所需交流电源由通信机械室接引;拆除乙站利用原20米铁塔,尾台中继器设在无人值守的中继房内,电源采用太阳能供电。隧道口的洞口中继器设在无人值守的区间中继房内,电源采用太阳能供电。区间中继房应特别注意高频避雷器、系统工作地线及天线塔防雷地线的良好设置,以确保设备安全运行。隧道频电缆挂设在洞壁上部的挂钩上,平板天线及功分器设在洞壁顶部。平板天线间的距离160m左右,施工时根据隧道内场强实测情况进行调整。功分器主路衰耗3db,支路衰耗3-25db可调,愈靠近中继器的支路衰耗愈大,使各天线的输出电平基本一致。
六、小结
解决山区隧道等无线弱场是综合性的工程,需要铁路相关部门和生产厂家的共同努力。采用新技术的新型弱场覆盖设备降低了投资,提高山区隧道等弱场区的通信质量。对于已经投入使用的设备应有改善措施解决存在的问题,挖掘系统潜力,满足铁路快速 发展 的需要。
信息、生物、新材料三大前沿领域
信息、生物、新材料是21世纪前30年发展最快、最热门的三大领域,它们集结了当今世界最强势的研究力量。但在这些关系未来发展的关键领域中,我国许多核心技术仍依赖追踪、模仿和引进国外技术,原始创新能力明显不足。
从更宽的视野来看,不仅仅是这三个领域的发展需要高扬“自主创新”的信心与勇气。实际上,整个中国科技正面临着前所未有的发展压力:对外要适应国际科技竞争的紧迫形势,对内要满足经济社会发展进程中的重大战略性需求。而原始创新能力和技术创新能力的薄弱,已成为当前和未来相当长时期内影响我国整体竞争力的极大障碍。
面向未来15年的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》即将,科技部等有关部门正在着手制定科技“十一五规划”——关于中国科技“未来”的探讨与关注,在最近一年多来达到了前所未有的程度。就是在这样带着几分焦灼、几分期待、几分信心的探讨氛围中,“自主创新”成为人们关于中国科技发展的共识。
带着这个共识,再来看中国科技发展面临的“压力”,在很大程度上已经变成了未来发展的重大机遇。未来10年,中国在这三大领域中最有可能实现自主创新的关键技术群究竟有哪些?有限的科技经费究竟应当投入到哪些突破口?
下一代移动通信技术
移动通信是人类社会发展中的一大奇迹。2004年12月,全球(蜂窝)移动通信用户总数已达17亿以上,超过已有百年发展历史的固定通信用户数。过去10年,移动通信技术完成了由第一代模拟通信技术向第二代数字通信技术的过渡,当前正处于由其巅峰状态向第三代(3G)移动通信技术过渡的进程中。
目前,世界发达国家纷纷投入力量进行第三代及下一代移动通信标准、技术和产品的开发。
——3G移动通信:国际电信联盟(ITU-T )批准为3G 的三大标准分别是欧洲的WCDMA,美国高通公司的CDMA2000和中国大唐电信的TD-SCDMA。3G已在全球30多个国家开始商用。
——增强型3G(Enhanced 3G):为了克服3G 技术不能很好支持流媒体等业务的不足,国际电信联盟已在制定增强型3G技术标准。专家预测,增强型3G技术将进入商用。
——4G(或Beyond 3G):下一代移动通信即所谓超3G(以下统称Beyond 3G)技术的研究是国际上的热点。Beyond 3G具有更高的速率与更好的频谱利用率。 欧盟、日本、韩国等国家已开始4G框架的研究,预期Beyond 3G技术可望在2010年后开始商用。
中国移动用户总数已达3.34亿,居世界第一,总体技术水平与国际同步,处于由第二代向第三代的过渡时期。我国3G移动通信技术已经具备了实现产业化的能力,我国大唐电信2000年5月提出的TD-SCDMA标准已成为国际电信联盟正式采纳的三大标准之一。此外,在国家“863”计划的支持下,开展了Beyond 3G技术的研究,预期该技术可望在2010年后开始商用。
