发布时间：2023-04-11 17:18:51
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的远程控制系论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
随着我国信息事业的持续、快速发展,通信基础设施日臻完善,固定电话、移动电话用户总数接近两亿.利用现有的个人通信终端,实现基于PLMN(陆基移动通信网)和PSTN(公用电话交换网)的电话远程控制系统,既可以节约投资,又便于推广.电话远程控制系统(ITRCS),以CCITT及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令(DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等)作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传输介质,使用户可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的远程控制.信令传输示意图如图1所示.
2电话远程控制系统的体系结构
电话远程控制系统接收远端发送来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再由中央处理单元采集处理;为了方便用户使用,系统设计了语音提示界面;电话远程控制系统一般工作在元人值守环境,所以应具有自动离线、上线、复位功能;为了符合智能化要求,系统采用80日作为中央处理器.同时,电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路.智能电话远程控制系统的体系结构如图2所示.
可以看出,系统主要由DTMF音频解码电路、语音提示电路、离线/上线/复位电路、中央处理单元、驱动电路、电源电路等组成.
3各部分电路及工作原理
3.1中央控制电路
中央控制电路的主要功能是接收铃流检测电路和DTMF解码电路的中断信号,发送对上线/离线/复位电路和受控设备的控制信号,对语音录放电路进行寻址操作,接收DTMF解码电路的四位二进制数据(见图2).
3.2DTMF音频解码电路
DTMF(DualToneMultiFrequency)双音多频信号解码电路是目前在按键电话(固定电话、移动电话)、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的集成电路.它包括DTMF发送器与DTMF接受器,前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器,发送一组双音多频信号,从而实现音频拨号.双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号,CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表所示.
表电话拨号数字对应的高低频率组合关系
电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870DTMF接受器作为DTMF信号的解码核心器件.MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及通播系统,实现DTMF信号的分离滤波和译码功能,输出相应16种频率组合的四位并行二进制码.MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能,所以在设计MT8870DTMF解码电路时,只需外加一些阻容元件即可.DTMF解码电路如图3所示.
远端用户发送的DTMF信号,经搞合电容的隔直流作用后,由MT8870接收并进行译码,输出的四位并行二进制数据直接与8051单片机的P0.0～P0.3连接,MT8870在DTMF信号码变换完成后,由CID端发送中断信号INT1,通知8051数据准备好.
3.3语音提示电路
电话远程控制系统利用语音提示电路实现用户和系统的交流.语音提示电路预先存储若干段系统提示音,8051中央处理单元电路判断用户发送的DTMF信号后,对语音提示电路进行寻址,播放相应的提示音,从而向用户反馈信息提示下一步该如何操作.
本系统选用美国ISD公司的ISD2590单片语音录放集成电路作为语音提示电路的核心部分.ISD2590采用E2PROM存储器,信息可永久保存,零功能存储;它还采用了DA盯直接模拟量存储技术,因而能较好地保留语音信息中的有效成分,提高录放音的清晰度.ISD2590可以存储长达90s的语音,能够实现1～600段语音分段,每段录放音均有一个起始端,该起始端地址选择由A0～A9确定.ISD2590的电路也非常简单,只需少许阻容元件即可,并且它易与单片机接口,实现分段寻址功能.ISD2590的内部功能如图4所示.
系统在接收远端用户发送的DTMF信号以后,根据软件设定,对语音电路进行寻址放音.例如系统收到用户发出的"1234'''',用户密码信号时,若密码正确,则寻址播放语音提示"密码正确",否则,寻址播放语音提示"密码错误".需要提出的是,ISD2590".只有A0～A910根地址线,显然不能对480K模拟存储阵列直接寻址,从图4可以知道,ISD2590的地址线是先经过解码器解码后再对480K模拟存储阵列进行寻址的.
3.4系统上线／离线/复位电路
当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线连通时,我们称系统处于上线(Odine)状态;反之,当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线断开时,我们称系统处于离线(Offline)状态.只有在电话远程控制系统工作时,系统才应处于上线状态.这样做的目的是避免用户呼叫系统时的高压振铃信号(可达120VMS)及线路上其他高压噪声对DTMF信号解码电路及语音提示电路产生危害.上线/离线/复位功能的实现,也是由系统硬件电路和软件共同实现的.
3.4.1系统上线电路
系统上线电路的功能是检测程控交换机发送的振铃铃流信号,然后通过中断方式通知8051单片机,根据软件设定,闭合系统上线/离线/复位开关电路,开启UrMF信号解码电路和语音提示电路与电话用户线的连接.上线电路的主要部分是铃流检测电路.铃流信号是当远端用户呼叫电话远程控制系统时,由程控交换机向电话远程控制系统发送的控制信令.系统采用TCA3385芯片作为铃流检测电路的核心部件.TCA3385是一种性能稳定的振铃信号转换、检测器件,常用于电话机、应答器等仪器仪表.它的PDO端(如图5)是振铃检测输出端,在振铃信号稳定后,此端会变为高电平输出.RDO端可直接与8051单片机相连,作为8051的中断信号INT0.TCA3385的内部功能及外部电路如图5所示.
当电话远程控制系统处于离线状态时,只有铃流检测电路与用户电话线相连,而TCA3385能承受较高电压的冲击,保证了系统的完全稳定性.
3.4.2离线/复位电路
用户对电话远程控制系统操作完成后,发出结束命令,8051单片机断开系统上线/离线/复位开关电路,系统离线.如果用户出现误操作或忘记发送结束命令时,系统根据软件设定,断开系统上线/离线/复位开关电路,使系统离线,并初始化软件设定.
3.5驱动电路
电话远程控制系统对受控设备的控制,要通过8051单片机对继电器的闭合才能实现,因此,在8051单片机与继电器之间必须设置一个继电器驱动电路.本系统采用摩托罗拉公司的MC1413,来关闭与开启继电器开关(图6).
4系统软件
如何利用有限的16种DTMF信号实现多样的系统控制功能,是系统成功与否的关键,借助于软件编程,系统可以对16种DTMF信号的任意组合进行解释,从而大大丰富了系统功能.系统软件的流程结构并不复杂,这里只介绍系统软件主要功能要求:
(1)系统身份认证功能为了保证只有合法用户才能操作系统,电话远程控制系统上线以后,用户必须输入密码,待系统确认后才具有对系统的操作权限.
(2)用户信令解释功能对收到的用户信号,系统按照软件设定加以解释,并决定对语音提示电路寻址,播放相应的系统提示音,实现用户和电话远程控制系统间的交互操作,或者对外部受控设备发出相应的驱动信号.
(3)软件定时功能系统软件设定系统自动复位的软件定时器,定时器的设置值规定了系统一次上线工作的最大时间.若一次工作超时,系统自动离线,进入待机状态.
