无线通信技术在远程测量的应用

摘要：无线通信技术的发展促进了远程测量系统的发展。运用无线通信技术的远程测量系统，可以在很大程度上弥补传统设备的缺点，从而广泛应用于农业生产、工业生产以及智能家居等各个方面。基于此，主要探讨了以无线通信技术为基础的远程测量的现状和相关技术。

关键词：无线通信技术；远程测量系统；GPRS

1无线通信在远程系统中的发展和现状

通信技术对测量系统的实时性和有效性具有重要影响。随着技术的发展，数据传输的媒介越来越多，这些新技术在很大程度上推动了无线测量的发展。无线通信技术广泛应用于远程测量中，主要实现农业大棚、设备、安防等场景的远距离监测和采集，从而及时了解农作物的生长状况。早期远程测量系统出现于20世纪的美国，采用的是控制网络和有限传感器结合的方式。目前，远程测量系统应用于智能家居系统，通过家庭网络形成智能家居系统，发挥安防和便利生活的作用，同时广泛应用于楼宇对讲等领域。应用远程测量监测设备，可以避免损失，防范损坏。远程监测利用因特网和摄像头等实时监控设备、采集数据，通过网络实时传输数据。设备的远程测量和监测建立在工业发展的背景下，由于部分设备所运转的环境恶劣，人员难以进入，无法通过人工的方式实时掌握设备状况，因此形成了可以应用于工业设备的测量系统[1]。远程测量系统降低了工业成本，提高了设备的可靠性和效率。以无线通信技术为基础的远程测量，相比于传统的有线测量系统，具有安装灵活、安装成本低的特点，实际运用过程中，无线测量系统能根据具体情况进行相应扩展。扩展能力让无线测量系统能够适应各种应用场景，如工业、农业、医疗等领域的实际数据测量和现场情况监测，对提高社会生产效率具有积极意义。同时，无线测量系统的广泛应用会从另一方面促进相关技术的发展，从而使无线测量系统逐渐成为人们生活中不可或缺的部分。

2测量系统总体结构及相关技术的比较

远程测量系统可以将工作现场的图文声像等数据急性采集，通过网络途径传输给专业人员，经专业人员汇总研究数据之后，远程传达到工作现场的系统。远程测量系统包括两大部分，即采集端和远程测量系统。采集端包括传感器和无线模块，运行过程中，采集端可以将采集到的实际信息转化为数字信息，利用无线方式与计算机相连，将传感数据发送到监控计算机，监控计算机将接收到的信息发送到分析端，形成无线远程测量系统。本地测量系统中，需要借助无线模块传输传感器采集到的数据，无线模块还具有接收指令完成反馈的功能。远程测量端涵盖的内容有现场工程师和GPRS模块等。远程测量端的主要功能是评估数据，处理和诊断现场情况，形成数据结果，并将结果以GPRS模块发送到远端，利用远端资源结合现场情况提出解决方案。测量系统构建过程中，传感器所需要的短距离无线传输可以借助蓝牙技术、WiFi技术、ZigBee技术实现，这些技术各有其优缺点。WiFi技术能够替代有线网络，实现办公室、建筑物内的网络覆盖，且传输速度快，传输效率高，能够实现实时传输，但WiFi技术的缺点功耗较高。蓝牙技术的传输距离更短，所能覆盖的区域有限，仅能实现室内等小范围覆盖，比WiFi技术功耗低；蓝牙技术的优势在于组网方便，资源成本消耗低。ZigBee技术的传输距离短，传输数据量小，覆盖范围相对较大，能够覆盖居住区域；ZigBee技术的优点在于功耗低，网络稳定可靠，具有良好的扩展性。数据短距离传输过程中，需要针对实际情况选择具体技术，例如WiFi技术易受到实际环境，包括地形、墙壁等因素的影响，不适合运用于系统前端；蓝牙技术虽然具有稳定、快速、方便等优点，且可以替代有线网络，但其扩展性差，难以形成传感器的大规模组网；ZigBee技术是众多短距离传输技术中较为均衡的一项，在网络的扩展能力和稳定性上具有优点，且具有比较广的覆盖面积，能够使测量系统形成大规模的传感器网络[2]。数据的远距离传输需要通过GPRS网络或因特网传输，这两种远距离通信技术是数据实现远距离传输的关键。在其优劣势方面，因特网的应用范围广泛，能够覆盖部分偏远地区外的大部分地区，具有兼容性高、带宽大、传输正确率高的特点。因特网常见带宽最大可达到100Mb/s，且具有高带宽的传输能力，GPR传输方式无法比拟。由于GPRS网络的带宽为115～170kb/s，因此能够传输的数据量较小且传输过程中误码率较高；但是，其优势在于灵活、方便，可以使数据传输通过GPRS模块和手机终端实现。GPRS网络覆盖率很高，能够兼容到因特网中，这些特点使GPRS可以在对数据误码率要求不高的远程测量系统中应用。无线测量系统在以GPRS进行远距离传输的过程中，因为GPRS网络普遍适用于手机，数据的接收终端常为GPRS模块或手机，所以传输的数据需要转换为适用于手机的数据；因此，传输过程中可以选用MMS作为数据载体，从而让数据从测量系统传输到手机终端。无线测量系统实际应用中，充分发挥了个各技术的特点，有效提高了无线测量系统的工作效率，发挥系统的各项应用功能。

