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【关键词】软件定义 能源互联网 通信技术
软件定义下的能源互联网主要通过能源的形式进行分享、转换，只有这样才能保证能源在转换过程中实现能源的分布，并在电网中进行应用，从而提升电网质量与效率，满足现代社会的用电需求。随着社会不断的发展，能源分布范围逐渐扩大，能源互联网主要以互联网分布式为基础进行电网操作，从而保证电网在运行期间可以形成一定的能源信息系统，以开放对等的形式构建成对应的信息一体化架构，实现能源共享与传输。
1 信息能源基础设施一体化
1.1 能源互联网概述
能源互联网主要以互联网为基础，其中包括了互联网信息技术、计算机技术等，保证能源互联网在运行期间可以更好的实现信息共享、传输、开放、交换等，只有这样才能将能源互联网中的真正价值体现出来。能源互联网与互联网本身的差距较低，但是二者之间又存在着一定的差距，主要体现在能源互联网在信息共享、实现、交换过程中通过物理的形式进行信息融合、重组，实现能源信息的一体化。能源互联网在实际运行期间主要通过能量路由器的形式进进行互联网信息采集、共享，并形成信息网络和能源网络。这两种网络在实际运行期间可以有效的对数据信息与能量进行交换。
1.2 软件定义互联网
以软件定义互联网为基础进行信息共享、传输，构建出一个全新的互联网信息控制平面和传输平面，保证互联网信息的共享与传输工作可以顺利进行下去。在软件定义下的互联网还可以通过控制信道在数据平面上进进行数据共享，并以共享信息为基础构建出一个全新的传输通道，保证其在实际传输过程中不会受到其他信息传输系统影响，提升信息传输质量与效率。在传统的互联网通信网络中要想以软件定义为基础进行能源信息共享是不可能实现，要想从根本上解决这一问题，就应该将现有的互联网信息通信技术创新、完善，形成全新的能源互联网，保证其在使用过程中有着简单、逻辑清晰等特点，保证其在使用过程中可以满足现代人们的使用需求，提升人们的工作质量与效率。
1.3 软件定义能源互网
软件定义网络和软件定义能源互联网之间存在着很大的差距，主要体现在控制对象的不同。软件定义网络主要对网络中的信息流的传输全过程进行控制，并将其通过科学、合理的形式运行下去，提升后信息传输工作质量与效率。而软件定义的能源互联网主要对路由器的能量传输进行控制，提升信息在传输过程中的速度与质量，保证数据信息的传输工作可以顺利进行下去。其中的能量路由器主要对一些能量线路进行连接，并将其通过动态互为的形式展现出来，从而提升能源互联网的使用效率。
能量与信息之间存在着很大的差距，主要体现在能量传播过程中会在一定程度上减少其中的能量含量，在对能量存储过程中要比信息的存储难度还要大，因此，在对能量存储过程中，应该根据能源互联网的运行现状制定出对应的能源存储方案，并严格遵守指定方案进行，这样才能提升能量的存储效率，保证能量可以被合理使用。
2 软件定义的能源互联网信息通信技术
能源互联网在实际运行期间主要以能源路由器为基础进行连接，只有这样才能提升能源路由器的运行质量，保证能源信息的共享、交换工作可以顺利进行下去。另外，在能源互联网实际运行期间还应该合理控制其的运行规模，合理应用能源路由器，只有这样才能将其中真正价值与功能体现出来，从而提升能源信息转换质量与效率。
软件定义下的能源互联网可以通过SDN控制能量进行交换。要想实现交换过程可以通过以下几种形式进行：
（1）通过控制器进行数据信息的收集整理工作，并对已经收集的信息进行分析、转换，找出其中有价值的数据信息，只有这样才能保证能源互联网的信息转换工作可以顺利进行下去；
（2）当能源信息转换工作完成之后，可以通过控制器的形式进进行能源形影控制，并将其发送到对应的能源主机中，形成全新的结合能源。新结合能源在实际传输过程中又有着一定的复杂性，要想提升能源的传输质量就可以通过UDP的形式进行传输，并将能源信息传达到对应的IP地址中，保证能源穿传输工作可以顺利进行下去；
（3）在对能源传输过程中，能源主机不会直接将其中的真实信息进行传递，而是对其中的数据信息进行全方面分析，并根据分析结果制定出对应的测试报文，只有这样才能保证数据信息的合理性，保证能源互联网信息转换工作可以顺利进行下去；
（4）在对能源数据信息测试过程中，可以根据已有的测试报文进行测试，当能源信息真实合理之后计算机系统可以对测试报文进行回复，找出其中存在的不足，并为其制定有效的解决对策。
3 总结
本文对软件定义的能源互联网信息通信技术进行了简单的研究，文中还存在着一定的不足，希望我国专业技术人员加强对软件定义的能源互联网信息通信技术的研究，只有这样才能将其中的真正价值体现出来，从而提升能源信息传输、交换、共享质量与效率。
参考文献
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作者简介
杨程（1982-），男，广西壮族自治区桂平市人。大学本科学历。毕业于广西大学，现有职称：中级工程师。主要研究方向为计算机应用技术。
[关键词]移动；通信网络；移动台定位技术
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.20.101
[中图分类号]TN929.5 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）20-0-02
0 引 言
现阶段，我国移动通信技术取得了快速的发展，无线定位技术逐渐地被更多人所关注。在移动通信网络快速发展的过程中，其数据业务以及增值业务逐渐的丰富，而移动定位正是移动通信网络增值业务中的一种。在移动定位出现时，很多学者都将此技术称为是通信领域中对通信方式最大的改革。现阶段移，动通信业务的用户中，使用移动定位增值业务的用户数量列居前三，要比使用移动银行、E-mail等业务的用户多很多。所以，移动定位技术已经发展成了移动通信网络中非常关键的支撑技术。
1 移动通信网络中的定位技术
1.1 场强定位技术
场强定位技术是依照移动台所收到的通信信号强度，和其距离信号发射基站的距离值呈现反比例关联，对移动台接收到的通信信号场强进行测试，得出相应的场强值，再结合已知的通信信号衰落函数和基站发射通信信号的强度大小，就能够算得发射信号与接收信号两点的距离值。而经过对不同距离测量数值大小，就能够算出移动台所处坐标。采用此项技术手段，其核心是怎样构建可以较为精准的计算出位于信号传播距离之内的信号衰落函数，此项工作在现实的应用中非常的困难。并且，因为小区设置的通信基站具有扇形特征，通信信号发射天线通常会存在一定的倾斜，并且基站天线通信系统也会进行调整，加之基站周围的环境、车辆等多种因素均能影响到移动台定位的精确性。移动通信过程中，电波的传播过程是非常复杂的，因此采用场强定位技术所具有的精确度会受多方面因素的影响，使其使用具有较大的局限性。不过，场强定位技术相对操作便捷、易于实现，如果定位的精确性没有较高的要求，则可以采用此种定位技术。而为了使场强定位技术拥有更优良的性能，目前逐渐的探讨利用射线跟踪的手段，以使移动台定位的精确性得到提升。
1.2 基于电波传播时间和传播时间差的定位法
