電子信息工程中計算機網絡技術的應用研究

張敏敏

（山東宏業發展集團有限公司 山東 濟南 250101）

0 引言

電子信息工程是一門綜合性學科，涉及信息處理、通信、電子技術等多個領域。 而計算機網絡技術作為電子信息工程的重要組成部分，具有廣泛的應用和深遠的影響。計算機網絡技術通過建立互聯的計算機和設備之間的通信鏈路，使得數據和信息可以在全球范圍內快速傳輸和交換。 它不僅改變了人們獲取和共享信息的方式，還促進了不同設備和系統之間的協同工作與互操作性。

1 計算機網絡技術及電子信息工程概述

計算機網絡技術作為信息技術領域的重要分支，主要致力于研究計算機硬件和軟件資源的共享，包括數據交換、資源共享、負載平衡以及協作工作等多個方面。 同時，計算機網絡技術通過將計算機及其相關設備相互連接，使數據和信息能夠在多個節點間高效、快速地傳輸。

電子信息工程，旨在通過研究和應用電子科學和通信技術，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域，尤其是在通信系統、數據網絡、數字信號處理、嵌入式系統以及微電子技術等方面有著廣泛應用。

計算機網絡技術和電子信息工程之間存在著密切的聯系。 一方面，電子信息工程需要依賴計算機網絡技術來實現數據的高速交換和信息的快速傳輸。 計算機網絡為電子信息系統提供了“信息高速公路”，滿足了電子信息處理的需求。 另一方面，計算機網絡技術也利用了電子信息工程的多項關鍵成果，比如數據的編碼與解碼算法、信號的處理及優化方法、信息傳輸的網絡協議等，此類電子信息技術的應用大幅度提升了計算機網絡的性能和服務質量。 電子信息工程為計算機網絡技術進一步發展提供了重要支撐，而計算機網絡技術也正服務于電子信息系統，形成了技術良性循環。 因此，深入研究計算機網絡技術在電子信息工程領域的應用，對于推動兩學科的協同創新與發展，提升電子信息系統的性能指標，有著重要的理論價值和實踐意義［1］。

2 計算機網絡技術在電子信息工程中的作用

2.1 實現高效的數據傳輸

在電子信息工程領域，計算機網絡技術發揮著至關重要的作用，尤其在實現高效的數據傳輸方面。 利用先進的網絡協議和數據傳輸技術，計算機網絡可以在廣泛的地理范圍內實現快速、準確的信息傳遞。

數據傳輸的效率直接影響到電子信息系統的性能和用戶體驗。 在大規模數據中心、復雜的科學計算或者廣域物聯網系統中，數據需要在數百，甚至數千個節點之間高速流動。 計算機網絡技術提供了高效的數據傳輸策略和優化算法，如傳輸控制協議／網際協議（transmission control protocol／internet protocol，TCP／IP）、高速以太網、無線傳輸技術等，它們可以實現大規模數據的快速傳輸，減少數據丟失，并保持數據的完整性。

此外，計算機網絡技術還提供了多種數據壓縮和編碼技術，該技術可以進一步提高數據傳輸的效率。 例如，使用高效的數據壓縮算法，可以在不損失信息的情況下顯著減少數據的大小，從而節省傳輸帶寬。 因此，計算機網絡技術在電子信息工程中實現高效的數據傳輸，是保證系統性能和用戶體驗的關鍵因素。

2.2 構建強大的系統互聯性

互聯性不僅意味著硬件設備之間的物理連接，更意味著各個系統、子系統以及應用之間可以無縫、自然地交換數據和信息。 在復雜的電子信息工程系統中，這種互聯性的實現，無疑將大幅度提升系統的整體性能和效率。

計算機網絡技術能夠創建一種復雜的網絡結構，使得眾多不同的電子設備、服務器和數據中心能夠相互連接和交流。 在這種結構中，每個節點都能夠與網絡中的其他節點進行數據交換，而不需要了解對方的具體實現細節。 這一點得益于標準化的網絡協議，如TCP／IP，以及服務導向架構等設計理念。

