時(shí)間：2023-03-20 16:13:47
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇無線通訊論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
無線通訊技術(shù)由于是無線接入式，因此具有靈活、快捷、高效的特點(diǎn)，它可以快速的地進(jìn)行數(shù)據(jù)圖像和文字語音的直接傳輸，不受時(shí)間和空間的限制。無線通訊技術(shù)加強(qiáng)了各國的經(jīng)濟(jì)和文化的交流，也方便了人們的生活。無線通訊技術(shù)還有可靠性高，機(jī)動(dòng)性和可用性強(qiáng)的特點(diǎn)。由于無線通訊技術(shù)設(shè)備比較小，并且是通過無線接入的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?，因此不受地震，雷雨等自然?zāi)害的影響，即使在自然災(zāi)害很大的時(shí)候依舊可以保持信息暢通無阻的進(jìn)行，保持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。但是，無線通訊技術(shù)也有自己的缺點(diǎn)，比如信息的保密性較差，安全度不高的特點(diǎn)，因?yàn)槭菬o線的傳輸，因此無線網(wǎng)絡(luò)在傳輸信息的過程中很容易導(dǎo)致信息的泄露和信息攔截，因此在安全性上比較差。
2無線通訊技術(shù)的創(chuàng)新
2.1WirelessHART技術(shù)
WirelessHART技術(shù)運(yùn)用的是網(wǎng)格狀的組織網(wǎng)絡(luò)，這樣每一臺(tái)設(shè)備都可以作為無線路由器來使用，它的功率更低，對于無線的傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)越多，網(wǎng)絡(luò)可覆蓋的范圍越廣，距離越遠(yuǎn)。而對于WirelessHART的頻率為2.4GHz~2.4835GHz，這是國際通信聯(lián)盟開放給工業(yè)、醫(yī)學(xué)和科學(xué)三個(gè)主要機(jī)構(gòu)使用的免費(fèi)頻段，因此WirelessHART技術(shù)不會(huì)對其他的通訊造成干擾。另外，在環(huán)保方面，WirelessHART技術(shù)的無線設(shè)備是微功率短距離的設(shè)備，這對于用戶所擔(dān)憂的網(wǎng)絡(luò)功率就不論無線通訊技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用文/陳浩 孟夏無線通訊技術(shù)具有覆蓋面積廣、信息傳遞快、不受自然災(zāi)害的限制等特點(diǎn)，它是我們時(shí)代和科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物。無線通訊近些年也在不斷的創(chuàng)新，和廣泛的應(yīng)用到我們的生活中來。這篇文章就是針對無線通訊技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的討論。摘要是問題了，不會(huì)對工作人員造成不良影響，它的發(fā)射功率為10MW，比手機(jī)使用的峰值還低。
2.23G和4G網(wǎng)絡(luò)
目前在我國3G技術(shù)日漸成熟，TD-SCDMA、CDMA2000和WCDMA作為我國研發(fā)的3G無線通訊技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，3G信號(hào)覆蓋面積廣，對于數(shù)據(jù)的傳輸快速，并且能支持語音信號(hào)和數(shù)據(jù)的傳輸和切換，這些3G技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成世界的主流，目前3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)非常成熟，wcdma的技術(shù)的版本不斷升級。目前，又出現(xiàn)了更高的覆蓋率和通訊的技術(shù)，4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，目前4G技術(shù)還在剛剛起步的階段，它更加的低成本，并且沒有距離限制，這是對于3G的傳輸上的一些缺點(diǎn)和弊端做了一些調(diào)整和升級的網(wǎng)絡(luò)傳輸，它更加的快捷，方便，數(shù)據(jù)傳輸量更大。3G和4G的優(yōu)勢越來越明顯。
2.3WLAN網(wǎng)絡(luò)
WLAN技術(shù)作為寬帶的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到生活中，這種寬帶無線式接入技術(shù)使網(wǎng)速更快、更靈活，它采用與商業(yè)一樣的2.4GHz的波段。目前，WLAN寬帶已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到辦公室，家庭網(wǎng)絡(luò)中。但是WLAN寬帶的無線距離傳輸受到限制，只能在比較小的空間內(nèi)才能接收到信號(hào)，傳輸數(shù)據(jù)，因此還沒有被運(yùn)用到更廣泛的領(lǐng)域中。
2.4UWB技術(shù)
UWB技術(shù)是一種超寬帶無線通訊技術(shù)，它是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此它的頻譜范圍非常廣。它基本上是在3.1～10.6GHz頻段中占用500MHz以上的寬帶，因此它的功率很低，發(fā)射和接收數(shù)據(jù)比較簡單，發(fā)射信號(hào)的功率譜密度低，定位精度高。因此UWB技術(shù)更適合運(yùn)用在室內(nèi)等密集多徑的場所，它能夠穿透墻壁，地面，身體系統(tǒng)，對于個(gè)人娛樂的局網(wǎng)是最具特色的無線通訊設(shè)施。
3無線通訊技術(shù)的應(yīng)用
3.1工業(yè)中的運(yùn)用
在工業(yè)生產(chǎn)中，無線通訊設(shè)備也在廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著巨大的作用。其中比較運(yùn)廣泛的是，無線短程網(wǎng)和無線局域網(wǎng)。無線短程網(wǎng)功耗低，工作周期比較短，使收發(fā)信息的功耗降低，采用休眠模式。并且它數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，同時(shí)預(yù)留了需要固定寬帶的的專用空隙，避免了在信息傳輸過程中的碰撞和干擾。無線短程網(wǎng)還具有時(shí)延小的特點(diǎn)，無論是在休眠狀態(tài)還是在激活狀態(tài)下的時(shí)延都很短。另外，它還具有兼容性，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)作建立自己的網(wǎng)絡(luò)圈，加強(qiáng)課信息傳遞的可靠性。在工業(yè)中還經(jīng)常用到的是無線局域網(wǎng)，它在工業(yè)發(fā)展上起著越來越大的作用。因?yàn)樵诠I(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有很多的感應(yīng)器、PLC、計(jì)算機(jī)、讀卡器等等，這些設(shè)備的連接和信息傳輸都需要有一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)備提供的通信接口通常是RS-232或RS-485，無線局域網(wǎng)將這些接口的設(shè)備都連接到一起，利用網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)互相轉(zhuǎn)換，這樣就使工業(yè)設(shè)備的通訊能力不斷加強(qiáng)，還大大提高了信息處理能力，并且無線局域網(wǎng)覆蓋廣，這在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，起著重要的作用。對安全防御管理、電信、光纖、生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化都有很多的應(yīng)用。
3.2生活中的運(yùn)用
無線通許科技現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到我們的生活中了。從之前的紅外和藍(lán)牙開始，已經(jīng)被我們的手機(jī)、電腦、文曲星等很多的電子產(chǎn)品應(yīng)用到生活中，我們可以通過無線通訊設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)、圖片、音頻、視頻，這不僅方便了我們的生活，也提高了我們的生活質(zhì)量。隨著科技的不斷發(fā)展，通訊技術(shù)也在不斷發(fā)展，從過去有線的網(wǎng)絡(luò)，到現(xiàn)在WLAN已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于我們的家庭、辦公室、娛樂場所和公共場合，人們隨時(shí)隨地都能通過無線網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)。另外，GPS等系統(tǒng)也在不斷的豐富我們的生活，在開車的時(shí)候我們可以通過GPS定位，尋找路線，搜附近的美食、找公交站點(diǎn)等等，這些無線通訊技術(shù)已經(jīng)不斷地影響我們的生活，并使我們的生活質(zhì)量不斷提高。
4總結(jié)
2常用的無線通訊技術(shù)
目前在油田現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺(tái)、擴(kuò)頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術(shù)等。
