張敏敏
(山東宏業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司 山東 濟(jì)南 250101)
電子信息工程是一門綜合性學(xué)科,涉及信息處理、通信、電子技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。 而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為電子信息工程的重要組成部分,具有廣泛的應(yīng)用和深遠(yuǎn)的影響。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過建立互聯(lián)的計(jì)算機(jī)和設(shè)備之間的通信鏈路,使得數(shù)據(jù)和信息可以在全球范圍內(nèi)快速傳輸和交換。 它不僅改變了人們獲取和共享信息的方式,還促進(jìn)了不同設(shè)備和系統(tǒng)之間的協(xié)同工作與互操作性。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為信息技術(shù)領(lǐng)域的重要分支,主要致力于研究計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源的共享,包括數(shù)據(jù)交換、資源共享、負(fù)載平衡以及協(xié)作工作等多個(gè)方面。 同時(shí),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過將計(jì)算機(jī)及其相關(guān)設(shè)備相互連接,使數(shù)據(jù)和信息能夠在多個(gè)節(jié)點(diǎn)間高效、快速地傳輸。
電子信息工程,旨在通過研究和應(yīng)用電子科學(xué)和通信技術(shù),處理、傳輸、存儲(chǔ)和提取信息。 其核心涵蓋了電子、通信、控制以及信息處理等多個(gè)領(lǐng)域,尤其是在通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字信號(hào)處理、嵌入式系統(tǒng)以及微電子技術(shù)等方面有著廣泛應(yīng)用。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子信息工程之間存在著密切的聯(lián)系。 一方面,電子信息工程需要依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速交換和信息的快速傳輸。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為電子信息系統(tǒng)提供了“信息高速公路”,滿足了電子信息處理的需求。 另一方面,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也利用了電子信息工程的多項(xiàng)關(guān)鍵成果,比如數(shù)據(jù)的編碼與解碼算法、信號(hào)的處理及優(yōu)化方法、信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議等,此類電子信息技術(shù)的應(yīng)用大幅度提升了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)質(zhì)量。 電子信息工程為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展提供了重要支撐,而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也正服務(wù)于電子信息系統(tǒng),形成了技術(shù)良性循環(huán)。 因此,深入研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程領(lǐng)域的應(yīng)用,對于推動(dòng)兩學(xué)科的協(xié)同創(chuàng)新與發(fā)展,提升電子信息系統(tǒng)的性能指標(biāo),有著重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義[1]。
在電子信息工程領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,尤其在實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸方面。 利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以在廣泛的地理范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的信息傳遞。
數(shù)據(jù)傳輸?shù)男手苯佑绊懙诫娮有畔⑾到y(tǒng)的性能和用戶體驗(yàn)。 在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算或者廣域物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)需要在數(shù)百,甚至數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)之間高速流動(dòng)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了高效的數(shù)據(jù)傳輸策略和優(yōu)化算法,如傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(transmission control protocol/internet protocol,TCP/IP)、高速以太網(wǎng)、無線傳輸技術(shù)等,它們可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的快速傳輸,減少數(shù)據(jù)丟失,并保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。
此外,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還提供了多種數(shù)據(jù)壓縮和編碼技術(shù),該技術(shù)可以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?例如,使用高效的數(shù)據(jù)壓縮算法,可以在不損失信息的情況下顯著減少數(shù)據(jù)的大小,從而節(jié)省傳輸帶寬。 因此,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸,是保證系統(tǒng)性能和用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。
互聯(lián)性不僅意味著硬件設(shè)備之間的物理連接,更意味著各個(gè)系統(tǒng)、子系統(tǒng)以及應(yīng)用之間可以無縫、自然地交換數(shù)據(jù)和信息。 在復(fù)雜的電子信息工程系統(tǒng)中,這種互聯(lián)性的實(shí)現(xiàn),無疑將大幅度提升系統(tǒng)的整體性能和效率。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠創(chuàng)建一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使得眾多不同的電子設(shè)備、服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心能夠相互連接和交流。 在這種結(jié)構(gòu)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠與網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,而不需要了解對方的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。 這一點(diǎn)得益于標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,如TCP/IP,以及服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)等設(shè)計(jì)理念。
同時(shí),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還可以幫助構(gòu)建各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,如云計(jì)算、分布式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等,這些應(yīng)用極大地?cái)U(kuò)展了電子信息系統(tǒng)的功能和使用場景。 例如,在云計(jì)算環(huán)境中,用戶可以遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)和應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)信息的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的獲取和使用。 而在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中,大量的設(shè)備和傳感器可以自動(dòng)地收集數(shù)據(jù),并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒治龊吞幚碇行?,?shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的管理和控制。
在電子信息工程中,保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在該領(lǐng)域提供了豐富的工具和方法,能夠有效防止數(shù)據(jù)泄露、篡改和破壞,從而實(shí)現(xiàn)對電子信息系統(tǒng)的可靠安全保障。
網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要組成部分,包括數(shù)據(jù)加密、身份驗(yàn)證、訪問控制、防火墻和入侵檢測等多個(gè)方面。 例如,通過使用先進(jìn)的加密算法,可以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性,防止被非法攔截和解密。 身份驗(yàn)證和訪問控制技術(shù)可以防止未經(jīng)授權(quán)的用戶訪問和操作數(shù)據(jù),從而保護(hù)信息的安全和私密性。 此外,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還提供了一系列用于監(jiān)測和應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)攻擊的工具。例如,通過使用入侵檢測系統(tǒng),可以自動(dòng)識(shí)別和報(bào)告可能的攻擊行為。 而使用防火墻,可以阻止惡意流量進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),防止攻擊者對系統(tǒng)進(jìn)行破壞。
在日益復(fù)雜和分布式的系統(tǒng)環(huán)境中,遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作成為一種必要的功能。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,特別是互聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),使得工程師可以從任何位置訪問和控制電子信息系統(tǒng),無論這些系統(tǒng)是在同一建筑物內(nèi)還是分布在全球各地。
通過網(wǎng)絡(luò)連接,工程師可以遠(yuǎn)程獲取系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,包括硬件設(shè)備的工作狀態(tài)、系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)等,從而可以對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。 此外,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)還可以將該信息狀態(tài)實(shí)時(shí)傳輸?shù)狡渌到y(tǒng)或設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的信息共享和協(xié)作。
在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得工程師可以遠(yuǎn)程進(jìn)行故障診斷和處理。 他們可以通過網(wǎng)絡(luò)連接獲取故障設(shè)備的詳細(xì)信息,然后基于此類信息進(jìn)行故障分析和診斷。 在診斷過程中,工程師還可以遠(yuǎn)程操作設(shè)備,例如,遠(yuǎn)程重啟設(shè)備、遠(yuǎn)程修改設(shè)備設(shè)置等,以嘗試解決故障。 同時(shí),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也使得系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)工作更加方便。 工程師可以遠(yuǎn)程上傳新的軟件版本或配置文件,然后通過網(wǎng)絡(luò)指令遠(yuǎn)程啟動(dòng)設(shè)備的升級(jí)過程。大大提高了系統(tǒng)維護(hù)的效率,減少了現(xiàn)場工作的需求[2]。
在電子信息工程領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方面的應(yīng)用表現(xiàn)得尤為突出。 無論是在網(wǎng)絡(luò)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層,還是網(wǎng)絡(luò)層,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都提供了一系列有效的策略和手段來提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?/p>
在物理層,基于正交頻分復(fù)用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)的技術(shù)廣泛應(yīng)用于無線通信系統(tǒng),如第三代合作伙伴計(jì)劃(3rd generation partnership prroject,3GPP)長期演進(jìn)技術(shù)(long term evolution,LTE)和WiFi,以提高頻譜效率并減少多徑干擾。 OFDM 通過將高速數(shù)據(jù)流分割成多個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流,每個(gè)流在不同的子載波上進(jìn)行傳輸,從而實(shí)現(xiàn)頻譜的高效利用。
在數(shù)據(jù)鏈路層,自適應(yīng)調(diào)制與編碼(asset management companies,AMC)是另一種有效的優(yōu)化技術(shù)。 AMC 根據(jù)信道質(zhì)量的變化動(dòng)態(tài)地調(diào)整調(diào)制和編碼方案,從而實(shí)現(xiàn)在保證傳輸可靠性的同時(shí)提高數(shù)據(jù)傳輸速率。 這種技術(shù)可以用香農(nóng)定理來描述,香農(nóng)定理表示在給定信道容量的情況下,數(shù)據(jù)的最大傳輸速率。 如式(1)所示。
式(1)中,C 是信道容量,B 是信道帶寬,S 是信號(hào)功率,N是噪聲功率。 AMC 通過動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)制和編碼方案,使得數(shù)據(jù)傳輸速率盡可能地接近香農(nóng)定理給出的理論上限。
在網(wǎng)絡(luò)層,路由算法對數(shù)據(jù)傳輸效率的影響也非常大。 最短路徑優(yōu)先(shortest path first,SPF)算法就是一個(gè)常用的路由選擇策略,它通過建立并維護(hù)一棵源路由樹,使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的路徑是最短的。 這樣可以保證數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸效率最高[3]。
在電子信息工程的網(wǎng)絡(luò)安全與防護(hù)中,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為關(guān)鍵,尤其是各類算法和公式的運(yùn)用。其中,公鑰加密算法、哈希函數(shù)和基于異常檢測的入侵防護(hù)技術(shù)的公式在實(shí)踐中發(fā)揮了巨大作用。
公鑰加密算法中的非對稱加密算法,運(yùn)用了大數(shù)分解難題的特性,為保證信息安全傳輸提供了可靠的保障。 其公鑰(e, n)和私鑰(d, n)在加密和解密過程中起到核心作用。 如式(2)、式(3)所示。
在此過程中,明文m 和密文c 通過加密和解密的公式相互轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)了信息在傳輸過程中的安全,對電子信息工程的網(wǎng)絡(luò)安全起到了保護(hù)作用。
哈希函數(shù)在身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)完整性檢查中占據(jù)重要地位。 哈希函數(shù)生成的數(shù)據(jù)指紋是其應(yīng)用的關(guān)鍵,該指紋在檢查數(shù)據(jù)是否被篡改的過程中發(fā)揮了重要作用,從而保證了信息的一致性。 而哈希函數(shù)的單向性則保證了即使在指紋被獲取的情況下,原始數(shù)據(jù)仍然難以被推算,進(jìn)一步增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。
入侵檢測系統(tǒng)中,異常檢測方法經(jīng)常被采用以識(shí)別和防止網(wǎng)絡(luò)攻擊。 在此過程中,馬氏距離的計(jì)算公式被用來度量數(shù)據(jù)點(diǎn)與正常數(shù)據(jù)集之間的距離,如式(4)所示。
當(dāng)馬氏距離超過預(yù)定閾值時(shí),相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)被標(biāo)識(shí)為異常,從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)攻擊的有效識(shí)別和預(yù)防。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中的應(yīng)用,進(jìn)一步促進(jìn)了嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。 該類技術(shù)的實(shí)現(xiàn),使得各種設(shè)備能夠更加智能化地相互連接,提供高效且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交換和處理能力。
以嵌入式系統(tǒng)為例,這類系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了各類設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入和遠(yuǎn)程控制。 例如,在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域, 可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)控,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化,有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 這種遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)控的能力,主要?dú)w功于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),使得嵌入式設(shè)備可以與網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
在物聯(lián)網(wǎng)方面,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也發(fā)揮了重要的作用。 例如,無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于智能家居、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健等多個(gè)領(lǐng)域。 這些傳感器設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的信息收集、傳輸和處理,從而使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地響應(yīng)環(huán)境的變化。
由此可見,無論是嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入和遠(yuǎn)程控制,還是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的信息收集和處理,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都在其中扮演了關(guān)鍵的角色。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,提升了這些系統(tǒng)的互聯(lián)性和智能化水平,進(jìn)一步推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展[4]。
在電子信息工程領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的連通性、提高數(shù)據(jù)傳輸效率以及優(yōu)化用戶體驗(yàn)都具有顯著的影響。
以無線通信技術(shù)中的多輸入多輸出(multiple input multiple output,MIMO)技術(shù)為例,這項(xiàng)技術(shù)通過運(yùn)用多個(gè)傳輸和接收天線,成功地提升了數(shù)據(jù)傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。 更為重要的是,MIMO 技術(shù)在處理無線信號(hào)衰減、多徑傳播等問題上表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。 在現(xiàn)代無線通信標(biāo)準(zhǔn),如4G、5G 以及WiFi 6 中,MIMO 技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)變得相當(dāng)普遍。 利用多天線技術(shù),無線網(wǎng)絡(luò)的容量得以顯著提升,網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性也得以提高。
再以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議(internet protocol,IP)技術(shù)為例,這是一種支持終端設(shè)備在全球范圍內(nèi)進(jìn)行無縫漫游的技術(shù),它使得移動(dòng)終端在改變其網(wǎng)絡(luò)連接時(shí),仍可以保持連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 這項(xiàng)技術(shù)推動(dòng)了無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,允許用戶在移動(dòng)過程中無縫訪問互聯(lián)網(wǎng),不論他們身處何處。
因此,對于無線通信和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來說,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),如MIMO 和移動(dòng)IP,以其獨(dú)特的性能優(yōu)勢,對網(wǎng)絡(luò)性能的提升及用戶體驗(yàn)的優(yōu)化起到了決定性的作用。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了信息的自由流動(dòng),提升了信息的獲取效率,同時(shí)也為全球范圍內(nèi)的合作和協(xié)作提供了重要的支持。 例如云計(jì)算技術(shù),它利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)和計(jì)算資源的集中管理和分布式訪問。 用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問存儲(chǔ)在云端的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和應(yīng)用的共享。 教育領(lǐng)域也從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中受益良多,尤其在教育資源的共享方面。 例如,在線教育平臺(tái)的出現(xiàn),使得學(xué)生能夠便利地通過網(wǎng)絡(luò)接入全球各地的優(yōu)質(zhì)教育資源。 這種方式打破了地域和時(shí)間的限制,使知識(shí)的獲取變得更加自由和便捷[5]。
綜上所述,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中的應(yīng)用研究對實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳輸、構(gòu)建強(qiáng)大系統(tǒng)互聯(lián)性、提供可靠安全保障、優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸、嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng),以及信息資源共享發(fā)揮關(guān)鍵作用。 它通過各種協(xié)議和技術(shù),實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和通信,促進(jìn)了信息的快速傳遞。同時(shí),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還為嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的連接和管理提供了基礎(chǔ)。 通過網(wǎng)絡(luò),設(shè)備可以互聯(lián)互通,實(shí)現(xiàn)智能控制和自動(dòng)化。 此外,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也促進(jìn)了信息資源的共享和利用,通過云計(jì)算和在線平臺(tái),用戶可以方便地獲取和分享全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)和知識(shí)。 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在未來仍將持續(xù)發(fā)展,為電子信息工程領(lǐng)域帶來更多創(chuàng)新和進(jìn)步。