同時，計算機網絡技術還可以幫助構建各種網絡應用，如云計算、分布式系統、物聯網等，這些應用極大地擴展了電子信息系統的功能和使用場景。 例如，在云計算環境中，用戶可以遠程訪問數據和應用，實現信息的任何時間、任何地點的獲取和使用。 而在物聯網環境中，大量的設備和傳感器可以自動地收集數據，并通過網絡將數據傳輸到分析和處理中心，實現自動化、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，保證數據的安全性和完整性是一項至關重要的任務。 計算機網絡技術在該領域提供了豐富的工具和方法，能夠有效防止數據泄露、篡改和破壞，從而實現對電子信息系統的可靠安全保障。

網絡安全技術是計算機網絡技術的重要組成部分，包括數據加密、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，可以確保數據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可以防止未經授權的用戶訪問和操作數據，從而保護信息的安全和私密性。 此外，計算機網絡技術還提供了一系列用于監測和應對網絡攻擊的工具。例如，通過使用入侵檢測系統，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部網絡，防止攻擊者對系統進行破壞。

2.4 推動遠程監控和操作

在日益復雜和分布式的系統環境中，遠程監控和操作成為一種必要的功能。 計算機網絡技術的應用，特別是互聯網和無線網絡技術，使得工程師可以從任何位置訪問和控制電子信息系統，無論這些系統是在同一建筑物內還是分布在全球各地。

通過網絡連接，工程師可以遠程獲取系統的實時狀態信息，包括硬件設備的工作狀態、系統的運行參數等，從而可以對系統的運行狀態進行實時監測。 此外，計算機網絡還可以將該信息狀態實時傳輸到其他系統或設備，以實現跨系統的信息共享和協作。

在系統運行出現異常時，計算機網絡技術使得工程師可以遠程進行故障診斷和處理。 他們可以通過網絡連接獲取故障設備的詳細信息，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備，例如，遠程重啟設備、遠程修改設備設置等，以嘗試解決故障。 同時，計算機網絡技術的應用也使得系統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，然后通過網絡指令遠程啟動設備的升級過程。大大提高了系統維護的效率，減少了現場工作的需求［2］。

3 計算機網絡技術在電子信息工程中的應用

3.1 數據傳輸優化中的應用

在電子信息工程領域，計算機網絡技術在數據傳輸優化方面的應用表現得尤為突出。 無論是在網絡的物理層、數據鏈路層，還是網絡層，計算機網絡技術都提供了一系列有效的策略和手段來提升數據傳輸的效率。

在物理層，基于正交頻分復用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）的技術廣泛應用于無線通信系統，如第三代合作伙伴計劃（3rd generation partnership prroject，3GPP）長期演進技術（long term evolution，LTE）和WiFi，以提高頻譜效率并減少多徑干擾。 OFDM 通過將高速數據流分割成多個并行的低速數據流，每個流在不同的子載波上進行傳輸，從而實現頻譜的高效利用。

在數據鏈路層，自適應調制與編碼（asset management companies，AMC）是另一種有效的優化技術。 AMC 根據信道質量的變化動態地調整調制和編碼方案，從而實現在保證傳輸可靠性的同時提高數據傳輸速率。 這種技術可以用香農定理來描述，香農定理表示在給定信道容量的情況下，數據的最大傳輸速率。 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 通過動態調整調制和編碼方案，使得數據傳輸速率盡可能地接近香農定理給出的理論上限。

在網絡層，路由算法對數據傳輸效率的影響也非常大。 最短路徑優先（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，使得每個節點到源節點的路徑是最短的。 這樣可以保證數據包在網絡中的傳輸效率最高［3］。

3.2 網絡安全與防護中的應用

在電子信息工程的網絡安全與防護中，計算機網絡技術的應用顯得尤為關鍵，尤其是各類算法和公式的運用。其中，公鑰加密算法、哈希函數和基于異常檢測的入侵防護技術的公式在實踐中發揮了巨大作用。

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換，實現了信息在傳輸過程中的安全，對電子信息工程的網絡安全起到了保護作用。

哈希函數在身份驗證和數據完整性檢查中占據重要地位。 哈希函數生成的數據指紋是其應用的關鍵，該指紋在檢查數據是否被篡改的過程中發揮了重要作用，從而保證了信息的一致性。 而哈希函數的單向性則保證了即使在指紋被獲取的情況下，原始數據仍然難以被推算，進一步增強了數據的安全性。

