無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計范文

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摘要：為了提高實驗室安全預(yù)警能力，提出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案。構(gòu)建實驗室安全預(yù)警的無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控節(jié)點部署模型，采用最短路由協(xié)議部署方法進(jìn)行實驗室安全預(yù)警的網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點控制，采用全網(wǎng)能量均衡控制方法進(jìn)行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點室內(nèi)定位和信道均衡控制。結(jié)合K⁃鄰居節(jié)點覆蓋方法提高實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控的信道均衡性，根據(jù)節(jié)點的傳輸功耗特征檢測結(jié)果實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化部署和室內(nèi)定位。結(jié)合嵌入式的ARM實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計。測試結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的誤碼率較低，監(jiān)控性能較好。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；實驗室安全；預(yù)警系統(tǒng)；節(jié)點部署；信道均衡控制；室內(nèi)定位

引言

隨著無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，需要進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)下的實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計。采用網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架模型進(jìn)行實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計和傳感節(jié)點設(shè)計，提高網(wǎng)絡(luò)的連通性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)控制能力[1]。結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)行實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計，在促進(jìn)實驗室的安全管理中具有重要意義。實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是通過實驗室的內(nèi)部組網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計實現(xiàn)實驗室的資源信息調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化組網(wǎng)控制，構(gòu)建基于ZigBee組網(wǎng)技術(shù)的實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)[2]，構(gòu)建實驗室安全預(yù)警的無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控節(jié)點部署模型，根據(jù)節(jié)點的傳輸功耗特征檢測結(jié)果實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化部署和室內(nèi)定位，結(jié)合嵌入式的ARM實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計，最后進(jìn)行仿真實驗分析，展示了本文方法在提高實驗室安全預(yù)警能力方面的優(yōu)越性能。

1實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)信道模型分析

1.1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)均衡控制模型的優(yōu)化設(shè)計，采用最短收發(fā)路徑控制方法建立實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)均衡控制的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]。假設(shè)研究的實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在室內(nèi)分布的區(qū)域為一個邊長為M的正方形區(qū)域，實驗室中進(jìn)行安全預(yù)警監(jiān)控的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的帶寬為Ts=NfTf，初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的Sink節(jié)點和Source節(jié)點的初始能量開銷分別為：式中，Eelect表示實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控Sink節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)能量負(fù)載。采用全網(wǎng)均衡控制方法進(jìn)行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控的能量轉(zhuǎn)發(fā)控制[4]，得到節(jié)點的輸出功率損失為：式中：節(jié)點i傳輸數(shù)據(jù)到j(luò)的總到達(dá)率為xiri(x)pji(x)，采用節(jié)點剩余能量融合識別方法進(jìn)行控制，提高實驗室安全預(yù)警的信息轉(zhuǎn)發(fā)控制能力。

1.2無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的信道均衡設(shè)計

在分簇路由傳輸協(xié)議下，進(jìn)行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中資源低功耗調(diào)度[5]，得到在最短路徑和最小能量損失約束條件下實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均衡控制的能量傳導(dǎo)控制模型為：式中，N為數(shù)據(jù)包P轉(zhuǎn)發(fā)的最優(yōu)子節(jié)點數(shù)，采用全網(wǎng)能量均衡控制方法進(jìn)行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)均衡控制的信道均衡控制[6]。

2無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點室內(nèi)定位優(yōu)化

2.1節(jié)點優(yōu)化部署

結(jié)合K⁃鄰居節(jié)點覆蓋方法提高實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控的信道均衡性，采用全網(wǎng)功耗均衡模型進(jìn)行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均衡控制，結(jié)合空間路由規(guī)劃方法[7]，得到監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的分簇調(diào)度模型為：式中，x=(x1,x2,…,xn)表示n維節(jié)點優(yōu)化部署的輸出特征量。

2.2實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控的全網(wǎng)均衡控制

采用最小網(wǎng)格均衡控制法得到實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全性傳輸信道均衡控制模型描述為：式中：V是實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點集合；E是實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的鏈路集合。按照TP⁃ASW機制進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)度[8]，輸出最優(yōu)解為：

3系統(tǒng)硬件設(shè)計

采用VIX總線傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)控制[9]，得到實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架如圖1所示。采用ADSP⁃BF537BBC⁃5A實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控系統(tǒng)原始信息采集[10]，得到設(shè)計的實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

4仿真實驗分析

采用TP⁃ASW作為實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞抡鎴鼍埃Y(jié)合Matlab進(jìn)行算法設(shè)計，監(jiān)控預(yù)警性能測試。仿真參數(shù)配置見表1。實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控系統(tǒng)輸入直流信號Vi在1.4~2.56V之間，濾波器的起控點設(shè)在100μV，設(shè)定GC=6，L=3，C=18，m=-0.2，n=-0.3，g=30，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量分析，得到監(jiān)控預(yù)警信息輸出如圖3所示。以圖3的數(shù)據(jù)為研究對象，輸入到實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)中，分析預(yù)警檢測性能，得到預(yù)警檢測輸出見圖4。分析圖4得知，本文系統(tǒng)能有效檢測實驗室的安全預(yù)警信息，安全預(yù)警監(jiān)控的定位性能較好，對異常部位的準(zhǔn)確檢測精度較高，提高了監(jiān)控能力。

5結(jié)語

本文采用網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架模型進(jìn)行實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計和傳感節(jié)點設(shè)計，提高網(wǎng)絡(luò)的連通性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)控制能力。采用最短路由協(xié)議部署方法控制實驗室安全預(yù)警的網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點，采用全網(wǎng)能量均衡控制方法進(jìn)行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的信道均衡控制，根據(jù)節(jié)點的傳輸功耗特征檢測結(jié)果實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化部署和室內(nèi)定位。設(shè)計的實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控系統(tǒng)主要由實驗室安全預(yù)警的工況檢測模塊、A/D模塊、信息集成處理模塊和人機交互模塊構(gòu)成。研究得知，本文設(shè)計的系統(tǒng)能有效實現(xiàn)對實驗室的安全預(yù)警監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鐘情.基于Qt/Embedded的機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（8）：38⁃39.

[2]趙國榮，韓旭，杜聞捷，等.具有傳感器增益退化的不確定系統(tǒng)融合估計器[J].控制與決策，2016，31（8）：1413⁃1418.

作者：崔平 單位：徐州工程學(xué)院