5结束语
关键词： 自动化监控；闸门控制；数据采集；GPRS传输
中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310024－02
1 GPRS闸位联控系统研究的理论意义及应用价值
水闸是水利系统最基础的工程，在防洪排涝抢险过程中扮演着重要角色，对保护工农业生产和人民生命财产安全以及环境保护等诸多方面都发挥着巨大的积极作用，但是我国的水利自动化技术比较落后，每年会由于洪涝灾害造成巨大的经济损失[1]，因此闸门的即时合理控制问题，是关系到水利工程的安全，关系到保护工农业生产和人民生命财产安全，以及综合利用水资源的问题，因此GPRS闸位联控系统具有极高的应用价值。
2 系统构成及功能描述
GPRS闸位联控系统主要功能为：水闸现场监控平台是基于产品化、模块化、通用化思想而研制开发出来的新一代水闸远程监控系统，该系统主要用于水库、灌区、河道、供水渠的闸门现地控制和远程控制，可在现地单控、群控，也可在异地远程遥控。
GPRS闸位联控系统由水利系统的流域管理中心、各县市设立的分中心监测站、以及水闸现场的水文遥测单元构成的三级网络组成。通过建立GPRS闸位联控系统，将可以改善水文信息的采集、传送和信息处理的手段，缩短数据采集和信息处理所需的时间，还可以提高信息采集和传输的可靠性，提高流域各种监测信息的处理能力。
3 总体设计方案
3.1 闸位控制原理
1）GPRS闸位联控系统原理：GPRS闸位联控系统主要工作原理将各种传感器的流量、水位、雨量模拟量和闸门、水泵的开关量数据传送到各监测站，通过 WLB-268型远程测控终端机完成数据的采集，并把采集的数据通过 GPRS网络无线数据传输方式主动传输至调度中心，调度中心控制机能够实时监测水闸泵站现场的情况，并可以远程控制闸门、水泵的开关，实现监测点的自动化控制。
2）GPRS闸位联控系统特点：
① 技术先进：系统采用了当今最先进的无线高速数据分组传输技术，在数据采集和传输方面具有无可比拟的先进性，可以实时在线运行任意查询、加报、自动传送信号。
② 安全可靠：系统采用了多级管理和权限控制，强大的系统安全管理和数据保护措施，对水利设施的日常监控提供了安全保障。
③ 实用耐久：GPRS闸位联控系统适应性极强，功能完善，性能稳定可靠。
④ 管理方便：系统采用C++语言开发的大型检测软件，操作界面充满人性化；可用于现地显示与控制，还可以异地远程集中显示，测量准确，操作简单，工作可靠，维修方便。
3.2 组成原理
GPRS闸位联控系统主要由传感器检测模块、控制模块、执行模块、远程监控通信模块等部分组成，各部分具体原理分析如下：
3.2.1 传感器检测模块
1）传感器检测的要求
GPRS闸位联控系统的控制对象为水位，由于水位参数的特性，使它受环境影响比较大，如果采用一般方法测量水位流量等，将无法达到精度要求；而且由于水闸现场工作环境较为复杂，单个传感器独立使用的场合很少，更多的是有多个传感器同时应用，来实现多参数的测量和多对象的控制。
因此，在GPRS闸位联控系统中，传感器检测模块采用了多组多种传感器进行数据采集，为了防止采集的数据信号出现失真，由多个传感器组成的检测网络应满足以下要求：① 能够协作地实时监控、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对信息进行处理，获得详尽准确的信息，并传送这些信息到控制中心。② 为了增强操作性，传感器网络建立了开放的、分层的体系结构。
2）数据采集PLC
① 可编程序控制器PLC的功能
数据采集的核心为PLC，由PLC进行所有采集数据的处理，由传感器网络采集的数据送入PLC输入单元，经过转换模块进行数据处理[4]；PLC按照设置的程序完成对水位流量的自动测量控制，实现水闸的自动控制、数据信息的传送；系统能实时记录数据。
② 可编程序控制器PLC的优势
采用PLC装置进行数据采集，操作简单，系统运行安全、可靠、稳定；通过可编程控制器为核心组成的传感器数据采集系统，自动化程度高、功能齐全，能够实现自动控制、自动保护及信息传递等功能，能可靠地实现系统自身故障诊断，判断设备故障的状况，出现故障时可及时发出警报信息；数据显示功能为检查和分析设备的运行情况提供依据，从而提高了综合管理水平。
3）传感器检测模块的组成
主要由浮子式水位计、压力式水位计、雨量计、水位差计、XZK-3型无线闸门开度检测仪、XHZ-3型闸门开度荷重测控仪、闸门开度传感器、闸门荷重传感器、闸门数据采集终端等组成，数据采集方面使用三菱PLC可编程控制器。
3.2.2 控制模块
1）控制原理
GPRS闸位联控系统闸门控制的是水位和流量，由于水位流量值是具有较大滞后时间常数的控制对象，以往采用的位式或者连续控制等技术，控制质量不高，存在很多问题，如超调量 大、稳定时间 长等。为避免控制质量不高的问题，在GPRS闸位联控系统中，采用了PID控制器来加强对水闸的控制。
PID控制器具有稳定性好、工作可靠、调整方便、结构简单等优点，当水位流量数据不准确时，即其它控制技术难以应用时，水位流量数据参数必须依靠经验和现场调试来确定时，采用PID控制技术最为方便，PID控制器中比例项的主要作用是纠正偏差；积分项用于消除系统的稳态误差，提高控制精度；微分项的作用是减小系统的超调量，增加系统的稳定性。
2）PID控制器的参数整定
① 利用临界比例法进行 PID控制器参数的整定，步骤如下：
首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；
仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；
在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改：
对于液位系统： （%）20-80， （分）15；
对于流量系统： （%）40-100， （分）0.11；
对于压力系统： （%）30-70， （分）0.4-3。
② GPRS闸位联控系统PID控制器主要是由研华工控机WLB-268型远程测控终端机来实现的，主要包括AT89S51单片机、1片RAM6264、1片EEPROM2861A、用于8位LED显示和键盘接口的可编程I/O接口芯片8255A，以及其他的必要的逻辑器件组成。
3.2.3 执行模块
1）执行模块工作原理
GPRS闸位联控系统的执行模块主要是控制连接水闸的电动机，当控制系统的运行指令发出后，执行模块根据指令操作，完成水闸的启闭控制，执行模块的好坏是直接影响整个系统的质量的关键因素。
① 闸门控制采用闭环控制方式，是应用最为广泛的控制方式，这种控制方式的控制精度较高，只要被控量偏离了给定值，系统就会自行纠偏，具有抑制内外干扰对被控量的影响的能力，因此，闸门控制采用了闭环控制方式。
② GPRS闸位联控系统的执行模块工作原理：采用单片机作为智能控制器件，利用其精确定时能力，根据水闸行程 等于速度 与时间 的乘积关系，在预先设定控制高度 条件下，根据上升、下降、定位、锁定等信息，计算出定时时间，自动完成水闸升降定位控制。
2）执行模块的组成
执行模块主要由一个12位的 转换器、功率放大电路和电机组成。 转换器接收来自单片机的控制信号，并转换为模拟信号，经放大控制电动机的运行，从而达到控制水闸的目的。为提高转换精度，采用分辨率为12的DAC1230，其输出电流稳定时间为 ，非线性误差为0.018%FSR，功耗为20mW。
3.2.4 远程监控通信模块
监控中心通过移动网络实现远程数据通信，采集的数据通过GPRS网络主动传输至水利调度中心，调度中心的控制机可以监测现场的实时情况，并可以远程控制现场水闸的开关，如果通信线路出现故障，能够自动发出报警提示，采用GPRS无线数据传输的通讯方式，很好地解决了制约水利控制系统的远程数据传输问题。通过GPRS远程设置和短信息设置功能，可以方便地对水情要素如水位、雨量、流量等环境数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。
GPRS模块主要用于数据的发送、接收以及短消息的接收；ARM模块完成传感器数据的编码和TCP/IP封装，控制GPRS模块将数据发送到监控中心，并接收和执行监控中心发送的控制命令；监控中心为通过以太网卡连入Internet中的一台具有固定IP的计算机，采用开发工具调用Winsock控件编写监控软件，用于接收、处理和显示各个监控点发送的数据，并对监控点发送控制命令。
GPRS模块采用MC35，MC35模块主要由射频天线、内部Flash、SRAM、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的ZIF插座组成。GSM基带处理器用来处理外部系统通过串口发送AT指令。射频天线实现信号的调制和解调，以及外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换[5]。
4 结论
本文通过对GPRS闸位联控系统总体框架的研究和分析，在此基础上，进行了系统的软硬件的设计，包括现场数据采集传感器模块，逻辑控制模块，以及数据通信网络等，通过研究，实现了一个完整的水闸监控系统的设计，减轻了运行人员的现场监控量，提高了泵站自动化水平，GPRS闸位联控系统系统将发挥其更加积极的社会经济效益。
参考文献：
[1]黄宽、徐建政，VPN专网在GPRS配变监测系统通信中的应用[J].电力系统通信，2004.08.
[2]王科峰，浅谈GPRS时代的无线互联[J].内蒙古科技与经济，2004，20.
[3]刘从新、袁建伟、曾维鲁、龚国强，基于GPRS的分布式监控系统的研究[J].电力系统通信，2004.08.
[4]张宇、杨彬、张远、肖文栋、许勇军，GPRS移动通信网管系统研究[J].北京联合大学学报，2005.02.
[5]李建华、徐国章、李宏海，GPRS在远程监控系统中的应用[A].中国自动化学会全国第九届自动化新技术学术交流会论文集[C].2004.
