海軍工程大學(xué) 裴 莉 陳 斌

一種短波通信設(shè)備自動監(jiān)測系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

海軍工程大學(xué) 裴 莉 陳 斌

隨著android系統(tǒng)的普及和無線互聯(lián)網(wǎng)的推廣，移動終端對通信設(shè)備的控制和通信已經(jīng)越發(fā)引起重視。同時，由于對通信設(shè)備的微型化、簡易化和傳輸距離的遠(yuǎn)程管理的要求越來越高，在這一方面的研究還尚未有深入的研究。因而，本文設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程監(jiān)控短波通信設(shè)備的自動監(jiān)測系統(tǒng)。

Android；短波通信設(shè)備；遠(yuǎn)程監(jiān)控

0 引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和通信產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，搭載移動操作系統(tǒng)的智能移動設(shè)備逐漸增多，而且其功能也越來越強(qiáng)大，移動終端不再僅是通信的終端，還將成為互聯(lián)網(wǎng)的終端。[1]并且由于電子通信設(shè)備的不斷升級和改進(jìn)，對通信設(shè)備的自動監(jiān)測的要求也更高，對于通信設(shè)備自動監(jiān)測系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)也是迫在眉睫。

但是現(xiàn)今由于各種通信設(shè)備千差萬別，種類數(shù)量十分龐大，很難依賴人工檢測解決問題，且絕大多數(shù)測試儀器對周圍硬件要求較高，測量設(shè)備普遍比較笨重，不具有可攜帶性，這為電子通信設(shè)備的檢測帶來了一定的難度。[2]同時，在Android系統(tǒng)中，已經(jīng)有對電器設(shè)備檢測的初步設(shè)計(jì)，因而通過Android移動終端對通信設(shè)備進(jìn)行自動監(jiān)測既可以迅速彌補(bǔ)人工維修的知識局限性和低效性，也可以使機(jī)器檢測更加快速和便捷。

1 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)

在短波通信設(shè)備快速自動測試儀中，需要通過串口轉(zhuǎn)Wi-Fi的模塊來實(shí)現(xiàn)由串口數(shù)據(jù)向無線數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變。[3]其中，短波通信設(shè)備快速自動測試儀以及短波通信設(shè)備自動監(jiān)測系統(tǒng)的硬件模塊如圖1所示：

圖1 硬件模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)上述硬件設(shè)計(jì)，可以看出本器件以嵌入式AR M11控制模塊為核心，選擇靈活程度較高的信號發(fā)生、虛擬頻譜分析、功率測量等比較成熟測量模塊，設(shè)計(jì)總線控制主控單元、多功能測量模塊、接口控制電路、電源管理單元等單元模塊，利用無線WIFI接口與AP相連接，與服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交換和控制處理，通過防火墻與Internet相連，可以完成短波通信裝備控制、電氣參數(shù)數(shù)據(jù)類型的自動選擇、自動采集、自動保存、自動判斷以及遠(yuǎn)程求助專家等功能[4]。這樣的硬件設(shè)計(jì)不僅能夠迅速地完成對短波通信設(shè)備的測量，也能夠及時地與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互以方便故障的處理。

2 系統(tǒng)工作方式設(shè)計(jì)

透傳模式顧名思義就是透明傳送模式，是指與傳輸網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)、調(diào)制解調(diào)方式、傳輸方式、傳輸協(xié)議無關(guān)的一種數(shù)據(jù)傳送方式，即傳送網(wǎng)絡(luò)無論采取何種傳輸手段，只需在保證傳輸質(zhì)量的前提下成功傳送數(shù)據(jù)到目標(biāo)結(jié)點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)在于連接速度快，且數(shù)據(jù)傳輸透明，適合在艱苦環(huán)境中進(jìn)行通信。而命令模式，與透傳模式最大區(qū)別則是它需要通過某些傳輸協(xié)議來進(jìn)行通信，其優(yōu)點(diǎn)在于其保密性強(qiáng)，可以用于傳輸命令指令。根據(jù)兩種不同的Wi-Fi模塊工作方式的特點(diǎn)，顯然選擇命令模式更符合本系統(tǒng)的需求。其中，命令模式中又分為AP（Wireless Access Point）模式和STA（Station）模式。AP模式即為服務(wù)器模式，其中將有一個設(shè)備作為服務(wù)器，以此為中心匯集其他設(shè)備的數(shù)據(jù)，再通過AP來分配數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)降墓?jié)點(diǎn)，其中AP就相當(dāng)于有線網(wǎng)絡(luò)中的HUB，是連接有線網(wǎng)和無線網(wǎng)的橋梁，其優(yōu)點(diǎn)在于可以輕松地實(shí)現(xiàn)用戶的擴(kuò)展、數(shù)據(jù)的加密。STA模式即為客戶端模式，所有設(shè)備之間都可進(jìn)行通信，其優(yōu)點(diǎn)在于通信時的靈活性和便捷性。綜合以上考慮，由于在本系統(tǒng)中更加看重通信的保密性以及擴(kuò)展性，所以選擇AP模式來進(jìn)行通信。

