数据通信在远程监控系统中的研究

数据通信在远程监控系统中的研究

张家旭

(中交一公局第七工程有限公司)

摘要：由于数据传输以及数据通信技术的发展，使得监控系统被应用在了各行业各业之中。主要包括了工业生产设备、环境监控、家用电器等等。远程监控其实就是利用现场的设备对现场的各项情况进行实时监控，然后再通过网络将其设备监控到的图像或者是相关数据传输到异地的终端上。远程监控的出现能够进一步减少人力和物力的投入，能够对现场的各项运行数据进行实时掌握，对于发生故障的位置能够及时发现并实行有效控制，体现了一定的智能性。数据传输分为两种方式，即有线传输和无线传输，一般情况下都是采用无线传输的方式进行。基于此，本文将会对GPRS为基础的监控系统以及VOIP为基础的监控系统进行深入分析，探讨其数据通信在其中的运用等问题。

关键词：远程监控；数据通信；GPRS；VOIP技术

引言：目前对于一些地方比较偏远，在进行布线的时候所面临到的困难非常大以及没有人进行值守的现场进行监控以及数据采集和传输的时候大多都会采用一些比较先进的监控系统。这样的监控系统能够减少人力物力的投入，能够对现场的情况进行实时监控，及时发现一些运行过程中的故障，然后采取有效的措施进行应对。在这其中进行数据传输一般会使用到GPRS以及VOIP等技术，这是因为该技术能够对数据进行实时传输，并且运营的成本比较低，网络的覆盖面积也比较大。因此对其进行研究分析就具有一定的必要性以及显示意义。

一、远程监控系统概述

在原先对工作情况进行监控的时候都是需要相关人员亲自去现场之中进行巡查，虽然这样保证了巡查的准确性，但是在这个过程中不光会耗费大量的人力物力以及时间，还增大了工作人员的工作量，使得监控行业的发展受到了一定的限制。后来随着各项科学技术的进步，特别是信息技术的进步，大大的改善了原先的监控模式。具体来说就是现金的监控技术被应用在了监控工作之中，使得其不光能够满足基本的监控工作需要，还将相关工作人员的工作量大大缩减[1]。工作人员需要做的就是在其终端上根据传输回来的图像以及相关的数据进行工作分析以完成监控工作。目前监控技术在使用的过程中得到了不断地完善和发展，在实际进行使用的时候需要将数据传输网络接入到本地的网络之中或者是无线网络之中，最终实现高效率的传输[2]。其中通过数据传输就能够将监控终端所采集到的各项信息输送到监控数据中心去，然后监控中心就能够将传输来的数据进行分析，并且根据相关需要将这些数据进行存档、显示、打印或者是汇总等相关处理，要是数据在进行处理的时候发现异常情况还会进行自动报警，使得出现异常的位置能够得到有效控制[3]。

到目前为止各个领域对于远程监控中数据传输的稳定性提出了更高的要求，因此对于相关设计研究人员来说在进行研究设计时，对其数据通信方面进行的处理应该要根据监控终端具体的分布情况使用质量比较高的设计结构，这样就能够保证监控终端所采集到的数据信息能够在某些信息通道的传输设备之中传输到监控中心的数据通信服务器之中。在这一过程中需要使用效率比较高并且具有一定可靠性的软件将这些收集到的信息进行处理，以保证其远程监控系统能够发挥出它应有的作用。

对于整个监控系统来说，其数据通信的服务器是监控中心和现场进行相互连接的重要桥梁，它能够利用串口和相关的数据通信设备进行连接，能够对现场的一些实时数据进行接收，另外还可以根据相关用户的具体需求将其控制命令以及参数的设置命令传输到现场的设备之中，这样就能够实现基本的调节功能[4]。为了保证数据通信的可靠性，在其通信服务器软件进行设计的时候应该要避免数据让该服务器进行数据的复杂处理，这样能够避免因为服务器自身负担过重使得数据出现丢失的情况，该服务器最好是只进行相关报文的初步处理。

二、以GPRS为基础的监控系统

（一）技术概述

GPRS通信技术是一种无线通信业务，它是在原先的GMS网络之中加入了一些硬件设备，并且在这样的基础上还升级了相关的网络软件，最终形成了一种新型的网络[5]。它主要是适用于一些具有间断性和突发性的数据传输，另外也适应于少量数据以及频繁数据的传播。通过使用该技术能够让客户在移动的状态下就能够对各项高速的数据业务进行使用。

通过上述简图能够发现其数据分组会从其BTS上发送到服务支持节点上，然后其节点就会根据相关协议个网关支持节点进行通信，该节点在接到上述信息之后就会对其数据做出相应的处理，再然后发送到相关的目标网络之中，比如说发送到Internet上或者是X.25网络上。反过来说其Internet中相关的IP包会直接发送到网关支持节点上，然后该节点再发送到服务支持节点上，最终再发送到相关的移动平台之上。

