电子信息工程中计算机网络技术的应用研究

张敏敏

（山东宏业发展集团有限公司 山东 济南 250101）

0 引言

电子信息工程是一门综合性学科，涉及信息处理、通信、电子技术等多个领域。 而计算机网络技术作为电子信息工程的重要组成部分，具有广泛的应用和深远的影响。计算机网络技术通过建立互联的计算机和设备之间的通信链路，使得数据和信息可以在全球范围内快速传输和交换。 它不仅改变了人们获取和共享信息的方式，还促进了不同设备和系统之间的协同工作与互操作性。

1 计算机网络技术及电子信息工程概述

计算机网络技术作为信息技术领域的重要分支，主要致力于研究计算机硬件和软件资源的共享，包括数据交换、资源共享、负载平衡以及协作工作等多个方面。 同时，计算机网络技术通过将计算机及其相关设备相互连接，使数据和信息能够在多个节点间高效、快速地传输。

电子信息工程，旨在通过研究和应用电子科学和通信技术，处理、传输、存储和提取信息。 其核心涵盖了电子、通信、控制以及信息处理等多个领域，尤其是在通信系统、数据网络、数字信号处理、嵌入式系统以及微电子技术等方面有着广泛应用。

计算机网络技术和电子信息工程之间存在着密切的联系。 一方面，电子信息工程需要依赖计算机网络技术来实现数据的高速交换和信息的快速传输。 计算机网络为电子信息系统提供了“信息高速公路”，满足了电子信息处理的需求。 另一方面，计算机网络技术也利用了电子信息工程的多项关键成果，比如数据的编码与解码算法、信号的处理及优化方法、信息传输的网络协议等，此类电子信息技术的应用大幅度提升了计算机网络的性能和服务质量。 电子信息工程为计算机网络技术进一步发展提供了重要支撑，而计算机网络技术也正服务于电子信息系统，形成了技术良性循环。 因此，深入研究计算机网络技术在电子信息工程领域的应用，对于推动两学科的协同创新与发展，提升电子信息系统的性能指标，有着重要的理论价值和实践意义［1］。

2 计算机网络技术在电子信息工程中的作用

2.1 实现高效的数据传输

在电子信息工程领域，计算机网络技术发挥着至关重要的作用，尤其在实现高效的数据传输方面。 利用先进的网络协议和数据传输技术，计算机网络可以在广泛的地理范围内实现快速、准确的信息传递。

数据传输的效率直接影响到电子信息系统的性能和用户体验。 在大规模数据中心、复杂的科学计算或者广域物联网系统中，数据需要在数百，甚至数千个节点之间高速流动。 计算机网络技术提供了高效的数据传输策略和优化算法，如传输控制协议／网际协议（transmission control protocol／internet protocol，TCP／IP）、高速以太网、无线传输技术等，它们可以实现大规模数据的快速传输，减少数据丢失，并保持数据的完整性。

此外，计算机网络技术还提供了多种数据压缩和编码技术，该技术可以进一步提高数据传输的效率。 例如，使用高效的数据压缩算法，可以在不损失信息的情况下显著减少数据的大小，从而节省传输带宽。 因此，计算机网络技术在电子信息工程中实现高效的数据传输，是保证系统性能和用户体验的关键因素。

2.2 构建强大的系统互联性

互联性不仅意味着硬件设备之间的物理连接，更意味着各个系统、子系统以及应用之间可以无缝、自然地交换数据和信息。 在复杂的电子信息工程系统中，这种互联性的实现，无疑将大幅度提升系统的整体性能和效率。

计算机网络技术能够创建一种复杂的网络结构，使得众多不同的电子设备、服务器和数据中心能够相互连接和交流。 在这种结构中，每个节点都能够与网络中的其他节点进行数据交换，而不需要了解对方的具体实现细节。 这一点得益于标准化的网络协议，如TCP／IP，以及服务导向架构等设计理念。

同时，计算机网络技术还可以帮助构建各种网络应用，如云计算、分布式系统、物联网等，这些应用极大地扩展了电子信息系统的功能和使用场景。 例如，在云计算环境中，用户可以远程访问数据和应用，实现信息的任何时间、任何地点的获取和使用。 而在物联网环境中，大量的设备和传感器可以自动地收集数据，并通过网络将数据传输到分析和处理中心，实现自动化、智能化的管理和控制。