3远程测量系统的实现

3.1基于GPRS的远程测量系统优势及构建。实际应用过程中，相较于其他技术，基于GPRS的远程测量系统拥有能够远距离传输数据的能力。GPRS传输在GMS网络的基础上进行构建，覆盖面积较大，并且具有不依赖于因特网的特点，能够进入因特网无法进入的环境。实际应用过程中，针对GPRS远程监控的特点，其常应用于恶劣环境，比如采矿和工程车辆中。作业过程中，GPRS远程监控可以将现场情况和数据利用远程传输网络传输到调度和控制中心，交由后方专业人员评估、诊断数据，达到监测的目的。GPRS远程测量系统的构建方式是系统通过现场的传感器获得现场温度、湿度等数据，采用与GSM模块通信的方式编码、传输数据，或者在数据采集完成后利用MMS进行传输。远距离传输实际应用中，具体的传输方式有三种。第一，GPRS与因特网结合的方式，即通过与因特网通信的方式，传输获取到的数据和信息；第二，数据采集完成后，采用GPRS模块登录GPRS网络传输数据；第三，采用MMS方式完成数据交互。第一种采用GPRS与因特网结合的方式可以传输较大数据量，网络利用率更高；在IP一直存在的情况下，GPRS网络可以直接传输数据和通信。如果采用MMS的传输方式，需要建立拨号连接，通过WAP网关传输数据。3.2基于ZigBee的远程无线测量系统。由于ZigBee无线网络具有功耗低、扩展性好的特点，因此在短距离数据传输方面具有很大优势。ZigBee可以基于其优点构建大型传感器网络。ZigBee采用与传感器通信的方式，将现场实际状况通过ZigBee网络传送到协调器，并将数据传送至后方实现具体的测量工作。构建ZigBee无线远程测量系统，需要利用ZigBee模块构建传感器网络，还需要ZigBee与传感器之间进行数据通信，通过构建数据采集和数据通信两部分完成具体搭建。无线传感器是远程测量系统中最基本的节点，构建无线传感器测量节点时，需要保证其处于正常工作状态。构建过程中，需要选用适合具体工作环境和符合测量目的的传感器，确保ZigBee模块与传感器之间正确连接，从而实现数据采集和数据传输。无线测量传输过程中，由于测量目的不同，可能会引起传输数据量大的情况，而数据数据传输量过大会影响网络，导致系统功耗增加或网络阻塞。这一过程中，需要通过建立相应的机制进行防范，例如将高频信号数据分割成多个数据包，利用ZigBee网络传输数据包，由协调器收集数据。这个过程中，可能出现数据包丢包的情况，则需要对相关节点发送重传请求，重新发送数据包[3]。此外，可以采取简化数据的方法，通过简化处理数据，利用最基本和最重要的数据推测现场状况。数据重传和数据简化各有其优缺点，数据重传需要多次传输数据，可能会对无线网络造成负担，而数据简化处理难以保存原始数据。针对数据传输过程中可能面临的情况，对以ZigBee为基础的远程无线测量系统进行数据切分和简化，可以提高远程测量系统的整体运营效率。

4结论

无线测量系统在采矿、工业环境等场景下，无法进行有线网络介入的环境中。无线测量系统在实际构建过程中，需要综合考虑实际情况，通过合理选用蓝牙技术、WiFi技术、ZigBee技术和GPRS等，掌握现场实际情况，对规避可能发生的风险和解决实际问题具有重要意义。

参考文献：

[1]孙丽.基于远程测试的无线数据传输技术研究[D].太原：中北大学，2009.

[2]肖天成.无线通信技术在远程测量系统中的应用[D].武汉：华中科技大学，2012.

[3]韩易.远程通讯技术在地铁隧道自动化监测系统中的应用[J].测绘与空间地理信息，2016，39（4）：162-163.

作者:朱蓬勃 单位:中兴通讯股份有限公司