该技术自身具有一定优良的特点，比如说在登录的时候比较快捷、传输速度快、可以永久在线等等。具体来说就是其接入的范围比较广，因为它能够充分利用全国的网络，使得在最低的成本之下更加快速和方便地给用户的终端上接入网络。登录速度快，一般只需要大约两秒钟的时间就能够立马和终端建立起相关的连接。对于永久在线来说其实就是用户能够随时和网络保持一定的联系，就算是不需要数据的传输其终端还是会和网络保持一定的联系，因此给网络访问服务带来了很多的便捷之处。

（二）硬件设计

在进行硬件设计的时候，由于一些技术因素的影响以及相关成本因素的影响，其系统开发的核心内容可以选择Rabbit作为其核心模块，以保证其硬件设计上能够简单灵活，并且投入成本较低。对于这种情况一般其GPRS终端的硬件电路会由两个主要的内容组成，一个是GPRS模块，另外一个就是Rabbit核心模块，其整个系统的原理图主要参考下图2。

图2整体系统原理简图

从系统的情况上来看在对该系统进行设计的时候应该要按照相关的原则进行。主要就是要能够保证可以进行业务的拓展，具体来说就是要包含以下几个模块，即就地控制采集模块、GPRS数据通信模块、远程控制模块以及对于紧急情况处理的模块[5]。其中就地控制采集模块主要操作步骤就是通过现场安装的相关传感器将其现场的温度、热量等具体的信息进行采集，在采集完成之后按照一定的程序进行编码，在该步骤完成之后还要对其A/D的转换进行具体的分析和判断，由此进行具体处理。GPRS数据通信模块则主要是根据目前的移动数据网络进行，将其作为主要的传输媒介，最终能够保证监控现场和主控制中心能够实现通信上的连接，并在此完成数据采集和控制，另外实现信息的传输和交换。其远程控制模块则是可以通过控制中心对其监控现场进行远程控制，主要就是可以对现场的一些设备进行启动或者是暂停操作。紧急情况处理模块则主要是通过相关的操作平台对一些紧急情况进行具体的调节和处理，一般该模块的启动主要是根据监控系统中一些紧急警报进行的。除此之外还包含了监控中心的控制模块，它的作用主要就是能够根据监控现场的一些具体情况对其运行进行调度和管理，最终达到监测控制的目的以及相关数据的处理。

（三）软件设计

一般远程监控中的软件系统基本上都是由驱动程序以及相关的具体应用软件所组成的。一般应用软件所包含的功能应该有数据的收集功能、数据的处理功能、数据的存储功能以及数据的监控功能和管理功能，这有具备这些基本的功能才能够保证可以实现对监控现场的数据处理以及数据传输，然后实现对数据的分析。由于目前各项业务的增长速度不断加快，所以在软件设计上应该要将未来的相关发展需要考虑进去，使其能够具有一定的适应性以及可扩展性，以保证在未来可以为更多的业务提供一定的发展基础；除此之外还应该要能够实现系统的远程更新。针对于此该技术的软件系统应该要包含的模块主要有数据的采集、驱动程序、数据库管理、通信以及远程更新等等。

在对其终端进行研制设计的时候经常会出现很多的问题，不光是存在设计思路山的问题，还包含一些技术上的问题。针对这些问题可以使用不同的方式进行解决。首先应该避免相关的程序不会进入到一个死循环之中。由于其模块并不会对每一个指令进行响应或者是不会在一个特定的时间范围内进行响应，所以在具体运行过程中就会陷入到一个死循环之中，为此在进行终端软件设计的时候应该要在其返回值等待位置加设定时器的控制开关，通过每个指令自身响应时间的不同给其设置出来不同的等待时间[6]。另外还需要保证其终端可以登录上GPRS网络以及网络连接的可靠性。

（四）数据传输

在监控系统中一般都是由数据采集模块进行数据的采集，有线的情况下数据就会从集中器传输到GPRS智能的终端，要是是无线的话就可以通过相关的移动网络将数据传输到监控中心的主机上。这一过程也可以反过来进行，监控中心的相关指令可以发送到数据的采集模板中，以保证其可以对其现场的设备进行远程控制，一般其监控系统大多是由主机和终端机组成的，在进行具体数据传输的时候基本上有多种方式可以进行。