2.3 提供可靠的安全保障

在电子信息工程中，保证数据的安全性和完整性是一项至关重要的任务。 计算机网络技术在该领域提供了丰富的工具和方法，能够有效防止数据泄露、篡改和破坏，从而实现对电子信息系统的可靠安全保障。

网络安全技术是计算机网络技术的重要组成部分，包括数据加密、身份验证、访问控制、防火墙和入侵检测等多个方面。 例如，通过使用先进的加密算法，可以确保数据在传输过程中的安全性，防止被非法拦截和解密。 身份验证和访问控制技术可以防止未经授权的用户访问和操作数据，从而保护信息的安全和私密性。 此外，计算机网络技术还提供了一系列用于监测和应对网络攻击的工具。例如，通过使用入侵检测系统，可以自动识别和报告可能的攻击行为。 而使用防火墙，可以阻止恶意流量进入内部网络，防止攻击者对系统进行破坏。

2.4 推动远程监控和操作

在日益复杂和分布式的系统环境中，远程监控和操作成为一种必要的功能。 计算机网络技术的应用，特别是互联网和无线网络技术，使得工程师可以从任何位置访问和控制电子信息系统，无论这些系统是在同一建筑物内还是分布在全球各地。

通过网络连接，工程师可以远程获取系统的实时状态信息，包括硬件设备的工作状态、系统的运行参数等，从而可以对系统的运行状态进行实时监测。 此外，计算机网络还可以将该信息状态实时传输到其他系统或设备，以实现跨系统的信息共享和协作。

在系统运行出现异常时，计算机网络技术使得工程师可以远程进行故障诊断和处理。 他们可以通过网络连接获取故障设备的详细信息，然后基于此类信息进行故障分析和诊断。 在诊断过程中，工程师还可以远程操作设备，例如，远程重启设备、远程修改设备设置等，以尝试解决故障。 同时，计算机网络技术的应用也使得系统的维护和升级工作更加方便。 工程师可以远程上传新的软件版本或配置文件，然后通过网络指令远程启动设备的升级过程。大大提高了系统维护的效率，减少了现场工作的需求［2］。

3 计算机网络技术在电子信息工程中的应用

3.1 数据传输优化中的应用

在电子信息工程领域，计算机网络技术在数据传输优化方面的应用表现得尤为突出。 无论是在网络的物理层、数据链路层，还是网络层，计算机网络技术都提供了一系列有效的策略和手段来提升数据传输的效率。

在物理层，基于正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）的技术广泛应用于无线通信系统，如第三代合作伙伴计划（3rd generation partnership prroject，3GPP）长期演进技术（long term evolution，LTE）和WiFi，以提高频谱效率并减少多径干扰。 OFDM 通过将高速数据流分割成多个并行的低速数据流，每个流在不同的子载波上进行传输，从而实现频谱的高效利用。

在数据链路层，自适应调制与编码（asset management companies，AMC）是另一种有效的优化技术。 AMC 根据信道质量的变化动态地调整调制和编码方案，从而实现在保证传输可靠性的同时提高数据传输速率。 这种技术可以用香农定理来描述，香农定理表示在给定信道容量的情况下，数据的最大传输速率。 如式（1）所示。

式（1）中，C 是信道容量，B 是信道带宽，S 是信号功率，N是噪声功率。 AMC 通过动态调整调制和编码方案，使得数据传输速率尽可能地接近香农定理给出的理论上限。

在网络层，路由算法对数据传输效率的影响也非常大。 最短路径优先（shortest path first，SPF）算法就是一个常用的路由选择策略，它通过建立并维护一棵源路由树，使得每个节点到源节点的路径是最短的。 这样可以保证数据包在网络中的传输效率最高［3］。

3.2 网络安全与防护中的应用

在电子信息工程的网络安全与防护中，计算机网络技术的应用显得尤为关键，尤其是各类算法和公式的运用。其中，公钥加密算法、哈希函数和基于异常检测的入侵防护技术的公式在实践中发挥了巨大作用。

公钥加密算法中的非对称加密算法，运用了大数分解难题的特性，为保证信息安全传输提供了可靠的保障。 其公钥（e， n）和私钥（d， n）在加密和解密过程中起到核心作用。 如式（2）、式（3）所示。

在此过程中，明文m 和密文c 通过加密和解密的公式相互转换，实现了信息在传输过程中的安全，对电子信息工程的网络安全起到了保护作用。

哈希函数在身份验证和数据完整性检查中占据重要地位。 哈希函数生成的数据指纹是其应用的关键，该指纹在检查数据是否被篡改的过程中发挥了重要作用，从而保证了信息的一致性。 而哈希函数的单向性则保证了即使在指纹被获取的情况下，原始数据仍然难以被推算，进一步增强了数据的安全性。

入侵检测系统中，异常检测方法经常被采用以识别和防止网络攻击。 在此过程中，马氏距离的计算公式被用来度量数据点与正常数据集之间的距离，如式（4）所示。

当马氏距离超过预定阈值时，相关数据点被标识为异常，从而实现了网络攻击的有效识别和预防。

3.3 嵌入式系统和物联网中的应用

计算机网络技术在电子信息工程中的应用，进一步促进了嵌入式系统和物联网的发展。 该类技术的实现，使得各种设备能够更加智能化地相互连接，提供高效且稳定的数据交换和处理能力。

以嵌入式系统为例，这类系统通过计算机网络技术，实现了各类设备的网络接入和远程控制。 例如，在工业自动化领域， 可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）可通过网络进行远程监控和调控，实现生产过程的自动化，有效提高了生产效率和产品质量。 这种远程监控和调控的能力，主要归功于计算机网络技术，使得嵌入式设备可以与网络中的其他设备进行数据交换。

在物联网方面，计算机网络技术也发挥了重要的作用。 例如，无线传感网络技术被广泛应用于智能家居、环境监测、医疗保健等多个领域。 这些传感器设备通过网络技术，实现了设备间的信息收集、传输和处理，从而使得物联网设备能够实时、准确地响应环境的变化。

由此可见，无论是嵌入式系统的网络接入和远程控制，还是物联网设备间的信息收集和处理，计算机网络技术都在其中扮演了关键的角色。 计算机网络技术的应用，提升了这些系统的互联性和智能化水平，进一步推动了嵌入式系统和物联网的发展［4］。

3.4 无线通信和移动网络中的应用

在电子信息工程领域，计算机网络技术对增强网络的连通性、提高数据传输效率以及优化用户体验都具有显著的影响。

以无线通信技术中的多输入多输出（multiple input multiple output，MIMO）技术为例，这项技术通过运用多个传输和接收天线，成功地提升了数据传输速率和网络覆盖范围。 更为重要的是，MIMO 技术在处理无线信号衰减、多径传播等问题上表现出了显著的优势。 在现代无线通信标准，如4G、5G 以及WiFi 6 中，MIMO 技术的应用已经变得相当普遍。 利用多天线技术，无线网络的容量得以显著提升，网络的可靠性和稳定性也得以提高。

再以移动网络之间互连的协议（internet protocol，IP）技术为例，这是一种支持终端设备在全球范围内进行无缝漫游的技术，它使得移动终端在改变其网络连接时，仍可以保持连续的网络服务。 这项技术推动了无线网络的发展，允许用户在移动过程中无缝访问互联网，不论他们身处何处。

因此，对于无线通信和移动网络来说，计算机网络技术，如MIMO 和移动IP，以其独特的性能优势，对网络性能的提升及用户体验的优化起到了决定性的作用。

3.5 在信息资源共享中的利用

计算机网络技术在电子信息工程中的广泛应用促进了信息的自由流动，提升了信息的获取效率，同时也为全球范围内的合作和协作提供了重要的支持。 例如云计算技术，它利用计算机网络技术，实现了对数据和计算资源的集中管理和分布式访问。 用户可以通过网络访问存储在云端的数据和应用程序，实现了数据和应用的共享。 教育领域也从计算机网络技术中受益良多，尤其在教育资源的共享方面。 例如，在线教育平台的出现，使得学生能够便利地通过网络接入全球各地的优质教育资源。 这种方式打破了地域和时间的限制，使知识的获取变得更加自由和便捷［5］。

4 结语

综上所述，计算机网络技术在电子信息工程中的应用研究对实现高效数据传输、构建强大系统互联性、提供可靠安全保障、优化数据传输、嵌入式系统和物联网，以及信息资源共享发挥关键作用。 它通过各种协议和技术，实现了设备之间的数据交换和通信，促进了信息的快速传递。同时，计算机网络技术还为嵌入式系统和物联网的连接和管理提供了基础。 通过网络，设备可以互联互通，实现智能控制和自动化。 此外，计算机网络技术的应用也促进了信息资源的共享和利用，通过云计算和在线平台，用户可以方便地获取和分享全球范围内的数据和知识。 随着技术的不断进步，计算机网络技术在未来仍将持续发展，为电子信息工程领域带来更多创新和进步。