摘要：智能网络设备，是指智能化的、人性化的现代网络设备。一项技术的发展，需要的是与它相关的各类技术的全面发展，比如说：计算机网络领域的发展涉及到的是硬件和软件的共同发展，虽然在生活中，软件与人们的接触更为直接、甚至起着主流的作用，但是，硬件给软件提供着平台，软件的更新离不开硬件的发展。近几年，硬件的发展迅速，我们必须在了解其现状和功能的基础上，开发出新的可以满足人们需求的技术。基于此，本文主要对智能网络设备开发中的硬件设计进行分析探讨。
关键词：智能网络；设备开发；硬件设计
1、前言
随着科学技术的飞速发展，网络的应用已经遍布世界，这不仅仅靠的是技术的逐渐强大，还有各类软件的编程和硬件领域的开拓。而且现在智能化的产品给人们的生活带来了很大的便捷，越来越深入人心，这类产品的硬件设计带来的市场也颇显诱人，这吸引了越来越多的人开始关注智能网络设备开发中的硬件设计。
2、常用的智能网络设备硬件
网络设备硬件主要是包括网络调制解调器、网络接口卡、中继器与集线器、网桥和交换机、无线接入点和路由器等，只有这些硬件同时都达到优质时，才能最大程度的发挥出它的功能和作用。其中，调制解调器是集成了调制和解调功能的设备，目前在自适应、数据压缩和网络编码调制技术等已经相当的成熟，它的话路的数据传输速率很高，甚至接近理论上的电话线路的速率，在应用中，使用几种不同的调制方式的组合往往能达到最高的调制效率。网络接口卡也就是人们口中的网卡，它是连接在主机与网络的比较基本的设备，对于不同的局域网，使用的是不同的接口卡，它不能够独立的工作，需要靠宿主的主机，每台主机都需要配置一个或者多个这样的网络接口卡，而每个卡都是有一个或者多个网络接口，这样的接口卡可以实现数据缓存、介质访问控制、串/并行转换和数据的发送和接收等功能。中继器与集线器可以使信号整形和放大，在网段之间复制比特流，工作在物理层，不进行信号存储，信号的延迟小，不检查错误却扩散错误，不对信息进行任何过滤，可进行介质转换，集线器还可以改变网络拓扑形式，使得网络上所有的主机共享带宽、无法限制冲突和广播，更加的适用于小型网络。
网桥与网络交换机可以减少每个网段中站点的数量，减小共享信道在传播过程中的冲突概率，由网桥、交换机和路由器共同实现网络分段的作用，网桥实现存储转发的方式，工作在数据链路层，用网桥连接的多个网络对外呈现为一个单独的物理网络，具有唯一的网络地址，对于端口收到的每个报文，查看其目的MAC地址，并与转发表对照，进行过滤或者转发、广播。交换机也工作在数据链路层，端口众多，并且交换速度快，所以，它也可看作是多端口的高速网桥，一台交换机可以连接多个网段，可以同时在多对端口间无冲突地交换帧，降低了组网的成本。利用交换机，可以划分若干个VLAN，即虚拟局域网，并在逻辑上完全独立，限制广播帧的泛滥，VLAN是一种网络构造和用户的组织形式，同一VLAN中的成员不受物理位置的限制，可以像处于同一个局域网中那样互相访问，可以增强网络的安全性并提高管理效率。
路由器工作在网络层，经常用于把LAN连入广域网或作为广域网的核心连接设备中，在网络之间转发分组，为网络分组寻找最佳传输途径，实现子网的隔离。它采用的也是存储转发的方式。而且，它限制了冲突域，可以用于LAN和WAN的环境、过滤广播信息。
智能化的网络设备不仅仅只是作为一个简单的设备来使用，还需要有一定的智能管理功能，可以更直观、高效的实现各种功能，更为人性化。比如说，现在市面上常见的智能网络摄像机，可以及时的对图像做出相应的处理，极大地方便了人们的业余生活。
3、智能网络控制硬件设计实例
本系统控制的对象为鱼缸生态系统，目的是使鱼缸进行自我调节和通过手机控制调节生态环境，提供适宜不同鱼类生存的水质和环境。因此，系统应该实现的功能有水温检测和控制、水内溶氧度检测和控制、PH值检测以及光照检测及控制等功能。具体参数设置如下：（1）温度：控制工作温度范围-50° ~+50°，根据鱼的种类不同可以进行水温设置。（2）溶氧量：检测水中含氧量并控制氧气泵的启动、停止。（3）光照：根据光线的强弱控制灯光的启动和停止。（4）PH值：检测水的PH值，有异常现象时通过短信报警。（5）透明度：检测水的洁净度，控制抽水泵工作和停止。为了让用户能及时了解鱼缸的生态情况，结合GPRS模块，使用短信实现向用户发送鱼缸环境信息。本系统的硬件结构，包括了电源模块、显示模块、GPRS模块、电源模块、继电器、各类传感器等，系统的硬件结构如图1所示。