其中GPRS和CDMA技術(shù)中國移動(dòng)和中國聯(lián)通公司的主營數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)傳輸方面有著很強(qiáng)的優(yōu)勢，即信號(hào)覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產(chǎn)區(qū)域基本完全覆蓋。但由于海上油田地理位置特殊，遠(yuǎn)離陸地的基站，因此很多海上生產(chǎn)平臺(tái)還無法為GPRS/CDMA信號(hào)完全覆蓋。此外經(jīng)過測試，GPRS的平均速率為20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率為80kbit/s～100kbit/s，可以滿足傳輸小數(shù)據(jù)量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求，但無法滿足大數(shù)據(jù)量的信號(hào)（例如視頻信號(hào)）遠(yuǎn)程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻信號(hào)傳輸?shù)陌咐Ч⒉焕硐搿?/p>
數(shù)字電臺(tái)用于點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的工作環(huán)境，能夠提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，可直接與計(jì)算機(jī)、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實(shí)現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺(tái)的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強(qiáng)、接收靈敏度高等特點(diǎn)。數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)比較成熟，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，一直以來廣泛用于油田的數(shù)據(jù)遙測/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)項(xiàng)目中。但隨著GPRS/CDMA技術(shù)的日漸成熟，相應(yīng)的設(shè)備價(jià)格的降低，使得在很多應(yīng)用場合中數(shù)傳電臺(tái)被GPRS/CDMA所取代。但同時(shí)，數(shù)傳電臺(tái)的相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高帶寬的數(shù)傳電臺(tái)也不斷涌現(xiàn)。結(jié)合數(shù)傳電臺(tái)誤碼率低、信道可靠的特點(diǎn)，數(shù)傳電臺(tái)必將成為海上油田通信技術(shù)應(yīng)用的可靠選擇。
擴(kuò)頻微波和無線網(wǎng)橋技術(shù)是近幾年興起的一門數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。擴(kuò)頻微波最大優(yōu)點(diǎn)在于較強(qiáng)的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，同時(shí)具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面廣等特點(diǎn)，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而無線網(wǎng)橋是無線射頻技術(shù)和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計(jì)。它是一種在鏈路層實(shí)現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可用于固定數(shù)字設(shè)備與其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離（可達(dá)50km）、高速（可達(dá)百M(fèi)bps）無線組網(wǎng)。這兩項(xiàng)技術(shù)都可以用來傳輸對帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號(hào)傳輸業(yè)務(wù)。
例如，對于遠(yuǎn)離陸地且無法進(jìn)行中繼的海上平臺(tái)，通訊鏈路只能通過衛(wèi)星通信和短波通訊。其中衛(wèi)星通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋進(jìn)行的范圍均可進(jìn)行通信。不易受陸地災(zāi)害影響，建設(shè)速度快，易于實(shí)現(xiàn)廣播和多址通信等等優(yōu)點(diǎn)。但其運(yùn)行費(fèi)用相對昂貴，且系統(tǒng)維護(hù)要求高。短波通訊以往只在軍事通信、專業(yè)通信、業(yè)余通信中發(fā)揮著極為重要的作用，因其傳輸速率低、噪聲大，電離層反射天波為主，通常不能穩(wěn)定的使用固定頻率工作等缺點(diǎn)，因此在其他領(lǐng)域已慢慢淡出人們的視線。盡管短波通信存在一些缺陷，但對于海上油田而言，短波通訊作為可靠性高、覆蓋區(qū)域廣的通信方式，用于海上平臺(tái)的緊急通信及小數(shù)據(jù)量傳輸應(yīng)該是一個(gè)比較好的選擇。
3環(huán)境因素對技術(shù)應(yīng)用的影響
偏遠(yuǎn)油區(qū)的環(huán)境因素以以海上油田最為特殊。海上油田除了考慮信道帶寬，傳輸數(shù)率，傳輸距離，發(fā)射功率，天線要求等通信設(shè)備本身的技術(shù)參數(shù)外，在應(yīng)用無線通訊技術(shù)的過程中，還必須全面地考慮海上平特的地理環(huán)境與地理?xiàng)l件對無線通信技術(shù)應(yīng)用的影響。
3.1對信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>
可以通過選取性能好的設(shè)備或應(yīng)用抗干擾措施以減少甚至避免干擾。但無線通信過程中的信號(hào)衰落問題則是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田遠(yuǎn)離陸地，與陸地之間的廣闊的海域、多變的氣候使得在陸上應(yīng)用效果很好的技術(shù)在海上應(yīng)用時(shí)沒有了用武之地。
微波在空間傳播中將受到大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)的影響，導(dǎo)致接受機(jī)接受的電平隨著時(shí)間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現(xiàn)象稱為衰落。從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾類：吸收衰落、雨霧衰落、K型衰落、波導(dǎo)型衰落、閃爍衰落等等。在各種衰落因素中，吸收衰落、雨霧衰落及K型衰落對海上油田的無線通信應(yīng)用影響較大。
3.2對技術(shù)應(yīng)用的影響
各項(xiàng)通信技術(shù)在海上油田應(yīng)用中還存在的另外一個(gè)問題就是其獨(dú)特的現(xiàn)場環(huán)境。海上平臺(tái)一般空間狹小，還要考慮海上多風(fēng)，平臺(tái)最高點(diǎn)一般較低的特點(diǎn)。
首先是對天線安裝的限制。海上微波通信受地形地貌影響，相同的通信距離要求兩端天線的高度更高。對于衛(wèi)星通信、擴(kuò)頻微波、短波通信等天線體積較大的應(yīng)用，由于海上風(fēng)力較大，抗風(fēng)性的要求也使得設(shè)備在小平臺(tái)的安裝變得十分困難。
此外，對于無人值守的平臺(tái)，設(shè)備必須具有高可靠性、可自動(dòng)維護(hù)、參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置等功能。而對于衛(wèi)星通信、短波通信等要求平臺(tái)上配備專業(yè)管理操作人員進(jìn)行設(shè)備的管理維護(hù)，這一特點(diǎn)也為技術(shù)的應(yīng)用帶來一定的限制。
4無線網(wǎng)橋技術(shù)在海上平臺(tái)視頻監(jiān)控中的應(yīng)用
在實(shí)際的現(xiàn)場應(yīng)用中，我們選取了基于5.8G無線網(wǎng)橋設(shè)備進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。測試地點(diǎn)為淺海油井，測試內(nèi)容為4路視頻監(jiān)控圖像的傳輸。該系統(tǒng)具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy5.8G無線網(wǎng)橋建立通信鏈路。在平臺(tái)一側(cè)首先通過視頻服務(wù)器將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為可在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)流，之后由無線網(wǎng)橋?qū)⑿盘?hào)傳輸?shù)疥懙囟恕ｊ懙囟艘粋?cè)通過無線網(wǎng)橋進(jìn)行接收后由視頻監(jiān)控服務(wù)器處理后，對視頻信號(hào)進(jìn)行錄像存儲(chǔ)及Web。相關(guān)用戶可依據(jù)相應(yīng)權(quán)限在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行視頻圖像的瀏覽、錄像等操作。