此种定位技术是依托于移动通信网络的天线定位系统，在移动台定位应用中最为广泛，此技术测量通信信号由被定位移动台发出在直线传播的情况下传输到相应基站所需的时间值，依照电波所拥有的传输速率大小，能够计算出移动台和相应基站所具有距离值。移动台则以基站为圆心，以相应电波传输距离值为半径的圆上。而经由不同的基站对以上过程多此测量，可得到以不同移动台为圆心的圆。而不同圆的交点（三个圆以上）则是移动台所在的二维空间位置，如图1所示。此技术需要相应的基站可以获取到移动台发射通信信号的时间点，同时也需要基站设置精度较高的时钟，这样才可以使测量数据更加精准。此后，又逐渐发展了基于传播时间差的定位技术。利用移动台发出的通信信号到达两不同基站所具有的时间差来完成定位，如此便对时间同步的要求降低很多。
1.3 基于电波入射角（AOA）的定位法
电波入射角定位技术是通过基站中设置的阵列天线，并测量不同天线接收通信信号的入射角大小，建立移动台和基站之间的径向连线，而不同径向连线交叉的位置则是移动台所在的坐标位置，如图2所示。因为两个直线发生交叉时，仅有一个交点位置。所以，采用此种定位技术时相对精准。此定位技术要求相应的基站中要设置4～12组天线阵列，并且天线阵列要求同时工作，以测量出从移动台所发出通信信号到基站天线位置的角度值。不过，当基站和移动台之间的距离很远时，对信号进行角度测量，很小的误差就极可能使定位变得不精准。
1.4 混合定位技术
混合定位技术把两种或者多种移动台定位技术结合在一起，从而增加了定位的准确度，一般是通过A-GPS与其他定位技术相结合的方式。在站点密度不高区域，网络通信性能和服务相对较差，不过GPS接收的信号却相对要好。而在密集的市中区，GPS无法接受较多的信号，但用户能够接受多个基站的信号。所以，A-GPS和其他定位技术相互结合后，能够将信号盲区更好的覆盖，提升定位的准确性。
2 移动定位的应用
2.1 安全方面的应用：紧急救援和求助
人们的活动范围逐步的扩大，使安全威胁问题也更为突出。所以，当遇到危险时，救援变得非常关键。当用户使用的手机具有移动定位功能，用户拨打求救电话时，移动通信网络会把用户所占的位置以及通话信息同时发送至救援中心，这样就可以确保救援人员可以更加快速、精确地进行救援任务，使救援工作的成功概率极大提升。
2.2 追踪方面的应用：汽车导航、车辆追踪
随着城镇化进程不断加快，城市中的人口密度急剧增加，城市交通压力也尤为突显。随之，对车辆导航的功能及性能要求也不断提高。所以，城市逐步的开发了智能交通系统。在智能交通系统中，车辆定位技术是整个系统的关键。利用此项技术，可以实现对交通的动态管理、定位导航、车辆追踪以及交通调度等功能。通过定位技术，把定位通信以及信息处理等有机地融合在一起，使信息的覆盖与管理更加的具有优势。
2.3 计费方面的应用：基于位置和事件的计费系统
目前移动通信网络运营企业为了拓宽自身的业务、吸纳更多的用户，逐步开展了基于用户位置的计费体系。现阶段，计费系统一般采取两种收费方式：其一，依照使用频率进行收费；其二，是依照使用的时段进行收费。而移动网络定位业务不断发展过程中，使收费的标准又有增加，即依照使用位置进行收费。用户在家中或办公区域进行通话，由于不具有较大的移动性，相应的收费标准较低。在特定的区域中进行通话，收费的标准会稍高。用户如果处于漫游状态时，需收取相对高的费用。
2.4 其他方面的应用：移动黄页查询、防止手机被盗打
通过互联网和移动定位的有机结合，能够很好地完成移动黄页查询。移动通信网络可以随时对用户位置进行定位，再依照互联网中包含的信息数据，筛选出用户位置周围的相关数据信息，并将这些信息提供给用户，用户可以实时进行查询。而当移动通信公司发现用户电话被盗打之后，在不禁止通话功能的基础上，可以通过无线网络来收集盗打电话的时间及位置，让司法部门的执法工作拥有更直接的证据，避免用户遭受较大的经济损失。
3 结 语
用户对移动定位业务的需求数量不断增加，使无线定位技术所发挥的作用越来越凸显。移动台定位技术不仅能提供定位服务，同时也可以对通信网络的维护及管理起到很好的辅助作用。人们能预见，在未来移动通信网络定位技术定会得到快速的发展。
主要参考文献
[1]殷燕南.移动通信系统中的无线定位技术及其应用[J].科技与创新，2016（3）.
关键词：移动P2P；稳定组；互匿名通信；匿名通道；随机漫步模型
中图分类号：TP393.08
0引言
移动P2P（MobilePeer To Peer，MP2P）网络由大量的移动节点组成，节点与节点之间通过无线连接相互通信。由于在MP2P环境下缺少固定的基础设施的支持并且移动节点以不同的移动模式在网络中运动，导致无线连接频繁中断且对节点的历史行为信息大部分情况下只能部分已知或完全未知。
研究发现MP2P网络中节点对等关系和网络拓扑结构的动态变化与现实社会存在着一定的映射关系。网络世界中，所有的网络设备的使用者都是具有一定的兴趣和爱好，如果两个网络设备的使用者具有相同或相似的兴趣爱好，他们有很大的可能性进行连接和资源交换。移动网络的拓扑结构的变化往往是由于网络设备的使用者自身的兴趣、位置等发生变化而引起的，因此能够使用社会模型来解决MP2P网络中存在的问题，提高网络的稳定性。
不同于随机漫步模型（RandomWalkModel）[1]，在Wang等[2]提出的RVGM（ReferenceVelocityGroupMobility）模型里，针对无线自组网中由于移动用户的移动性而导致的自然分组加剧问题，设计了一个集合算法，通过节点的运动模式将网络自适应地划分为多个稳定组，相同组的成员在整个通信过程中都以相同的运动模型进行移动，避免了无线连接频繁中断的问题，同时由于同一组的移动节点交互的可能性远远大于不同组的移动节点，同一组内的移动节点较容易获得彼此信任信息，因此节点在同一组内很容易建立稳定可靠的信任链。
本文受RVGM模型设计中按节点运动模式对网络动态划分思想的启发，提出了基于稳定组的双向匿名通信方案。该方案按MP2P环境中移动节点不同的运动模型自适应地建立移动节点稳定组并在稳定组的基础上采用可控路长的随机漫步模型建立匿名通信通道，由于稳定组的固有特性，匿名通道节点之间在不依赖于中心服务器的支持下能很容易建立稳定可靠的信任关系，极大地降低了通道节点选择的通信开销，具有较高的动态适应性，同时很大程度地避免了因匿名通道中间节点的失性而导致的匿名性失效。
1相关研究
关键词：电力通信网；可靠性；影响因素；评价指标
中图分类号：TN915.85文献标识码：A文章编号：1005-3824（2013）05-0031-03
0引言
随着现代通信技术的发展，电力系统越来越依赖于通信网络。电力通信网是现代电力系统的重要组成部分，是一个以数字载波为主，电力线载波通信为辅，包含了光传输网、微波传输网、程控交换网、调度数据网、综合数据网和通信监测网等多种网络的复杂系统[1]。电力通信网的故障会对电力系统造成非常严重的影响，因此，电力通信网的可靠性对于整个电力系统实现安全运行、平稳调度和综合管理具有极其重要的意义。