Beyond 3G技术对我国经济社会发展和国防建设具有十分重要的意义。 德尔菲专家调查统计结果显示,我国研发水平比领先国家落后5年左右, 通过自主开发或联合开发,在未来5年可能形成自主知识产权。以华为、 中兴为代表的一批高技术通信设备制造业公司,在第三代移动通信设备(3G)等研发方面紧跟国际前沿,打破了国外公司对高技术通信设备的垄断,开始参与国际通信标准的制定,开发具有自主知识产权的核心技术,具备了参与国际竞争的能力,具备实现技术和产业跨越式发展的契机。
中国下一代网络体系
下一代网络(NGN)泛指以IP为核心,同时可以支持语音、 数据和多媒体业务的因特网、移动通信网络和固定电话通信网络的融合网络。
世界各国和国际通信标准化组织都在积极开展下一代网络的研究开发工作。国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)、欧洲电信标准化协会(ETSI)、互联网工程任务组(IETF)、第三代伙伴组织计划(3GPP)等,都在致力于下一代网络体系的研究。目前,美国、日本、韩国、新加坡以及欧盟都已启动了下一代互联网研究计划,全面开展各项核心技术的研究和开发。
我国在下一代网络的研究方面已取得了较大进展。“九五”期间,863计划建成了“中国高速信息示范网”(CAINONET)、国家自然科学基金委支持的“中国高速互连研究试验网NSFCNET”等重大项目,目前已开始基于NGN的软交换技术在移动和多媒体通信中的应用研究。中兴、华为等企业还推出了基于软交换的NGN解决方案;在下一代互联网研究上,中兴、港湾网络等推出的高端路由交换机,可应用于国家骨干IP网络建设,以及大中型宽带IP城域网核心骨干和汇聚。国内公司还开始自行设计高端分组交换定制ASIC芯片。我国已成为少数几个能够提供全系列数据通信设备的国家之一。
下一代网络技术对促进我国高新技术的发展,以及对改造和提升我国传统产业具有举足轻重的作用,对国家安全至关重要。从总体上看,我国互联网技术跟随国外发展,在技术选择上缺乏系统研究,走过一些弯路,至今与国外仍存在较大差距。无论网络用户规模、网络应用、网络技术或网络产品都尚有很大的发展空间。从全局着眼,应不失时机地开展中国下一代网络体系的研究、应用试验、关键技术研究和产品开发。不能像第一代互联网那样,技术、标准都是外国的,给国家安全造成隐患。
纳米级芯片技术
当前,集成电路的发展仍遵循“摩尔定律”,即其集成度和产品性能每18个月增加一倍,按照器件特征尺寸缩小、硅片尺寸增加、芯片集成度提高和设计技术优化的途径继续发展。
自上世纪90年代以来, 全球集成电路制造技术升级换代速度加快。 当前国际上CMOS集成电路大规模生产的主流技术是130nm, 英特尔等部分技术先进的芯片制造公司已在用90nm进行高性能芯片生产。2005年,美国AMD公司已开始量产90nm的高性能芯片,国际上对65nm技术的开发也已成功。伴随130nm到90nm技术的升级, 考虑到扩大生产规模和降低成本,大多数公司将使用12英寸替代8英寸硅基片, 这也必将带来半导体设备的大量更新。
近年来我国一些先进集成电路制造公司的崛起,使国内集成电路制造工艺技术与国际先进水平的差距有了显著的缩小,但整体水平仍与先进国家相差2~3代。目前,我国集成电路设计公司年设计能力已超过500种,主流设计水平达到180nm,130nm技术正在开发中,90nm技术的研发也开始着手进行。从产业发展看,我国集成电路已初步形成由十多家芯片生产骨干企业、十多家重点封装厂、二十多家初具规模的设计公司、若干家关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体,设计、芯片制造、封装三业并举的蓬勃发展态势。以中科院计算所为代表的研究机构和企业在CPU研发方面所取得的新进展,标志着我国集成电路设计具有较强能力,与国际先进水平的差距进一步缩小。目前我国芯片业大多集中在低端的交通、通信、银行、信息管理、石油、劳动保障、身份识别、防伪等领域,IC卡芯片所占比重一直占据芯片总体市场的20%左右。
世界第一颗0.13微米工艺TD-SCDMA 3G手机核心芯片10月9日在重庆问世