系統(tǒng)通訊鏈路建立后，可遠(yuǎn)端對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)備維護(hù)方便。監(jiān)控視頻圖像清晰、連貫，滿足監(jiān)控要求。從系統(tǒng)的鏈路冗余可以看出本次測試的應(yīng)用距離已接近5.8G無線網(wǎng)橋技術(shù)在海上應(yīng)用的最遠(yuǎn)距離。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性出發(fā)，在更遠(yuǎn)一些的類似應(yīng)用中應(yīng)謹(jǐn)慎選擇這項(xiàng)技術(shù)。
結(jié)論
無線通信技術(shù)在偏遠(yuǎn)油區(qū)的應(yīng)用已逐漸成為各種監(jiān)控系統(tǒng)的主要鏈路方式。在選取相關(guān)技術(shù)時(shí)除了要考慮包括傳輸距離、信號(hào)帶寬、天線安裝條件、發(fā)射功率、設(shè)備功耗、系統(tǒng)成本等各方面因素外，同時(shí)還要充分考慮環(huán)境對通信的影響。信號(hào)的衰弱會(huì)使很多通信技術(shù)達(dá)不到理論標(biāo)定的距離，因此無法適應(yīng)現(xiàn)場需要。面對大量的數(shù)據(jù)傳輸管理的需求，在選擇無線通信技術(shù)手段方面還應(yīng)統(tǒng)籌計(jì)劃。特別是要對采用技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性等多方面進(jìn)行綜合考慮。
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相關(guān)文獻(xiàn)指出，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)是將接收到的信息在轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編碼，生成新的信息之后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，而相關(guān)信息接收點(diǎn)在已知譯碼算法的情況下對接收到的信息進(jìn)行分析，很快得出經(jīng)過編碼后的信息內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)將來自多個(gè)信號(hào)源的信息在中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼的方法明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的將接收到的信息進(jìn)行原封不動(dòng)的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)，不同點(diǎn)主要體現(xiàn)在其吞吐量的大小上。經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)處理后的信息吞吐量明顯多于傳統(tǒng)的信息吞吐量，這樣可以大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)絡(luò)編碼主要在于解決如何將單源或多源到單點(diǎn)或多點(diǎn)的極限問題，盡可能的充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源，產(chǎn)生最大的信息吞吐量。網(wǎng)絡(luò)編碼主要作用于中繼節(jié)點(diǎn)，可以通過對中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)的處理方法對網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行分類，主要的兩種物理層的網(wǎng)絡(luò)編碼類型為：模擬的網(wǎng)絡(luò)編碼和數(shù)字的網(wǎng)絡(luò)編碼。模擬的網(wǎng)絡(luò)編碼根據(jù)放大轉(zhuǎn)發(fā)型的中繼節(jié)點(diǎn)而來，源節(jié)點(diǎn)的信息互相交會(huì)在兩個(gè)時(shí)隙中完成，在兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)消除干擾后，通過譯碼進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后得到想要的數(shù)據(jù)。數(shù)字的網(wǎng)絡(luò)編碼根據(jù)解碼轉(zhuǎn)發(fā)型的中繼節(jié)點(diǎn)而來，源節(jié)點(diǎn)的信息互相交會(huì)在三個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成，兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)在接到信息后，先消除自干擾，最后進(jìn)行譯碼調(diào)解后得到想要的數(shù)據(jù)。
2.網(wǎng)絡(luò)編碼在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
(1)網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)
用物理層和網(wǎng)絡(luò)層來平衡供需是無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的重要戰(zhàn)略，主要是利用網(wǎng)絡(luò)的編碼技術(shù)對路由算法進(jìn)行優(yōu)化，從而增加無線自組織網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的運(yùn)用增加了無線通信網(wǎng)絡(luò)的成本，并使得無線通信更加復(fù)雜，因此良好的傳輸方案是提高網(wǎng)絡(luò)信息吞吐量和降低無線通信技術(shù)復(fù)雜性的重要因素。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，該作者將通信的鏈路分類為信宿節(jié)點(diǎn)鏈路和中間節(jié)點(diǎn)。由于中間節(jié)點(diǎn)經(jīng)常接收來自各個(gè)信息源的信息，采用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，增加信息的吞吐量，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。信宿節(jié)點(diǎn)處在通信過程的末端，只需要采用傳統(tǒng)的路由策略，降低無線通信技術(shù)的復(fù)雜性，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)成本。
(2)網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)
將網(wǎng)絡(luò)編碼用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，通過將通信節(jié)點(diǎn)資源結(jié)合起來，能夠加強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全性。傳感器的網(wǎng)絡(luò)主要包含的是數(shù)據(jù)，通信節(jié)點(diǎn)通常能夠接受到很多不同的信號(hào)，這樣便可以采用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中主要是在中繼節(jié)點(diǎn)選擇獨(dú)立的編碼系數(shù)，對接收到的信息進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，再將運(yùn)算之后的結(jié)果傳播出來。在信宿節(jié)點(diǎn)上，主要是在知道編碼節(jié)點(diǎn)在線性編碼時(shí)使用的編碼的系數(shù)之后，對需要的信息進(jìn)行解碼，得出想要的數(shù)據(jù)。
(3)網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于認(rèn)知性無線網(wǎng)絡(luò)
在認(rèn)知性無線網(wǎng)絡(luò)中，主要需要注意的問題在于解決主要用戶和次要用戶的無線通信網(wǎng)絡(luò)資源的共享問題。其要求是，在無線通信的過程中，必須要保證在不影響主要用戶的無線網(wǎng)絡(luò)通信性能的前提下，為次要用戶提供最好的通信性能。因此，在認(rèn)知性的無線網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)必須進(jìn)行充分的合作，合理整合信息從而充分提高通信性能，提高通信效率。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)恰好能夠用于協(xié)調(diào)編碼，在認(rèn)知性無線網(wǎng)絡(luò)中，不僅可以增加信息的吞吐量，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，又可以避免干擾主要用戶的通信質(zhì)量，對認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重要作用。
3.結(jié)語
