崔平

摘 ?要： 為了提高實驗室安全預(yù)警能力，提出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案。構(gòu)建實驗室安全預(yù)警的無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控節(jié)點部署模型，采用最短路由協(xié)議部署方法進行實驗室安全預(yù)警的網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點控制，采用全網(wǎng)能量均衡控制方法進行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點室內(nèi)定位和信道均衡控制。結(jié)合K?鄰居節(jié)點覆蓋方法提高實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控的信道均衡性，根據(jù)節(jié)點的傳輸功耗特征檢測結(jié)果實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化部署和室內(nèi)定位。結(jié)合嵌入式的ARM實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計。測試結(jié)果表明，采用該方法進行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的誤碼率較低，監(jiān)控性能較好。

關(guān)鍵詞： 無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控; 實驗室安全; 預(yù)警系統(tǒng); 節(jié)點部署; 信道均衡控制; 室內(nèi)定位

中圖分類號： TN919?34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）12?0037?03

Abstract： A design scheme of the laboratory security early?warning system based on the wireless network monitoring technology is proposed to improve the laboratory security early warning ability. The wireless network monitoring node deployment model is constructed for laboratory security early warning. The shortest routing protocol deployment method is used to conduct network transmission node control for laboratory security early?warning. The control method of whole network energy equalization is adopted to conduct indoor location of wireless monitoring network nodes and channel equalization control for laboratory security early?warning. The K?neighbor node coverage method is combined to improve the wireless monitoring channel equalization of laboratory security early?warning. The optimal deployment and indoor location of wireless monitoring network nodes are realized for laboratory security early?warning according to the transmission power dissipation feature detection results of nodes. The hardware design of the laboratory security early?warning system is realized in combination with the embedded ARM. The test results show that the laboratory security early?warning system designed with the wireless network monitoring method has a low error rate and good monitoring performance.

Keywords： wireless network monitoring; laboratory security; early?warning system; node deployment; channel equalization control; indoor positioning

0 ?引 ?言

隨著無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，需要進行無線網(wǎng)絡(luò)下的實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計。采用網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架模型進行實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計和傳感節(jié)點設(shè)計，提高網(wǎng)絡(luò)的連通性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)控制能力[1]。結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，進行實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計，在促進實驗室的安全管理中具有重要意義。實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是通過實驗室的內(nèi)部組網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計實現(xiàn)實驗室的資源信息調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化組網(wǎng)控制，構(gòu)建基于ZigBee組網(wǎng)技術(shù)的實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)[2]，構(gòu)建實驗室安全預(yù)警的無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控節(jié)點部署模型，根據(jù)節(jié)點的傳輸功耗特征檢測結(jié)果實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化部署和室內(nèi)定位，結(jié)合嵌入式的ARM實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計，最后進行仿真實驗分析，展示了本文方法在提高實驗室安全預(yù)警能力方面的優(yōu)越性能。

1 ?實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)信道模型分析

1.1 ?網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分簇拓撲結(jié)構(gòu)

為了實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)均衡控制模型的優(yōu)化設(shè)計，采用最短收發(fā)路徑控制方法建立實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)均衡控制的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)[3]。假設(shè)研究的實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在室內(nèi)分布的區(qū)域為一個邊長為M的正方形區(qū)域，實驗室中進行安全預(yù)警監(jiān)控的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的帶寬為[Ts=NfTf]，初始網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的Sink節(jié)點和Source節(jié)點的初始能量開銷分別為：

1.2 ?無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的信道均衡設(shè)計

在分簇路由傳輸協(xié)議下，進行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中資源低功耗調(diào)度[5]，得到在最短路徑和最小能量損失約束條件下實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均衡控制的能量傳導(dǎo)控制模型為：

2 ?無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點室內(nèi)定位優(yōu)化

2.1 ?節(jié)點優(yōu)化部署

結(jié)合K?鄰居節(jié)點覆蓋方法提高實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控的信道均衡性，采用全網(wǎng)功耗均衡模型進行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均衡控制，結(jié)合空間路由規(guī)劃方法[7]，得到監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的分簇調(diào)度模型為：

2.2 ?實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控的全網(wǎng)均衡控制

采用最小網(wǎng)格均衡控制法得到實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全性傳輸信道均衡控制模型描述為：

3 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計

采用VIX總線傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)控制[9]，得到實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架如圖1所示。

圖1 ?實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架

采用ADSP?BF537BBC?5A實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控系統(tǒng)原始信息采集[10]，得到設(shè)計的實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

圖2 ?實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的硬件組成

4 ?仿真實驗分析

采用TP?ASW作為實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓撲仿真場景，結(jié)合Matlab進行算法設(shè)計，監(jiān)控預(yù)警性能測試。仿真參數(shù)配置見表1。

表1 ?實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境配置參數(shù)

圖3 ?監(jiān)控預(yù)警信息輸出

以圖3的數(shù)據(jù)為研究對象，輸入到實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)中，分析預(yù)警檢測性能，得到預(yù)警檢測輸出見圖4。

圖4 ?監(jiān)控預(yù)警異常特點輸出

分析圖4得知，本文系統(tǒng)能有效檢測實驗室的安全預(yù)警信息，安全預(yù)警監(jiān)控的定位性能較好，對異常部位的準確檢測精度較高，提高了監(jiān)控能力。

5 ?結(jié) ?語

本文采用網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架模型進行實驗室安全預(yù)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計和傳感節(jié)點設(shè)計，提高網(wǎng)絡(luò)的連通性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)控制能力。采用最短路由協(xié)議部署方法控制實驗室安全預(yù)警的網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點，采用全網(wǎng)能量均衡控制方法進行實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的信道均衡控制，根據(jù)節(jié)點的傳輸功耗特征檢測結(jié)果實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化部署和室內(nèi)定位。設(shè)計的實驗室安全預(yù)警無線監(jiān)控系統(tǒng)主要由實驗室安全預(yù)警的工況檢測模塊、A/D模塊、信息集成處理模塊和人機交互模塊構(gòu)成。研究得知，本文設(shè)計的系統(tǒng)能有效實現(xiàn)對實驗室的安全預(yù)警監(jiān)控。

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