今后的IC是纳米制造技术的时代,而纳米级芯片技术是我国赶超国际的关键,它的成功将会是我国IC工业发展史上的重要里程碑和持续发展的动力,专家认为应优先发展。
中文信息处理技术
包括汉字和少数民族文字在内的中文信息处理技术,是汉语言学和计算机科学技术的融合,是一门与语言学、计算机科学、心理学、数学、控制论、信息论、声学、自动化技术等多种学科相联系的边缘交叉性学科。
随着互联网的发展,中文信息处理技术已渗透到社会生活的各个方面。1994年,微软开始进入中文软件市场,微软的WORD把国产WPS挤出了市场,继而Windows中文版又把国产中文之星挤垮。微软凭借其强大的优势地位,使国产的中文信息处理软件举步维艰。中文版的Windows、Office等占据了大部分的中文软件市场,使中文信息处理逐渐丧失了其特殊地位。
经过二三十年的努力,我国的中文信息处理,包括中文的编码、字型、输入、显示、输出等的基本处理技术已经实用化,目前正在逐渐摆脱“字处理”阶段,处于向更高级阶段快速发展的时期。包括中文的文字识别机和手写文字识别、语音合成、语音识别、语言理解和智能接口等技术的研究已获得进展。中文的全文检索、内容管理、智能搜索、中文和其他文字之间的机器翻译等技术也正在开发、研制,并取得了较大进展,涌现了联想、方正、四通、汉王、华建等公司。
随着中国加入WTO与世界各国交流的逐渐扩大以及网络信息时代的来临, 中文信息处理技术越发显得重要,其自动化水平的提高,将大大促进我国科技、国民经济和社会发展,同时使中华民族的文化在信息时代得到新的发展。未来无疑应当加强中文信息处理技术的研发投入与政策倾斜。
人类功能基因组学研究
20世纪末启动的人类基因组计划被公认为生命科学发展史上的里程碑,其规模和意义超过了曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划。随着人类基因组、水稻基因组以及其他重要微生物等50多种生物基因组全序列测定工作的完成,国际基因组研究进入到功能基因组学新阶段。
功能基因组学已成为21世纪国际研究的前沿,代表基因分析的新阶段。它是利用结构基因组所提供的信息和产物,发展和应用新的实验手段,通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能,使生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究,是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。从1997年迄今已发表的有关功能基因组学的论文数以千计,其中不少发表在《细胞》《自然》《科学》等国际著名刊物上。
目前功能基因组研究的重点集中在四个方面:一是基因测序技术研究。预计今后几年内,测序技术将继续发展,特别是有一些重要的改进将直接用于功能基因组的研究;二是单核苷多态性(SNP)以及在此基础上建立的SNP单体型研究;三是基因组有序表达的规律研究。主要包括基因的深入鉴定、基因表达与转录组研究、蛋白和蛋白质组研究、代谢网络和代谢分子研究、基因表达调控研究等;四是计算生物学和系统生物学研究。
近几年来,在国家“863”计划、国家重大科技专项等的资助下,我国功能基因组学研究取得了一系列进展。中华民族占世界人口的1/5,有丰富的遗传疾病家系资源,这是我国发展功能基因组研究的有利因素。“十五”期间,我国参与国际蛋白质组计划、国际人类基因组单体型图计划,高质量按时完成了项目中所承担的21号染色体区域的任务,建立并完善了中华民族基因组和重要疾病相关基因SNPs及其单倍型的数据库的建设,在国际一流杂志上发表了一批高水平学术论文,申报了一批国家专利,收集、保存了一批宝贵的遗传资源,并初步建立了遗传资源收集网络和资源信息库的采集管理系统,组建了一批国家级基地,培养了一支队伍,建立了一批技术平台。但总体而言,我国在功能基因组研究及应用方面的原始创新成果数量较少,还不能为医药生物技术产业的发展提供足够的知识和产品。