关键词：AMR，CAN，总线，电力集中抄表系统，ARM，LPC2294
引言
随着计算机技术和通信技术的迅速发展，将众多的计量点数据进行采集、传输、处理已经成为现实。自动抄表（the Automatic Meter Reading）技术，简称AMR，得益于八十年代的计算机技术，正成为抄表技术的发展趋势。
1 电力集中抄表系统的构成
本文提出的电力集中抄表系统采用三层体系结构如图1所示：第一层是主站服务器，其主要作用是负责存储多功能电表的数据、实现对仪表的远程监控、远程控制等功能。服务器安装在客户服务中心的抄表主站通过GPRS/GSM来查收各个多功能电表的相关数据和参数。第二层是集中器，集中器通过GPRS/GSM与主站服务器相连，通过CAN总线与第三层的采集终端相连。主要有两项任务：一是完成与采集器的数据通信工作，向采集器下达电量数据冻结命令，定时循环接收采集器的电量数据，或根据系统要求接收某个电表或某组电表的数据。另外的任务就是根据系统要求完成与主站服务器的通信，将用户用电数据等主站需要的信息传送到主站数据库中。第三层是采集器。在采集器中嵌入了各种标准通信规约，可实现对各种各样电表的采集。采集器可同时采集、存储64块电表的数据，采集器除了完成电表的电量数据采集工作以外，还要根据系统的要求完成与集中器之间的数据通信，将需要传送的电量数据送到集中器中。系统信道包括GPRS/GSM 无线通信、CAN 总线。主站服务器与集中器之间的GPRS/GSM 无线通信，集中器与采集器之间采用CAN 总线通信。通过GPRS/GSM无线通信，能够及时、方便地进行系统的远程信息传输，与主站服务器实现信息交换；每台集中器通过CAN总线，可以管理最多110 个采集器(CAN 节点)。
图1 基于ARM 的CAN 总线的电力集中抄表系统示意图
2 CAN 总线通信系统设计
2.1 CAN 总线简介
CAN(ControllerArea Network)即控制器局域网，CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一。它最早是由德国Bosch公司推出的，CAN通信协议是一种用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN总线已被广泛应用于各个自动化控制系统中。论文参考网。例如，在汽车电子、自动控制、智能大厦、电子系统、安防监控等各领域中，CAN总线具有不可比拟的优越性。本设计给出CAN总线节点方案。它采用内置多路CAN总线控制器LPC2294作为主控制器，使得该节点体积小、功耗低、抗干扰性好，因而特别适用于汽车、工业控制以及医疗系统和容错维护总线中。
2.2 CAN节点硬件电路组成
CAN节点硬件电路如图2所示，由ARM微控制器LPC2294、CAN总线收发器TJA1050T、高速光耦6N137和电源隔离模块B0505S等组成。
图2 CAN节点硬件电路原理框图
(1)控制器特点
本设计选用的LPC2294是PHILIPS公司新推出的一款功能强大的超低功耗的具有ARM7TDMI内核的32位微控制器。论文参考网。论文参考网。144脚封装、两个32位定时器、八路10位ADC、四路CAN通道和PWM通道以及多达九个的外部中断，内部嵌入256K字节高速Flash存储器和16K字节静态RAM，包含76（使用了外部存储器）～112（单片）个GPIO口。如此丰富的片上资源完全可以满足一般的工业控制的需要，同时还可以减少系统硬件设计的复杂度。另外，LPC2294支持JTAG实时仿真和跟踪、128位宽度的存储器接口和独特的加速结构，使32位代码能够在高达60MHz的操作频率下运行。LPC2294内部集成有四路CAN控制器：符合CAN规范CAN2.0B,ISO 11989-1标准：总线数据波特度均可达1Mbps；可访问32位的寄存器和RAM；全局验收过滤器可识别几乎所有总线的11位和29位Rx标识符；验收过滤器为选择的标准标识符提供了FullCAN-style自动接收功能。作为本设计的核心部件，LPC2294不仅担起主控制器的作用，同时还作为CAN网络的节点控制器，与网络中的其它节点实现数据传输与交换。
(2)收发器特点
收发器TJA1050T是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，它与“ISO 11898”标准完全兼容。CANH和CANL理想配合，可使电磁辐射减到更低。除此之外，TJA1050T不上电时，总线呈现无源特性，这使得TJA1050T在性能上大大优于以前的CAN总线收发器。TJA1050T有两种工作模式：高速模式和静音模式（它们由引脚“S”来控制）。在高速模式中，总线输出信号有固定的斜率，并且以尽量快的速度切换。高速模式适用于最大位速度和最大总线长度的情况，而且此时其收发器循环延迟最小。静音模式时发送器是禁能的。它不管TxD的输入信号。静音模式可以防止CAN控制器不受控制时对网络通讯造成堵塞。
3 CAN 总线通信系统软件设计
对于LPC2294微处理器来说，CAN控制器完全是基于事件触发的，即在本身状态发生改变时，CAN控制器会把状态变化的结果告诉微处理器。因此中心微处理器可以采用中断的方式或者轮询的方式对CAN控制器做出相应的处理。各CAN节点按规定格式和周期发送数据到总线上，同时根据需要各取所需报文。对于接收数据，本系统采用中断的方式实现，一旦中断发生，即将接收的数据装载到相应的报文寄存器中。此时利用屏蔽滤波寄存器对接收报文的标识符和预先在接收缓冲器初始化时设定的标识符进行有选择地逐位比较，只有标识符匹配的报文才能进入接收缓冲器，那些不符合要求的报文将被屏蔽于接收缓冲器外，从而减轻CPU处理报文的负担。
3.1 CAN 控制器初始化
初始化CAN控制器的操作包括：硬件使能、软件复位、设置报警界限、设置总线波特率、设置中断工作方式、设置验收滤波器工作方式、设置工作模式并启动CAN等。初始化程序如下：
HwEnCAN(CanNum)；//硬件使能，CanNum=0～3，指四路CAN控制器
SofiRstCAN(CanNum)；//软件复位寄存器
CANEWL(CanNum).Bits.EWL_BIT=USE_EWL_CAN[CanNum]；//设错误警告界限
CANBTR(CanNum).Word=USE_BTR CAN[CanNum]；//初始化波特率
VICDefVectAddr=(UINT32)CANIntPrg；//初始化中断为非向量中断
VICIntEnable |=(1<<19)|(1<<(20+CanNum))|(1<<(26+CanNum))；
CANIER(CanNum)．Word= USE_INT_CAN[CanNum]；
CANAFMR.Bits.AccBP_ BIT=1；//配置验收滤波器(旁路状态，即屏蔽验收滤波器)
CANMOD(CanNum).Bits.TPM_BIT=USE_TPMCAN[CanNum]；//初始化工作模式
CANMOD(CanNum).Bits.LOM_BIT=USE_MOD_CAN[CanNum];
SoftEnCAN(CanNum)；//启动CAN
3.2 数据发送
将待发送的数据打包成符合CAN协议的帧格式后，便可写入发送缓冲区，并启动发送。在写发送缓冲区前必须查询其状态。LPC2294中的每个CAN控制器有三个发送缓冲区，它们的状态可通过查询CANSR得知。只有当其中有空闲的发送缓冲区时才可将数据写入。在发送大量数据时，这一步显得尤其重要，否则发送可靠性将不能保证。启动发送成功后，只能通过查询CANGSR的TCS位或配合发送成功中断来判断数据是否发送成功。
3.3 数据接收
接收数据可采用查询方式或中断方式。在某一段时间内，CAN总线并不总是在活动，为了提高效率，可采用中断方式。在初始化程序中必须使能接收中断。在中断服务子程序中，读取CANICR，判断是否有接收中断标志，有则读取接收缓冲区数据。为了防止接收缓冲区数据溢出，可开辟一个循环接收数据队列来暂时存储数据，主程序则通过查询该队列来获得总线数据。
4 总结
基于ARM 的CAN 总线的电力集中抄表系统的数据通信具有很强的实时性、可靠性和抗干扰性，该系统的样机正在进行挂网测试，以期通过研究和改进，进一步提高程序的通信处理、纠错和容错能力。
参考文献
[1]栗玉霞,徐建政,刘爱兵.GPRS技术在自动抄表系统中的应用[J].电力自动化设备, 2003 (12): 52-54.
[2]李驹光等.ARM应用系统开发详解。北京：清华大学出版社，2003..
[3]吴明辉.基于ARM的嵌入式系统开发及应用.北京：人民邮电出版社，2004.
[4]周立功.ARM 嵌入式系统基础教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社,2005.
[5]CAN Specification Version 2.0, Part A and B, Philips Semiconductors,1992.