目前普遍使用的無線通訊平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，可移植性差，為了實(shí)現(xiàn)各種無線功能，往往在每個(gè)具體的無線通訊平臺(tái)上都需要實(shí)現(xiàn)各種不同的無線應(yīng)用，應(yīng)用和無線通訊平臺(tái)間的接口十分繁多。因此，深入研究通用的無線通訊平臺(tái)技術(shù)，研制實(shí)用的無線通訊平臺(tái)就具有十分重要的意義。論文深入分析了作為無線通道和無線應(yīng)用間橋梁的無線通訊平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)，闡述了嵌入式無線通訊平臺(tái)的設(shè)計(jì)需求及其體系結(jié)構(gòu)，并參考已有的無線通訊框架和相關(guān)通訊命令，設(shè)計(jì)了 Wireless－Platform 嵌入式無線通訊平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了無線通道和無線應(yīng)用之間的平穩(wěn)和高效通訊，使各種無線應(yīng)用與具體的無線通訊平臺(tái)無關(guān)。
一、 嵌入式無線通訊平臺(tái)的概述
隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣，計(jì)算越來越自由，從一般的手持設(shè)備（如：手機(jī)，PDA 等）到網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（如：路由器、交換機(jī)等）都涉及到嵌入式應(yīng)用，并呈現(xiàn)滲透計(jì)算模式（PervasiveComputing）。各種嵌入式設(shè)備都具有功能專一、針對性強(qiáng)的特點(diǎn)。隨著 Internet 的發(fā)展，Internet 技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切，以手持上網(wǎng)設(shè)備（如：移動(dòng)電話和智能 PDA）為代表的嵌入式信息終端就是這類結(jié)合體，這種手持上網(wǎng)設(shè)備一般都需要使用無線業(yè)務(wù)功能的支持來實(shí)現(xiàn)各種無線業(yè)務(wù)，如：通話，發(fā)送消息和其他操作。手持上網(wǎng)設(shè)備主要是通過無線通訊方式進(jìn)行各種信息交互和傳遞，而無線通訊平臺(tái)正是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。嵌入式系統(tǒng)主要特點(diǎn)之一是多樣性。設(shè)備生產(chǎn)廠商在芯片選擇、無線通訊指令標(biāo)準(zhǔn)、無線業(yè)務(wù)支持和操作系統(tǒng)等會(huì)有許多不同的要求，沒有任何無線通訊平臺(tái)可以滿足所有嵌入式系統(tǒng)的要求。因此無線通訊平臺(tái)各個(gè)模塊也會(huì)根據(jù)不同的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行不同實(shí)現(xiàn)，唯一相同的是無線通訊平臺(tái)提供給各種無線應(yīng)用的抽象接口不會(huì)改變。無線通訊方式具有分散性、多樣性和變異性的特點(diǎn)。軟件開發(fā)過程中必須對無線通訊的特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分，對各種業(yè)務(wù)進(jìn)行更有針對性的設(shè)計(jì)開發(fā)，才能實(shí)現(xiàn)無線通訊平臺(tái)對各種無線應(yīng)用的可拓展。
二、 嵌入式無線通訊平臺(tái)的設(shè)計(jì)
1、體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
由于無線通訊平臺(tái)需要處理的數(shù)據(jù)接口種類比較繁多，無線通訊命令的標(biāo)準(zhǔn)也不同。無線通訊平臺(tái)需支持各個(gè)無線應(yīng)用并行請求，處理無線上報(bào)消息，轉(zhuǎn)發(fā)無線應(yīng)答給無線應(yīng)用，通知無線應(yīng)用處理上報(bào)消息，對無線數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖和無線通信命令處理的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。無線通訊平臺(tái)由三個(gè)邏輯抽象層構(gòu)成：數(shù)據(jù)處理層，服務(wù)處理層和應(yīng)用接口層。無線通訊平臺(tái)總體流程如圖所示：
2、 各應(yīng)用接口的設(shè)計(jì)
query 接口：當(dāng)應(yīng)用需要查詢無線通訊模塊的相關(guān)狀態(tài)等信息的時(shí)候，可以通過 query 接口來進(jìn)行查詢；需要傳遞需要查詢的狀態(tài)的查詢類型，每種無線通訊模塊的狀態(tài)都對應(yīng)一種類型，如：運(yùn)營商號(hào)等；
modify 接口：當(dāng)應(yīng)用需要更改無線通訊模塊的狀態(tài)信息的時(shí)候，可以通過 modify 接口進(jìn)行狀態(tài)更新，參數(shù)包括：更新狀態(tài)的類型和需要更新的值。
add 接口：添加數(shù)據(jù)到 SIM 卡存儲(chǔ)空間中，傳遞參數(shù)包括：位置，存儲(chǔ)空間標(biāo)志，電話號(hào)碼，電話類型和姓名等信息；
update 接口：更新 SIM 卡存儲(chǔ)空間中的數(shù)據(jù)，傳遞參數(shù)包括：位置，存儲(chǔ)空間標(biāo)志，電話號(hào)碼，電話類型和姓名等信息；
remove 接口：刪除 SIM 卡存儲(chǔ)空間中的數(shù)據(jù)，傳遞參數(shù)包括：位置和存儲(chǔ)空間標(biāo)志等；
read 接口：讀 SIM 卡存儲(chǔ)空間中的數(shù)據(jù)，需要傳遞的參數(shù)包括：位置和存儲(chǔ)空間標(biāo)志等；
flush 接口：由于電話本命令實(shí)時(shí)性要求不高，并且數(shù)據(jù)量比較大，因此電話業(yè)務(wù)服務(wù)器中對電話本命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖。當(dāng)命令緩沖區(qū)滿的時(shí)候才執(zhí)行命令，如果需要立即執(zhí)行緩沖區(qū)中的命令，那么需要調(diào)用此接口。需要傳遞的參數(shù)包括：存儲(chǔ)空間標(biāo)志等。
send 接口：發(fā)送短消息請求，傳遞的參數(shù)包括：短消息內(nèi)容和消息標(biāo)志等；
read 接口：讀取 SIM 卡某條短消息請求；
write 接口：往 SIM 卡寫短消息請求，傳遞的參數(shù)包括：短消息內(nèi)容和消息標(biāo)志等；
delete 接口：從 SIM 卡刪除某條短消息請求，傳遞的參數(shù)包括：消息標(biāo)志和需要?jiǎng)h除的短消息位置等。
accept 接收來電：發(fā)送接收來電請求；
dial 撥號(hào)：呼叫當(dāng)前的電話號(hào)碼，傳遞的參數(shù)包括：需要呼叫的電話號(hào)碼；
state 電話狀態(tài)查詢：查尋當(dāng)前電話的狀態(tài)；
hangup 掛斷電話：掛斷當(dāng)前的電話。
hold 保持電話：讓當(dāng)前電話處于保持狀態(tài)。
activate 恢復(fù)電話：讓處于保持狀態(tài)的電話重新恢復(fù)。
join 加入多方會(huì)議。
splitMultiCall 離開多方會(huì)議。
begin：開始 STK 功能。
response：傳遞請求類型。
3、電話業(yè)務(wù)服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)
應(yīng)用注冊。由于無線系統(tǒng)有通知信息和命令結(jié)果返回，應(yīng)用對于通知消息和/令結(jié)果返回的處理是被動(dòng)的，電話業(yè)務(wù)服務(wù)器不能夠喚醒每個(gè)應(yīng)用去處理無線通知消息和命令結(jié)果返回。因此，應(yīng)用需要向電話業(yè)務(wù)服務(wù)器進(jìn)行注冊。
請求操作。應(yīng)用發(fā)送無線操作請求，電話業(yè)務(wù)服務(wù)器根據(jù)請求的唯一標(biāo)志，調(diào)用對應(yīng)的通訊處理模塊接口。
管理通訊通道。由于各個(gè)接口通過向指定的通道發(fā)送消息的方式傳遞數(shù)據(jù)，因此電話業(yè)務(wù)服務(wù)器必須對通訊通道進(jìn)行建立，關(guān)閉和維護(hù)。
管理不同的通訊處理方式隊(duì)列。讓不同的通訊處理方式可以在一個(gè)通訊平臺(tái)中同時(shí)使用，而不會(huì)互相影響。
Wireless Communication Systems
From RF Subsystems to 4G
Enabling Technologies
2010，1024pp
Hardback
ISBN9780521114035
杜克林等著
無線通信系統(tǒng)(Wireless Communication System)也稱為無線電通信系統(tǒng)，是由發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、無線信道三大部分組成的，利用無線電磁波，以實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)即下一代移動(dòng)通訊，是移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)過程中的一個(gè)階段和目標(biāo)，它不僅采用新的無線傳輸技術(shù)提高通信系統(tǒng)的性能，而且與現(xiàn)有的各種有線與無線網(wǎng)絡(luò)相融合；它不僅包含現(xiàn)有的移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且在某些環(huán)境下也可以采用Ad hoc方式進(jìn)行組網(wǎng)，或者采用兩種結(jié)構(gòu)的組合形式，形成蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的兩跳或多跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式。
