朱蓬勃

（中興通訊股份有限公司，陜西 西安 710114）

1 無線通信在遠程系統(tǒng)中的發(fā)展和現(xiàn)狀

通信技術(shù)對測量系統(tǒng)的實時性和有效性具有重要影響。隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇樵絹碓蕉?，這些新技術(shù)在很大程度上推動了無線測量的發(fā)展。無線通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于遠程測量中，主要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚、設(shè)備、安防等場景的遠距離監(jiān)測和采集，從而及時了解農(nóng)作物的生長狀況。早期遠程測量系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀的美國，采用的是控制網(wǎng)絡(luò)和有限傳感器結(jié)合的方式。目前，遠程測量系統(tǒng)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)，通過家庭網(wǎng)絡(luò)形成智能家居系統(tǒng)，發(fā)揮安防和便利生活的作用，同時廣泛應(yīng)用于樓宇對講等領(lǐng)域。應(yīng)用遠程測量監(jiān)測設(shè)備，可以避免損失，防范損壞。遠程監(jiān)測利用因特網(wǎng)和攝像頭等實時監(jiān)控設(shè)備、采集數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)備的遠程測量和監(jiān)測建立在工業(yè)發(fā)展的背景下，由于部分設(shè)備所運轉(zhuǎn)的環(huán)境惡劣，人員難以進入，無法通過人工的方式實時掌握設(shè)備狀況，因此形成了可以應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的測量系統(tǒng)[1]。遠程測量系統(tǒng)降低了工業(yè)成本，提高了設(shè)備的可靠性和效率。以無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)的遠程測量，相比于傳統(tǒng)的有線測量系統(tǒng)，具有安裝靈活、安裝成本低的特點，實際運用過程中，無線測量系統(tǒng)能根據(jù)具體情況進行相應(yīng)擴展。擴展能力讓無線測量系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種應(yīng)用場景，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的實際數(shù)據(jù)測量和現(xiàn)場情況監(jiān)測，對提高社會生產(chǎn)效率具有積極意義。同時，無線測量系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用會從另一方面促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，從而使無線測量系統(tǒng)逐漸成為人們生活中不可或缺的部分。

2 測量系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)的比較

遠程測量系統(tǒng)可以將工作現(xiàn)場的圖文聲像等數(shù)據(jù)急性采集，通過網(wǎng)絡(luò)途徑傳輸給專業(yè)人員，經(jīng)專業(yè)人員匯總研究數(shù)據(jù)之后，遠程傳達到工作現(xiàn)場的系統(tǒng)。遠程測量系統(tǒng)包括兩大部分，即采集端和遠程測量系統(tǒng)。采集端包括傳感器和無線模塊，運行過程中，采集端可以將采集到的實際信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，利用無線方式與計算機相連，將傳感數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控計算機，監(jiān)控計算機將接收到的信息發(fā)送到分析端，形成無線遠程測量系統(tǒng)。本地測量系統(tǒng)中，需要借助無線模塊傳輸傳感器采集到的數(shù)據(jù)，無線模塊還具有接收指令完成反饋的功能。遠程測量端涵蓋的內(nèi)容有現(xiàn)場工程師和GPRS模塊等。遠程測量端的主要功能是評估數(shù)據(jù)，處理和診斷現(xiàn)場情況，形成數(shù)據(jù)結(jié)果，并將結(jié)果以GPRS模塊發(fā)送到遠端，利用遠端資源結(jié)合現(xiàn)場情況提出解決方案。

測量系統(tǒng)構(gòu)建過程中，傳感器所需要的短距離無線傳輸可以借助藍牙技術(shù)、WiFi技術(shù)、ZigBee技術(shù)實現(xiàn)，這些技術(shù)各有其優(yōu)缺點。WiFi技術(shù)能夠替代有線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)辦公室、建筑物內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，且傳輸速度快，傳輸效率高，能夠?qū)崿F(xiàn)實時傳輸，但WiFi技術(shù)的缺點功耗較高。藍牙技術(shù)的傳輸距離更短，所能覆蓋的區(qū)域有限，僅能實現(xiàn)室內(nèi)等小范圍覆蓋，比WiFi技術(shù)功耗低；藍牙技術(shù)的優(yōu)勢在于組網(wǎng)方便，資源成本消耗低。ZigBee技術(shù)的傳輸距離短，傳輸數(shù)據(jù)量小，覆蓋范圍相對較大，能夠覆蓋居住區(qū)域；ZigBee技術(shù)的優(yōu)點在于功耗低，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，具有良好的擴展性。數(shù)據(jù)短距離傳輸過程中，需要針對實際情況選擇具體技術(shù)，例如WiFi技術(shù)易受到實際環(huán)境，包括地形、墻壁等因素的影響，不適合運用于系統(tǒng)前端；藍牙技術(shù)雖然具有穩(wěn)定、快速、方便等優(yōu)點，且可以替代有線網(wǎng)絡(luò)，但其擴展性差，難以形成傳感器的大規(guī)模組網(wǎng)；ZigBee技術(shù)是眾多短距離傳輸技術(shù)中較為均衡的一項，在網(wǎng)絡(luò)的擴展能力和穩(wěn)定性上具有優(yōu)點，且具有比較廣的覆蓋面積，能夠使測量系統(tǒng)形成大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)[2]。

數(shù)據(jù)的遠距離傳輸需要通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)傳輸，這兩種遠距離通信技術(shù)是數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠距離傳輸?shù)年P(guān)鍵。在其優(yōu)劣勢方面，因特網(wǎng)的應(yīng)用范圍廣泛，能夠覆蓋部分偏遠地區(qū)外的大部分地區(qū)，具有兼容性高、帶寬大、傳輸正確率高的特點。因特網(wǎng)常見帶寬最大可達到100 Mb/s，且具有高帶寬的傳輸能力，GPR傳輸方式無法比擬。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)的帶寬為115～170 kb/s，因此能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小且傳輸過程中誤碼率較高；但是，其優(yōu)勢在于靈活、方便，可以使數(shù)據(jù)傳輸通過GPRS模塊和手機終端實現(xiàn)。GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋率很高，能夠兼容到因特網(wǎng)中，這些特點使GPRS可以在對數(shù)據(jù)誤碼率要求不高的遠程測量系統(tǒng)中應(yīng)用。無線測量系統(tǒng)在以GPRS進行遠距離傳輸?shù)倪^程中，因為GPRS網(wǎng)絡(luò)普遍適用于手機，數(shù)據(jù)的接收終端常為GPRS模塊或手機，所以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換為適用于手機的數(shù)據(jù)；因此，傳輸過程中可以選用MMS作為數(shù)據(jù)載體，從而讓數(shù)據(jù)從測量系統(tǒng)傳輸?shù)绞謾C終端。無線測量系統(tǒng)實際應(yīng)用中，充分發(fā)揮了個各技術(shù)的特點，有效提高了無線測量系統(tǒng)的工作效率，發(fā)揮系統(tǒng)的各項應(yīng)用功能。

3 遠程測量系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 基于GPRS的遠程測量系統(tǒng)優(yōu)勢及構(gòu)建

實際應(yīng)用過程中，相較于其他技術(shù)，基于GPRS的遠程測量系統(tǒng)擁有能夠遠距離傳輸數(shù)據(jù)的能力。GPRS傳輸在GMS網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進行構(gòu)建，覆蓋面積較大，并且具有不依賴于因特網(wǎng)的特點，能夠進入因特網(wǎng)無法進入的環(huán)境。實際應(yīng)用過程中，針對GPRS遠程監(jiān)控的特點，其常應(yīng)用于惡劣環(huán)境，比如采礦和工程車輛中。作業(yè)過程中，GPRS遠程監(jiān)控可以將現(xiàn)場情況和數(shù)據(jù)利用遠程傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸{(diào)度和控制中心，交由后方專業(yè)人員評估、診斷數(shù)據(jù)，達到監(jiān)測的目的。

