數(shù)據(jù)通信論文：無線網(wǎng)的資料浮標(biāo)通訊體系的建構(gòu)范文

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作者：唐原廣李保成王朋朋單位：中國海洋大學(xué)工程學(xué)院

系統(tǒng)構(gòu)成

隨著CDMA技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，近年來以CDMA網(wǎng)絡(luò)作為無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠脚_，也被應(yīng)用到了海洋資料浮標(biāo)上。將CDMA數(shù)據(jù)終端和數(shù)據(jù)接收中心接入到CDMA網(wǎng)絡(luò)平臺中來實現(xiàn)浮標(biāo)數(shù)據(jù)的傳輸。浮標(biāo)總體系統(tǒng)框架如圖1所示。

浮標(biāo)系統(tǒng)通訊部分包含了浮標(biāo)端的數(shù)據(jù)發(fā)射終端和浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收處理端的數(shù)據(jù)接收中心。浮標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)射終端DTU硬件組成部分主要包括CPU控制模塊、無線通訊模塊以及電源模塊等。CD-MADTU內(nèi)部封裝了PPP撥號協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議棧并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線CDMAMODEM的結(jié)合;它具備CDMA撥號上網(wǎng)以及TCP/IP數(shù)據(jù)通信的功能。并且提供串口數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)換功能。另外DTU采用了心跳包，可保持永久在線。浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收處理端的數(shù)據(jù)接收中心包括接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)采用點對點數(shù)據(jù)傳輸方式。CDMADTU開機(jī)之后自動連接到CDMA網(wǎng)絡(luò)中，并與數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路。CDMADTU通過串口將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)讀入，然后對數(shù)據(jù)打包，使用AT指令以報文形式通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到具有固定公網(wǎng)IP的數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)接收中心通過網(wǎng)絡(luò)接收到數(shù)據(jù)后，然后對數(shù)據(jù)解析。數(shù)據(jù)解析后，顯示數(shù)據(jù)并存儲數(shù)據(jù)。

資料浮標(biāo)數(shù)據(jù)中心軟件設(shè)計

1接收系統(tǒng)軟件設(shè)計

浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收中心安裝在具有固定公網(wǎng)IP的電腦上，本系統(tǒng)采用專線。若中心電腦是通過路由器上網(wǎng)的，在路由器上要設(shè)置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)接收中心包含三個方面:數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)配置。上位機(jī)軟件采用VisualC++進(jìn)行編程。程序采用了UML建模思想。一是根據(jù)采集的參數(shù)設(shè)計了各個參數(shù)組件，如氣溫、氣壓等控件。在主程序中調(diào)用參數(shù)組件顯示接收到的數(shù)據(jù)。二是狀態(tài)機(jī)的設(shè)計。根據(jù)接收情況分為不同處理方式。

CDMA接收程序中，讀取DTU發(fā)送的數(shù)據(jù)包有三種方式:阻塞、非阻塞及消息模式。文中采用消息模式。消息模式基于windows的消息機(jī)制，啟動服務(wù)的時候DSC需要傳輸一個窗口句柄、一個消息類型給開發(fā)包，同時窗口實現(xiàn)一個消息處理函數(shù)來處理該消息類型。開發(fā)包在收到數(shù)據(jù)的時候，將向觸發(fā)消息函數(shù)，通過消息函數(shù)自動完成數(shù)據(jù)的讀取、處理過程的流程。數(shù)據(jù)通信子程序的流程圖如圖2所示：在數(shù)據(jù)通信模塊與數(shù)據(jù)處理模塊關(guān)聯(lián)中，文中采用了有限狀態(tài)機(jī)FSM思想。有限狀態(tài)機(jī)的工作原理為發(fā)生事件(event)后，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)(current_state)，決定執(zhí)行的動作(action)，并設(shè)置下一個狀態(tài)號(next_state)。

本程序采用switchcaseFSM。數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計流程如圖3所示，其中數(shù)據(jù)處理程序中還包含了波浪主波向確定方法，即對十六個采樣點采用加權(quán)平均的方式求出主波向。系統(tǒng)配置:通過查詢，可以獲得浮標(biāo)主機(jī)參數(shù)配置，同時也可以通過無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)定浮標(biāo)各個傳感器的工作模式。包括采樣間隔、發(fā)送數(shù)據(jù)時間、是整點發(fā)送還是半點發(fā)送。

2數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括兩個部分:實時數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)管理。實時數(shù)據(jù)存儲:系統(tǒng)整點接收到數(shù)據(jù)后，不僅在實時界面顯示浮標(biāo)各參數(shù)數(shù)據(jù)。同時為了清晰地看出浮標(biāo)參數(shù)的變化，添加了參數(shù)的曲線示意圖。而且對整點接收到的數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫中，同時根據(jù)庫中已存數(shù)據(jù)，進(jìn)行日統(tǒng)計數(shù)據(jù)的輸出顯示。由于浮標(biāo)存儲的數(shù)據(jù)不是大容量數(shù)據(jù)，而access數(shù)據(jù)庫操作簡潔、方便，不用依賴Server也可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，因此本系統(tǒng)采用了access數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)查詢:可以查詢某個時間段的數(shù)據(jù)。同時也可以導(dǎo)入到excel表格中。加以改進(jìn)可以生成每月浮標(biāo)數(shù)據(jù)報表。

數(shù)據(jù)管理:由于實時顯示的只是各整點的數(shù)據(jù)，而中間采樣點的數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制文件存儲在計算機(jī)中的，要想直觀查看采樣點數(shù)據(jù)，就必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因此在數(shù)據(jù)管理中可以看到采樣點數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)及處理后的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理模塊還可以擴(kuò)展插入、刪除數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)操作等。

資料浮標(biāo)數(shù)據(jù)對比及結(jié)論

為了測試浮標(biāo)的整體性能，海洋監(jiān)測實驗室于2011年8月在上海蘆潮港海洋站附近布放SZF型多功能波浪浮標(biāo)一套，與蘆潮港海洋觀測站進(jìn)行一個星期的比測。其氣象數(shù)據(jù)對比圖如圖4、5所示。從上述對比曲線可以看出，浮標(biāo)測得的氣象數(shù)據(jù)和海洋站測得的數(shù)據(jù)基本一致。2012年3月13日至17日于象山海域使用波浪騎士進(jìn)行了波浪比測試驗，其對比結(jié)果如表1。國外主波向計算一般采用畫方向譜然后分析得到主波向。國內(nèi)對方向譜研究也有一定成果。如管長龍等研究的擴(kuò)展本征矢法(EEV)等，文中也對波浪譜進(jìn)行了分析，結(jié)果基本符合要求。

結(jié)束語

基于CDMA無線網(wǎng)絡(luò)的浮標(biāo)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)為用戶提供了低成本、高效的雙向數(shù)據(jù)傳輸方式。具有廣闊的應(yīng)用前景。系統(tǒng)經(jīng)過室內(nèi)拷機(jī)及海上試驗，現(xiàn)已正常運行6個月。