目前，国内外学者针对通信网可靠性已经进行了大量的探索研究，提出了一系列可靠性评价方法，但是电力通信网可靠性与公共通信网相比，有一定的相似性，但也存在很多特殊的要求，电力通信网主要是为电力系统提供控制、调度、管理信息的传输服务，公共通信网的可靠性参数、评价指标并不适合电力通信网的要求，在建立电力通信网评价体系时需要充分考虑其实际运行状况，因此，必须重视对电力通信网可靠性的研究。
1电力通信网可靠性影响因素
电力通信网是一个复杂的、开放的通信系统，影响其可靠性的因素有很多。从网络本身的角度可以将可靠性影响因素分为外部因素和内部因素。外部因素是指通信设备和网络周围的环境，外部因素又能够进一步分为可控制因素和不可控制因素。可控制因素是指通信设备周边的自然条件，比如温度、湿度、防震和防尘等；不可控制因素是指通信设备周边的突发外部事件，比如自然灾害、人为故障和突发事件等。内部因素是指通信设备可靠性、网络的拓扑结构和网络的组织和维护管理等，内部因素主要受通信技术发展的影响，随着通信技术的快速发展，不断地会有新设备和新技术投入使用，从而对电力通信网的可靠性产生影响。一方面，新设备和新技术的使用可以提高网络运行和管理维护的效率，对电力通信网可靠性产生积极的影响；另一方面，新设备和新技术会提高网络的复杂度，随着网络规模不断扩大，必定会给网络的维护和管理带来一定困难，一旦发生故障，造成的后果会非常严重。
从网络运行的角度可以将可靠性影响因素分为固有因素和性能因素。固有因素主要取决于通信设备可靠性和网络拓扑可靠性，不论网络本身多么复杂，网络单元（节点和链路）发生故障是造成电力通信网性能下降的根本原因，网络单元故障往往是因为设备本身老化（偶发故障）和设备运行环境的变化（异常故障），设备寿命的概率分布可以通过根据统计学原理研究得到，设备由于运行环境变化导致的故障往往原因复杂，缺乏基础数据，难以建立对应的数学模型，一般采用定性描述；网络拓扑结构也是影响电力通信网可靠性的重要因素，只有当网络拓扑可靠性足够高时，通信网络中任意2点通信的可靠性才能够高于通信设备可靠性决定的单链路通信可靠性，比如网状或者环形的拓扑结构能够有效提高网络整体的可靠性。性能因素主要体现在网络维护有效性和用户需求2个方面，高效的网络维护管理体系可以减少网络故障发生次数和故障持续时间，提高网络运行的效率，从而满足用户对于通信业务的需求。
从上述分析可以看出，影响电力通信网可靠性的因素有很多，一个高可靠性的电力通信网需要有符合技术标准的通信设备、光缆线路和电源系统，要有合理的、具有自愈能力的网络拓扑结构，在此基础上，全面完善的网络维护管理也是必不可少的，只单纯提高通信设备和网络技术的可靠性，难以保证网络可靠运行，还需要对通信设备和通信线路进行定期的故障检测和排查，在网络出现故障后，能够及时准确地对故障进行定位和修复，提高网络运行的可靠性水平和满足用户需求的能力，进而实现电力通信网的建设以及运行目标。
2电力通信网可靠性参数
对于一般系统而言，GB3187―1994给出了可靠性定义：某一系统在规定条件和时间内完成其应有功能的能力。关于通信网可靠性目前还没有统一的定义[23]，比较科学的通信网可靠性定义是：在自然和人为的破坏作用下，通信网在规定条件和时间内实现用户正常通信需求的能力。对于电力通信网而言，其可靠性定义应该能够反映出电力系统的特殊要求，文献[4]给出了电力通信网可靠性定义：电力通信网按照可接受的通信服务质量标准和通信业务需求，为电力系统提供持续性通信的能力。根据电力通信网的可靠性定义，可以归纳出电力通信网的可靠性参数如下。
1）可靠度。
可靠度是指系统在具体规定的条件和时间内完成预期功能的概率[5]，通常用R（t）来表示。根据可靠度定义，用公式（1）表示R（t）为R（t）=P（T>t）t≥0（1）式（1）中：T是指系统的寿命，它是一个随机变量；P是指系统寿命大于t的概率。
2）平均故障间隔时间MTBF。
在电力通信网中，通信设备包括传输设备（如SDH、MSTP、PDH）、交换设备（如路由器）以及接入设备（如PCM）等。信道包括电力线载波、光纤电缆等。在计算可靠性时，通常将平均故障间隔时间MTBF作为系统无故障指标，它可以反映通信设备的质量和在特定时间内保持应有功能的能力。平均故障间隔时间MTBF是指2次相邻故障之间的平均间隔时间，用公式（2）表示为MTBF=∫∞0R（t）dt。（2）因为电力通信网是一个具有可修复的系统，我们假设其设备的故障率是一个常数，则平均故障间隔时间MTBF可以用公式（3）表示为MTBF=1λ（3）式（3）中：λ是设备故障率。
如果对电力通信网进行可靠性测试的检测时间为TR，在这段时间内发生故障的频率为f，则平均故障间隔时间MTBF可以用公式（4）表示为MTBF=TRf=1λ。（4）3）平均修复时间MTTR。
平均修复时间MTTR是指系统完成故障修复的平均时间[6]，主要由故障定位时间和故障修复时间组成。我们设系统的故障修复率为η，则平均修复时间MTTR可以用公式（5）表示为MTTR=1η。（5）如果对电力通信网进行可靠性测试的检测时间为TR，在这段时间内发生故障的频率为f，每一次故障的修复时间为t1，t2，…，tf，则平均修复时间MTTR可以用公式（6）表示为MTTR=∑fi=1tif。（6）4）生存性。
电力通信网是一个可修复的系统，它反复经历一个正常工作―发生故障―修复故障的过程[7]，如图1所示。系统在运行时无故障时间的比例越高，系统的生存性就越高。系统生存性是指系统在任何随机事件点都处于正常运行状态的概率，用A（t）来表示。系统生存性可以用公式（7）表示为A（t）=ηλ+η=λλ+ηe-（λ+η）t。（7）图1电力通信网生存性模型3电力通信网可靠性研究方法
传统的单一系统可靠性具有明确的定义，并且有准确的数学模型，但是电力通信网包含了传输网、交换网、数据网和管理网等各种网络，是一个复杂的系统，各个子网之间的关系复杂，网络设备多种多样，同时由于用户分布的不确定性，网络拓扑也具有很强的随机性，因此在研究电力通信网可靠性问题时，需要从整体和宏观去把握可靠性的影响因素，对电力通信网的可靠性做出全面准确的评估，从各个方面采取有效措施来保证电力通信网安全、稳定、可靠、高效的运行，最大限度地满足电力系统的通信需求。为了实现这一目标，我们在对电力通信网进行可靠性评估时应当遵循自顶向下、从整体到局部的原则，采用逐层分析对电力通信网的可靠性进行研究。
1）细化研究对象，明确研究问题。
电力通信网包含了多种网络，每一种网络都可能具有不同的拓扑结构、不同的工作环境、不同的操作要求、不同的维护等级以及承载不同的通信数据，这些因素必然使得各个子网具有不同的可靠性要求，因此在对电力通信网可靠性进行整体把握的前提下，还需要对各个子网进行进一步的可靠性分析。我们可以将电力通信网可靠性的研究问题归结为：人为或环境因素造成破坏的发生原因和规律、如何保证电力通信网的运行质量、如何提高网络在异常情况下的自愈能力。
2）建立评价指标，确定指标权重。
通过上述对可靠性影响因素的分析和归纳，可以得到各种相应的评价指标，这是完成从定性评价到定量评价的关键环节，根据被评价目标可靠性影响因素的不同，需要将评价指标进行重要度的划分，也就是为各个评价指标确定权重，首先完成各个单一评价指标的评估，得到电力通信网的相对可靠性，然后按照权重值将各个评价指标综合起来，得到综合的可靠性评估结果。