本書涵蓋了目前以及下一代移動(dòng)通訊與無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有關(guān)鍵技術(shù)，涉及CDMA技術(shù)、OFDM技術(shù)、超寬帶、turbo和LDPC編碼、智能天線、無線Ad Hoc和傳感器網(wǎng)絡(luò)、MIMO和認(rèn)知無線電，為讀者提供了掌握無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的一切知識(shí)。本書共22章，1.無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史、無線系統(tǒng)各部分基礎(chǔ)知識(shí)，以及本書結(jié)構(gòu)等內(nèi)容；2.各種無線通訊發(fā)展概況；3.無線通訊系統(tǒng)中影響頻道和傳播的各種因素；4.蜂窩和多用戶系統(tǒng)的概念與相關(guān)技術(shù)；5.無線通訊系統(tǒng)分集技術(shù)；6.信道估計(jì)、信道均衡、脈沖整形等內(nèi)容；7.各種調(diào)制與解調(diào)技術(shù)；8.擴(kuò)頻通訊原理及具體應(yīng)用；9.正交頻分復(fù)用的相關(guān)知識(shí)，以及正交頻分復(fù)用的具體應(yīng)用；10.天線設(shè)計(jì)原理及基礎(chǔ)；11.射頻與微波子系統(tǒng)的各部分原理分析與電路等內(nèi)容；12.A/D和D/A轉(zhuǎn)換相關(guān)知識(shí)；13.信號(hào)處理的相關(guān)技術(shù)；14.無線通訊系統(tǒng)信息理論相關(guān)基礎(chǔ)；15.信道編碼的基本技術(shù)；16－17.信源編碼中的語音和音頻編碼、圖像和視頻編碼；18－19.兩種多天線系統(tǒng)：智能天線系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)；20.超寬帶通信的相關(guān)知識(shí)；21.認(rèn)知無線電相關(guān)知識(shí)；22.無線自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)。
本書詳細(xì)介紹了射頻子系統(tǒng)及天線的性能、設(shè)計(jì)和選擇方法，使讀者對于無線系統(tǒng)有一個(gè)清晰概覽，也是第一次完整的介紹無線系統(tǒng)中語音編碼器和視頻編碼器的教科書。本書有400副插圖，側(cè)重于實(shí)際和藝術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，而不是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，適合于無線通信領(lǐng)域的研究生和研究人員，以及無線和電信工程師。
杜克林，IEEE高級會(huì)員，1998年在華中科技大學(xué)獲得博士學(xué)位，1998－1999年在中國華為公司從事軟件開發(fā)；1999－2000年在中國電信技術(shù)研究院TDD研發(fā)部移動(dòng)通訊中心從事射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2000到2001年在香港中文大學(xué)微波與通訊實(shí)驗(yàn)室從事項(xiàng)目管理；2001年加盟加拿大Concordia大學(xué)信號(hào)處理與通訊中心，并于2008訪問了香港科技大學(xué)。他的主要研究領(lǐng)域包括信號(hào)處理、無線通信、射頻系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
M. N. S. Swamy是IEEE會(huì)員、英國工程技術(shù)學(xué)會(huì)和加拿大工程信息中心會(huì)員，并獲得許多IEEECAS獎(jiǎng)勵(lì)，包括在1986年GuilleminCauer獎(jiǎng)、2000年教育獎(jiǎng)和50年金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。是加拿大Concordia大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院信號(hào)處理與通訊中心主任；他還是Concordia大學(xué)1977到1993年期間工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院院長。他發(fā)表了大量關(guān)于電路、系統(tǒng)和信號(hào)處理的論文，合作四本書。
杜利東，助理研究員
（中國科學(xué)院電子學(xué)研究所）
論文摘要：隨著油田的開發(fā)，偏遠(yuǎn)油區(qū)的數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控在油田的安全生產(chǎn)、管理中發(fā)揮著重要作用，而無線通訊技術(shù)的應(yīng)用已逐漸成為各種監(jiān)控系統(tǒng)的主要鏈路方式。本文對目前廣泛應(yīng)用的幾種無線通訊技術(shù)的進(jìn)行簡單介紹，分析偏遠(yuǎn)油區(qū)的地理環(huán)境及生產(chǎn)環(huán)境對無線通訊技術(shù)應(yīng)用的影響。并對應(yīng)用無線網(wǎng)橋技術(shù)進(jìn)行的平臺(tái)視頻監(jiān)控項(xiàng)目中的成功應(yīng)用做簡單介紹。
1引言
在油田偏遠(yuǎn)油區(qū)生產(chǎn)過程中，對相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)及油井視頻進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控對偏遠(yuǎn)油井的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。但由于偏遠(yuǎn)油區(qū)裝置遠(yuǎn)離油田總部，應(yīng)用有線的通訊方式，施工困難且周期長、靈活性差。而無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行，成本低，可以根據(jù)現(xiàn)場需求及時(shí)調(diào)整項(xiàng)目方案，靈活性好，系統(tǒng)的功能擴(kuò)展方便，因此特別適合偏遠(yuǎn)油區(qū)對通信鏈路的要求。
2常用的無線通訊技術(shù)
目前在油田現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺(tái)、擴(kuò)頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術(shù)等。
其中GPRS和CDMA技術(shù)中國移動(dòng)和中國聯(lián)通公司的主營數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)傳輸方面有著很強(qiáng)的優(yōu)勢，即信號(hào)覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產(chǎn)區(qū)域基本完全覆蓋。但由于海上油田地理位置特殊，遠(yuǎn)離陸地的基站，因此很多海上生產(chǎn)平臺(tái)還無法為GPRS/CDMA信號(hào)完全覆蓋。此外經(jīng)過測試，GPRS的平均速率為20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率為80kbit/s～100kbit/s，可以滿足傳輸小數(shù)據(jù)量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求，但無法滿足大數(shù)據(jù)量的信號(hào)（例如視頻信號(hào)）遠(yuǎn)程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻信號(hào)傳輸?shù)陌咐Ч⒉焕硐搿?/p>
數(shù)字電臺(tái)用于點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的工作環(huán)境，能夠提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，可直接與計(jì)算機(jī)、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實(shí)現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺(tái)的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強(qiáng)、接收靈敏度高等特點(diǎn)。數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)比較成熟，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，一直以來廣泛用于油田的數(shù)據(jù)遙測/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)項(xiàng)目中。但隨著GPRS/CDMA技術(shù)的日漸成熟，相應(yīng)的設(shè)備價(jià)格的降低，使得在很多應(yīng)用場合中數(shù)傳電臺(tái)被GPRS/CDMA所取代。但同時(shí)，數(shù)傳電臺(tái)的相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高帶寬的數(shù)傳電臺(tái)也不斷涌現(xiàn)。結(jié)合數(shù)傳電臺(tái)誤碼率低、信道可靠的特點(diǎn)，數(shù)傳電臺(tái)必將成為海上油田通信技術(shù)應(yīng)用的可靠選擇。
擴(kuò)頻微波和無線網(wǎng)橋技術(shù)是近幾年興起的一門數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。擴(kuò)頻微波最大優(yōu)點(diǎn)在于較強(qiáng)的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，同時(shí)具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面廣等特點(diǎn)，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而無線網(wǎng)橋是無線射頻技術(shù)和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計(jì)。它是一種在鏈路層實(shí)現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可用于固定數(shù)字設(shè)備與其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離（可達(dá)50km）、高速（可達(dá)百M(fèi)bps）無線組網(wǎng)。這兩項(xiàng)技術(shù)都可以用來傳輸對帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號(hào)傳輸業(yè)務(wù)。
例如，對于遠(yuǎn)離陸地且無法進(jìn)行中繼的海上平臺(tái)，通訊鏈路只能通過衛(wèi)星通信和短波通訊。其中衛(wèi)星通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋進(jìn)行的范圍均可進(jìn)行通信。不易受陸地災(zāi)害影響，建設(shè)速度快，易于實(shí)現(xiàn)廣播和多址通信等等優(yōu)點(diǎn)。但其運(yùn)行費(fèi)用相對昂貴，且系統(tǒng)維護(hù)要求高。短波通訊以往只在軍事通信、專業(yè)通信、業(yè)余通信中發(fā)揮著極為重要的作用，因其傳輸速率低、噪聲大，電離層反射天波為主，通常不能穩(wěn)定的使用固定頻率工作等缺點(diǎn)，因此在其他領(lǐng)域已慢慢淡出人們的視線。盡管短波通信存在一些缺陷，但對于海上油田而言，短波通訊作為可靠性高、覆蓋區(qū)域廣的通信方式，用于海上平臺(tái)的緊急通信及小數(shù)據(jù)量傳輸應(yīng)該是一個(gè)比較好的選擇。
3環(huán)境因素對技術(shù)應(yīng)用的影響
偏遠(yuǎn)油區(qū)的環(huán)境因素以以海上油田最為特殊。海上油田除了考慮信道帶寬，傳輸數(shù)率，傳輸距離，發(fā)射功率，天線要求等通信設(shè)備本身的技術(shù)參數(shù)外，在應(yīng)用無線通訊技術(shù)的過程中，還必須全面地考慮海上平特的地理環(huán)境與地理?xiàng)l件對無線通信技術(shù)應(yīng)用的影響。
3.1對信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>
可以通過選取性能好的設(shè)備或應(yīng)用抗干擾措施以減少甚至避免干擾。但無線通信過程中的信號(hào)衰落問題則是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田遠(yuǎn)離陸地，與陸地之間的廣闊的海域、多變的氣候使得在陸上應(yīng)用效果很好的技術(shù)在海上應(yīng)用時(shí)沒有了用武之地。
微波在空間傳播中將受到大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)的影響，導(dǎo)致接受機(jī)接受的電平隨著時(shí)間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現(xiàn)象稱為衰落。從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾類：吸收衰落、雨霧衰落、K型衰落、波導(dǎo)型衰落、閃爍衰落等等。在各種衰落因素中，吸收衰落、雨霧衰落及K型衰落對海上油田的無線通信應(yīng)用影響較大。
3.2對技術(shù)應(yīng)用的影響
各項(xiàng)通信技術(shù)在海上油田應(yīng)用中還存在的另外一個(gè)問題就是其獨(dú)特的現(xiàn)場環(huán)境。海上平臺(tái)一般空間狹小，還要考慮海上多風(fēng)，平臺(tái)最高點(diǎn)一般較低的特點(diǎn)。
首先是對天線安裝的限制。海上微波通信受地形地貌影響，相同的通信距離要求兩端天線的高度更高。對于衛(wèi)星通信、擴(kuò)頻微波、短波通信等天線體積較大的應(yīng)用，由于海上風(fēng)力較大，抗風(fēng)性的要求也使得設(shè)備在小平臺(tái)的安裝變得十分困難。
此外，對于無人值守的平臺(tái)，設(shè)備必須具有高可靠性、可自動(dòng)維護(hù)、參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置等功能。而對于衛(wèi)星通信、短波通信等要求平臺(tái)上配備專業(yè)管理操作人員進(jìn)行設(shè)備的管理維護(hù)，這一特點(diǎn)也為技術(shù)的應(yīng)用帶來一定的限制。
4無線網(wǎng)橋技術(shù)在海上平臺(tái)視頻監(jiān)控中的應(yīng)用
在實(shí)際的現(xiàn)場應(yīng)用中，我們選取了基于5.8G無線網(wǎng)橋設(shè)備進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。測試地點(diǎn)為淺海油井，測試內(nèi)容為4路視頻監(jiān)控圖像的傳輸。該系統(tǒng)具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy5.8G無線網(wǎng)橋建立通信鏈路。在平臺(tái)一側(cè)首先通過視頻服務(wù)器將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為可在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)流，之后由無線網(wǎng)橋?qū)⑿盘?hào)傳輸?shù)疥懙囟恕ｊ懙囟艘粋?cè)通過無線網(wǎng)橋進(jìn)行接收后由視頻監(jiān)控服務(wù)器處理后，對視頻信號(hào)進(jìn)行錄像存儲(chǔ)及Web。相關(guān)用戶可依據(jù)相應(yīng)權(quán)限在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行視頻圖像的瀏覽、錄像等操作。
系統(tǒng)通訊鏈路建立后，可遠(yuǎn)端對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)備維護(hù)方便。監(jiān)控視頻圖像清晰、連貫，滿足監(jiān)控要求。從系統(tǒng)的鏈路冗余可以看出本次測試的應(yīng)用距離已接近5.8G無線網(wǎng)橋技術(shù)在海上應(yīng)用的最遠(yuǎn)距離。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性出發(fā)，在更遠(yuǎn)一些的類似應(yīng)用中應(yīng)謹(jǐn)慎選擇這項(xiàng)技術(shù)。
[關(guān)鍵詞]ARM7無線傳輸指紋辨識(shí)
中圖分類號(hào):TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1110048-01
一、發(fā)展背景
目前國內(nèi)外的指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)備大多停留在指紋采集器、和一臺(tái)計(jì)算機(jī)的組合水平上,這樣的系統(tǒng)有很多缺陷。針對于目前國內(nèi)存在的一些不足,本項(xiàng)目擬以ARM芯片為核心的藍(lán)牙通訊芯片硬件,以指紋識(shí)別系統(tǒng)為核心的軟件,實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于ARM的無線便攜式指紋辨識(shí)系統(tǒng)平臺(tái),能實(shí)現(xiàn)無線通信傳輸。以此改進(jìn)現(xiàn)有的指紋識(shí)別系統(tǒng),并期望在應(yīng)用方面得到推廣。
二、研究意義
為了解決目前大多指紋識(shí)別系統(tǒng)的攜帶不方便,身份識(shí)別時(shí)間較長,工作效率低,且目前的系統(tǒng)都不具有通信交換功能和信息傳遞的及時(shí)性的缺點(diǎn),有針對性的去設(shè)計(jì)和開發(fā)一種無線通信功能的便攜式指紋識(shí)別系統(tǒng)。
三、創(chuàng)新點(diǎn)
與常見的產(chǎn)品模型相比,有如下優(yōu)點(diǎn):1.便攜式:本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)以ARM9為平臺(tái)的便攜式指紋識(shí)別系統(tǒng),該系統(tǒng)可以方便在室外使用,通過比較存儲(chǔ)器內(nèi)的指紋特征信息與現(xiàn)場采集的指紋信息可以完成身份確認(rèn);2. 速度快:通過相關(guān)人員的指紋能夠馬上確認(rèn)身份,無需與計(jì)算機(jī)相連;3. 實(shí)現(xiàn)了無線通訊的模式:通過單片無線收發(fā)芯片可以完成與機(jī)構(gòu)中心的信息交流。