未来研究重点包括:
——功能基因组研究。重点开展植物功能基因组研究、人类功能基因组研究和重要病原微生物及特殊微生物功能基因组研究;
——蛋白质组学研究。蛋白质组学是一个新生领域,目前还处于初期发展阶段,仍有许多困难有待克服。我国应选择具有特色的领域开展研究;
——生物信息技术。我国的研究重点应集中在生物信息数据库的构建、生物信息的开发、加工、利用及生物信息并行处理方面;
——生物芯片技术及产品。通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。常用的生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、生化反应芯片和样品制备芯片等。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。我国生物芯片研究紧跟国际前沿,它将对我国生命科学研究、医学诊断、新药筛选具有革命性的推动作用,也将对我国人口素质、农业发展、环境保护等作出巨大的贡献。
专家认为,我国人类功能基因组学研究的研发水平比领先国家落后5年左右, 若能高度重视,充分利用我国已有的技术和资源优势,未来10年我国可能实现人类功能基因组学研究的跨越发展。
蛋白质组学研究
随着被誉为解读人类生命“天书”的人类基因组计划的成功实施,生命科学的战略重点转移到以阐明人类基因组整体功能为目标的功能基因组学上。蛋白质作为生命活动的“执行者”,自然成为新的研究焦点。以研究一种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学自然就成为功能基因组学中的“中流砥柱”,构成了功能基因组学研究的战略制高点。
目前蛋白质组学的主要内容是建立和发展蛋白质组研究技术方法,进行蛋白质组分析。为了保证分析过程的精确性和重复性,大规模样品处理机器人也被应用到该领域。整个研究过程包括样品处理、蛋白质的分离、蛋白质丰度分析、蛋白质鉴定等步骤。
附图
自1995年蛋白质组一词问世到现在,蛋白质组学研究得到了突飞猛进的发展。我国的蛋白质组研究也在迅速开展,并取得了许多有意义的成果,中国科学家已经在重大疾病如肝癌,比较蛋白质组学的研究等方面取得了重要成就,在“973 ”计划的资助下,我国已经开始了二维电泳蛋白组分离研究、图像分析技术和蛋白质组鉴定质谱技术研究等。
如何抓住国际上蛋白质组学研究刚刚启动的时机,迅速地进入到蛋白质组学研究的国际前沿,是摆在我国生命科学研究发展方向上的一个重要课题。
目前我国在该领域的研发基础较好,只比先进国家落后5年左右。 蛋白质组学属科学前沿,专家建议结合我国现行的基因组研究及其他有我国特色或优势的领域开展研究,不要重复或追随国际已有的工作,而应走自己的路,未来10年内有可能取得重大科学突破。
生物制药技术
生物制药被称为生物技术的“第一次浪潮”,其诱人前景引起了全世界各国政府、科技界、企业界的高度关注。
在过去的30年间,全球生物技术取得了令人瞩目的成就。据美国著名咨询机构安永公司2004年和2005年发表的第十八和第十九次全球生物技术年度报告分析,2003年全球生物技术产业营收达410亿美元。目前已有190余种生物技术产品获准上市,激发起投资者对生物技术股与融资的兴趣。
近20年来,我国医药生物技术产业取得了长足的进步,据《中国生物技术发展报告2004》统计,我国已有25种基因工程药物和基因工程疫苗,具有自主知识产权的上市药物达9种,重组人ω-干扰素喷鼻剂2003年4月获得国家临床研究批文,可用于较大规模高危人群的预防。但总体上与世界先进水平相比还存在很大的差距,医药生物技术产品的销售收入仅占医药工业总销售额的7.5%左右。
为加快我国生物制药技术的发展,今后的研究开发重点是:
——生物技术药物(包括疫苗)及制备技术。围绕危害人民健康的神经系统、免疫系统、内分泌系统和肿瘤等重大疾病和疑难病症的防治与诊断,应用基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程等技术,开发单克隆抗体、基因工程药物、反义药物、基因治疗药物、可溶性蛋白质药物和基因工程疫苗,拓宽医药新产品领域;
——高通量筛选技术。目前,国外许多制药公司已把高通量筛选作为发现先导化合物的主要手段。典型的高通量筛选模式为每次筛选1000个化合物,而超高通量筛选可每天筛选10万多个化合物。随着分析容量的增大,分析检测技术、液体处理及自动化、连续流动以及信息处理将成为未来高通量筛选技术研究的重点;
——天然药物原料制备。目前,已经发现人类患有3万多种疾病,其中1/3靠对症治疗,极少数人能够治愈,而大多数人缺乏有效的治疗药物。以往多用合成药物,随着科技的进步,人们自我保健意识增强,对天然药物的追求与日俱增。当前世界各国都在加强天然药物的研发。
生物信息学研究
在生命科学的研究中,以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析,对基因组研究相关生物信息获取、加工、储存、分配、分析和解释——上世纪80年代一经产生,生物信息学就得到了迅猛发展。其研究一方面是对海量数据的收集、整理与服务;另一方面是利用这些数据,从中发现新的规律。
具体地讲,生物信息学是把基因组DNA序列信息分析作为源头, 找到基因组序列中代表蛋白质和RNA基因的编码区;同时, 阐明基因组中大量存在的非编码区的信息实质,破译隐藏在DNA序列中的遗传语言规律;在此基础上,归纳、 整理与基因组遗传信息释放及其调控相关的转录谱和蛋白质谱的数据,从而认识代谢、发育、分化、进化的规律。另外生物信息学还利用基因组中编码区的信息进行蛋白质空间结构的模拟和蛋白质功能的预测,并将此类信息与生物体和生命过程的生理生化信息相结合,阐明其分子机理,最终进行蛋白质、核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗保健设计。
生物信息学的发展已经将基因组信息学、蛋白质的结构计算与模拟以及药物设计有机地连接在一起,它将导致生物学、物理学、数学、计算机科学等多种科学文化的融合,造就一批新的交叉学科。
科学家们普遍相信,本世纪最初的若干年是人类基因组研究取得辉煌成果的时代,也是生物信息学蓬勃发展的时代。据预测,到2005年生物信息的全球市场价值将达到400亿美元。
我国生物信息学研究起步较早。20世纪80年代末,国内学者就在《自然》上报道了免疫球蛋白基因超家族计算机分析的工作。目前,多家大学和研究机构也相继成立了生物信息中心或研究所,各种原始数据库、镜像数据库和二级数据库也已经逐步建立,同时我国还建立了相关的工作站和网络服务器,实现了与国际主要基因组数据库及研究中心的网络连接,开发了用于核酸、蛋白结构、功能分析的计算工具以及蛋白质三维结构预测、并行化的高通量基因拼接和基于群论方法开发的基因预测等多种软件。中国学者还运用自主开发的电脑克隆程序,开展了大规模EST 数据分析,建立了一系列基因组序列分析新算法和新技术,并在国内外著名科学杂志上发表了一系列论文,取得了引人注目的进展,尤其在人类基因组基因数目的预测上获得了与目前的实验事实相当吻合的结果,在国际上获得普遍认可。
农作物新品种培育技术
最近几年,农业生物技术的发展对农业产业结构调整产生的巨大影响,已引起各国政府和科学家的高度重视。农业生物技术领域研究中最活跃的是育种技术——应用现代分子生物学和细胞生物学技术进行品种改良,创造更加适合人类需要的新物种,获得高产、优质、抗病虫害新品种。这使得新品种层出不穷,品种在农业增产中的贡献率将由现在的30%提高到50%。国际水稻研究所已经培育出每公顷7500公斤的超级水稻,非洲培育出增产10倍的超级木薯。