伴随社会经济的全面进程，新建成的楼宇设施也大量融合的科技元素，近年来集成化的楼宇设施监控系统也被逐渐重视。例如电梯系统、配电系统与照明、供暖、制冷系统，上述集成化设备监控系统在楼宇中具有非常重要的作用，经对楼宇内电气设施的全面管理，能够从根本深化电气设备监控系统的有效性，同时为节约型社会的发展奠定良好的基础。
关键词：
集成化；楼宇电气设备；监控系统
1集成化的楼宇电气设备监控系统的现状
自上世纪八十年代，楼宇电气设备监控系统在国内得到广泛应用。此系统的构建机制是依附于差异化功能系统予以区分，也就是电气设备的构建及管理分为两个体系，同时设计以及施工直到完成所有过程，即经差异化的施工单位所完成。这就导致了下述问题：（1）因为生产商存在差异，造成设备间出现不兼容现象，因此造成系统交互过程出现问题；（2）因为子系统的功能存在差异，同时系统之间存在独立特性，造成资源在予以互换时出现问题。此类构建举措致使楼宇的电气设备在使用环节存在隐患。所以集成化的楼宇电气设备需要每一个子系统结构互同，协议与接口也要有统一的指标，因此规避子系统互联与硬件设施互操作所存在的弊病，达到资源与信息共享的目的。
2集成化的楼宇电气设备监控系统结构
集成化的楼宇电气设备监控系统的功能室能够控制管理楼宇中的给排水、空调以及照明等电气设施。为确保楼宇的电气设备可靠运行，我们要深化软硬件的稳定性。举例说明，为楼宇实施最简单的供电及配电过程中，我们要保障电路与电流的稳定。同时对升降压设施温度指标，电流的稳定性等因素都要予以实时的管理及检测。为匹配于可持续发展的相关需要，楼宇要侧重于节能减排，楼宇能耗主要来源于空调、照明以及供暖等电气设施，为控制资源浪费，对集成化的楼宇电气系统控制的研究势在必行。举例说明在楼宇内，我们要对卫生间、走廊以及停车场等地予以电路设计，可以择取声控传感设备；同时拟定相匹配的电路监测，予以各水位及压力的控制，达到节能控制的基本要求；针对空调系统，设计完善的启动与停止控制系统，不但可以减少楼宇的负荷，同时可以达到节能减排的要求。
3集成化的楼宇电气设备监控系统设计
集成化楼宇电气设备监控系统，是把电气监控系统与智能化控制进行有机的结合，自动检测楼宇的基础电气设施，同时予以控制及保护，举例说明，供配电系统的监测，检测过程可以利用通信系统的综合性以及自动性，为信息与资源的共享奠定良好的基础；而且，通过互联网，对网络内外的资源与予以全面利用，因此达到自动化与集成化的要求，可以很好的为信息集成提供依据；经上述举措，能够实现电气设施的集成化管理，而且最大化的节能。在监督合控制功能的基础上，达到全面监视楼宇内电气设备的工作情况，我们要予以参数采集。因为在实施参数收集与监控要经通信对参数予以传输，此措施不但有远程通信的优势，同时还具有一定的广度。在此环节，要予以大量的参数处理。因为具有一定的监控广度，参数存在繁琐的特性，所以不能只追求响应速度，在求得响应速度的基础上要确保全硬件的监控有效性，而且，要保障系统的稳定性。
4集成化的楼宇电气设备监控系统设计的一些建议
站在行业角度来分析，全面利用现前沿的技术，对常规技术实施改造。举例说明，把信息技术与集成化技术进行有机结合，对常规的电气产业予以智能化的改造。空调与配电设施经改进后会有自动监测及控制功能；综合建筑内，把一些设备予以联网改造，能够达到集成化管理的要求。为匹配于科技的发展，一些生产厂房在予以楼宇电气设备的生产过程中，进行了一系列功能完善，其中包括空调的生产。在配电设施的智能化功能方面，能够在常规的基础上，深化智能化的检测控制系统，这样不但能够具备基础功能，还可以传输相关电量参数，同时予以远程控制设备。常规的空调设施以及配电设施等加装智能化系统，所生产的产品本身具备智能化的监控功能，在楼宇应用过程，无需设置BA系统，仅将设备予以联网，就能够实现集中管理的电气设备自控系统。现阶段一些大型的楼宇电气设备生产企业已经以此为侧重点予以研究，比如空调冷机厂商，目前的产品大部分均为具有智能化控制系统的设施，其控制设施能够对所有设备予以整体的监控，所控制的设备其中涵盖冷水出口温度、压缩机、冷却水出口温度、冷水入口温度、阀门开度、冷却水入口温度与冷冻泵等设施，经整体开、停控制，达到启动速度快与停机时间缩减的目的，可以解决耗能，深化了中央空调系统的稳定性。而且实施各机组间设备的启、停具有连锁及时间顺序控制、相关机组运行时间自动调节，同时可以确保机组的稳定运行，对相关数据予以了保护。对相关参数予以长久的在线储存，构建历史报表以及历史趋势指标。重要的参数能够经网络传输至控制中心，在控制中心予以遥控等操作，具有智能化特点，具备BA系统所有的监控及管理功能，同时较之常规的楼控系统对设备的管理更为全面。举例说明，智能化的开关配电设施，是在常规的开关柜上，予以智能化系统的完善，在常规配电柜的先决条件上架设了智能化的监控模式，不仅能够实现常规BA系统的电量参数传输以及交流接触设备远程控制等功能，同时还具备常规BA系统所没有的管理功能，其中包括故障录波等，使设施趋于全智能化，同时使配电柜本身具备远程监控能力，这样就能够在中心控制室内对配电设施予以整体性管理。在柜电柜、冷冻机以及电梯等设备上，现阶段很多产品都已具有一定程度的智能化控制，不过在相关动力以及组合式空调机控制等，自身具备智能化系统的设施现阶段还较少，如一台组合式的中央空调机组，其予以室内温度以及湿度收集，同时和设定的温度与湿度进行对比，依附于公式，对相关加热器、调节阀以及加湿器等设施予以控制，调节温度、湿度，以达到相关需要，上述功能已然要利用加装的BA系统完成。而很多空调及电气设施在一幢大厦内，具有分布零散的特性，所以，需要加装安装的BA系统对其予以整体的管理。空调以及电气设施制造企业在此类产品中，已然有一定的开发空间，所以要深化智能化系统在上述设备中的应用价值。目前各厂商所开发具有智能化控制系统的楼宇电气设备，在应用环节，怎样将相关电气系统集中至一个建筑设施监控体系的平台中，是亟待解决的一个内容。要达到相关电气设备的集成，那么就要在研发智能楼宇电气设备过程中，全面顾及到设备要具备一个指标化的终端接口。例如产品接口支持微软OPC功能，这是一类相对理想的解决措施。OPC功能能够经软件在中央控制系统上对下属系统OPC接口予以参数交互，仅需向集成用户出示接口技术的相关规格以及说明即可，在此基础上用户经接口软件通过监控系统对系统予以网络监控。只要在产品研发过程中顾及到此类接口功能，那各厂家的设施就可以十分方便的集成到一起，进而达到建筑设备监控系统的相关需要。择取指标化的现场总线技术实施楼宇电气设备及集成，这也是未来发展的大趋势。在研发楼宇电气设备过程中，各电气系统全部依附于指标的现场总线技术予以设计，这样能够便捷各厂商的设备的集成。如通过LONWORKS技术的智能楼宇电气设备，只要匹配于LONMARK认证指标，则相关系统就能够很便捷的集成至一个平台，进而达到建筑设备监控系统的相关需要。近年来有一些产品匹配于LONMAR论证，空调设备与配电系统等厂商在研发产品的过程，要尽可以应用此技术。
5总结
综上所述，为确保楼宇的电气设备可靠运行，我们要深化软硬件的稳定性。举例说明，为楼宇实施最简单的供电及配电过程中，我们要保障电路与电流的稳定。同时对升降压设施温度指标，电流的稳定性等因素都要予以实时的管理及检测。为达到可持续发展的相关需要，楼宇要侧重于节能减排，楼宇能耗主要来源于空调、照明以及供暖等电气设施，为控制资源浪费，对集成化的楼宇电气系统控制的研究势在必行。把电气监控系统与智能化控制进行有机的结合，自动检测楼宇的基础电气设施，同时予以控制及保护，举例说明，供配电系统的监测，检测过程可以利用通信系统的综合性以及自动性，为信息与资源的共享奠定良好的基础；而且，通过互联网，对网络内外的资源与予以全面利用，因此达到自动化与集成化的要求，可以很好的为信息集成提供依据；经上述举措，能够实现电气设施的集成化管理。因为在实施参数收集与监控要经通信对参数予以传输，此措施不但有远程通信的优势，同时还具有一定的广度。在此环节，要予以大量的参数处理。因为具有一定的监控广度，参数存在繁琐的特性，所以不能只追求响应速度，在求得响应速度的基础上要确保全硬件的监控有效性。现阶段很多产品都已具有一定程度的智能化控制，不过在相关动力以及组合式空调机控制等，自身具备智能化系统的设施现阶段还较少，如一台组合式的中央空调机组，其予以室内温度以及湿度收集，同时和设定的温度与湿度进行对比，依附于公式，对相关加热器、调节阀以及加湿器等设施予以控制，调节温度、湿度，以达到相关需要，上述功能已然要利用加装的BA系统完成。空调与配电设施经改进后会有自动监测及控制功能；综合建筑内，把一些设备予以联网改造，能够达到集成化管理的要求。为匹配于科技的发展，一些生产厂房在予以楼宇电气设备的生产过程中，进行了一系列功能完善，其中包括空调的生产。而很多空调及电气设施在一幢大厦内，具有分布零散的特性，所以，需要加装安装的BA系统对其予以整体的管理。在柜电柜、冷冻机以及电梯等设备上，现阶段很多产品都已具有一定程度的智能化控制，不过在相关动力以及组合式空调机控制等，自身具备智能化系统的设施现阶段还较少。要达到相关电气设备的集成，那么就要在研发智能楼宇电气设备过程中，全面顾及到设备要具备一个指标化的终端接口。