在Wi-Fi模塊傳輸協(xié)議中，主要分為TCP和UDP兩種，其區(qū)別見表1[5]：

表1 TCP與UDP的區(qū)別

因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中對數(shù)據(jù)傳輸規(guī)模和可靠性提出了更高的要求，故而選擇TCP協(xié)議來作為Wi-Fi模塊的傳輸協(xié)議。

串口轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊的工作方式選擇流程如圖2所示[6]。

圖2 串口轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊的工作方式

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如圖3所示。首先，建立一個AP，相當(dāng)于建立一個通信中轉(zhuǎn)站，使得數(shù)據(jù)在無線局域網(wǎng)中可以進(jìn)行順利的通信。在設(shè)備端，擁有一個上位機(jī)是使網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的一點(diǎn)，即需要通過在上位機(jī)進(jìn)行編程，使得android的移動終端能夠順利地進(jìn)入無線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而控制設(shè)備并進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。在客戶端，即android終端，也需要通過編程來確保通信的進(jìn)行。

圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

由于近年來對通信設(shè)備通信時保密要求較高，所以在本系統(tǒng)中采取了以下幾種保密措施：

（1）采用相同的SSID確保加入同一網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備即為所需設(shè)備，來加強(qiáng)保密性。

（2）采用靜態(tài)IP地址來防止他人修改終端數(shù)據(jù)，也禁止了其他終端隨意接入與網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶或設(shè)備進(jìn)行通信。

（3）采用WPA2-PSK（AES）方法進(jìn)行加密，雖然存在WPAPSK（TKIP）+WPA2-PSK（AES）這種更強(qiáng)力的加密方法，但是出于兼容性的考慮，還是需要采用WPA2-PSK（AES）方法進(jìn)行加密使移動終端接入指定的無線局域網(wǎng)變的更加困難。

4 網(wǎng)絡(luò)搭建實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)以上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可以分以下幾個步驟來完成。首先，由于短波通信設(shè)備快速自動測試儀的硬件需求，必須要采用一個雙串口RS232轉(zhuǎn)Wi-Fi的模塊來進(jìn)行串口數(shù)據(jù)的處理，以方便建立無線局域網(wǎng)來傳輸數(shù)據(jù)。第二，必須建立一個AP來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，由于系統(tǒng)的需求，其中在系統(tǒng)中AP只需采用路由器進(jìn)行配置即可。路由器設(shè)置，多是通過網(wǎng)頁來進(jìn)行設(shè)置，第一次使用需要通過網(wǎng)線與路由器連接，[7]首先我們需要在瀏覽器中輸入路由器上的標(biāo)明或說明書中找到默認(rèn)的IP地址，這就要求我們在通過網(wǎng)頁設(shè)置路由器時，與路由器連接的設(shè)備的IP地址，必須設(shè)置成與路由器在同一網(wǎng)關(guān)中，特別是因?yàn)樾枰捎渺o態(tài)IP的連接方式，所以需要特別注意SSID和DNS的設(shè)置，才能使設(shè)備都處于同一無線局域網(wǎng)中。第三，在已安裝Android系統(tǒng)的移動終端中需要安裝已編譯的程序來進(jìn)行相互的通信。[8]根據(jù)以上幾個步驟操作，相較傳統(tǒng)的短波通信設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控自動監(jiān)測系統(tǒng)具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以流暢地?zé)o阻礙地進(jìn)行設(shè)備與終端的無線通信。

（2）經(jīng)過分析，根據(jù)AP的不同，傳輸?shù)木嚯x可從30m－100m不等，滿足了對于遠(yuǎn)程控制設(shè)備距離上的要求。需要注意的是，如果無線設(shè)備的信號過強(qiáng)，那么其安全保密性也將隨之下降，可以根據(jù)自身對于傳輸距離以及安全性的要求來進(jìn)行進(jìn)一步的選擇。

（3）故障定位容易?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)物理故障，尤其是由于線路連接不良而造成的網(wǎng)絡(luò)中斷，通常很難查明，而且檢修線路需要付出很大的代價。[9]而經(jīng)過改良的方案則很容易定位故障，只需更換故障設(shè)備即可恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接。

（4）易于擴(kuò)展。由于無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，無線網(wǎng)絡(luò)可以迅速的擴(kuò)展多個其他的無線局域網(wǎng)，并且在節(jié)點(diǎn)之間，可以實(shí)現(xiàn)“漫游”的功能，迅速地連接各個無線終端和設(shè)備。

5 Android客戶端的實(shí)現(xiàn)

在Android系統(tǒng)中主要采用使用Connectivity Manager方法來控制網(wǎng)絡(luò)無線電，在Connectivity Manager中讀取和寫入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)訪問權(quán)限的方法主要有兩種分別是：

通過對Connectivity Manager方法的了解，可以知道無線模塊在Android系統(tǒng)中的處理流程主要是通過Socket來進(jìn)行傳輸，其具體流程如圖4所示。

圖4 無線模塊在Android系統(tǒng)中的處理流程

由無線模塊在Android系統(tǒng)中的處理流程圖可知，在Android終端主要是通過使用Wi-Fi Manager來讀取和寫入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)訪問權(quán)限，其代碼分別是

當(dāng)建立了一個活動的Wi-Fi連接之后就可使用Wi-Fi Manager的getConnectionInfo方法找出連接的狀態(tài)信息，其中包含當(dāng)前接入點(diǎn)的SSID、BSSID、Mac地址、IP地址，以及當(dāng)前的鏈路速度和信號強(qiáng)度。[10]通過此種Wi-Fi的連接方式即可實(shí)現(xiàn)與短波通信設(shè)備自動監(jiān)測系統(tǒng)之間的通信，進(jìn)而對短波通行設(shè)備進(jìn)行檢測和故障的診斷。

6 結(jié)語

本文簡要介紹了一種短波通信設(shè)備自動監(jiān)測系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案，包括了硬件設(shè)計(jì)方案、串口轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊的工作方式、無線局域網(wǎng)絡(luò)的布局和具體實(shí)施方法和在Android客戶端的實(shí)現(xiàn)方法。與傳統(tǒng)的短波通信設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控自動監(jiān)測系統(tǒng)相比，本方案具有更大的優(yōu)勢和前景。

[1]張亞杰．基于Android平臺的移動終端應(yīng)用程序的研究與開發(fā)[D]．鄭州:鄭州大學(xué),2013．

[2]朱流泉．船用內(nèi)通系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究[D]．哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2008．

[3]趙冬．無線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]．煤,2009,5:33-34．

[4]隋曉明．高校無線局域網(wǎng)應(yīng)用淺析[J]．電子制作,2013,5:6-7

[5]鐘海軍．淺談無線局域網(wǎng)與藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)略[J]．城市建設(shè)理論研究,2013,36．

[6]張海虹．無線局域網(wǎng)WLAN的原理與應(yīng)用[J]．大江周刊(論壇),2011,6．

[7]范洪濤．無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r[J]．黑龍江科技信息,2016,36:152-152．

[8]黃繼永．淺談智能配網(wǎng)建設(shè)方案及成效[J]．電子世界,2013,10．

[9]劉波．基于Android終端和RDP的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[J]．電子制作,2015,10．

[10]余杰．基于IEEE 11073標(biāo)準(zhǔn)的居家健康系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．電子科技大學(xué),2015．

Design and Realization of Remote Monitoring System for Automatic Monitoring System of Shortwave Communication Equipment

Pei Li；Chen Bin
（Navy University Engineering，430000，Wuhan，China）

With the popularization of android system and the promotion of wireless Internet，mobile terminal control and communication of communication equipment has attracted more and more attention.At the same time，due to the miniaturization of communication equipment，simplif i cation and transmission distance of the remote management requirements become increasingly high，in this area of research has not yet in-depth study.Therefore，this paper designs a remote monitoring system for remote monitoring of shortwave communication equipment.

Android；shortwave communication equipment；remote monitoring