雷驚鵬，鄭利平

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

監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對重要區(qū)域或遠程地點的控制與監(jiān)視，在企業(yè)、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(fā)展至今最為廣泛的應用之一是無線監(jiān)控［3，4］.利用無線技術，可以將中央控制中心與多個被監(jiān)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(huán)境的干擾，數(shù)據(jù)傳輸安全性有待研究，終端無線登陸網絡不穩(wěn)定，距離受限，接入點數(shù)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(jiān)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(shù)據(jù)壓縮的質量及數(shù)據(jù)傳輸速率，也考慮了與現(xiàn)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(huán)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(chuàng)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(fā)環(huán)境，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境［9，10］.在一般的數(shù)據(jù)管理、科學計算等方面，在LabVIEW環(huán)境下也可以開發(fā)出優(yōu)秀的應用程序.Lab-VIEW的最大優(yōu)勢在于測控系統(tǒng)的開發(fā)，因為它不僅提供了幾乎所有大量現(xiàn)代的高級信號分析工具與經典的信號處理函數(shù)，而且還可以和多種主流的工業(yè)現(xiàn)場總線通訊以及與大多數(shù)的通用標準的實時數(shù)據(jù)庫鏈接，程序的執(zhí)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(tài)軟件不可以比的［11－13］.

2 基于LABVIEW的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)整體設計

2.1 無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)整體方案

考慮到現(xiàn)行無線通訊技術的穩(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(tǒng)結構圖.

2.2 無線監(jiān)控方案前端結構

在方案中所有監(jiān)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(jiān)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(fā)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(jiān)控點，必須采用變通的方式增加54Mbps無線接入點的數(shù)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(shù)的限制.在無線網絡標準上根據(jù)設備的需求及環(huán)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(huán)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(jiān)控方案整體結構圖

圖2 系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)依然為間隔10秒的五個速率.測試結果如表1，在表中的數(shù)據(jù)可以看出，在90m的時候是一個臨界點，之前的速率都相當穩(wěn)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(shù)據(jù)傳輸開始相當不穩(wěn)定，已經無法滿足監(jiān)控對于畫面的要求了.

3.2 系統(tǒng)的延時測試

無線監(jiān)控系統(tǒng)與有線的差別之一即其延時受距離和信號傳輸環(huán)境的影響較大，而實時監(jiān)控一般來說都會有監(jiān)控終端的存儲設施保證監(jiān)控情況的保存和隨時調用，但監(jiān)控的實際情況也要求了延時不能過大，否則將影響實時監(jiān)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(jiān)控終端系統(tǒng)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(jiān)控界面顯示的時間與終端系統(tǒng)時間的差值即為延時.表2記錄了距離對于系統(tǒng)延時的影響，每隔5m記錄一組數(shù)據(jù)，每組為間隔10秒的三個延時數(shù)據(jù).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(shù)據(jù)，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(jiān)控中，54Mbps與108MbpsAP之間的距離不能超過90m，否則將影響監(jiān)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(tǒng)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(jiān)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(shù)據(jù)壓縮的質量及數(shù)據(jù)傳輸速率，也考慮了與現(xiàn)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(huán)境做了充分的估計，并提出了相應的措施.最終的實驗數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)能夠完成實時監(jiān)控，取得滿意的效果，解決了在某些偏遠地區(qū)的無線覆蓋及監(jiān)控問題，具有監(jiān)測方便、實時數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)忍攸c.

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