數據通信論文：無線網的資料浮標通訊體系的建構范文
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作者：唐原廣李保成王朋朋單位：中國海洋大學工程學院
系統構成
隨著CDMA技術的發展及應用，近年來以CDMA網絡作為無線數據傳輸的平臺，也被應用到了海洋資料浮標上。將CDMA數據終端和數據接收中心接入到CDMA網絡平臺中來實現浮標數據的傳輸。浮標總體系統框架如圖1所示。
浮標系統通訊部分包含了浮標端的數據發射終端和浮標數據接收處理端的數據接收中心。浮標數據發射終端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內部封裝了PPP撥號協議以及TCP/IP協議棧并且具有嵌入式操作系統，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線CDMAMODEM的結合;它具備CDMA撥號上網以及TCP/IP數據通信的功能。并且提供串口數據雙向轉換功能。另外DTU采用了心跳包，可保持永久在線。浮標數據接收處理端的數據接收中心包括接收系統和數據庫。
系統方案
本系統采用點對點數據傳輸方式。CDMADTU開機之后自動連接到CDMA網絡中，并與數據中心建立通信鏈路。CDMADTU通過串口將數據從數據采集處理系統讀入，然后對數據打包，使用AT指令以報文形式通過網絡發送到具有固定公網IP的數據中心。數據接收中心通過網絡接收到數據后，然后對數據解析。數據解析后，顯示數據并存儲數據。
資料浮標數據中心軟件設計
1接收系統軟件設計
浮標數據接收中心安裝在具有固定公網IP的電腦上，本系統采用專線。若中心電腦是通過路由器上網的，在路由器上要設置數據轉發。數據接收中心包含三個方面:數據通信、數據處理及系統配置。上位機軟件采用VisualC++進行編程。程序采用了UML建模思想。一是根據采集的參數設計了各個參數組件，如氣溫、氣壓等控件。在主程序中調用參數組件顯示接收到的數據。二是狀態機的設計。根據接收情況分為不同處理方式。
CDMA接收程序中，讀取DTU發送的數據包有三種方式: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的消息機制，啟動服務的時候DSC需要傳輸一個窗口句柄、一個消息類型給開發包，同時窗口實現一個消息處理函數來處理該消息類型。開發包在收到數據的時候，將向觸發消息函數，通過消息函數自動完成數據的讀取、處理過程的流程。數據通信子程序的流程圖如圖2所示：在數據通信模塊與數據處理模塊關聯中，文中采用了有限狀態機FSM思想。有限狀態機的工作原理為發生事件(event)后，根據當前狀態(current_state)，決定執行的動作(action)，并設置下一個狀態號(next_state)。
本程序采用switchcaseFSM。數據處理軟件設計流程如圖3所示，其中數據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平均的方式求出主波向。系統配置:通過查詢，可以獲得浮標主機參數配置，同時也可以通過無線網絡設定浮標各個傳感器的工作模式。包括采樣間隔、發送數據時間、是整點發送還是半點發送。
2數據庫
數據庫系統包括兩個部分:實時數據存儲、數據查詢和數據管理。實時數據存儲:系統整點接收到數據后，不僅在實時界面顯示浮標各參數數據。同時為了清晰地看出浮標參數的變化，添加了參數的曲線示意圖。而且對整點接收到的數據存入到數據庫中，同時根據庫中已存數據，進行日統計數據的輸出顯示。由于浮標存儲的數據不是大容量數據，而access數據庫操作簡潔、方便，不用依賴Server也可以對數據進行操作，因此本系統采用了access數據庫存儲數據。數據查詢:可以查詢某個時間段的數據。同時也可以導入到excel表格中。加以改進可以生成每月浮標數據報表。
數據管理:由于實時顯示的只是各整點的數據，而中間采樣點的數據是以二進制文件存儲在計算機中的，要想直觀查看采樣點數據，就必須對數據進行處理，因此在數據管理中可以看到采樣點數據原始數據及處理后的數據。數據管理模塊還可以擴展插入、刪除數據庫數據操作等。
為了測試浮標的整體性能，海洋監測實驗室于2011年8月在上海蘆潮港海洋站附近布放SZF型多功能波浪浮標一套，與蘆潮港海洋觀測站進行一個星期的比測。其氣象數據對比圖如圖4、5所示。從上述對比曲線可以看出，浮標測得的氣象數據和海洋站測得的數據基本一致。2012年3月13日至17日于象山海域使用波浪騎士進行了波浪比測試驗，其對比結果如表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。國內對方向譜研究也有一定成果。如管長龍等研究的擴展本征矢法(EEV)等，文中也對波浪譜進行了分析，結果基本符合要求。
結束語
基于CDMA無線網絡的浮標數據通信系統為用戶提供了低成本、高效的雙向數據傳輸方式。具有廣闊的應用前景。系統經過室內拷機及海上試驗，現已正常運行6個月。
