基于LABVIEW的無線環境監測系統*

雷驚鵬，鄭利平

(1.合肥工業大學計算機學院，安徽 合肥 23000;2.安徽國防科技職業學院，安徽 六安 237011)

監控系統主要用于對重要區域或遠程地點的控制與監視，在企業、治安、銀行、金融、國防等領域具有非常重要的地位［1，2］.無線網絡發展至今最為廣泛的應用之一是無線監控［3，4］.利用無線技術，可以將中央控制中心與多個被監測點連接起來，能夠在最短的時間內迅速建立起無線網絡鏈路［5，6］.

由于無線網絡有易受周圍環境的干擾，數據傳輸安全性有待研究，終端無線登陸網絡不穩定，距離受限，接入點數目有限制等缺點［7，8］.結合以上背景，本文利用LabVIEW 軟件設計基于無線局域網的監控方案.采用H.264/MPEG－4視頻編碼壓縮技術和IEEE 802.11b－g標準的設備，保證了數據壓縮的質量及數據傳輸速率，也考慮了與現行設備的兼容.對方案的測試考慮到了天氣、距離、障礙物和無線干擾等情況，對方案實施的環境做了充分的估計，并提出了相應的措施.

1 LabVIEW簡介

LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是虛擬儀器概念的首創者，是美國National Instrument(簡稱NI)公司推出的，并且是一個圖形化軟件開發環境，類似于C和BASIC開發環境［9，10］.在一般的數據管理、科學計算等方面，在LabVIEW環境下也可以開發出優秀的應用程序.Lab-VIEW的最大優勢在于測控系統的開發，因為它不僅提供了幾乎所有大量現代的高級信號分析工具與經典的信號處理函數，而且還可以和多種主流的工業現場總線通訊以及與大多數的通用標準的實時數據庫鏈接，程序的執行卻幾乎不受影響;同時在信號處理等方面的強大功能是組態軟件不可以比的［11－13］.

2 基于LABVIEW的無線環境監測系統整體設計

2.1 無線環境監測系統整體方案

考慮到現行無線通訊技術的穩定性及可靠性，方案中主干傳輸部分采用光纖傳輸，在校園中可考慮TCP/IP協議的互聯網作為主干傳輸部分，兼容性及可靠性有了保證.圖1給出了整個設計方案的系統結構圖.

2.2 無線監控方案前端結構

在方案中所有監控點的信息用54Mbps無線接入點傳送至108Mbps無線接入點，再通過108Mbps無線接入點進行遠距離傳送，終端通過108Mbps無線接入點接收監控圖像并保存.但是由于108Mbps無線接入點同時還要連接另外一個設備，發射端108Mbps無線接入點要連接接收108Mbps無線接入點，接收端108Mbps無線接入點要連接終端，所以如果需要連接4個及以上的監控點，必須采用變通的方式增加54Mbps無線接入點的數目.圖2即為方案的結構圖.

將54Mbps無線接入點2的設置從Wireless Point－to－Point Bridging改為 Wireless Multi－Point Bridging，添加54Mbps無線接入點1的MAC地址及108Mbps無線接入點1的MAC地址，則突破了108Mbps無線接入點的四個連接數的限制.在無線網絡標準上根據設備的需求及環境要求，選擇B/G模式，滿足方案對距離和傳輸速率的要求.

3 實驗測試與分析

影響無線網絡通信質量的因素有多種，比如天氣，周圍的無線環境，接入點之間的距離以及接入點之間的障礙物等等.我們就其中的一些主要影響因素對方案做了實驗測試.

圖1 無線監控方案整體結構圖

圖2 系統結構圖

3.1 接入點距離對速率的影響

108MbpsAP與54MbpsAP之間的傳輸距離直接影響了系統覆蓋范圍，因此針對兩種AP之間距離對傳輸速率的影響做了測試，初始每隔10m測一組數據，每組數據為間隔10秒記錄一次的五個傳輸速率，在臨界點改為每隔5m測一組，每組數據依然為間隔10秒的五個速率.測試結果如表1，在表中的數據可以看出，在90m的時候是一個臨界點，之前的速率都相當穩定，平且平均在400～600k/bps，但是當超過90m的臨界點后，平均值開始下降，并且標準差急劇增高，數據傳輸開始相當不穩定，已經無法滿足監控對于畫面的要求了.

3.2 系統的延時測試

無線監控系統與有線的差別之一即其延時受距離和信號傳輸環境的影響較大，而實時監控一般來說都會有監控終端的存儲設施保證監控情況的保存和隨時調用，但監控的實際情況也要求了延時不能過大，否則將影響實時監控的效果.在延時測試中，采用了這樣一種方式來測試延時:將與監控終端系統時間對照好的電子表放置在攝像頭前方，隨著接收天線的遠離，終端監控界面顯示的時間與終端系統時間的差值即為延時.表2記錄了距離對于系統延時的影響，每隔5m記錄一組數據，每組為間隔10秒的三個延時數據.在測試中超過90m后畫面基本定格，時有傳輸畫面跳動，但已無法測量實際延時了，因此無法記錄數據，超過120m后傳輸速率已經為0，表示接入點已經無法連接，超出其覆蓋范圍.由表中也可以看出，實際監控中，54Mbps與108MbpsAP之間的距離不能超過90m，否則將影響監控效果.

表1 接入點距離對速率的影響

表2 接入點間距離對于系統延時的影響

4 結束語

本文利用LabVIEW軟件設計基于無線局域網的監控方案.采用H.264/MPEG－4視頻編碼壓縮技術和IEEE 802.11b－g標準的設備，保證了數據壓縮的質量及數據傳輸速率，也考慮了與現行設備的兼容.對方案的測試考慮到了天氣、距離、障礙物和無線干擾等情況，對方案實施的環境做了充分的估計，并提出了相應的措施.最終的實驗數據表明系統能夠完成實時監控，取得滿意的效果，解決了在某些偏遠地區的無線覆蓋及監控問題，具有監測方便、實時數據采集傳輸等特點.

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［3］柴長林.鐵路站場無線網絡監控系統應用技術研究［D］.北京:北京交通大學碩士學位論文，2007.

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