入侵檢測系統中，異常檢測方法經常被采用以識別和防止網絡攻擊。 在此過程中，馬氏距離的計算公式被用來度量數據點與正常數據集之間的距離，如式（4）所示。

當馬氏距離超過預定閾值時，相關數據點被標識為異常，從而實現了網絡攻擊的有效識別和預防。

3.3 嵌入式系統和物聯網中的應用

計算機網絡技術在電子信息工程中的應用，進一步促進了嵌入式系統和物聯網的發展。 該類技術的實現，使得各種設備能夠更加智能化地相互連接，提供高效且穩定的數據交換和處理能力。

以嵌入式系統為例，這類系統通過計算機網絡技術，實現了各類設備的網絡接入和遠程控制。 例如，在工業自動化領域， 可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）可通過網絡進行遠程監控和調控，實現生產過程的自動化，有效提高了生產效率和產品質量。 這種遠程監控和調控的能力，主要歸功于計算機網絡技術，使得嵌入式設備可以與網絡中的其他設備進行數據交換。

在物聯網方面，計算機網絡技術也發揮了重要的作用。 例如，無線傳感網絡技術被廣泛應用于智能家居、環境監測、醫療保健等多個領域。 這些傳感器設備通過網絡技術，實現了設備間的信息收集、傳輸和處理，從而使得物聯網設備能夠實時、準確地響應環境的變化。

由此可見，無論是嵌入式系統的網絡接入和遠程控制，還是物聯網設備間的信息收集和處理，計算機網絡技術都在其中扮演了關鍵的角色。 計算機網絡技術的應用，提升了這些系統的互聯性和智能化水平，進一步推動了嵌入式系統和物聯網的發展［4］。

3.4 無線通信和移動網絡中的應用

在電子信息工程領域，計算機網絡技術對增強網絡的連通性、提高數據傳輸效率以及優化用戶體驗都具有顯著的影響。

以無線通信技術中的多輸入多輸出（multiple input multiple output，MIMO）技術為例，這項技術通過運用多個傳輸和接收天線，成功地提升了數據傳輸速率和網絡覆蓋范圍。 更為重要的是，MIMO 技術在處理無線信號衰減、多徑傳播等問題上表現出了顯著的優勢。 在現代無線通信標準，如4G、5G 以及WiFi 6 中，MIMO 技術的應用已經變得相當普遍。 利用多天線技術，無線網絡的容量得以顯著提升，網絡的可靠性和穩定性也得以提高。

再以移動網絡之間互連的協議（internet protocol，IP）技術為例，這是一種支持終端設備在全球范圍內進行無縫漫游的技術，它使得移動終端在改變其網絡連接時，仍可以保持連續的網絡服務。 這項技術推動了無線網絡的發展，允許用戶在移動過程中無縫訪問互聯網，不論他們身處何處。

因此，對于無線通信和移動網絡來說，計算機網絡技術，如MIMO 和移動IP，以其獨特的性能優勢，對網絡性能的提升及用戶體驗的優化起到了決定性的作用。

3.5 在信息資源共享中的利用

計算機網絡技術在電子信息工程中的廣泛應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的合作和協作提供了重要的支持。 例如云計算技術，它利用計算機網絡技術，實現了對數據和計算資源的集中管理和分布式訪問。 用戶可以通過網絡訪問存儲在云端的數據和應用程序，實現了數據和應用的共享。 教育領域也從計算機網絡技術中受益良多，尤其在教育資源的共享方面。 例如，在線教育平臺的出現，使得學生能夠便利地通過網絡接入全球各地的優質教育資源。 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 結語

綜上所述，計算機網絡技術在電子信息工程中的應用研究對實現高效數據傳輸、構建強大系統互聯性、提供可靠安全保障、優化數據傳輸、嵌入式系統和物聯網，以及信息資源共享發揮關鍵作用。 它通過各種協議和技術，實現了設備之間的數據交換和通信，促進了信息的快速傳遞。同時，計算機網絡技術還為嵌入式系統和物聯網的連接和管理提供了基礎。 通過網絡，設備可以互聯互通，實現智能控制和自動化。 此外，計算機網絡技術的應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的數據和知識。 隨著技術的不斷進步，計算機網絡技術在未來仍將持續發展，為電子信息工程領域帶來更多創新和進步。