参考文献：
[1]宏文;消防电子产品和通信技术的研究基地——科研所研究成果介绍之二[J];消防科学与技术;2015年04期
[2]河南金融管理干部学院计算机教研室陈学军河南省华兴建设监理公司孙向阳;从模拟到数字[N];网络世界;2013年
[3]冯玉萍;由天津万丽宾馆施工图设计引发——对建筑施工图设计细节问题的思考[J];工程建设与设计;2014年S1期
[4]吴成富;杨雪玲;李炳林;陈绍伟;当前民用建筑施工图设计中的常见问题与思考[J];广东建材;2011年05期
[5]赵起升,朱静孙,王平;智能建筑中的楼宇自动化设计及其应用[J];华中科技大学学报(城市科学版);2013年03期
[6]吴国松;周水兴;顾安邦;立交桥异形块集成CAD系统的开发思路和技术关键[A];中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十三届年会论文集（下册）[C];2015年
[7]敖清;石洞;童頫;CAD专家系统工具ESTEA的初建——图形功能与系统集成环境的实现[A];中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十二届年会论文集（下册）[C];2012年
[8]齐笑;争做一流的楼宇自控产品生产厂商——访北京信和瑞丰科技有限公司总经理姜永东[J];智能建筑;2013年02期
早在1988年，Peter Drucker就在《即将到来的新组织》一书中预言，“对一个组织来说，最重要的是该组织所拥有的知识资源，对其加以有效管理是组织成功的最关键因素。”[1]学术机构是人才和知识的集中地，收集、管理、利用其成员在学术科研等多方面的高质量数字信息资源，对增强机构实力、赢取竞争优势等都具有重要意义。时至今日，各学术机构成员可在互联网上以各种方式发表、传播和交流学术信息，这给组织、管理这部分信息带来了相当大的困难的同时，传统出版模式的局限性也日趋明显，不利于学术交流的开展。有鉴于此，2001年，俄亥俄州立大学的高级行政官员和该馆馆长布兰宁(Joseph J.Branin)在探讨开开发远程教育体系时，提出并着手建立俄亥俄州立大学知识库(Ohio State University Knowledge Bank)，以保存该校师生员工的数字知识资源，这也成为机构库（Institutional Repository，以下简称IR）最初的雏形。2002年，麻省理工大学(Massachusetts Institute of Technology，MIT)和惠普公司(Hewlett-Packard Corporation)合作推出DSpace，宣告IR的正式诞生。同年，在“第六届欧洲数字图书馆先进技术研讨会”上，MacKenzie Smith做了《DSpace：来自MIT图书馆和惠普实验室的机构库》的学术报告，详细介绍了DSpace的构建原理、运行情况及在开放学术交流和数字资源长期保存中的重要作用[2]，这一报告引起了各国学者的关注，也促成了世界范围内关于IR的大规模理论与实践研究。
2 机构库的定义
关于IR，目前尚无统一的定义，比较有代表性的两种观点是：
(1)美国网络信息联盟(Coalition for Networked Information)的常务董事Clifford Lynch认为，IR是指大学为方便其共同体组织、整理、存储和利用师生员工相关的数字知识资源而提供的一系列服务[3]。此定义强调IR的目的是为用户提供一系列服务，但服务对象局限于IR所属的机构成员，服务的目的是协助大学共同体组织、利用其师生员工的数字知识资源。
(2)加拿大研究图书馆协会(Canadian Association of Research Libraries，CARL)则提出，所谓IR就是指搜集、存储学术机构成员的知识资源，并提供检索的数字知识库，同时认为IR可以作为一个全球知识库的子库，为世界范围内的网络用户服务[4]。此定义认为IR是一个聚集数字信息资源的知识库，其资源对任何国家的所有网络用户开放，但该定义遗漏了一个重要的内容，即IR中的绝大部分资源可免费获取。
据此，笔者认为：所谓IR，就是以搜集、组织、存储学术机构（大学、大学共同体等）相关数字知识资源为主要任务，并将其中绝大部分资源对任何网络用户免费开放的知识库。
3 机构库产生的原因及其主要特点
2.1 机构库产生的原因
IR之所以在人类刚跨进21世纪的时候兴起，原因是多方面的，但最为根本的原因在于：
(1)网络给信息组织带来的困难。网络环境下，学术机构成员可以通过各种方式（如个人网站、blog等）在互联网上发表、传递各种学术信息资源，据MIT的统计数据表示，43%的学者会把预印本(preprint)上载到个人网站上，60%的人则通过e-mail传递预印本文献[5]。发表、传递方式的多样性虽然在一定程度上促进了学术交流，但由于这些方式的随意性太强，使得搜集、组织、存储、利用某一学术机构的知识资源就相当困难，给相关机构造成难以估量的损失。这也是建立IR最根本的原因。
(2)传统的期刊出版模式带来了学术交流障碍。近年来，随着出版机构的兼并和商业化，期刊价格大幅度攀升，大大超过了图书馆经费所能承受的范围。美国研究图书馆协会(Association of Research Libraries，ARL)的统计表明，在1986-2000年之间，科学、技术和医学方面的学术期刊价格增长了226%，同期商品零售价格指数增长幅度为57%，在此期间，图书馆购买期刊的经费增长了192%，但购买的期刊品种却下降了7%[6]。虽然图书馆也尝试通过馆际互借、加大数据库的购买力度、远程文献传递等措施来缓解经费短缺的压力，但效果并不理想，也没有从根本上解决学术交流的问题，从而促使人们思考传统的期刊出版模式之不足，并探讨新的方式以促进学术交流。
(3)网格技术和开放源代码的推动。网格计算源于元计算(Metacomputing)，其初衷是将分布的多台超级计算机连接成为一个可远程控制和访问的元计算系统，网格体系根据高速和共享两大特征，正在不断向基于更大的网、共享更多的资源、构建更大的计算能力的目标迈进。网格技术将有助于解决大并发量访问、海量信息检索以及资源共享等方面的技术问题。而开放源代码的意义则在于将人类大量宝贵的创造力从“重复创造”中解放出来。近年来，开放源代码在数字图书馆领域的应用已经相当普遍。美国的OCLC，英国的UKOLN，以及新西兰的DL项目都是图情领域推动开放源代码应用的代表[7]。网格技术和开放源代码为IR的建立奠定了关键的技术基础，使IR思想的实现和快速发展成为可能。
3.2 机构库的特点
(1)综合性。IR不仅包括常见的研究性学术资源，如期刊论文、电子预印文本、技术报告、会议论文、学位论文、数据库及数字图书馆资源，还包括部分学术数据库所不收录但又具有较高价值的资源，如工作文件、图像、音频和视频文件、学习资料等[8]。这样IR即可全面系统地反映所属学术机构的教学和科研成果，不仅有利于分析自身教学、科研的优势与不足，衡量现有的研究水平和明确今后的发展方向，还可作为对外展示其综合实力的窗口，以提高该学术机构的知名度和影响力。
关键词：强化培训；光学工程；虚拟仪器
中图分类号：G642.2文献标识码：A文章编号：1671―1580（2014）01―0046―03
一、引言
硕士研究生教育是我国教育体系中培养高层次人才的重要环节，肩负着培养高素质、创新性人才的重任，对于提高我国综合实力和实现民族复兴有着至关重要的影响。我国硕士研究生教育经过几十年的发展，在教学观念、教学内容、教学方法和考核方式等方面有了长足进步，取得了斐然的成绩，培养了大批优秀专业人才。硕士研究生教育是由基础课程教学、课程考核、社会实践和学位论文等诸多环节组成的一个缜密、严谨的知识架构和体系，它直接服务于研究生培养目标。为了提升硕士研究生培养质量，各研究生培养单位采取优化顶层设计、深化教学内容改革、丰富教学方法和强化学位论文研究等多种手段。
国防科学技术大学为推进研究生培育机制创新，深化教学模式改革，促进拔尖创新人才培养启动了“硕士研究生强化培训计划”。计划以满足“拔尖创新人才成长需求，以夯实数理基础，培养实践技能，提升外语水平，拓展学术视野，强化创新能力”为主要着眼点，进行专题性强化培养，为拔尖创新人才脱颖而出奠定基础。本论文以主要面向光学工程专业硕士研究生的《虚拟光电仪器与综合实验》强化培训课程建设实践为例，从硕士研究生强化培训课程设立的必要性、教学内容选择和教学过程应注意问题等几个方面探索硕士研究生强化培训课程建设。
