電子信息工程中計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用研究

張敏敏

（山東宏業(yè)發(fā)展集團有限公司 山東 濟南 250101）

0 引言

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)等多個領(lǐng)域。 而計算機網(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)用和深遠的影響。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過建立互聯(lián)的計算機和設(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，還促進了不同設(shè)備和系統(tǒng)之間的協(xié)同工作與互操作性。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及電子信息工程概述

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為信息技術(shù)領(lǐng)域的重要分支，主要致力于研究計算機硬件和軟件資源的共享，包括數(shù)據(jù)交換、資源共享、負載平衡以及協(xié)作工作等多個方面。 同時，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過將計算機及其相關(guān)設(shè)備相互連接，使數(shù)據(jù)和信息能夠在多個節(jié)點間高效、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。

計算機網(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算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速交換和信息的快速傳輸。 計算機網(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，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也利用了電子信息工程的多項關(guān)鍵成果，比如數(shù)據(jù)的編碼與解碼算法、信號的處理及優(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)用大幅度提升了計算機網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)質(zhì)量。 電子信息工程為計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進一步發(fā)展提供了重要支撐，而計算機網(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，深入研究計算機網(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)，有著重要的理論價值和實踐意義［1］。

2 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中的作用

2.1 實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸

在電子信息工程領(lǐng)域，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，尤其在實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸方面。 利用先進的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，計算機網(wǎng)絡(luò)可以在廣泛的地理范圍內(nèi)實現(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。 在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、復(fù)雜的科學(xué)計算或者廣域物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)需要在數(shù)百，甚至數(shù)千個節(jié)點之間高速流動。 計算機網(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，并保持數(shù)據(jù)的完整性。

此外，計算機網(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，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，是保證系統(tǒng)性能和用戶體驗的關(guān)鍵因素。

2.2 構(gòu)建強大的系統(tǒng)互聯(lián)性

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)性的實現(xiàn)，無疑將大幅度提升系統(tǒng)的整體性能和效率。

計算機網(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，每個節(jié)點都能夠與網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換，而不需要了解對方的具體實現(xiàn)細節(jié)。 這一點得益于標(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)計理念。

同時，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還可以幫助構(gòu)建各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如云計算、分布式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等，這些應(yīng)用極大地擴展了電子信息系統(tǒng)的功能和使用場景。 例如，在云計算環(huán)境中，用戶可以遠程訪問數(shù)據(jù)和應(yīng)用，實現(xiàn)信息的任何時間、任何地點的獲取和使用。 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)椒治龊吞幚碇行模瑢崿F(xiàn)自動化、智能化的管理和控制。

2.3 提供可靠的安全保障

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至關(guān)重要的任務(wù)。 計算機網(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)是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要組成部分，包括數(shù)據(jù)加密、身份驗證、訪問控制、防火墻和入侵檢測等多個方面。 例如，通過使用先進的加密算法，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)，從而保護信息的安全和私密性。 此外，計算機網(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)，可以自動識別和報告可能的攻擊行為。 而使用防火墻，可以阻止惡意流量進入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，防止攻擊者對系統(tǒng)進行破壞。

2.4 推動遠程監(jiān)控和操作

在日益復(fù)雜和分布式的系統(tǒng)環(huán)境中，遠程監(jiān)控和操作成為一種必要的功能。 計算機網(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，工程師可以遠程獲取系統(tǒng)的實時狀態(tài)信息，包括硬件設(shè)備的工作狀態(tài)、系統(tǒng)的運行參數(shù)等，從而可以對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。 此外，計算機網(wǎng)絡(luò)還可以將該信息狀態(tài)實時傳輸?shù)狡渌到y(tǒng)或設(shè)備，以實現(xiàn)跨系統(tǒng)的信息共享和協(xié)作。