我国该领域的基础研究和高技术研究取得了一批创新成果:如植物转基因技术、细胞培育技术、籼稻的全基因组测序、花粉管通道转基因方法等,使研制具有自主知识产权的转基因农作物新品种成为现实和可能。目前,已培育出亩产达到807.4公斤的超级杂交稻;2004年转基因抗虫棉的种植面积已占全国棉花种植面积的50%左右;利用细胞工程技术培育的抗白粉病、赤霉病和黄矮病等小麦新品种已累计推广1100多万亩;植物组织培养和快繁脱毒技术在马铃薯、甘蔗、花卉生产中发挥了重要的作用。
专家认为,我国农作物新品种培育的研发基础较好,整体科研技术与国外处于同等水平,只要充分利用资源,发挥优势,很可能在该领域取得突破。
纳米材料与纳米技术
纳米科技是上世纪末才逐步发展起来的新兴科学领域,它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础,许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技支撑,传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。
近年来,科技强国在该领域均取得了相当重要的进展。
在纳米材料的制备与合成方面,美国科学家利用超高密度晶格和电路制作的新方法,获得直径8nm、线宽16nm的铂纳米线;法国科学家利用粉末冶金制成了具有完美弹塑性的纯纳米晶体铜,实现了对纳米结构生长过程中的形状、尺寸、生长模式和排序的原位、实时监测;德国科学家巧妙地利用交流电介电泳技术,将金属与半导体单壁碳纳米管成功分离;日本用单层碳纳米管与有机熔盐制成高度导电的聚合物纳米管复合材料。
在纳米生物医学器件方面,科学家用特定的蛋白质或化合物取代用硅纳米线制成场效应晶体管的栅极用以诊断前列腺癌、直肠癌等疾病,成百倍地提高了诊断的灵敏度。另外,纳米技术在医学应用、纳米电子学、纳米加工、纳米器件等方面也有新进展。与此同时,国外大企业纷纷介入,推动了纳米技术产业化的进程。
当前纳米材料研究的趋势是,由随机合成过渡到可控合成;由纳米单元的制备,通过集成和组装制备具有纳米结构的宏观试样;由性能的随机探索发展到按照应用的需要制备具有特殊性能的纳米材料。
纳米材料和技术很可能在以下四个领域的应用上有所突破:一是IT产业(芯片、网络通讯和纳米器件);二是在生物医药领域应用纳米生物传感的早期诊断和治疗,到2010年将给人类带来新的福音;三是在显示和照明领域的应用已有新的进展,纳米光纤、纳米微电极等已产生极大影响;四是纳米材料技术与生物技术相结合,在基因修复和标记各种蛋白酶等方面蕴育新的突破,预计2010年纳米技术对国际GDP的贡献将超过2万亿美元。
我国纳米材料研究起步较早,基础较好,整体科研水平与先进国家相比处于同等水平,部分技术落后5年左右。目前有300多个从事纳米材料基础研究和应用的研究单位,并在纳米材料研究上取得了一批重要成果,引起了国际上的广泛关注。据英国有关权威机构提供的调查显示,我国纳米专利申请件数排名世界第三位。
国内目前已建成100多条纳米材料生产线,产品质量大都达到或接近国际水平。与发达国家相比,我国的差距一是在纳米材料制备与合成方面尚处于粗放阶段,缺乏应用目标的牵引,集成不够;二是纳米材料计量、测量和表征技术明显落后于国外,对标准试样和标准方法的建立重视不够,对表征手段的建立投资不足;三是纳米材料的基础研究、应用研究和开发研究出现脱节,纳米材料研究缺乏针对性;四是学科交叉、技术集成不够。
链接:
信息技术正在发生结构性变革
目前,信息技术正在发生结构性的变革,在信息器件向高速化、微型化、一体化和网络化发展的同时,软件和信息服务成为发展重点。大规模集成电路正快速向系统芯片发展;移动通信技术正在向第三代、第四展,将提供更优质、更快速、更安全的服务,并带来巨大的经济利益;电信网、计算机网和有线电视网三网融合趋势进一步加快,无线网络成为世界关注的重点;全球化的信息网络将像电力、电话一样为社会公众提供各种信息服务,越来越深刻地改变着人们的学习、工作和生活方式,也将对产业结构调整产生重大影响。