四、硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括指紋采集、無線通訊、和存儲(chǔ)模塊三個(gè)部分。先利用指紋采集模塊采集指紋圖像,再經(jīng)ARM9模塊進(jìn)行算法處理,把相關(guān)的信息存儲(chǔ)起來,并與存儲(chǔ)模塊的中的指紋比對確認(rèn)身份,并通過無線通訊模塊把相關(guān)信息發(fā)送至信息中心。1.指紋采集指紋采集傳感器采用OV7620,并以I2C總線及DMA的數(shù)據(jù)傳輸方式實(shí)現(xiàn)與CPU的信息交互。當(dāng)nXDREQ1輸出由高電平變得低電平時(shí),傳感器便有數(shù)據(jù)輸出,并且數(shù)據(jù)能夠維持至下一個(gè)同樣的過程的到來。這正好符合44B0的外部DMA請求的單步模式的要求。于是自然就可以采用DMA的方式來讀取數(shù)據(jù)。最終的數(shù)據(jù)讀取是通過片選鎖存器來實(shí)現(xiàn)的。由于DMA的方式不干預(yù)CPU,因此也大大提高了讀取的速度。2.電源管理。電源管理部分采用了1150mAh的LI電,通過DC-DC升壓至5V,再通過LDO給系統(tǒng)所需要的3.3V和2.5V電壓。具體的實(shí)現(xiàn)過程為:電池供電時(shí),開關(guān)S9按下,TEST1點(diǎn)由高變低,Q0導(dǎo)通,NAND網(wǎng)絡(luò)為高,系統(tǒng)開始供電,此時(shí)程序運(yùn)轉(zhuǎn)并給與SHDN引腳高電平信號(hào),促使Q6導(dǎo)通,此時(shí)即使按鍵抬起TEST1點(diǎn)仍為低電平,維持Q0的導(dǎo)通。當(dāng)插上U后,按鍵的按下使得Q4導(dǎo)通,Q0此時(shí)截至,系統(tǒng)由電池供電切換為U供電,其它道理相同。關(guān)機(jī)時(shí)按鍵按。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)圖像的連續(xù)采集以及溫度、濕度、照明亮度等的控制。其中圖像采集是系統(tǒng)的核心,其工作流程如下:(1)默認(rèn)情況下,系統(tǒng)工作在休眠狀態(tài)。(2)工作人員通過PC管理軟件發(fā)送命令開始采集圖像,軟件通過USB接口把命令發(fā)送給藍(lán)牙適配器ARM命令。(3)接收到圖像采集命令后,ARM控制CPLD開始采集圖像數(shù)據(jù)。(4)CPLD把采集到的一幀圖像數(shù)據(jù)寫入一塊SRAM中,把ARM的總線切換到該SRAM上,并通知ARM進(jìn)行壓縮;同時(shí)CPLD往另一塊SRAM中繼續(xù)采集下一幀圖像,便于提高系統(tǒng)的吞吐率。(5)ARM通過藍(lán)牙模塊返回響應(yīng)命令,并返回采集JPEG-LS圖像的頭信息。(6)PC管理軟件發(fā)送命令接收下一行壓縮圖像,ARM壓縮該行原始圖像,并發(fā)送壓縮數(shù)據(jù);如果出錯(cuò),可以重新發(fā)送。重復(fù)本步驟可以獲取整幀壓縮圖像。(7)PC軟件對壓縮圖像解碼并顯示,并提供其他附加功能,如圖像處理、保存等。(8)重復(fù)步驟(2)～(7),獲取下一幀壓縮圖像。由上述流程可以看出,JPEG-LS壓縮以及無線信道傳輸決定整個(gè)系統(tǒng)的圖像傳輸速率。無線傳輸采用藍(lán)牙技術(shù),其標(biāo)稱空中速率為1 Mbps,不易提高;因此,系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是JPEG-LS的編碼效率。3.ARM與藍(lán)牙接口設(shè)計(jì).藍(lán)牙是無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)拈_放式標(biāo)準(zhǔn)。它將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字系統(tǒng),甚至家用電器,采用無線方式連接起來。為了優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),我們采用性價(jià)比高的CSR BC2實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙無線串口。CSRBC2是一款高度整合的模塊級藍(lán)牙芯片,主要包括:基帶控制器、2.4～2.5GHz的數(shù)字智能無線電和程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。通過該模塊,系統(tǒng)可以提供無線標(biāo)準(zhǔn)UART接口,支持多種波特率(如9.6 kbps、19.2 kbps、38.4 kbps、57.6kbps、115.2 1kbps、230.4 kbps、460.8 kbps、92l.6 kbps)。當(dāng)速率為460.8 kbps時(shí),藍(lán)牙芯片能夠正常工作;而在921.6kbps時(shí),會(huì)有很高的誤碼率。
五、軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括固定主程序,管理功能模塊,指紋采集算法模塊,指紋匹配算法模塊,無線通信程序模塊,硬件操作模塊等。以下為各個(gè)模塊所包含的函數(shù):1.指紋采集算法模塊:打開采集儀函數(shù)、關(guān)閉采集儀函數(shù)、設(shè)置參數(shù)函數(shù)、指紋探測函數(shù);2.指紋匹配算法模塊:指紋驗(yàn)證函數(shù)、指紋比對函數(shù);3.無線通訊模塊:協(xié)議層函數(shù)、控制層函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)層函數(shù)、鏈路層函數(shù)、驅(qū)動(dòng)層函數(shù);4.硬件操作模塊:讀寫存儲(chǔ)器函數(shù)、初始化函數(shù)、狀態(tài)讀取函數(shù);5.管理功能模塊:指紋的存儲(chǔ)、刪除、更新函數(shù)。
六、結(jié)語
本系統(tǒng)以ARM為核心,通過藍(lán)牙傳輸,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的無線指紋辨識(shí)功能。本系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)充性,可以使得系統(tǒng)更加微型化。首先,如果采用CSR公司更新的BC3系列芯片,則將融合ARM核以及藍(lán)牙功能,可以更加減小整個(gè)系統(tǒng)的體積。最重要的是,如果發(fā)展自主產(chǎn)權(quán)的指紋識(shí)別芯片,那么以現(xiàn)有的SOPC技術(shù),可以將ARM核、CPLD邏輯門以及藍(lán)牙通信功能集成在一起,形成指紋識(shí)別的集成解決方案,從而使其產(chǎn)業(yè)化成為可能。
基金項(xiàng)目:本文為九江學(xué)院科研課題“《基于ARM7的無線便攜式指紋辨識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》09kj11的研究”研究成果之一
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞：地下鏟運(yùn)機(jī)；超視距遙控；數(shù)據(jù)通訊；軟硬件設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TD422.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（c）-0000-00
1 引言
隨著地下采礦深度的增加，采礦的環(huán)境越來越惡劣，作業(yè)人員的安全問題越來越嚴(yán)峻，應(yīng)對這一現(xiàn)象，超視距遙控采礦、智能采礦技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[1]。
超視距控制LHD作業(yè)時(shí)，車輛的運(yùn)行狀態(tài)和周圍的景象等駕駛信息，通過車上傳感器和攝像頭獲取，經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸回基站，在地面基站控制臺(tái)的顯示器上顯示，駕駛員依據(jù)這些信息進(jìn)行判斷，從而發(fā)出遠(yuǎn)程駕駛指令，使LHD進(jìn)行作業(yè)[2]。
CAT公司開發(fā)出了MineGEMTM系統(tǒng)；Sandvik公司推出了Automine系統(tǒng)；Atlas Copco公司研制出了Scooptram Automation 系統(tǒng)。國內(nèi)在這方面的技術(shù)目前比較落后，還沒有成熟的技術(shù)產(chǎn)品問世，主要在高等院校和研究院進(jìn)行技術(shù)上的研究[3]。
本文以ACY-2A型地下鏟運(yùn)機(jī)為依據(jù)，設(shè)計(jì)加工出了電氣化的模型鏟運(yùn)機(jī)，同時(shí)設(shè)計(jì)出了遠(yuǎn)程控制臺(tái)，通過在實(shí)驗(yàn)場所搭建無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通訊，最終完成了超視距遙控的模擬實(shí)驗(yàn)。
2 系統(tǒng)的組成及工作原理
2.1 系統(tǒng)的整體構(gòu)造
通過設(shè)計(jì)，地下鏟運(yùn)機(jī)超視距遙控系統(tǒng)需要完成以下功能[4]：
（1）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止；（2）照明和喇叭控制；（3）鏟斗的舉升和翻轉(zhuǎn)；（4）車輛急停；（5）車輛的速度、制動(dòng)以及轉(zhuǎn)向控制；（6）車輛工況信息的監(jiān)控：主要有車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫和水位、油位顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)油油溫、液壓系統(tǒng)報(bào)警等。
2.2 系統(tǒng)原理
其原理為：操控者在操控臺(tái)上操控踏板、按鈕、手柄等操控機(jī)構(gòu)，向控制臺(tái)上的控制器發(fā)送操作信號(hào)，控制器采集到控制信號(hào)之后，按照協(xié)議通過RS232發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)將接收到的信號(hào)通過以太網(wǎng)發(fā)送到模型車，模型車接收到信號(hào)之后轉(zhuǎn)換成CAN信號(hào)發(fā)送到執(zhí)行控制器上，從而控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使車輛按要求的車速和路線行駛。模型鏟運(yùn)機(jī)的狀態(tài)參數(shù)和周圍的場景由各種傳感器采集以及前后攝像頭拍攝獲取，模型車經(jīng)過車上的車載電腦接入無線以太網(wǎng)，信號(hào)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳回到操控臺(tái)的上位機(jī)上，從而在上位機(jī)上顯示，為操控者展現(xiàn)真實(shí)的車輛駕駛環(huán)境。
3 硬件的設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)組成
超視距遙控系統(tǒng)的硬件主要有遠(yuǎn)程控制平臺(tái)（包括控制指令的生成傳輸以及人機(jī)交互界面顯示），模型車（包括車載電腦，鉸接角等各類傳感器，攝像頭），以及無線通訊系統(tǒng)。
3.2 遠(yuǎn)程控制平臺(tái)
遠(yuǎn)程控制臺(tái)應(yīng)該能夠生成遙控控制指令并發(fā)送控制指令，設(shè)計(jì)合理的人機(jī)界面顯示狀態(tài)參數(shù)，從而完成遠(yuǎn)程操控。遙控控制指令是由遠(yuǎn)程控制臺(tái)上的模擬量和開關(guān)量兩種信號(hào)元器件形成?？刂茢?shù)據(jù)可變的用模擬量來表示，狀態(tài)明確、無參數(shù)變化的控制指令用開關(guān)量來表示。根據(jù)鏟運(yùn)機(jī)的操控方式，可以將操作指令分為以下四類：
（1）狀態(tài)設(shè)定指令 這是控制車輛行動(dòng)狀態(tài)的控制指令，通過按鈕和旋鈕來實(shí)現(xiàn)；（2）速度控制指令 用來控制車輛速度的指令，通過油門和制動(dòng)踏板來實(shí)現(xiàn)車輛行駛速度的控制；（3）鏟斗作業(yè)指令 鏟運(yùn)機(jī)作業(yè)需要操作鏟斗動(dòng)作，鏟斗有翻轉(zhuǎn)和舉升兩類動(dòng)作，這些指令都是模擬量信號(hào)，通過操作臺(tái)上的右手柄來實(shí)現(xiàn)；（4）轉(zhuǎn)向控制指令 該指令為模擬量信號(hào)，表達(dá)駕駛員轉(zhuǎn)向的意圖，通過左手柄X軸來實(shí)現(xiàn)功能。
3.3 模型車
模型車依據(jù)實(shí)際鏟運(yùn)機(jī)設(shè)計(jì)成鉸接車模型，采用四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。車載電腦采用的是聯(lián)合工控的PPC-3000 車載加固平板電腦，它帶有一路WIFI以太網(wǎng)接口和兩路USB接口。利用以太網(wǎng)接口來接受控制臺(tái)發(fā)送來的控制信號(hào)并傳輸回激光等傳感器采集到的信號(hào)；車上主控制器通過I/O口檢測到各傳感器信號(hào)并通過CAN總線發(fā)送給車載電腦，車載電腦通過主控制器下達(dá)控制信號(hào)，從而控制各執(zhí)行部件的動(dòng)作，這些執(zhí)行部件有四個(gè)輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，車載電氣系統(tǒng)（包括車燈、頂燈、喇叭等設(shè)備）以及液壓系統(tǒng)（鏟斗工作的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及轉(zhuǎn)向推桿電機(jī)）。
3.4 無線通信
無線局域網(wǎng)的功能是實(shí)現(xiàn)車載電腦控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制臺(tái)之間的無線通信，從而實(shí)現(xiàn)鏟運(yùn)機(jī)超視距遙控。無線網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)無線AP（ Access Point） 組成，這些AP的SSID名設(shè)置為一個(gè)，IP為同一個(gè)網(wǎng)段，信道間隔為5。模型車在樓道中行走時(shí)，車載電腦的無線網(wǎng)卡會(huì)掃描AP的信道并自動(dòng)切換到信號(hào)最好的AP，通訊不會(huì)中斷，切換所需時(shí)間為幾毫秒。
4 軟件的設(shè)計(jì)
控制軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控軟件可以分為兩部分，一部分是遠(yuǎn)程控制臺(tái)基于單片機(jī)STM32控制器的程序，這部分是為了采集操作機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)，生成遙控指令，并通過RS232發(fā)送給上位機(jī)；另一部分是無線通訊程序，這是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制端上位機(jī)和車載電腦之間數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。
4.1 單片機(jī)STM32程序
本系統(tǒng)中采用的單片機(jī)的編程語言是C語言，選擇的軟件開發(fā)平臺(tái)是IAR，在設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)中，有六路模擬輸信號(hào)輸入，分別是：控制鏟斗姿態(tài)兩路、控制車輛行駛轉(zhuǎn)向兩路以及控制車速和制動(dòng)兩路；四路開關(guān)量輸入，包括左右手柄兩個(gè)使能輸入信號(hào)、急停信號(hào)以及自動(dòng)/手動(dòng)信號(hào)。根據(jù)輸入的控制信號(hào)，單片機(jī)經(jīng)過處理后將數(shù)據(jù)打包通過RS232發(fā)送出去，每幀共7個(gè)字節(jié)。上位機(jī)收到數(shù)據(jù)之后，如果校驗(yàn)正確，則返回?cái)?shù)據(jù)0x11以表示數(shù)據(jù)傳輸無誤，否則發(fā)送數(shù)據(jù)0x00以表示數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，要求重新發(fā)送。
4.2 無線通訊程序
通過網(wǎng)絡(luò)編程來實(shí)現(xiàn)控制端上位機(jī)和車載電腦之間的通訊，采用C#編程語言，具體實(shí)現(xiàn)是采用基于TCP/IP協(xié)議的Windows Socket。為了保證通訊信息的穩(wěn)定和可靠性，超視距遙控系統(tǒng)采用的是TCP協(xié)議。由于在服務(wù)器端和客戶端兩端，利用Socket套接字傳輸?shù)氖沁B續(xù)的字節(jié)數(shù)據(jù)，通訊雙方并不知道傳輸而來的字節(jié)代表何種含義，因此必須在傳輸層定義自己的通訊協(xié)議，這樣才能使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有意義的信息。
5 實(shí)驗(yàn)
為了檢驗(yàn)超視距系統(tǒng)的控制效果，對模型車進(jìn)行了多次的場地遙控實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)場所為“L”型樓道。通過控制成車輛的啟動(dòng)、加速、恒速、制動(dòng)、換擋和急停。實(shí)驗(yàn)表明，車輛在樓道中能夠以超視距的方式實(shí)現(xiàn)駕駛，斷開重連程序保證了車輛遇到無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好的時(shí)候也能夠進(jìn)行操控。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，該超視距遙控操作系統(tǒng)具有良好的遙控駕駛功能，控制臺(tái)對模型車完全可控，操作簡便，能夠按照設(shè)計(jì)生成正確的遠(yuǎn)程駕駛指令，能夠滿足安全性和可靠性的要求。
6 結(jié)束語
系統(tǒng)依據(jù)實(shí)際鏟運(yùn)機(jī)設(shè)計(jì)出遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)和模型車，通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。該模擬系統(tǒng)和實(shí)際系統(tǒng)的區(qū)別在于被控車輛工作環(huán)境不一樣，實(shí)際鏟運(yùn)機(jī)工作于惡劣的井下，需要考慮通訊的穩(wěn)定性和可靠性，這對于無線網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件的搭建提出了更高的要求。本論文的研究對于實(shí)際超視距遙控技術(shù)具有良好的指導(dǎo)意義。
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