3）收集相关数据，得出评价结果。
以上步骤都是理论分析的过程，在确立了上述分析方法之后，在实际的可靠性评估过程中需要有大量的实测数据来得到准确的评估结果，这些数据包括：网络运行数据和故障报告、运营商的统计数据，以及通信设备厂家提供的产品手册等，在收集数据时需要注意避免出现由于网络随机问题导致的研究数据不准确、小样本、基本信息缺失等问题。将这些实际的系统数据代入到评价指标计算中，从而完成对目标的定量描述，得到全面准确的可靠性评估结果。
4结束语
随着电力系统的发展，电力信息化的进程也在不断加快，电力通信网能否安全稳定的完成通信任务直接关系到电力系统的安全运行，电力通信网能否具有高可靠性，也直接关系到电力系统的现代化建设目标能否实现。在可靠性评价过程中，明确评价指标是进行可靠性研究和评估工作的前提和根本，电力通信网的特点决定了其可靠性研究不能照搬公共通信网现有的研究成果，而是应当从实际情况和需求出发，针对电力通信网的网络结构和业务特点，对其进行分层、分类的深入研究，从而实现电力通信网高效可靠的运行。
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【 关键词 】 空管通信；可靠性；备份体系；管理方法
The Research of Air Traffic Communication Net
Pan Cheng Han Xuan-zong
(Airport NO.1, Nanming Distinct GuizhouGuiyang 550012)
【 Abstract 】 The factors affect the reliability of air traffic control communications systems run analysis, from the perspective of the air traffic control communications network characteristics, the ideas and methods of the air traffic control communication system reliability.And civil aviation communications network, for example, the structure of the communication network backup system, evaluation methods, steps and reliability management ideas.
【 Keywords 】 ATC communications;reliability;backup system;management system
0 引言
通信网络就用途而言，主要分为专用通信网（专网）和公用通信网（公网）两类，专网作为公网的一种补充，它主要指在一些行业、部门或单位内部，为满足其进行组织管理、安全生产、调度指挥等需要所建设的通信网络。全国各类专网有100多个，除铁路、电力、石油、公路等大型专网为自建线路外，大多数专网为租用公网线路构建。大型专网均建立了专业管理，小型专网多为附属管理，主干线路采用租用运营商线路的方式进行解决。民航空管专网属于小型专用通信网络，含自建部分线路。
在民航空管通信传输领域，由于其固有的生死攸关行业特性，对于通信网络的传输可靠性提出了更多的要求，传输网络的可靠性既需要体现出通用传输手段的层面，也需要针对民航空管行业独特的需求进行相应的改进。
1 通信网络可靠性定义
1.1 通信网络可靠性定义
国标对产品的可靠性定义：产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。通信网络作为一个整体性的系统，它具有自身固有的特性，网络的可靠性可以对其下的定义：通信网在实际连续运行过程中完成用户的正常通信需求的能力。对一网络的可靠性，更偏重于从用户角度出发评判通信效果。
1.2 通信系统可靠性指标
通信系统可靠性是指在人为或非人为的外来破坏以及内在老化的作用下，网络在规定条件下、规定时间内的生存能力。无论是在网络的规划设计还是运行维护阶段，可靠性都是一个重要的技术性能指标。
抗毁性和生存性是最早提出的两个与可靠性相关的网络可靠性指标。网络的抗毁性表征了网络系统在人为作用下网络的可靠性。网络的生存性一般用连通概率表示。后期伴随着通信行业的发展，有效性指标也越来越重要的体现在网络传输网的构建过程当中，网络的有效性是一个基于网络性能的可靠性指标，表征了网络系统在网络部件失效条件下满足通讯性能要求的程度。现阶段对抗毁性、生存性和有效性的研究，主要集中于对于特性的研究，而解决这三大特性所面临的问题的主要手段则主要为构建冗余系统、备份系统等。
通信系统可靠性评估，通常采用平均故障间隔时间MTBF（Mean Time Between Failure）、平均运行（无故障）时间MTTF（Mean Time to Failure）、平均修复时间MTTR（Mean Time to Restore）以及可用度A、不可用度U 来衡量，其关系为：
MTBFi=MTTFi+MTTRi
Ai=MTTFi / MTBFi
?滋i=MTTRi / MTBFi
为切实保障通信网络的可靠性，通常通过构建冗余系统和独立备份系统的方式对通信网络进行保障，但构建中仍存在着一系列的问题亟待解决，诸如采取何种指标对冗余和备份系统进行构建，进行评估等，都是亟待解决的问题，也是本文的关注点所在。
1.3 影响通信网络可靠性因素
通信网是由传输、交换、终端设施和信令过程、协议以及相应的运行支撑系统组成的复杂综合系统, 影响其安全的因素很多。具体可分为内部因素和外部因素。
外部因素：通信设备和通信网所依存的环境条件, 可以进一步区分为可控因素和不可控因素: 可控因素指设备的工作条件(如温度、湿度、供电、防震和防尘等)；不可控因素指影响通信设备和网络正常运行的一些外部事件(包括自然灾害、人为故障和突发事件等)。
内部因素：设备可靠性、网络工程设计、组织和维护管理等。
2 民航空管通信网络特性分析
关键词：船联网；通信网络；互信认证体系；数据链路
0引言
近年来，互联网技术和计算技术的发展促进了船舶通信网络的技术升级，性能优越的处理芯片和网络层次架构不仅提高了船舶通信网络的信息处理效率，还为船舶通信软件程序的开发提供了稳定、可靠的平台。本文主要面向船舶的通信网络，结合目前常用的无线网络技术和网络通信协议，在ZigBee和Wifi无线通信基础上，设计一种新型的TCP/IP协议，并针对该协议实现了船舶通信网络的互信认证体系设计[1]。
1船联网的异构网络体系设计
船联网技术是建立在互联网和物联网的基础之上的，不论是船联网的异构网络层次，还是网络通信协议等技术，都具有技术先进性。船联网的异构网络体系具有重要的意义，一方面，异构网络可以实现多种模式无线网络的垂直切换；另一方面，异构网络有效的促进了无线局域网与以太网的相互融合，大大提高了通信信息的时效性。
