无线远程监控控系统的核心技术研究

2 无线通信的设计实现

无线通信的设计相对于监测站而言较简单，有许多现有的产品和通信系统可以利用，重点只是在于从多种实现方式中作出最优的选择。

常用的实现方式有：利用现有的通信网络（GSM/GPRS、CDMA移动网等）和相应的无线通信产品；通过无线收发设备，如无线Modem，无线网桥等专门的无线局域网；利用收发集成芯片在监测站端实现电路板级与监控中心的无线通信。

2.1 利用现有网络实现监测站与监控中心的无线通信

现有的通信网络较多，按业务建网是3G以前通信网络的特点，无线网络也不例外。设计无线远程监控系统可以借用的无线网络主要有：全球数字移动电话系统（GSM）、通用分组无线业务（GPRS）、采用码分多址（CDMA）技术的移动网、蜂窝式数字分组数据（CDPD）系统。

GSM（Globem System for Mobile）是全球最主要的2G标准，能够在低服务成本、低终端成本条件下提供较高的通信质量。就其业务而言，GSM是一个能够提供多种业务的移动ISDN（Integrated Services Digital Network，综合业务数字网络）。

GPRS（General Packet Packet Radio Service）在现有的GSM网络基础上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。它以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，提高了现有的GSM网的数据业务传输速率，最高可达170kb/s。GPRS把分组交换技术引入现有GSM系统，使得移动通信和数据网络合二为一，具有“极速传送”、“永远在线”、“价格实惠”等特点。

CDMA（Code Division Multiple Access）网络采用扩展频谱技术，使用多种分集接收方式，使其具有容量大、通信质量好、保密性高和抗干扰能力强等特点。

CDPD（Cellular Digital Data）无线移动数据通信基于数字分组数据通信技术，以蜂窝移动通信为组网形式，是数据朎与移动通信的结合物。这种通信方式基于TCP/IP，系统结构为开放式，提供同层网络无缝连接和多协议网络服务。CDPD网络具有速度快、数据安全性高等特点，可与公用有线数据网络互联互通，非常适合传输实时、突发性和在线数据。

对使监控中心与监测站间的无线通信能利用现有的网络，对于特定的无线网需用相应的接入设备。这类设备市面上有现成的产品可供选择。接入GSM网络的通信模块有西门子的SIEMENS TC35i，接入GPRS可用西门子的MC35GPRS模块，接入CDMA网络的有华立H110 CDMA模块和AnyDATA公司的CDMA Modem(DTS-800/1800)，遵循CDPD方式的无线调制解调器（Modem）有OmniSky和NovatelMinstrel。

利用现有的网络组建无线远程监控系统，网络连接如图1所示。其中无线接入模块产品一般都提供有RS232作为外通信接口，有些天线是内置的。利用现有的网络覆盖面广和可漫游等特点，使监测站和控制中心的位置不受距离的限制；但由于利用公网，安全性会有所降低。

2.2 通过专用无线收发设备建立无线局域网

这种设计实现方式结构简单，且无须向网络运营商付费；利用专网，安全性高。无线传输以微波作传输媒体，根据调制方式的不同，可分为扩展频谱方式和窄带调制方式两种。扩展频谱方式系统的抗干扰能力和安全性高，对其它电子设备的干扰小。窄带调制方式占用频带少，频带利用率高；通常选择专用频段，需要申请；相邻频道间影响大，通信质量、通信可靠性无法保障。

采用专用无线收发设备建立无线局域网的拓扑结构如图2所示。无线收发设备包括无线Modem和无线网桥等。无线Modem与监测站和控制中心之间采用RS232通信。若采用网桥为网络组建设备，网络拓扑结构将更为灵活，如图3所示。其中在无线网两端的有线网络是可取舍的，可以是以太网、令牌环网或点对点网络等本地局域网。也可以城域网，甚至是因特网，但使用公网时须考虑安全性和费用问题。
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    2.3 利用收发集成芯片在监测站端实现的无线通信

前两种组网方式的一个特点是采用现有的网络系统和产品，无线通信部分不须专门开发，实现较为容易。但由于所购买的产品均是独立器件，使整个系统特别是监测站一端结构复杂、体积庞大，往往在系统推广时会带来不利，且外购产品会增加系统的成本。若能将外购产品的功能与监测站集成在一起，在电路板级实现，将可以避免上述不利因素；但这会增加系统开发的难度，延长研制周期。须权衡利弊，根据项目组的开发实力和系统生命周期作最有利的选择。

采用此方法设计监测站需要实现的部分只是图1、2和3中的无线通信接口（可参看本文的网络版全文）。这部分的硬件实时框图以及处理器、存储器的关系大致如图4所示。各个子模块都有多种芯片可供选择，比如射频前端可用ML2751和RTF6900，实现调制/解调的有ML2722，扩频、解扩可用LD9002DX2和Stel-2000A等。

3 控制中心的设计实现

控制中心的设计相对于监测站的设计开发来讲较为简单，硬件设计少，除了普通微机（或工作站、工控机）外，还需要网络接入设备（若无线通信采用自行设计的模块实现，则须开发专用的无线网卡插入微机主板的预留总线插槽中）。控制中心的设计开发主要集中在应用软件的设计开发上，一般是基于Windows和Unix等常用操作系统的。当前用于此类软件开始、调试的工具较多，且功能强大，给控制中心软件的设计带来便利。

就软件的实现形式而言，一般除了界面模块外，其余各个功能模块均可设计成动态连接库文件（.dll）。人机接口界面模块可以为该无线远程监控系统的实际应用进行定制，以满足用户在界面美观、操作方便等方面的特殊要求。

采用C/C++语言在VC++开发环境下设计这样的系统软件涉及到的技术较多，包括内存管理、网络通信、多线程管理和数据库编程，甚至ActiveX等。