GPRS遠程測量系統(tǒng)的構(gòu)建方式是系統(tǒng)通過現(xiàn)場的傳感器獲得現(xiàn)場溫度、濕度等數(shù)據(jù)，采用與GSM模塊通信的方式編碼、傳輸數(shù)據(jù)，或者在數(shù)據(jù)采集完成后利用MMS進行傳輸。遠距離傳輸實際應(yīng)用中，具體的傳輸方式有三種。第一，GPRS與因特網(wǎng)結(jié)合的方式，即通過與因特網(wǎng)通信的方式，傳輸獲取到的數(shù)據(jù)和信息；第二，數(shù)據(jù)采集完成后，采用GPRS模塊登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)；第三，采用MMS方式完成數(shù)據(jù)交互。第一種采用GPRS與因特網(wǎng)結(jié)合的方式可以傳輸較大數(shù)據(jù)量，網(wǎng)絡(luò)利用率更高；在IP一直存在的情況下，GPRS網(wǎng)絡(luò)可以直接傳輸數(shù)據(jù)和通信。如果采用MMS的傳輸方式，需要建立撥號連接，通過WAP網(wǎng)關(guān)傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 基于ZigBee的遠程無線測量系統(tǒng)

由于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)具有功耗低、擴展性好的特點，因此在短距離數(shù)據(jù)傳輸方面具有很大優(yōu)勢。ZigBee可以基于其優(yōu)點構(gòu)建大型傳感器網(wǎng)絡(luò)。ZigBee采用與傳感器通信的方式，將現(xiàn)場實際狀況通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送到協(xié)調(diào)器，并將數(shù)據(jù)傳送至后方實現(xiàn)具體的測量工作。構(gòu)建ZigBee無線遠程測量系統(tǒng)，需要利用ZigBee模塊構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，還需要ZigBee與傳感器之間進行數(shù)據(jù)通信，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信兩部分完成具體搭建。無線傳感器是遠程測量系統(tǒng)中最基本的節(jié)點，構(gòu)建無線傳感器測量節(jié)點時，需要保證其處于正常工作狀態(tài)。構(gòu)建過程中，需要選用適合具體工作環(huán)境和符合測量目的的傳感器，確保ZigBee模塊與傳感器之間正確連接，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。

無線測量傳輸過程中，由于測量目的不同，可能會引起傳輸數(shù)據(jù)量大的情況，而數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸量過大會影響網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致系統(tǒng)功耗增加或網(wǎng)絡(luò)阻塞。這一過程中，需要通過建立相應(yīng)的機制進行防范，例如將高頻信號數(shù)據(jù)分割成多個數(shù)據(jù)包，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包，由協(xié)調(diào)器收集數(shù)據(jù)。這個過程中，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟包的情況，則需要對相關(guān)節(jié)點發(fā)送重傳請求，重新發(fā)送數(shù)據(jù)包[3]。此外，可以采取簡化數(shù)據(jù)的方法，通過簡化處理數(shù)據(jù)，利用最基本和最重要的數(shù)據(jù)推測現(xiàn)場狀況。數(shù)據(jù)重傳和數(shù)據(jù)簡化各有其優(yōu)缺點，數(shù)據(jù)重傳需要多次傳輸數(shù)據(jù)，可能會對無線網(wǎng)絡(luò)造成負擔(dān)，而數(shù)據(jù)簡化處理難以保存原始數(shù)據(jù)。針對數(shù)據(jù)傳輸過程中可能面臨的情況，對以ZigBee為基礎(chǔ)的遠程無線測量系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)切分和簡化，可以提高遠程測量系統(tǒng)的整體運營效率。

4 結(jié) 論

無線測量系統(tǒng)在采礦、工業(yè)環(huán)境等場景下，無法進行有線網(wǎng)絡(luò)介入的環(huán)境中。無線測量系統(tǒng)在實際構(gòu)建過程中，需要綜合考慮實際情況，通過合理選用藍牙技術(shù)、WiFi技術(shù)、ZigBee技術(shù)和GPRS等，掌握現(xiàn)場實際情況，對規(guī)避可能發(fā)生的風(fēng)險和解決實際問題具有重要意義。