船联网的异构网络节点决定了通信网络的性能，通常节点的有效通信需要满足以下几个方面的协同：
1）无线异构网络的数据接入端口与无线自组网的协同；
2）无线网络的通信协议具有不同的数据格式，不同格式的转换需要协同操作；
3）应用层方案的共享协同。本文在传统的船联网异构通信网络基础上，充分利用Wifi网络的高速传输通道和ZigBee网络的自组网等功能模块，设计一种新型的无线异构网络架构模型。该新型无线异构网络架构主要分为网络层、传输层和数据链路层，可以实现数据的高速、无损流动。
本研究设计的船舶异构通信网络架构的层次及功能模块如下：
1）数据链路层和物理层船舶通信异构网络的物理层主要包括802.1数据链路、802.15.4数据链路、802.15.1数据链路和802.11物理层等结构。该网络架构的物理层和数据链路是基于IEEE802的ZigBee协议，该频段的无线通道具有传输速度快、带宽大等优点。
2）网络层该异构通信网络的传输层与网络层主要包括TCP/IP网络传输协议、ZigBee无线传输协议、RF-COMM协议和L2CAP链路逻辑控制协议。网络传输层的多种协议为数据传输和处理提供了可靠的标准支持，同时，又保证了开发工具和程序的兼容特性，提高了船舶通信异构网络的性能。
3）信息会话层在无线异构网络中，信息会话层是内嵌在TCP/IP协议栈中的，该层次结构的主要功能有2个：其一，会话层为通信网络的会话接入提供规范和维护功能；其二，会话层可以改善网络中信息的交换方式，保障应用层软件的正常运行。
4）应用层应用层是本研究设计的船舶通信异构网络的核心层次，主要包括应用对象库、数据管理模块、显示报文模块、I/O端口和报文路径管理模块等。应用层的服务类型分为核心和非核心服务2种，其中非核心服务主要有FTP协议等标准协议；核心服务主要包括协议栈管理与应用服务、协议栈套接字服务等[3]。
2基于船联网的通信网络互信认证体系设计
2.1互信认证体系的报文处理与协议设计
在本研究设计的新型船舶通信异构网络中，包含众多种类不同的无线网络技术，必然会存在多种无线网络通信协议。这些网络通信协议在异构网络的传输层中起到的作用不同，相互之间的兼容性也需要重点考虑。为了实现多种无线网络协议的相互兼容，使该新型船舶无线异构通信网络的整体性得到保障，本研究重点对异构网络的协议栈进行了优化设计，具体的协议栈优化包括如下：
1）网络报文分类本研究设计的船舶无线异构网络在对网络报文分类时，充分考虑到不同场合下无线网络协议的适用特性，将网络报文分为显性报文和隐性报文两种。显性报文的处理时效性要求高，比如I/O端口数据报文等；隐性报文的时效性要求较低，信息传输的要求较低，比如网络硬件的故障报文、网络时序更新报文和网络配置报文等。
2）报文处理报文处理的优化是无线异构网络协议栈设计的重点，对无线异构通信网络的信号传输速度有重要影响。在报文处理过程中，套接字映射接口首先根据报文内容对报文分类，然后利用相应的功能模块对报文处理。具体的报文处理流程如图2所示。由图2可知，网络报文首先经过联接套接字端口，然后根据报文内容分别进入应用层服务端口、管理功能端口和扩展端口中。应用层服务端口对报文信息进行判断，如果报文符合应用服务信息类型，则进一步将该报文发送至应用层函数模块中，否则将该报文舍弃；同样，管理功能端口对报文内容进行判断，如果报文属于管理服务信息，则进一步发送至管理层处理函数模块，同时舍弃不属于该类型的报文。
3）模型定义与网络连接在无线异构网络的互信体系中，模型定义与网络连接设计有重要意义。为了保障异构网络中硬件设备与功能模块之间的通信，网络层连接设置需要将多种制式的通信协议整合，采用统一的连接标识符和IP节点。标识符的定义以目标节点为准，包括单向网络连接标识符和双向网络连接标识符。连接标识符可以保障网络连接的效率，提高无线异构网络的整体性能。
2.2基于船联网的通信网络互信认证体系设计
本文充分利用船联网的无线异构网络，同时结合Wifi，ZigBee等制式的无线通信技术，设计了基于船联网的通信网络互信认证体系。该通信网络互信认证体系主要分为以下3个结构层次：1）感知层：互信认证体系的感知层主要负责信息的采集，比如网络连接请求等。本研究以ZigBee无线网络为感知层网络，建立信息采集的分布式无线感知层。2）控制层：该层次结构主要控制互信认证体系的信息接入和识别。3）信息层：该层主要包括信息存储器、服务器、计算域和ZigBee节点等结构，负责互信认证体系的信息管理、存储等功能。
3结语
近年来，船联网技术引起了研究人员的广泛关注。本文系统介绍了船联网的异构网络，并在此基础上，结合Wifi和ZigBee无线网络，设计和优化了船舶通信网络的互信认证体系，并对其结构和网络连接原理做了系统的介绍。
参考文献：
[1]张博,朱璇,高炽扬.数字证书互信互认技术探讨[J].网络安全技术与应用,2012(9):35–37.
关键词： 控制系统； 中间件； 异构通信； 通信协议
中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2012）12-11-03
Design of communication middleware and software in heterogeneous system
Huang Guanren1， Zhao Jianyong2
（1. Zhejiang Provincial Testing Institute of Electronic & Information Products， Hangzhou， Zhejiang 310012， China； 2. Hangzhou Dianzi University）
Abstract： Different industrial control systems have different communication interfaces， communication means and communication protocol， which is really inconvenient for application developpers. Middleware technologies are getting more attention as a solution to this problem. Starting with how to amalgamate heterogeneous structure of the communication protocol， based on certain theoretical and experimental research， heterogeneous communications network communication middleware solutions in industrial control systems are studied. The PLC heterogeneous communications network middleware system is designed and realized.