在系統(tǒng)運行出現(xiàn)異常時，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得工程師可以遠程進行故障診斷和處理。 他們可以通過網(wǎng)絡(luò)連接獲取故障設(shè)備的詳細信息，然后基于此類信息進行故障分析和診斷。 在診斷過程中，工程師還可以遠程操作設(shè)備，例如，遠程重啟設(shè)備、遠程修改設(shè)備設(shè)置等，以嘗試解決故障。 同時，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也使得系統(tǒng)的維護和升級工作更加方便。 工程師可以遠程上傳新的軟件版本或配置文件，然后通過網(wǎng)絡(luò)指令遠程啟動設(shè)備的升級過程。大大提高了系統(tǒng)維護的效率，減少了現(xiàn)場工作的需求［2］。

3 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化中的應(yīng)用

在電子信息工程領(lǐng)域，計算機網(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，計算機網(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劃（3rd generation partnership prroject，3GPP）長期演進技術(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)流分割成多個并行的低速數(shù)據(jù)流，每個流在不同的子載波上進行傳輸，從而實現(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)量的變化動態(tài)地調(diào)整調(diào)制和編碼方案，從而實現(xiàn)在保證傳輸可靠性的同時提高數(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 是信號功率，N是噪聲功率。 AMC 通過動態(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）算法就是一個常用的路由選擇策略，它通過建立并維護一棵源路由樹，使得每個節(jié)點到源節(jié)點的路徑是最短的。 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］。

3.2 網(wǎng)絡(luò)安全與防護中的應(yīng)用

在電子信息工程的網(wǎng)絡(luò)安全與防護中，計算機網(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技術(shù)的公式在實踐中發(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)安全起到了保護作用。

哈希函數(shù)在身份驗證和數(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，進一步增強了數(shù)據(jù)的安全性。

入侵檢測系統(tǒng)中，異常檢測方法經(jīng)常被采用以識別和防止網(wǎng)絡(luò)攻擊。 在此過程中，馬氏距離的計算公式被用來度量數(shù)據(jù)點與正常數(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，相關(guān)數(shù)據(jù)點被標(biāo)識為異常，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)攻擊的有效識別和預(yù)防。

3.3 嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中的應(yīng)用，進一步促進了嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。 該類技術(shù)的實現(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)通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)了各類設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入和遠程控制。 例如，在工業(yè)自動化領(lǐng)域， 可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）可通過網(wǎng)絡(luò)進行遠程監(jiān)控和調(diào)控，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 這種遠程監(jiān)控和調(diào)控的能力，主要歸功于計算機網(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)備進行數(shù)據(jù)交換。

在物聯(lián)網(wǎng)方面，計算機網(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)療保健等多個領(lǐng)域。 這些傳感器設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(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、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)接入和遠程控制，還是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的信息收集和處理，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都在其中扮演了關(guān)鍵的角色。 計算機網(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，進一步推動了嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展［4］。

3.4 無線通信和移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

在電子信息工程領(lǐng)域，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對增強網(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，這項技術(shù)通過運用多個傳輸和接收天線，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)進行無縫漫游的技術(shù)，它使得移動終端在改變其網(wǎng)絡(luò)連接時，仍可以保持連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 這項技術(shù)推動了無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，允許用戶在移動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網(wǎng)絡(luò)來說，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如MIMO 和移動IP，以其獨特的性能優(yōu)勢，對網(wǎng)絡(luò)性能的提升及用戶體驗的優(yōu)化起到了決定性的作用。

3.5 在信息資源共享中的利用

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中的廣泛應(yīng)用促進了信息的自由流動，提升了信息的獲取效率，同時也為全球范圍內(nèi)的合作和協(xié)作提供了重要的支持。 例如云計算技術(shù)，它利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)和計算資源的集中管理和分布式訪問。 用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問存儲在云端的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和應(yīng)用的共享。 教育領(lǐng)域也從計算機網(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間的限制，使知識的獲取變得更加自由和便捷［5］。

4 結(jié)語

綜上所述，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電子信息工程中的應(yīng)用研究對實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳輸、構(gòu)建強大系統(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)，實現(xiàn)了設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和通信，促進了信息的快速傳遞。同時，計算機網(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，實現(xiàn)智能控制和自動化。 此外，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也促進了信息資源的共享和利用，通過云計算和在線平臺，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。 隨著技術(shù)的不斷進步，計算機網(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)新和進步。