微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术、网络技术等领域的发展方兴未艾,极有可能引发新一轮产业革命。
大显神通的新材料
高性能结构材料是具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料,对支撑交通运输、能源动力、电子信息、航空航天以及国家重大工程起着关键性作用。
新型功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的材料,是信息技术、生物技术、能源技术和国防建设的重要基础材料。当前国际上功能材料及其应用技术正面临新的突破,诸如信息功能材料、超导材料、生物医用材料、能源材料、生态环境材料及其材料的分子、原子设计正处于日新月异的发展之中。
信息功能材料发展的重点是磁性材料、电子陶瓷材料、压电及光电(磁)晶体、高性能封装材料等方面。超导材料的主要特征是零电阻和排磁通效应,是20世纪留给人类开发核聚变能、高效运输工具、低耗传输电能和精密探测器件的新型功能材料。
关键词:计算机通信技术;高层建筑智能化工程;应用
中图分类号:TU17文章标识码:A
引言
计算机的高速运算、大存储、高智能化的特点,为现代建筑工程的高效运行具有极大的帮助,满足了建筑工程对大量资料收集整理及工程项目预算等要求。可以说,计算机技术的出现,促进了我国建筑业的发展,带动了建筑工程技术的提高。接下来,笔者将着重探讨建筑工程中,各个领域对计算机技术的应用情况。
一、公共广播传呼系统
智能建筑广播系统分2类,一是面向公共区(如展厅,中厅服务区域等)的公共系统,平时播放背景音乐广播,火灾或紧急情况时立即切换为紧急广播。二是面向办公区域及车库区域的广播系统在一些特殊区域等则要单独设置专业广播设备)。公共广播传呼系统应具有2个主要功能,即平时的背景音乐或普通广播以及紧急广播。紧急广播总控制器有最高逻辑优先权。紧急广播总控制器当有消防控制触发信号抵达时.通过启动各分区的逻辑控制模块将相应的负载回路切换成对应的紧急广播回路。
二、 共用无线电视系统CATV和卫星接收系统
智能建筑的共用无线电视系统是适应人们使用功能要求的一部分,系统不仅用于接收广播电视,还能传送自行播送的节目及调频广播。卫星接收系统的选址地安装及调试是一个重要部分,经接收、解调、调制后的卫星信号混合人共用无线电视系统前端部分,经传输分配系统送至各用户终端。智能建筑采用了套板状卫星电视接收天线,分别用于接收不同电视卫星的电视信号共8套。
三、智能建筑弱电系统的防雷、接地设计
1)电源系统的雷电防护
由于机房电力供给是由大楼的建筑物变配电室引入的,电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。按照国标GB50057--1994,为了将低压配电系统线路上的电压限制在一个安全的水平,在供电线路上需安装SPD。弱电机房的电源浪涌保护通常作三级保护:电源引入的总配电柜处安装浪涌保护器,作为一级保护;通常弱电机房均由总配电柜单独配出一个回路为机房供电,因此需要在机房配电箱处安装浪涌保护器,作二级保护;在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应相对地加装浪涌保护器,作为三级保护。有了这三级的保护,就.口T将雷电过电压(脉冲)钳制在lkV以下,达到保护设备的目的。当然,浪涌保护的级数可根据工程的实际情况进行增减,以求经济合理的方案,达到抑制浪涌的目的,保护弱电设备。
2)等电位联结
通过设置等电位联结,可有效消除不同接地点可能存在的电位差,发生雷击时可有效避免因感应产生的不同接地点电压不同而导致的放电现象。在建筑物实际设计与施工中,通常按照设备、机房的不同位置,分别设置由共用接地系统引来的总等电位联结端子板和局部等电位联结端子板,将引入建筑物的给排水管、电缆金属护套、金属保护导管、煤气管道、金属构件等与等电位联结端子可靠连接。设备安装时将各设备间和管道间的各种金属管道、金属构件、电源PE线等与各局部等电位联结端子板可靠连接,构成等电位联结。