Key words： control system； middleware； heterogeneous communication； communication protocol
0 引言
PLC可编程逻辑控制器、DCS集散控制系统极大地推动了工业自动化的发展。然而，在采用这些控制系统的时候，出于对安全、经济等多方面的考虑，往往会采用多个不同厂家生产的控制器。不同制造商提供的控制系统在结构设计、标准等方面自成体系，互不兼容，技术标准互不公开，这些异构的通信网络环境由于访问方法和机制各不相同，即通信协议各不相同，使得控制系统之间的通信连接不易实现[1-2]。
为了便捷地在不同的通信接口之间通信，更好地开发和运行异构平台上的应用软件，解决PC机与以嵌入式技术为基础的控制系统之间的互通、互连和互操作问题，本文引入异构通信中间件HCM（Heterogeneous Communication Middleware）的概念，并设计了解决方案。该设计解决了异构通信网络的互通、互连，方便了应用层用户开发应用程序，提高了开发效率，缩短了开发周期。
1 异构通信中间件HCM总体设计
中间件技术近年来得到了广泛地研究与实践[3-4]，解决网络异构问题的中间件[5-6]也是研究的热点。根据异构通信网络协议的需要，我们设计了异构通信中间件HCM的整体结构框架，为用户提供了统一的数据访问接口；完成应用层和底层以及底层和异构通信网络间数据的传输和处理；提供适合各种编程模式的开放接口，并提供应用执行时的各种运行机制。
整个系统采用三层构架体系，HCM作为中间层构建在应用层和网络层之间，它有两个接口，分别为与应用服务器的接口（接口一）及与网络资源实体的接口（接口二）。HCM中间件平台的功能集包含以下主要功能模块：协议调度模块、通信模块、数据处理模块，如图1所示。
协议调度模块：在构建好的通信协议库中调度适合当前通信网络所需的通信协议。
通信模块：包括组帧模块（组装读/写数据帧）和通信口操作模块（读/写通信口）。其中组帧模块是面向应用层的接口模块，用来获取应用层数据信息；通信口操作模块是面向网络层的接口模块，用来根据组帧模块的数据帧通过通信接口与通信网络进行数据交互。
数据处理模块：包括数据类型处理模块、规则转换模块和有效验证模块。
2 系统各组成的研究与设计
对HCM系统的各组成部分及功能，从通信协议库的数据结构模型、通信协议调度算法、共享内存访问、通信线程状态转换、规则转换算法几个方面进行研究。
2.1 通信协议库数据结构模型
对于通信协议库ProtocodStore，可以把它看成是一片森林，ProtocodStore（Tree1，Tree2…Treei…TreeN），N≥0，森林中的每棵树Treei（Child1，Child2，…，ChildN），N≥0，是由一个或多个子协议库组成，按照森林的构建方法通信协议库可以抽象为图2所示的数据结构。
图2中，节点A和H代表公司名，节点B、C、D代表隶属于A的PLC类型，节点I、J代表隶属于H的PLC类型，节点E、F、G、K、L分别代表隶属于某个PLC型号的通信协议。
2.2 通信协议调度算法及调度模块设计
2.2.1 协议调度算法
协议调度管理器根据应用层用户提供的调度信息在通信协议库中调度具体通信协议，按照先序遍历ProtocodStore森林的算法来完成协议的调度，具体调度算法如下。
⑴ 取得调度元数据结构struct_Protocol；
⑵ 访问ProtocodStore森林的第一棵树的根节点A；
⑶ 先序遍历第一棵树Tree1中根节点的子树森林；
⑷ 若找到Tree1中节点度为0的叶子节点符合要求则转⑹；
⑸ 先序遍历除去第一棵树Tree1之后剩余的树（Tree2…TreeN）构成的森林；
⑹ 若查找成功返回找到的叶子节点信息，否则返回NULL。
经过该算法得到图2中所示森林中L节点的先序序列为：
ABECFDGHIKJL
2.2.2 协议调度的数学描述
定义1 设通信协议库的所有通信协议的集合为Cprot：
Cprot={C1，C2，C3，…，CN} N≥0 ⑴
式⑴中，Ci为某个通信协议对象，对每个对象Ci的描述形式为：
Ci={Companyi，PLCTypei，CheckSumTypei，
ComInfoi，ConfirmCounti，Modei} ⑵
式⑵中的Companyi，PLCTypei，CheckSumTypei，ComInfoi，ConfirmCounti，Modei表示第i个协议对象的属性。
定义2 设协议调度模块调度集为：
Action={Choose，Fold} ⑶
式⑶中，动作Choose表示调度器调度通讯协议库协议事件；动作Fold表示通信协议导入协议调度管理器事件。
定义3 通过定义1和定义2，协议库中的单个通信协议可定义为协议集、调度和通信网络的集合。
Mi={Ci，Actioni，CommunicationNetWorki} ⑷
式⑷中，Ci、Actioni和CommunicationNetWorki表示协议库中的第i个通信协议、调度事件和对应于Ci的通信网络。
通过以上三个定义描述了在HCM系统中的协议调度模块集合。协议调度模块主要由异构通信网络所需的通信协议库和协议调度器组成，协议调度模块结构框图如图3所示。
2.3 共享内存访问
共享内存作为一种进程间数据共享的方法，通过让两个或多个进程映射到同一个内存映射文件对象的视图，实现不同的进程共享物理存储器的相同页面。当一个进程将数据写入一个共享文件映射对象的视图时，其他进程可以立即获得该视图中的数据变更情况。利用共享内存实现数据的共享访问，能够达到系统资源的高效利用。因此，采用共享内存访问技术，通过HCM提供的接口ConstructReadData实现两者之间的内存交互，如图4所示。
在HCM中的共享内存方式不涉及内存互斥访问的问题，是“半双工”形式的内存共享，即：应用层动态开辟一块内存区域通过接口ConstructReadData分配给HCM，应用层循环从该内存区域获取信息，而HCM则通过数据处理模块将处理好的数据添入该内存区域，从而完成应用层和中间件层的内存交互，达到数据传递的目的。
2.4 通信线程中三态转换
在通信线程中涉及三个状态间的转换关系，分别为读数据状态、写数据状态以及空闲状态。三者之间的转换关系如图5所示。
读/写状态是在进行数据交互时的状态，由于写数据的优先级最高，所以无论是处于读状态还是空闲状态，一旦写数据事件产生，要立即转为写状态。通讯时，若接收到有效命令，则根据具体协议进行译码，执行相应操作，并对命令做出响应；若检查到错误，则说明接收字符不正确，予以丢弃，并保持通信口为接收状态，开始下一次接收操作。设置空闲状态的目的是为了释放内存占用资源，防止产生资源独占。在大多数情况下为读数据状态和空闲状态间的转换，只有在用户传递写数据时才发生读状态和写状态或空闲状态和写状态间的状态转换关系。
2.5 HCM通信模块设计实现
通信模块在整个中间件系统中是一个交互层，包括与上层应用层的接口、与下层网络层的接口。应用层需要读写数据时通过该模块的应用层接口将读写指令传递给组帧处理器。处理器根据用户给出的指令进行相应处理，处理后再通过该模块与网络层的接口进行通信，通信成功后得到需要的数据并交由数据处理模块进行数据处理。
由于在通信过程中不同的通信协议（如波特率等）和应用环境会影响到系统运行速度，如果采用单线程来完成数据处理和通信等功能，系统整体响应速度会很慢。因此，采用异步多线程的处理方案，组帧模块和通信口模块分别采用各自独立线程完成数据帧的组装和与通信网络的数据交互。通信操作时的独立线程方式，可以减少系统的闲置时间，提高通信口的吞吐能力。
2.6 数据处理模块的设计实现
数据处理模块主要负责对通信得到的数据进行分析处理，包括数据有效性验证、数据类型处理、规则转换处理三个子模块，如图6所示。
⑴ 有效性验证模块，目的是为了获得通信网络中正确的数据信息，包括通信站号、数据字节个数、数据校验等有效性验证。如果验证通过则进行数据类型和规则转换的处理，如果有一项验证失败则整帧数据均丢弃。
⑵ 数据类型处理模块，数据的基本类型包括：位（BIT）类型、字节（BYTE）类型、字（WORD）类型、双字（DWORD）类型、浮点数（FLOAT）类型。
⑶ 规则转换模块，目的是对⑴和⑵处理后的数据按照不同的规则进行数据转换，如果不需要转换则将数据直接传递给应用层。数据处理时根据特定通信协议进行设置，对接收数据按照不同协议语法格式进行检查和提取，包括数据有效性检查、数据类型处理、转换规则处理等操作。数据处理结束后，动态刷新接收缓冲区中的数据，该缓冲区与应用层实现内存共享。
3 系统仿真和测试
为了测试HCM系统的稳定性、可靠性等性能，通过建立仿真环境来进行性能测试和数据验证。测试过程中仿真了西门子S7-200、三菱FX1N、欧姆龙CPM2A三种型号的PLC构成的异构通信网络环境，在PC端生成对应的HCM系统并设计了应用层界面下载到Windows CE中运行，PC机模拟PLC运行环境。通过测试异构环境及通信数据，验证了HCM系统的稳定性和可靠性。
参考文献：
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Systems： Evolving the common Structure for Network-Centric Applications[M]. Chapter in The Encyclopedia of Software Engineering. John Wiley & Sons，2001.