二、硕士研究生强化培训课程设立的必要性
多年来，国内研究生培养单位对硕士研究生课程教育进行了有益的创新和改革，在教学内容和教学模式方面取得了巨大的进步，但是仍然存在一些不足。首先，硕士研究生课程学习中知识性课程仍偏多，实践性课程偏少。我校光学工程一级学科硕士研究生培养方案中课程学习要求24个学分，其中实验课程仅3个学分，可选的课程也只有2门。这导致一般硕士研究生在专业实践能力上培训不足，在进入课题研究时，对专业研究所需的重要手段、实验仪器和实验技术掌握不够，致使部分研究生课题开展前期进展缓慢。其次，课程设置普遍性较强，针对性不够。近年来，国内研究生培养单位鼓励跨学科人才培养，硕士研究生的来源比本科生和博士生都要复杂，学生经历也千差万别。有些学生在本科阶段即经过了创新实践训练，动手能力较强，而有些学生则完全没有基础。跨专业报考学员对本专业知识了解较少，部分导师会要求学生选修部分本科生课程来弥补专业知识的缺失。面对不同知识结构和能力层次的生源，我们缺乏因材施教的教学内容和方案设计。第三，教学内容与前沿技术脱节。硕士研究生课程内容以基础专业知识为主，虽然有部分涉及学科前沿的800级课程，但多为介绍性质，而相应的研究手段、测试技术以及实验方法几乎没有涉及。硕士研究生了解和掌握的学科研究技术与实验室实际使用的技术存在较大差别。
产生以上不足的主要原因是：现有课程体系灵活性不足，培养方案与教学内容改革通常要求一定的稳定性，改革还具有一定的周期性，因此最新的学科发展成果不可能及时在教学中得到体现；其次，研究生进入课题后的研究方向比较分散，不是所有学员都对某方面技术感兴趣，组织开课比较困难；另外，最新的科学仪器和实验技术通常价格昂贵、数量有限，科研工作安排也非常繁重，科研人员一般不愿将其投入到教学中去。
但是我校硕士研究生的研究课题通常以教研室当前项目为依托，一般要应用到最新的实验仪器、测试手段和研究方法。而这些学员又没有得到培训，这就造成了课程学习与课题研究之间的脱节。学员需要较长时间，通过边干边学的形式逐步掌握。但是这种方法的不足是培训效率低，学员进入角色慢，加之硕士研究生课题研究时间有限，在掌握专门技术后用于真正课题研究的时间就不足了。我们调研了英国南安普顿大学的光电研究中心和加拿大渥太华大学的物理系对研究生的培养情况，发现他们研究生跨学科的现象较为普遍，但是不少跨学科研究生可以在较短的时间内进行独立研究，并取得较好的成绩，这与他们在研究生入学后的专题技术培训有关。他们采取的措施是针对研究生课题研究中可能用到的实验技术和科学仪器，结合前沿研究内容开展集中培训。该培训既可以让学员在短时间内对研究室的研究内容有一个深入了解，又可掌握最新的实验技术和科学仪器。学生在学习过程中不仅可以对以往知识进行复习整理，更重要的是可以学习如何将所学知识应用到实践中去解决问题，同时对知识的了解更加深刻，因此学生学习积极性很高。
三、硕士研究生强化培训课程教学内容的设计及案例分析
1.基础性
强化培训课程虽然是一种专题培训，但目标是针对特定学生群体的能力培养，而不仅仅是教一些具体的技巧。同时为了扩大收益面，应尽量选择适合面更广的教学内容。我们在《虚拟光电仪器与综合实验》硕士研究生强化培训课程内容选择过程中，通过调研发现，虽然我们光学工程的学员在本科阶段都学习过c、fortran等编程语言，但不少学员从来没有利用这些语言解决一个实践问题。究其原因是因为这些语言与硬件结合困难，例如在实际工作中学员往往会选用单片机、DSP或FPGA来实现数据采集和设备控制，完成这一任务需经历硬件知识学习、电路制作及软件编程等几个阶段，同时要开发硬件，导致开发周期长，甚至会让部分学员望而却步。虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。LabVIEW是集成高效软件和模块化硬件的开发平台，可以充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强和开发时间短的优势。硕士研究生如果掌握了基于LabVIEW的虚拟仪器技术，配合必要的硬件模块，对于完成课题研究将会有很大帮助。因此，我们选择基于LabVIEW的虚拟仪器技术作为强化培训课程的基础内容，并以此为基础开展专业实验仪器和测量技术的教学工作。
2.实践性
在目前，我国研究生教育的教学方式主要以课堂授课为主，多认同性而缺乏创造性。分析原因，除了长期“单向灌输式”教育方式的惯性外，硬件制约也是非常重要的因素。一方面研究生专业方向多，实验仪器要求多样，使得配备实验设备困难。加之仪器设备更新速度较快，易使实验设备过时。另一方面，这些年硕士研究生招生规模不断扩大，使得实验条件更难满足需求，最终导致硕士研究生教学的实践性较差。《虚拟光电仪器与综合实验》强化培训课程的目的就是要培养硕士研究生的创新实践能力，为开展研究生课题研究奠定技术基础，因此非常重视实践性，要求每次课都有操作或练习内容。利用虚拟仪器技术的模块化硬件可以大大降低学生实践操作所需的成本，缩短实验的时间。在讲授数据采集技术时，我们购置了一批NI公司的MyDAQ多功能数据采集卡，并结合实验室已有数据采集设备，保证上课的学生都可以动手操作，甚至可以把设备带回去继续练习。在仪器控制与远程通讯教学过程中，我们为学员笔记本电脑配备了USB转RS232数据线，使学员不仅可以相互之间进行串口通讯，还可以带回实验室对光电仪器进行通讯和远程控制练习。
3.针对性
针对性是强化培训课程的重要指标。强化培训课程教授的内容应该是针对传统课题教学的薄弱环节、研究生创新实践能力方面的短板进行有益的加强。我校光学工程硕士研究生在计算机测试应用能力方面存在不足，一般学员只能利用计算机进行数值模拟或数据处理，但是不会用计算机进行信号采集、信号处理和设备控制。《虚拟光电仪器与综合实验》强化培训课程主要针对硕士研究生计算机测试应用能力不足，利用虚拟仪器技术，并结合典型光电测试系统开展信号采集、数据处理和仪器远程控制方面的培训。
4.前沿性
我国研究生教育非常注重前沿性，一方面要求课堂教学内容设计上与时俱进，另外开设专门课程介绍学科前沿技术。但是，一般课程教学以前沿技术理论介绍为主，对最新的实验仪器、测试手段和研究方法涉及较少。不少硕士研究生会感觉当前科技很先进，但是自己掌握的手段很落后，很难完成课题研究。其实，我校光学工程学科通过985和211项目的支持，已经建成了非常现代化的实验室，各种先进实验仪器已频繁地在科研中得以应用，《虚拟光电仪器与综合实验》强化培训课程的一项重要任务就是向学员介绍一些常用先进光电仪器的操作和应用。
四、《虚拟光电仪器与综合实验》研究生强化培训课程实施
1.招收确实需要的学员
强化培训课程是面向各个学科方向的有特定需求的学员开设的专题选修课，目的是提升他们的创新实践能力，尤其是在课题研究中所需的能力的提升。比如，生物学方面的学生希望采用光学的方法进行相关课题研究，这种强化培训课程对他们是十分有益的。因此，我们采取广泛宣传和导师推荐相结合的方式进行招生。我们通过宣传让学员和导师准确地知道本强化培训课程的定位和教学内容，学员根据自己能力提升或课题研究需要，并经导师同意后申请报名。通过这种形式，基本保证学员都是带着目的来学的，不要浪费学员自己的时间和宝贵的教学资源。
2.实践环节成为课程主题
强化培训课程是针对硕士研究生某方向能力的专题培训，目的是要在有限的时间内使学员的实践能力得以提升，并具备在后续课题研究中应用的能力，因此实践性尤为重要。《虚拟光电仪器与综合实验》课程的主要目的是使学员掌握光学工程相关研究中的数据采集、仪器控制、基本信号处理和简单控制反馈方法，因此每次课我们都安排了课堂练习。比如在数据采集教学过程中，我们配备了数据采集卡给学员，让他们在课堂上对实际信号进行采集；在仪器控制教学过程中，我们利用USB转RS232数据线，让学员实现相互之间的计算机通讯和与多种光电仪器进行数据通讯。最后我们还设计了光纤迈克尔逊干涉仪，要求学员利用学习的知识实现信号调制、数据采集、信号处理和报告生成完整过程，充分体验科研实践的全过程。
3.解决学员的实际问题，提高学员学习的积极性
虚拟仪器技术不仅具有强大的功能，而且具有巨大的灵活性，可以解决硕士研究生课题研究中的绝大部分问题。如果一门课程可以解决学员在实际工作中遇到的问题，将极大地提高学员的学习积极性，并能引发学员探索钻研的兴趣。因此，我们在开课初期就对学员征集科研过程中的工程问题，通过对问题的整理，我们提炼出典型案例，并给出初步解决方案，在课堂上进行分析，让学员知道哪些课程内容可以解决相应问题。比如，有学员提出多光路大功率激光泵浦的安全监测问题，我们设计了用NI6251对32路温度传感器进行同步采样，通过LabVIEW平台进行信号处理，并用电脑内部音频输出设备发出报警信号的方案。还有同学提出如何对飞秒激光器相位补偿单元进行控制的问题，结合系统的硬件条件我们提出了利用LabVIEW图像处理插件进行误差量解算，再通过多功能卡输出控制电平调整相位补偿单元的方案，学员对整个工作豁然开朗，明白了自己的核心工作应该在误差信号的解算上，其他问题通过虚拟仪器技术就可以完全解决。学员带着问题来学习，主动性会大幅增强，问题得到解决后成就感也较高，教学效果明显好于灌输式教学方法。
五、结束语
硕士研究生强化培训课程是研究生培养体系改革的重要创新探索，通过专题培训的方式可以对硕士研究生能力薄弱方面进行针对性训练，使研究生的创新实践能力得到全面提升。本文以《虚拟光电仪器与综合实验》硕士研究生强化培训课程的建设为例，探讨了硕士研究生强化培训课程建设应该重视的特点及在课程教学过程中应该把握的重点，为硕士研究生强化培训课程建设提供一定的参考。
[参考文献]
[1]陈述，龙云飞.本科生与研究生仪器分析实验能力的培养[J].当代教育理论与实践，2011（03）.
[2]王庆，蒋小满，张斌荣.地方综合性大学硕士研究生课程体系构建的思考与探索[J].当代教育论坛，2010（03）.
[3]林军，邓艳，王昆.对全日制专业学位研究生课程体系设置的思考[J].吉林省教育学院学报，2012（05）.
论文摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景，综述国内外机电一体化技术的现状，分析机电一体化技术的发展趋势。
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。
1机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2 机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：（1）20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。（2）20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。（3）20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。
3 机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：
3．1 智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。 转贴于
3．2 模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。
3．3 网络化
由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system，CIAS)，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3．4 微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3．5 环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。
3．6 系统化
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化；另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
参考文献
关键词：会话初始化协议；私网；公网；应用层网关
中图分类号：TP393.08文献标识码：B
DISCUSSING AND DESIGN OF SIP ALG
ZHENG Chang-bo1, ZHANG Han-jie1, CHEN Xiao-liang1, LIU Cui-fang1
(1.Guangzhou University SonTan College, Guangzhou, China 511370)
Abstract: It’s hard for the network based on SIP like digtal home network to pass NAT/FireWall, this paper has analyze the characteristic of SIP, it’s give the method “Application Layer Gateway (ALG)” based on SIP to pass NAT/Firewall. This paper discussing and analyzing the ALG, and accomplish it at last.
Key words: SIP; private network; public network; ALG
引言
SIP (Session Initiation Protocol)称为会话初始协议[1][4]，是一个与HTTP和SMTP类似的、基于文本的协议，SIP独立于传输层协议和其它会话控制协议，可以与其他协议（如RSVP，RTSP等）一起构建多媒体通信系统如智能家居网络、视频会议[2]等。
NAT/防火墙（FW）为私网提供统一的对外出口，从而隐藏内部网络的拓扑结构，提高了私网的安全性[3]。但这也给私网的远程控制应用带来很大的麻烦。对于NAT，其功能是在公网IP地址及端口和私网IP地址及端口间进行映射，工作在传输层，它只对TCP/UDP包头中的地址、端口进行修改，而SIP协议需要在信令消息中内嵌IP地址和端口号[5]，这些地址、端口在应用层上才可见，因此NAT不会对其中的地址信息进行修改，导致信令消息中的IP地址和端口不能指向正确的地址，因而通信也不能正常进行；对于FW，对公网打开的端口通常是固定的(Fw不会在运行过程中动态的打开或者关闭这些端口)，且数目有限。而基于SIP构建的私网的远程控制应用要求FW不但能够提供对信令协议的功能，而且要求FW能够在通信过程中动态的打开一些端口进行媒体流数据的交流，现有的FW难以满足这个要求。
鉴于上述原因，本文提出了“SIP应用层网关”技术，并将其应用于网络通信中来建立相对合理、完善的SIP网络，以解决SIP私网远程控制中穿越NAT/FireWall的难题。
SIP私网穿越NAT/防火墙方法分析
由于所有NAT和Firewall都是对于TCP/IP层以下进行处理和过滤的，而SIP是应用层控制信令协议，SIP与下面的传输层和网络层协议无关。所以必须采用其他的途径来解决基于SIP的私网穿越NAT/防火墙这一问题，主要有以下不同的解决方案：1.UpnP（通用即插即用）；2.TURN(Traversal Using Relay NAT)；3.STUN(Simple Traversal of UDP Through network Address Translators)；4.ALG(Application Layer Gateway，应用层网关)。
其中前3种都是由SIP Client(包括UA和Proxy)通过某种手段或协议在INVITE之前获取自己的公网地址和端口。需要SIP Client提供额外支持，并且也不适应所有的NAT方式。ALG(Application Layer Gateway)[2]适应所有NAT方式，并不需要SIP Client做任何额外的支持。它对Application层的SIP信令进行处理和修改，从而做到透明转换地址。该思想的基本思路是通过在NAT/FW中加入协议认知(Protocol Awareness)能力，使NAT/FW能够在SIP信令消息通过时修改其内容中的地址信息，ALG修改SIP消息里面的SIP地址和端口，并为分配给呼叫双方的地址和端口进行绑定，这样，以后的媒体流数据能够通过NAT/FW指定的端口穿过。本文主要讨论的是基于SIP的应用层网关方法。
SIP应用层网关原理分析
“SIP应用层网关”是为解决基于SIP的私网控制应用穿越NAT/FW的问题，实现私网内的SIP用户与公网上的SIP用户之间的互连而提出的解决方案，从功能上来说，SIP应用层网关是一种为私网内的SIP终端提供连接到公网的功能的SIP设备或软件。下文中提及的“应用层网关”和ALG(Application Level Gateway)都是指SIP应用层网关。
为了实现SIP应用层网关的功能，同时保持与已有SIP应用的兼容性，必须把ALG设计成一个SIP兼容的应用。但是对于私网上和公网上的SIP应用而言，ALG提供的功能并不完全相同：对于私网的SIP终端，SIP应用层网关的角色是一个SIP意义上的服务器(Proxy)，它不但需要为通往公网上的呼叫提供，同时还需要为私网内部不同SIP终端之间的呼叫提供；另一方面ALG必须允许私网内部SIP终端进行注册，因为只有通过注册才能使SIP终端明白ALG是它们的服务器，因此，SIP应用层网关同时也是私网上的SIP注册服务器。而对于公网上的SIP终端而言，私网内部是不可见的，唯一可见的是处于公网上的SIP应用层网关，因此对它而言，ALG只是一个SIP终端，公网上的SIP设备就能够直接对它进行呼叫或者接收它的呼叫。
综上所述，SIP应用层网关功能在私网和公网上是非对称的，可划分为：1.对内功能：SIP应用层网关是私网上的SIP注册服务器和服务器，同时，对于跨网呼叫的情况，SIP应用层网关除需为私网终端提供SIP消息的，还须提供媒体流数据的，这种媒体数据的功能对通信双方是透明的；对外功能：在公网上，SIP应用层网关作为一个普通的SIP终端而存在，它能够与公网上的其它SIP应用建立互连关系，并隐藏ALG与私网内部SIP应用之间的关系。
SIP应用层网关的实现
本节前面部分详细的介绍了SIP应用层网关实现的理论基础，本节介绍ALG的软件实现方式，软件开发平台是Windows2000，开发工具是Visua1C++ 6.0，采用的是OSIP协议栈，开发的语言主要是C。
结构及工作流程
图1: SIP应用层网关的结构框图
图1是SIP应用层网关的结构框图，从图中可以看到，按照各部分功能上的差异，可以将ALG划分成“信息数据库接口”、“基于SOCKET的消息接收与应答”、“媒体会话”、“信息管理”和“SIP消息处理及对话维护”五个模块。
这里ALG被分成两个部分：ALG主体部分和SIP URI信息管理系统部分，这两部分被设计成是两个相互独立的程序。ALG主体部分的功能是处理各种流向上的SIP消息、管理呼叫环境以及跨网络呼叫时，在通信双方之间进行RTP数据包的转发；SIP URI信息管理系统部分的功能是负责私网内部SIP URI及其绑定信息的管理和维护，该系统及其维护的数据库放置在私网内部的其它主机上运行。两部分之间通过UDP/TCP进行通信，这样可以减小来自外网上攻击的风险，从而提高数据信息的安全性。 由于ALG主体无法直接对SIPURI的数据信息进行访问，因此必须在这两部分之间提供访问的接口，“信息数据库接口”模块就是为 ALG访问SIP URI信息管理系统的接口。
SIP应用层网关的主要工作由一个SIP消息的监听线程、一个与SIP URI信息管理系统进行通信的线程、一个SIP消息处理线程(包括对话的管理和维护)和数量不定的RTP数据包转发线程完成。RTP数据包转发线程能够根据需要而动态的生成和释放，因此数量不定。
SIP应用层网关的基本工作流程如下：
应用程序初始化完毕以后，启动SIP消息监听线程、URI信息数据库访问线程和SIP消息处理线程。SIP消息监听线程对ALG的所有SIP端口(包括私网和公网)进行监听，如果收到SIP消息，它把消息连同其源IP地址和端口以及消息本身的长度封装成一个简单的数据结构放入一个先入先出的队列(FIFO)当中，然后继续监听，它不对消息进行进一步的处理。
一旦FIFO中有了SIP消息，SIP消息处理线程就被唤醒，并投入运行，它从FIFO中取走消息，然后开始对这个消息进行处理：首先它对消息进行解析以及例行的语法检查，然后根据SIP消息的源地址和目的地址将其分成四类：
（1）内部消息，其源地址和目的地址都在私网内部。
（2）对外消息，其源地址是私网地址，目的地址是公网地址。
（3）对内消息，其源地址是公网地址，目的地址是ALG的公网地址。
（4）外部消息，其源地址和目的地址都是公网地址。
SIP消息被分成以上四类后，ALG对它们进行不同的处理。第(1)类消息称为“内部消息”，第(2)类和第(3)类消息统称为“跨网络消息”；第(4)类消息称为“外部消息”，它会被无条件丢弃，ALG不对其作进一步的处理。SIP消息处理线程在对“跨网络消息”消息进行处理的同时，对呼叫的上下文环境进行管理和维护，并在必要的时候，启动新的RTP数据包转发线程，使其完成对跨网络通信的RTP数据包的转发工作。
基于SOCKET消息接收与应答功能模块
由于UDP包的接收是异步的，ALG无法预测何时会有SIP消息到来，因此在SIP应用层网关的设计中，用单独的线程对SIP端口进行监听。由于SIP应用层网关处在两个网络的边界上，并在两网之间转发数据，因此ALG的SIP端口也相应的分为私网和公网两部分，在任何一边的网络上，都可以打开一个或者多个与套节字(SOCKET)相联系的SIP端口。并且每隔一定时间试图从所有监听的SIP端口相关联的SOCKET上读取数据，如果读到了数据，就对数据做简单的封装，然后把它放入应用层网关的SIP消息FIFO当中。
信息数据库接口模块
出于安全性的考虑，SIP URI信息管理系统从SIP应用层网关中分离出去，这个系统的功能并不复杂，一方面它接受来自ALG的访问；另一方面，它必须对自身的信息数据库进行维护。ALG本身必须通过信息数据库接口模块对其进行访问。
ALG需要从SIP URI信息管理系统得到的信息有两类：一类是用户信息，包括用户名和密码；另一类是SIP URI绑定信息，这一类信息的交互是双向的，不同的REGISTER请求会要求ALG添加、修改、删除或者仅仅是获取SIP URI的绑定信息。本文用统一的数据结构来表示这两类信息，这样只需要一次访问就能够获取所需全部信息，可以缩短ALG处理SIP消息所需的时间。
信息管理模块
SIP应用层网关需要很多信息才能完成工作，有些信息是动态的，例如SIP URI的绑定信息，不同用户不同时间的绑定信息是不同的，因此只有在需要的时候应用层网关才从数据库中进行动态的访问；而另外一些信息则是相对稳定的，如ALG本身的域名、IP地址等等。这些信息很多，但并不复杂，大多是字符串、数值或者布尔型的变量，信息管理模块的功能就是维护和管理它们。
“媒体会话”模块
当SIP应用层网关为跨网络呼叫的终端之间建立起媒体会话(视频、音频)的连接后，双方之间主要的交互将是RTP数据流(媒体数据被打包成RTP数据包)的交互，“媒体会话”模块的功能主要就是在通信双方之间进行RTP数据包的转发工作，每一个RTP数据包转发器能够为多路RTP连接提供数据包转发服务。
当ALG需要为一路RTP连接提供数据包转发服务时，它试图从转发器环境中得到一个空闲的RTP数据包转发器，如果环境中的转发器都已经被占用，环境会试图创建一个新的RTP数据包转发器，并把它加入到环境当中，并将它返回给ALG使用。另一方面，当一个转发器不再为任何RTP连接提供转发服务时，环境会把它删除，并释放相应的资源。
“消息处理及对话维护”模块
这是SIP应用层网关的核心模块，它的功能是对收到的SIP消息进行解析和处理，完成对SIP消息的，对跨网络呼叫的上下文环境进行维护以及在必要时启动对话的RTP。这些功能之间是相互关联的，统一由SIP消息处理及对话的维护线程完成。图2是SIP消息处理线程的工作流程图。
图2: SIP消息处理线程的工作流程图
本文小节
SIP协议凭借其简单、易于扩展、便于实现等诸多优点越来越得到业界的青睐，越来越多的基于SIP协议的网络如VOIP、视频会议、智能家居系统被开发实现，本文实现的SIP应用层网关正是SIP网络对NAT/Firewall的穿越的关键技术，但这一方案仍存在着不足之处，由于SIP应用层网关必须对跨网络的所有SIP消息进行解析，导致这些消息须以明码的形式传输，降低了SIP应用的安全性，进一步研究表明：这要求我们对SIP协议进行适当扩展来实现信息的加密。
本文创新点：综合分析了基于SIP的网络如何穿越公网私网技术，提出并实现了基于SIP协议的ALG方法。
参考文献
[1] 储泰山，基于SIP的服务器的研究与实现[D]，浙江大学硕士学位论文，2004.3。
[2] 叶德谦，基于SIP集中式多媒体视频会议系统中对私下会议问题的研究[J]，微计算机信息 2006.1-3 P78-79、P268。
[3] William R.Cheswick,Steven M.Bellovin 著, 罗万伯译. 防火墙与因特网安全[M],戴宗坤. 北京：机械工业出版社，2002.31-39。
[4] Garcia-Martin M, Henrikson E, Mills D. Private header (P-Header) extensions to the session initiation protocol (SIP) for the 3rd-generation partnership project (3GPP)[S]. Internet RFC3455, 2003.
[5] Arkko J, Torvinen V, Camarillo G, Niemi A, Haukka T. Security mechanism agreement for the session initiation protocol (SIP)[S]. Internet RFC 3329, 2003.
作者简介：郑昌波（1977－），男，湖北松滋人，广州市广州大学松田学院讲师，硕士（毕业于武汉大学），主要研究方向：多媒体通信与传输技术。
