设计与实现基于CDMA的远程监控和控制系统

设计与实现基于CDMA的远程监控和

控制系统

设计与实现基于CDMA的远程监控和控制系统摘要：本文介绍了设计和实现基于CDMA 1X技术的远程监控和控制系统。如今的CDMA 1X系统增加了一系列设备构建了分组数据包网络，并提供高速数据分组服务。分组网络提供两种互联网接口：简单IP和移动IP地址。本文采用移动IP技术接入互联网。该无线监控系统是一个利用无线通信技术的数据采集系统。传感器节点获取传感器的数据类型不同，配有中央服务器的网络设备接入互联网，经过分散在数百个传感器节点的无线频道收集了传感器传输的业务数据。该系统适用于许多工厂自动化系统类型的应用，如工业和医疗远程监控系统，安全系统，以及远程抄表系统。另外，它已在海上油田领域付诸实践。在监察系统的实际应用，信息经过无线网络传输，包括工作条件等参数，油压，电池电压，内存容量，时钟及其它。本文介绍了硬件结构和软件系统结构，并分析了误码率。结果表明，该系统能满足实际要求。

关键词：CDMA 1X技术，互联网接入，移动IP，传感器节点，误码率

1．引言

在过去几年内，因为她比传统有线技术的优势。无线网络技术引起了人们的注意。大部分的常规监测系统使用的是有线技术。有线网络比无线网络总是更快、更便宜。一但连接好，很少

有东西能够干扰到一个有线连接。有线网络有很多形式，例如RS485和以太网[1]。但无线技术不是简单把一些常规监测设备安装在一定的条件艰苦的地方，如因公海上或山。另外，无线网络能够扩大规模和功能。接入点能够添加和随意的升级。无线网络能够是一个小的系统和随需求变化的规模和复杂性[2]。近年来，中国经济的持续增加，生活和石油工业的需求，导致了对控制监测石油系统的要求更高。许多研究人员和管理人员需要一个系统，能够自动测量所需的传感器的信息和经过无线网络给研究中心服务器提供信息。该传感器节点将传感器信息发送到中央服务器。同时，中央服务器控制传输参数的传感器节点。一些实时远程监控系统采用RF（射频）模块[3][4]。可是，射频模块也有一些问题如的射频通信领域小，消费功率大的特点，噪声鲁棒性低，干扰其它射频模块和有限的通信频带。另一方面，这些PC（个人通信服务）使用CDMA技术能够提供各种服务，无限的通信覆盖范围，并消耗更少的电力。它可能不会受到噪音的影响。更重要的是，它保证通信的安全，因为传输的数据进行加密[5]。基于观测设备的各种无线通信，提出了一种基于CDMA的实时远程监控和控制系统，测量海上石油领域的石油压力数据。设想的系统基本上是由两部分组成。一个是传感器节点能够发送中心服务器油压数据和接收来自中央服务器命令。另一个是中央服务器，能够发送所需的命令到传感器节点和接收从传感器节点发送的数据。中央服务器是接入互联网的计算机网络设备。计算机和传感器节点

组成一个微型集的RISC精简指令控制器，一个CDMA知识产权调制解调器和多个传感器。在传感器节点上，外设的微控制器，采集并存储了来自各种传感器的石油压力数据，这些数据传输到中央服务器。这篇论文的结构如下。在第二节，简要概述了无线监测系统，在第三节详细阐述了硬件结构，以及实现目标系统所采取的措施。在第四节，提出了无线通信的实现方法，结果和结论分别在第五和第六节。

2. 基于CDMA的无线监控系统

无线监控系统是一个利用无线通信技术数据采集系统。中央服务器经过分散的数百个传感器节点由一个无线通道收集传感器传感器数据。该系统可用于诸如医药对许多领域，资产跟踪，测量，工厂自动化，空调，安全，煤矿和油井。图1所示，该远程监控和控制系统技术基于CDMA 1X。无线监控系统包括一个单一的中央服务器和大量的传感器节点。中央服务器收集由传感器节点传输和发送控制传感器节点数据，而传感器节点发送经过传感器测量的数据到中心服务器。传感器节点能够获取和存储多种类型的传感器的数据，例如湿度，压力，温度等。接收到的数据都存储在中央服务器数据库。服务器数据库的测量数据能够作为观察员经过局域网或互联网远程监控监测。

图1、无线监控网络原理图

3．CDMA 1X技术

CDMA（多址分码）是用于扩频系统。在中国，经过阶段一，二，三网络建设的CDMA网络，是世界上最大的CDMA 1X可能应运而生。它提供多种服务，包括语音和用户数据，提供高达153.6k bps的数据，因此处在2.5G网络领先的位置。它具有良好的无线通道利用率，在高基点（一般达80 -100K的速度）并能提供稳定的移动数据通道[6]。相比与GPRS（通用分组无线业务）网络，CDMA 1X网络具有更高的存取速度[7]。如今的CDMA 1X系统设备增加了网络分组数据包，提供高速分组数据服务。分组网络能够提供两种互联网接入：简单IP和移动IP。在简单的IP网络接入，数据包核心组成是PDSN和AAA服务。PDSN（分组数据业务

节点）设备作为一个网络门户接入无线网络和互联网。它能够管理用户身份，向用户提供数据，为用户分配移动的动态IP地址，产生计费记录等[8]。AAA级（认证，授权和会计）服务器采用的RADIUS（远程认证拨号用户服务）协议执行功能，主要是身份验证，授权和计算[9]。在移动IP网络下，分组核心组成包括PDSN、HA和AAA服务器。HA（家乡代理）作为家乡代理与移动IP技术相类似。它可能会分配家庭移动用户的IP地址，经过手机注册的隧道技术发送数据包到足总杯（国外代理商），维护和管理捆绑的移动用户的记录。PDSN实现移动IP技术的外国代理职能。它采用移动IP隧道技术向用户发送数据，用户向HA负责转发去封装的移动数据。AAA服务器实现认证，授权和计算移动用户，相对于较简单的IP，移动IP能够服务更多的移动用户和无线数据服务的质量更高，因为它能够提供被叫方切换服务PDSNs等功能，还有强大的认证，等等[10] [11]。本文采用移动IP技术进行互联网接入。

3.1网络拓扑

在网络中，拓扑结构是指连接在网络上长期的设备布局。网络拓扑结构分为以下基本类型：总线，环形，星，树和网状。在总线拓扑中，所有节点都连接在一个总线。在环形拓扑结构，每个节点都恰好有两个分支机构连接到它。在星型拓扑，周边节点连接到一个中央节点，它聚集所有传输节点收到任何外设到网络上的外围节点，包括起始节点。