关键词：网络管理；通信监控；信息数据库
中图分类号：TN915.853 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0032－02
1 通信监控功能分析
通信网络的安全是保证通信网络正常工作、提供服务的重要基础系统，而网络安全则涵盖了多种需求与多层保护，需要解决多领域问题。因此一种规范化、思路清晰的控制方法是保证通信网络安全的重要基础，并以此解决层次性与多样性的问题。针对这样的需求，通信监控系统功能就需要为客户创造一个相对安全的空间环境，即利用一个维度的映射来针对某类问题的安全需求，用空间中的映射点来针对某一个安全规则；用空间中的点集与子空间来映射用户的安全规则集合。此种思路就是从安全空间的角度出发，定义一个相对完善且易于扩展的安全体系，构成一个涵盖用户与内容相对安全的不同层次上的安全性定义接口。并具备以下功能：对访问者进行归类处理，将某些特定的IP归结起来，定义统一的安全规则；在安全监控中应考虑到对时间的限定，即对多级的时间单位进行规则定义；传输文件的结构体变量定义应涵盖所有的文件。
2 INMS数据库构成与管理模式
所谓的INMS就是管理信息数据库，是建立在大型的商务数据库的基础上的，利用商用数据的性价比优势和其可靠性，保证网络管理监控系统处在较高的水平上。INMS本身没有直接采用关系表的措施，而是以关系表为基础建立一个面对数据管理的模式，以此为通信网络提供一个智能化信息管理库，此管理库包括：管理信息树方式的对象组织结构、互分方式的对象标识系统、对象关系、系统对象属性、对象应用信息等。对象信息树描述的是关于管理对象的组成、分类、结构的内容。通过信息树可以方便的对属性进行调用，对象的名称、编号等数据将一目了然。通信网络中对象为通信设备，则可以对设备的组成参数、结构等信息通过信息树的形式描述出来。对象如果为电路、网络等逻辑网元，则可以进一步描述其组成。此时INMS就可将通信网络中的单元数据组织起来并实现系统化管理，这就形成了一个对象数据库。
MIB数据管理形式实现了多种类型的对象之间的关系管理，如：继承、派生、包含、复接、备份、对象与对象之间的关系等，实现了对网络单元的组织，可以很好的描述通信网络中各种物理单元与逻辑单元。利用MIB可以对管理对象的编号进行分点的长度扩充，这种方式的标示与信息树相互结合，这样就可以保证整个管理系统的扩展性。
3 通信监控系统功能的实用化与INMS的应用
3.1 监控系统实用化
在通信监控系统中如果设备不能百分百的完成任务，则监控系统就会认为设备处于故障状态。如果业务模块不能完成，其业务模块故障。如果业务模块之间存在互为备份的关系，其中任何一个设备故障都不能影响设备的功能性，只有当所有的模块都出现故障时才能影响业务功能实现，因此，可以利用系统备份的关系来计算与分析网络状态，此时就会形成一个特定的模式，即设备处于没有故障但是某些业务模块则处于故障状态，此时就需要对故障进行检测与分析。
系统对对象应进行分区，否则在计算与分析的时候就会出现错误。实现分区定义的方法有两种，基本业务对象与综合业务对象，所有基本业务模块都是从基本业务对象派生，所有综合业务模块都是从综合业务对象派生。典型的E1端口作为基本业务模块，E1卡是综合模块。网络管理服务器在计算故障状态时对基本业务与综合业务模块采用不同的计算方式，对基本业务模块故障状态利用人工与设备进行设置；综合业务模块的故障状态则是计算得出，计算的准则为累加子对象的当前故障业务数量，得到其自身的当前故障业务数量值，如果此时为零，则没有故障，否则为故障；另外也可设置一个综合业务模块的故障状态为故障，将此作为遍历综合业务模块为根的子树，设置每一个基本业务模块的故障为“故障”，然后从下而上的推算这个系统的对象树的状态。这就使得通信监控系统的功能得以进入到实用化。
3.2 INMS监控的应用
系统建模，主要创建的是对象的分类、对象类的组成、结构以及对象的属性与数据类型。MIB提供的是对象的继承，各种对象都可看作是一对象继承相同的属性。这样对象组就会更加的合理，方便统计计算。对象建模软件复杂建立起通信设备的信息模型，同时通过信息建模来完成对通信网络设备单元的信息采集并形成数据库。另外，利用软件工具完成对数控的管理，包括对单元的创建、修改、维护、调用，并通过MIB工具添加各种设备的属性，并形成准确数据，帮助管理。
4 结束语
通信监控网络需要对多元化的业务功能进行监控，因此需要建立一个与之紧密联系的管理型数据库对其运行信息进行管理与监督，所以利用信息管理思路并将其实用化，并以此对故障进行分析计算，保证了系统安全。
参考文献：
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The Functional and Practical Method of Communication
Monitoring System and the Application of INMS Monitoring System
Tian Jun
【关键词】 通信网络协议 形式化方法 协议要素 描述技术
一、前言
随着计算机网络技术的不断发展及广泛应用，新一代的通信网络逐渐向着数字化、智能化和个人化发展，网络所提供的服务也开始由传统的通信服务逐渐向信息服务转变。随着软件的不断增多，结构越来越复杂，通信网络协议也面临着越来越多的困难。与此同时，网络系统在空间分布性、不稳定性及多样性方面表现出来的复杂性对通信网络协议的完整性、正确性、可靠性及标准化都提出了更高的要求。伴随着通信网络协议开发成本的增加，市场竞争的周期开始缩短，在通信网络协议的开发和设计上采用协议工程技术和方法，并有效实现通信网络设计合使用过程的规范化和自动化，成为当前通信网络协议开发课题中的热点及难点问题。本文就围绕着通信网络协议开发的形式化方法进行探究。
二、网络协议的要素分析
能够确保计算机网络顺利进行数据通信的通信网络协议，其要素主要包括以下几点：第一，网络协议所能提供的服务；第二，网络协议运行环境的假设；第三，实现网络协议的词汇信息及对每个词汇信息进行的编码；第四，控制消息保持一致性的规则。
能够在计算机之间实现网络数据通信自动化的协议，一般来说都是很复杂的，针对这种复杂的问题，采用分层结构来理解网路协议，具有重要作用。其中，“七层”协议结构模型是当前网络协议中的标准结构，是网络协议开发的基础。
三、网络协议形式化方法、形式化模型及描述
网络协议形式化方法是采用数学方法对目标软件的系统性质进行描述的一种技术方法。通过使用数学符号及数学法则就目标软件系统的结构来进行综合分析，研究，为网络协议的开发和验证提供一个利于发现目标软件和系统需求不完整性、不一致性等问题的框架。网络协议的形式化方法主要还是通过形式描述技术，即FDT技术来获得支持，形式化方法描述与模型技术及形式描述语言息息相关。