高层建筑物内各种金属导体和管道(如金属门窗、设备的金属外壳等)作等电位联结;电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位联结;建筑物各处的均压环、起到一定电磁屏蔽作用的钢筋网、各处的电气装置以及防雷等电位联结导体形成总等电位联结,最后与联合接地系统相连,形成一个理想的“法拉第笼”。
四、结构化布线系统作为智能建筑的基础
结构化布线是一种具有全新概念的布线系统,用以服务建筑物中所有通信和计算机设备,满足现在和将来的布线要求。设计应以智能建筑的现时和计划需求为依据。设计未将电话通讯归人结构化布线,这是因为作为智能建筑,语音与数据两种终端的分界很明显,且位置不易变更。另外,从技术经济上考虑,3类线带宽16MHZ,可传输10MBPS及其以下低速数据,作为语言传输是廉价而效果很好的媒介。智能建筑的结构化布线是计算机管理系统的结构化布线,智能建筑的计算机管理系统分为办公系统和收银系统(POS)。智能建筑展厅与办公室共有终端信息点865多个,行政局域网的信息终端分布在地下层和行政办公管理区域,收银系统的信息终端分布在展厅一层的前台服务区域。
五、弱电竖井和弱电管理间
弱电竖井的安排是弱电应用环境系统的一项重要内容。传统的弱电井仅仅是弱电系统的过线通道,即使安装设备,也是少量的墙装设备。由于计算机系统在智能建筑中的广泛应用,弱电井道已不再是传统意义上的线路过道。更重要的是,
为高效利用建筑平面及弱电系统安装考虑,弱电井往往用作计算机的二级网络管理机房。因此,间作网络管理间的弱电竖井,在建筑设计时应考虑其在建筑体内的合适位置、面积及内部应用环境三个方面的问题。
计算机网络对各种数据通信线路都有一定的要求,包括长度限制。在智能建筑中,计算机系统的水平线路往往采用铜质双绞线(u1P)。UIP和网络传输的带宽有密切关系。综合布线的标准和规范,要求PC工作站到网络交换机的U耶线路长度不能超过100米(布线设计时应考虑在90米以内,其余为网络跳线长度)。考虑到管路的竖直、弯度因素,建筑物的最边缘至弱电间的距离不应超过60米,因此,间作网络管理间的弱电竖井位置在建筑平面设计时的位置相当重要。占地面积很大的建筑物,弱电井的数量就不应只有一个。网络管理间还有另外一些重要的因素应在建筑平面规划时给以考虑。网络管理间内将安装网络机柜,周围需有安装和维护空间,再加上墙装的弱电设备等,网络管理间的面积一般在6~10平方米之间,最少不应小于4平方米。
六、弱电系统的供电
弱电系统的供电往往在电气设计时被忽略,把此部分供电设计和施工交给弱电工程商,这不符合电气工程规范要求。弱电系统供电往往采用子系统单独供电,了解整个弱电系统的供电要求在电气设计和施工上很有必要。
弱电系统的设备正常运行需要强电系统的支持,弱电系统的供电线路不能和照明、动力等线路共用,且多数弱电系统有单独供电的要求,其目的是保证设备供电的安全性。如安全防范系统采用单独回路集中供电,尤其是与消防联动的系统应保证紧急情况下能正常供电。通常情况下,计算机网络系统会采用不问断电源(UPS)集中供电,在强电设计时应给以考虑。不间断电源机房的供电进线有容量的要求,出线有集中供电的要求。即使不采用UPS供电的工作站,也要求有单独回路供电,以防止和其他电路混用对系统带来的危害。对建筑项目而言,各弱电系统的规划和设计固然重要,但必须在整体规划的前提下进行。也就是说智能建筑弱电系统的规划和设计更应引起高度重视。原因很简单,大多数弱电系统工程问题并不是系统建设本身,而往往出在工程的界面协调上,而这些矛盾都是因为没有重视弱电系统的规划和设计引起的。
结语
总之,随着信息技术的飞速发展,智能建筑的智能化设备越来越多,对智能建筑弱电系统的设计也提出了许多新的内容和要求。若设计不当,可能造成严重的经济损失。所以,我们要从系统性的角度进行全方位综合考虑,才能搞好智能建筑弱电系统的设计
参考文献: