基于LABVIEW的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)*

雷驚鵬，鄭利平

(1.合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 合肥 23000;2.安徽國(guó)防科技職業(yè)學(xué)院，安徽 六安 237011)

監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對(duì)重要區(qū)域或遠(yuǎn)程地點(diǎn)的控制與監(jiān)視，在企業(yè)、治安、銀行、金融、國(guó)防等領(lǐng)域具有非常重要的地位［1，2］.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至今最為廣泛的應(yīng)用之一是無(wú)線監(jiān)控［3，4］.利用無(wú)線技術(shù)，可以將中央控制中心與多個(gè)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)連接起來(lái)，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)迅速建立起無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路［5，6］.

由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有易受周圍環(huán)境的干擾，數(shù)據(jù)傳輸安全性有待研究，終端無(wú)線登陸網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，距離受限，接入點(diǎn)數(shù)目有限制等缺點(diǎn)［7，8］.結(jié)合以上背景，本文利用LabVIEW 軟件設(shè)計(jì)基于無(wú)線局域網(wǎng)的監(jiān)控方案.采用H.264/MPEG－4視頻編碼壓縮技術(shù)和IEEE 802.11b－g標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，保證了數(shù)據(jù)壓縮的質(zhì)量及數(shù)據(jù)傳輸速率，也考慮了與現(xiàn)行設(shè)備的兼容.對(duì)方案的測(cè)試考慮到了天氣、距離、障礙物和無(wú)線干擾等情況，對(duì)方案實(shí)施的環(huán)境做了充分的估計(jì)，并提出了相應(yīng)的措施.

1 LabVIEW簡(jiǎn)介

LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是虛擬儀器概念的首創(chuàng)者，是美國(guó)National Instrument(簡(jiǎn)稱NI)公司推出的，并且是一個(gè)圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境［9，10］.在一般的數(shù)據(jù)管理、科學(xué)計(jì)算等方面，在LabVIEW環(huán)境下也可以開(kāi)發(fā)出優(yōu)秀的應(yīng)用程序.Lab-VIEW的最大優(yōu)勢(shì)在于測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，因?yàn)樗粌H提供了幾乎所有大量現(xiàn)代的高級(jí)信號(hào)分析工具與經(jīng)典的信號(hào)處理函數(shù)，而且還可以和多種主流的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊以及與大多數(shù)的通用標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接，程序的執(zhí)行卻幾乎不受影響;同時(shí)在信號(hào)處理等方面的強(qiáng)大功能是組態(tài)軟件不可以比的［11－13］.

2 基于LABVIEW的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案

考慮到現(xiàn)行無(wú)線通訊技術(shù)的穩(wěn)定性及可靠性，方案中主干傳輸部分采用光纖傳輸，在校園中可考慮TCP/IP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)作為主干傳輸部分，兼容性及可靠性有了保證.圖1給出了整個(gè)設(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.

2.2 無(wú)線監(jiān)控方案前端結(jié)構(gòu)

在方案中所有監(jiān)控點(diǎn)的信息用54Mbps無(wú)線接入點(diǎn)傳送至108Mbps無(wú)線接入點(diǎn)，再通過(guò)108Mbps無(wú)線接入點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，終端通過(guò)108Mbps無(wú)線接入點(diǎn)接收監(jiān)控圖像并保存.但是由于108Mbps無(wú)線接入點(diǎn)同時(shí)還要連接另外一個(gè)設(shè)備，發(fā)射端108Mbps無(wú)線接入點(diǎn)要連接接收108Mbps無(wú)線接入點(diǎn)，接收端108Mbps無(wú)線接入點(diǎn)要連接終端，所以如果需要連接4個(gè)及以上的監(jiān)控點(diǎn)，必須采用變通的方式增加54Mbps無(wú)線接入點(diǎn)的數(shù)目.圖2即為方案的結(jié)構(gòu)圖.

將54Mbps無(wú)線接入點(diǎn)2的設(shè)置從Wireless Point－to－Point Bridging改為 Wireless Multi－Point Bridging，添加54Mbps無(wú)線接入點(diǎn)1的MAC地址及108Mbps無(wú)線接入點(diǎn)1的MAC地址，則突破了108Mbps無(wú)線接入點(diǎn)的四個(gè)連接數(shù)的限制.在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)上根據(jù)設(shè)備的需求及環(huán)境要求，選擇B/G模式，滿足方案對(duì)距離和傳輸速率的要求.

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的因素有多種，比如天氣，周圍的無(wú)線環(huán)境，接入點(diǎn)之間的距離以及接入點(diǎn)之間的障礙物等等.我們就其中的一些主要影響因素對(duì)方案做了實(shí)驗(yàn)測(cè)試.

圖1 無(wú)線監(jiān)控方案整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 接入點(diǎn)距離對(duì)速率的影響

108MbpsAP與54MbpsAP之間的傳輸距離直接影響了系統(tǒng)覆蓋范圍，因此針對(duì)兩種AP之間距離對(duì)傳輸速率的影響做了測(cè)試，初始每隔10m測(cè)一組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)為間隔10秒記錄一次的五個(gè)傳輸速率，在臨界點(diǎn)改為每隔5m測(cè)一組，每組數(shù)據(jù)依然為間隔10秒的五個(gè)速率.測(cè)試結(jié)果如表1，在表中的數(shù)據(jù)可以看出，在90m的時(shí)候是一個(gè)臨界點(diǎn)，之前的速率都相當(dāng)穩(wěn)定，平且平均在400～600k/bps，但是當(dāng)超過(guò)90m的臨界點(diǎn)后，平均值開(kāi)始下降，并且標(biāo)準(zhǔn)差急劇增高，數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始相當(dāng)不穩(wěn)定，已經(jīng)無(wú)法滿足監(jiān)控對(duì)于畫(huà)面的要求了.

3.2 系統(tǒng)的延時(shí)測(cè)試

無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)與有線的差別之一即其延時(shí)受距離和信號(hào)傳輸環(huán)境的影響較大，而實(shí)時(shí)監(jiān)控一般來(lái)說(shuō)都會(huì)有監(jiān)控終端的存儲(chǔ)設(shè)施保證監(jiān)控情況的保存和隨時(shí)調(diào)用，但監(jiān)控的實(shí)際情況也要求了延時(shí)不能過(guò)大，否則將影響實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果.在延時(shí)測(cè)試中，采用了這樣一種方式來(lái)測(cè)試延時(shí):將與監(jiān)控終端系統(tǒng)時(shí)間對(duì)照好的電子表放置在攝像頭前方，隨著接收天線的遠(yuǎn)離，終端監(jiān)控界面顯示的時(shí)間與終端系統(tǒng)時(shí)間的差值即為延時(shí).表2記錄了距離對(duì)于系統(tǒng)延時(shí)的影響，每隔5m記錄一組數(shù)據(jù)，每組為間隔10秒的三個(gè)延時(shí)數(shù)據(jù).在測(cè)試中超過(guò)90m后畫(huà)面基本定格，時(shí)有傳輸畫(huà)面跳動(dòng)，但已無(wú)法測(cè)量實(shí)際延時(shí)了，因此無(wú)法記錄數(shù)據(jù)，超過(guò)120m后傳輸速率已經(jīng)為0，表示接入點(diǎn)已經(jīng)無(wú)法連接，超出其覆蓋范圍.由表中也可以看出，實(shí)際監(jiān)控中，54Mbps與108MbpsAP之間的距離不能超過(guò)90m，否則將影響監(jiān)控效果.

表1 接入點(diǎn)距離對(duì)速率的影響

表2 接入點(diǎn)間距離對(duì)于系統(tǒng)延時(shí)的影響

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用LabVIEW軟件設(shè)計(jì)基于無(wú)線局域網(wǎng)的監(jiān)控方案.采用H.264/MPEG－4視頻編碼壓縮技術(shù)和IEEE 802.11b－g標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，保證了數(shù)據(jù)壓縮的質(zhì)量及數(shù)據(jù)傳輸速率，也考慮了與現(xiàn)行設(shè)備的兼容.對(duì)方案的測(cè)試考慮到了天氣、距離、障礙物和無(wú)線干擾等情況，對(duì)方案實(shí)施的環(huán)境做了充分的估計(jì)，并提出了相應(yīng)的措施.最終的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)能夠完成實(shí)時(shí)監(jiān)控，取得滿意的效果，解決了在某些偏遠(yuǎn)地區(qū)的無(wú)線覆蓋及監(jiān)控問(wèn)題，具有監(jiān)測(cè)方便、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)忍攸c(diǎn).

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