（五）具体应用

GPRS是一项移动通信技术，它的主要功能就是可以将数据进行分组发送以及分组接收，能够给需要进行远程监控的地方提供网络连接，并且具有一定的灵活性和可靠性。从实际情况上能够看出来，GPRSDTU在进行建设的时候其费用以及建设的周期相较于其它的系统具有一定的优势，另外还能够保证运行的成本，使得系统在运行过程中具有一定的稳定性和实时性。除此之外由于GPRS本身包含了其骨干网以及公众移动数据IP网等多个部分，在这其中每一部分内容对于网络的结构以及网络的安全性都有不同的要求，所以在进行实际应用的时候经常会出现一定的安全问题。其中会给其安全性带来影响的因素主要包含了接入方式的安全程度和计算机本身系统的安全程度，以及在具体操作规程上的安全程度。例如，在电力行业中进行应用的时候应该考虑到行业本身具有一定的特殊性，它对监控系统的安全性以及稳定性的要求都非常高，所以就可以使用GPRS专线的方式进行监控。

三、以VOIP技术为基础的监控系统

（一）技术概述

该技术实际就是IP网络电话，它的主要功能就是将语音集成在其协议之中，然后利用语音信号将其语音内容进行重新编码并做压缩处理，将其再转换成为IP数据包，然后能够在IP网络中完成传输工作，最后达到语音通信的主要目的。该技术的使用能够将一些传统企业中的PSTN语音业务和企业中的LAN数据业务相结合在一起，最终保证在一个网络中将语音内容和数据相融合在一起，并完成传递工作。另外该技术还能在原先企业的网络基础上进行改造，最终能够实现增强其LAN网络功能的扩展，将语音呼叫业务进一步丰富；除此之外还能够提升其网络的信息服务并且进一步降低运营的成本，对于传统企业来说它的使用是具有极为重要的现实意义的。

（二）模块及功能设计

由于该技术自身服务范围的限制一般是可以将其系统按照基本的功能进行模块上的划分，具体来说可以划分为语音包处理、协议转换以及控制管理模块，另外还有市话网关处理模块。其中语音包处理模块一般是利用数字信号的处理芯片将其语音内容进行重新编码或者是解码，还能够进行噪声检测，对语音进行回音处理以及打包和拆包上的处理，最终保证可以实现有效的语音通信。

协议转换模块主要是对于一些电话信令中各项信息进行处理并且将其转换成为一种具有特殊性质的、能够和网络进行对应的信令协议，最终可以保证能够达到在交换的网络中进行数据的传输。在这其中一般使用到的协议有SIP协议等内容。另外控制管理模块的主要功能就是对该技术进行配置以及维护，能够给语音管理提供一定的接口服务。

市话网关处理模块的主要功能就是将原先比较传统的电话设备上的一些业务以及来电显示或者是彩铃这些增值业务设置成为电话的信令，这样就能够保证通信设备以及网络协议的相关处理器可以进行协议转变。

（三）网络结构

关于该技术的网络结构一般是可以分为三个主要的内容，分别有中心管理、客户端以及存储。其中中心管理部分主要就是掌管整个网络，是整个网络的核心内容，能够实现对整个网络的控制。在进行网络结构设计的时候，一般包含有用户的注册管理以及一些语音数据上的管理；另外还会包含协议转换以及网络融接等等内容。

（四）具体应用

远程监控系统的应用主要就是能够将语音通信技术和相关的数字通信技术完全结合在一起，它的使用能够使用其通信网络进行运语音上的通信，不光是能够拓展一定的业务，在很多实际的应用中也具有一定的优势。例如，会在原先的网络基础上提供相关的语音增值功能，使得网络的利用率能够被大大提升。

四、结束语

通过以上分析发现其远程监控系统就可以通过本地网络或者是无线网络进行远程连接，然后将相关的监控数据传输到监控中心中进行存档、显示，以及根据相关的实际需求进行打印或者是直接警报。它的使用能够将原先现场比较分散的信息进行远程监控和处理，目前网络技术发展愈发迅速，人们渐渐对于其系统运行的可靠性以及稳定性和安全性提出了更高的要求，因此就要加强其数据通信方式的研究进度，使其能够给远程监控通信提供一定的方案和计划。

参考文献：

[1]王义春.数据通信在远程监控系统中的研究及应用[J].黑龙江科学,2016(3):76-76.

[2]王晓林.基于GPRS的换热站集中供热节能技术的研究[D].天津理工大学,2016.

[3]张艳.移动通信技术在远程数据监控中的应用[J].商品与质量,2016(45).

[4]廖琳琳.远程数据通讯与监控在供热系统中的应用[J].工程技术:全文版,2017(1):00245-00245.

[5]黄椿婷.移动通信技术在远程数据监控中的应用[J].工程技术:引文版,2016(8):00287-00287.

[6]聂茹.基于无线通信的液位远程监控系统[J].微型电脑应用,2016,32(3):67-69.

张家旭，男，1974年12月，本科，高级工程师