网络协议的形式化模式，其核心技术就是对协议进行分析和设计。形式化模型主要有以下几种：第一，有限状态机模型。这种模型主要在有限状态集、输入集和转移规则集，其中，有限状态集一般用于对系统不同状态进行描述；输入集则对系统接受的不同信息进行表征；状态转移规则集则主要是对表述系统在接受不同输入时，转移到下一个状态的规则。第二，Petri网模型，此种模型是适用于并发、异步及分布式系统描述和分析的数学工具，是目前网络协议中的典型模型之一，具有静态结构和动态行为机制。第三，协议时态逻辑模型，此种模型在时间信息的事件、状态及其关系命题中予以应用，对标识系统中的个体常量、定义变量等进行表达，进而对协议进行描述。
四、SDL
SDL产生于1976年，是由ITU-T发展的一种FDT，它是一种基于有限状态机建立的数学模型，用于事件驱动、实时和通信系统的描述语言。其形式化方法主要是作为对开发结果进行验证、测试的基础，为设计和应用人员提供交流的途径，进而为开发者提供一种分析、设计的方法。SDL着重从全局的视角来对系统结构进行描述，对系统中哪些是由子系统构成，各子系统之间如何相互作用等进行描述，进而递归式的对各子系统功能和结构进行描述。
SDL分为图形和文本两种形式，对系统功能进行说明，并对系统内部结构行为进行描述。纯文本表示更容易被计算机处理；而图形表示则更直观，利于进行可视化建模。SDL对一种层次结构来进行描述说明，其结构和功能并明确划分，功能块之间通过信道相连；同时，各个功能块还可以分为子功能块或进程。SDL对一些基本数据类型和操作以及对构造新的类型进行了定义，因此可以用于系统设计和实现。对SDL的优缺点而言，SDL能够通过全局视角，递归式的对各子系统功能及结构进行描述，并对硬件系统和其他各种人造或非人造系统进行描述。与此同时，SDL也具有一定的缺点，例如，SDL不适用于对需要大量进程的紧密协作，不能对并行处理和应用进行很好的处理；不能适应所有类型的实时系统等。
五、LOTOS
LOTOS产生于1989年，是用于详细说明和通信系统的描述技术标准形式，适应协议工程、分布处理及并行处理技术的要求，进而形成的规范语言，充分引入抽象的数据类型，对进程行为及交互作用进行描述。LOTOS主要是针对分布式的开放系统规范，尤其对开放式系统连接计算机网络架构的服务与协定，进行形式化的技术描述。LOTOS被用来对系统中事件发生顺序来建立运作模式，通过衍生自过程的运作模式和引入抽象数据形态结构来分析，提供对特定抽象数据形态的对等描述。LOTOS中的一个系统可以当做多个相互通信的进程；同时，这些进程又可以由多个子进程构成，进行一个规范的层次结构。一个进程通过门径和内部行为的时序关系来进行交互和定义；两个进程通过一个门径，可以对数值进行匹配，行程三种交互作用，这种进程行为为表达式描述。
六、ESTELLE
ESTELLE开始于1981年，由ISO发起，在1989年被批准为国际ISO标准，能够实现完整、一致、简练的描述分布，并对信息进行处理。ESTELLE使用的是Pascal语法和数据类型，基于扩展的通信有限状态机理论，在事件驱动行为建模中进行数据处理方面，能够准确描述并信息系统，因此，特别适合用于通信协议。ESTELLE是有许多相互通信的模块分层构成的系统，在每一级别中可以有多个模块，同时，每个模块和子模块中，都能通过通道以异步方式或凄然模块进行通信，而通道则是在两个实体之间相互传送的结构化双向路由。其本元素为模块，由模块头和模块体组成。其中，模块头被定义为外部交互点和输出变量。模块体则被定义为三个部分，即初始化部分，说明部分和跃迁部分。根据模块中是否包含状态变迁，可以分为三种类型，即活跃模块。目前，在ESTELLE中，已经开发看多个用于设计、调试、测试的工具，形成了一套完整的ESTELLE开发工具套。ESTELLE与SDL的扩展基本一致，但在某些概念上有所不同，ESTELLE扩展主要体现在：用变量和变量型的表示状态空间不一样；所用参数表示交互的方式不一样；操作与变迁相联系的方式也不一样。ESTELLE大部分主要集中在对ISO的应用协议进行描述。
七、Petri网
Petri网是在1962年，德国的Carl Adam Petri的博士论文中提出，是使用网状结构模拟通信系统，研究信息系统及其相互关系的数学模型，用于并发和分布系统行为描述的建模技术，目前，Petri网还没有明确的国际标准，但已经在分布式系统和通信协议的相关验证机性能分析反面得到了广泛应用。PN是对某一个系统状态及变化所提供的图形表达方式，通过可视描述功能，能够对模拟系统的动态和活动行为进行标记。一组通信实体能够被描述为单一的或相互通信的Petri网模型，由位置和跃迁表示通道实现，网络的动态特征，例如控制和数据流等由标记进行分布描述。为了适应不同协议的需求，Petri模型逐渐扩展到多个模型系统。近年来，Petri网技术得到了极大发展，各种网系统被开发，例如，条件/事件网，变迁网，有色网等，这些网络协同的开发对复杂系统的建模能力实现了很大的扩展作用。
Petri网对系统结构能够较好的描述，对系统中并发、同步、冲突及顺序等关系，可以用图形等来表示组合模型，更具有直观、易懂和易用的优势。Petri网具有严格定义的数学对象，具备完善的数学理论为基础。Petri网作为系统建模的工具，在系统设计和分析中，着眼于系统发生的变化，以及变化发生的条件和影响。因此，从组织结构的角度来看，其模拟系统不涉及系统所依赖的物理和化学原理；精确描述系统中事件的依赖关系与不依赖关系，这是事件之间的客观存在，也不依赖与观察的关系；Petri网还具有与应用环境无关的动态行为，作为可独立的研究对象，且Petri网可以在具有不同应用领域中得到不同的解释，进而起到沟通不同领域间桥梁的作用和效果。
八、结束语
形式化方法被用于描述复杂的系统，对通信系统的描述、实现和测试均变得十分容易，对此，在通信网络协议的开发设计中，就应该积极采用一些形式化的方法，在网络协议开发和使用效率及降低开发成本上做出贡献。
综上所述，通过对形式化方法在建模、验证及性能分析方面的比较，在对某些性质或协议工程的某些阶段的工作的秒速比较好，而在其他阶段和方面则表现出一些缺陷。例如，SDL在分析技术方面较为缺乏，LOTOS对于所描述的协议抽象性级别比较高，Petri网则在复杂语义和时序方面进行扩展的描述到具体实现的差距较大。由此可见，通信网络协议开发的形式化方法多有不同，尚没有一个完全泛用型的方法。因此，在对通信网络协议进行开发时就要在关键过程中引入形式化方法。
参考文献
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