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图1 硬件结构
本系统的硬件结构，使用数据采集模块、显示模块、电源模块、继电器模块、单片机模块以及GPRS模块，通过数据采集模块采集鱼缸的环境数据的信息，并通过显示模块显示在LED屏幕上，如果鱼缸环境出现异常，则启用GPRS模块向用户发出消息通知，并且根据传输指令或者自动指令控制相应继电器的开启/关闭。因此选用主要模块有以下几种。
3.1 STC89C51芯片
单片机采用宏晶公司的STC89C51单片机，89C51芯片是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，这种单片机不仅便宜，而且使用很方便。它不仅在编程上便捷，在造价上也很经济实惠，而且对于简单的控制也能起到很好的控制作用。整个系统都由单片机控制，采集到的各种信号传给单片机进行处理，之后再对其余模块进行控制，以达到对整个系统的控制。
3.2 GPRS模块选用
GPRS即General Packet Radio System，中文是通用分组无线系统，它提供了在成熟的GSM技术上进行数据服务的方案，即在现有的GSM网络上又叠加了一个网络，提供了端到端的IP连接。在数据的应用上，传统的电路交换没有利用起频率资源，但是分组交换在应用的时候对频率的利用率高了许多。
GPRS的实际带宽在40～100kpps，能够提供快速的 TCP/IP 连接，多个无线信道可以被同一个用户占用，而同一个无线信道又可以被多个用户分享，使资源的利用率达到最大。GPRS 的网络接入速度非常快，与固定拨号的方式不同，它不需要验证用户名密码、登录等过程，几秒的时间就可以连接互联网。对于数据传输，它既能实现间歇式的爆发数据传输，又可以支持偶尔产生的大量数据的传输。基于GPRS的特性，本系统采用GPRS进行数据传输。
3.3 数据采集模块
数据采集包括温度、溶解氧、PH值、光照等。由于本系统对鱼缸的温度的检测要求并不是非常精确，因此采用常用的18B20温度传感器，18B20体积比较小，精度符合实际的要求，电路连线也非常简单。几种传感器均是以5V电压供电，为了方便，将2个传感器封在同一个容器中，以1个四芯的电线输出。
3.4 显示模块
显示模块 采用了常用的L C D1286 4液晶显示屏，有128×64个点阵。
3.5 继电器模块
系统需要3个继电器来控制加热棒、加氧棒和灯光的工作，通过三极管开关电路，由单片机控制器断开和闭合。继电器由9V电压作为控制电压，有别于单片机供电5V，这是为了防止继电器对单片机的电压造成影响。
通过以上硬件设计和实际运行测试，该控制系统运行稳定、可靠，操作简单、方便，具有多种节电工作模式，养殖多种鱼类后发现鱼都能很好地生存，可根据不同鱼种生存环境进行调节，极大地减轻了工作繁忙的人的养鱼负担，具有良好的市场价值和发展前景。
4、总结
总而言之，网络技术在以惊人的速度更新换代，促使我们也要赶上时代的步伐，智能网络设备的开发是与我们的生活息息相关的，在软件发展的同时，设计者们需要重视硬件方面的设计，就它的现况而言，还存在着很多问题，有待更深的探究。不过，相信经过所有人的努力，不久的将来，它的发展会更好。
参考文献：
[1]刘文涛，李桂琴，管原研次，野口正一.计算机网络发展新动向——智能网络开发研究[J].哈尔滨工业大学学报，2012（6）：52-57
[2]李文龙.计算机网络发展新动向——智能网络开发研究[J].硅谷，2012（10）：92-93
[3]蔡昂.高职院校计算机网络安全管理系统的设计与实现[D].天津大学，2012
论文作者:陈奎
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2019/1/3
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