基于無線局域網的衛星天線監控軟件的研究和實現

摘要：監控系統已經被廣泛應用于各行各業，對于衛星通信系統來說尤為重要。該文從無線局域網用戶的角度出發，研究和實現基于無線局域網的衛星天線監控系統。所涉及技術包括無線局域網Adhoc網的組建，Java語言，多線程編程，套接字網絡編程，Access數據庫等。

關鍵詞：無線局域網；IEEE802.11b；無線模塊；Java語言；多線程；套接字；Access數據庫

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)25-1439-02

Resesrch and Implementation of Satellite Antenna Monitor System on Wireless LAN

JING Wei-hua， ZHU Cui-ping

(College of Communication Information Engineering， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210003， China)

Abstract: The MAC System is already applied in every walk of life， it is most import in satellite communication system. In this article， satellite system on wireless LAN is proposed and implements for wireless LAN users. The techniques concemed are how to organize a wireless LAN of Adhoc， java language，programming using multi-thread， network programming with sockets，database of Access and so on.

Key words: wirelessLAN; IEEE802.11b; wirelessmodule; Java language muti-thread socke; access database

1 引言

隨著局域網技術的發展，有線局域網提供的傳輸速率不斷增大，目前已經達到幾Gbps。無線局域網在IEEE802.11b的推出后，速率也達到11Mbps，成為事實意義上的高速無線局域網。因此，進行局域網范圍內的衛星天線監控系統已有較好的速率條件。

有線局域網由于其與生俱有的對線路的依賴性，存在兩個問題：對難以進行布線施工的場所無能為力，有時為了布線破壞建筑而損失慘重：這種有線的接入方式難以滿足移動用戶的需求，而無線局域網很好的解決了這兩個難題。

盡管無線局域網存在如架構時無線設備造價昂貴，傳輸速率跟有線局域網差距較大等缺點，但不可否認，無線局域網的靈活性和方便性將會吸引越來越多的用戶。

本監控系統應用于便攜式衛星通信地球站的遠端監控，主要針對衛星地球站信號傳輸過程中，對關鍵設備天線控制器，衛星Modem運行參數的設置，運行狀況的實時監控，各關鍵部件的實時告警，以確保設備的正常運行和傳輸質量，使用者只要一個具備無線網卡的筆記本或者臺式電腦就可以實現上述的監控。考慮到便攜式衛星通信地球站位置的不確定性，構建基于Adhoc網的無線監控方式很大程度上方便了用戶的使用，省去了很多有線網絡搭建的復雜性，提高了其靈活性與移動性，安裝便捷，易于擴展，易于進行網絡規劃和調制的優點。

本文首先介紹了基于IEEE802.11b無線局域網標準，對照該標準架構起Ad hoc監控系統，并介紹實現該系統所使用的Java語言，多線程，套接字編程，Access數據庫的使用，應用層通信協議的簡單介紹。這套監控軟件已經在試用階段，反映效果良好。

2 IEEE802.11b無線局域網標準介紹

IEEE802.11b是較新的無線局域網標準，是對IEEE802.11的改進，它使無線局域網速率達到11Mbps，從而使無線局域網得到了廣泛應用。802.11b主要定義了無線局域網的物理層和數據鏈路層，它為上層IP和TCP層提供了應用接口，因此TCP/IP協議同樣適合于無線局域網，這為使用套接子編程提供了依據。

2.1 802.11b工作模式

802.11b是一種11Mb/s無線標準，可為筆記本電腦或桌面電腦用戶提供完全的網絡服務。它定義了兩種工作模式：Infrasture和Ad hoc。基本模式是指無線網絡規模擴充或無線和有線網絡并存時的通信方式，這是802.11b最常用的方式。Ad hoc模式也稱為點對點模式，或是獨立基本服務集，它是無線工作站的集合。無線工作站之間自己通信，只要PC插上無線網卡即可與另一具有無線網卡的PC連接，而無需通過AP。對于小型的無線網絡來說，是一種方便的連接方式。因此，在我們的監控系統中，就選擇了這種方式來作為監控的手段。

3 便攜式衛星天線監控系統的設計

基于Ad hoc模式，構建了如下點對點的便攜式衛星天線監控系統。

這個系統中，沒有AP，客戶機端配置一個帶有無線網卡的筆記本或臺式電腦，服務器端在天線控制器上配置一個Lantronix公司的MatchPort無線通信模塊。客戶機端和服務器端雙方構建相同的無線網絡，主要是網絡名SSID和IP地址同網段的設置。為了無線網絡相對的安全性，防止其它用戶的隨意連接，還在無線網絡中使用了WEP加密，網絡連接時需先輸入10位密碼才能連接成功。這種加密方式比較弱，只能在一定程度上防止一些好奇心的用戶的隨意連接。

系統設計主要如下：

天線伺服系統和衛星Modem構成本地控制系統，也是受控設備。無線通信模塊MatchPort作為應用服務器，無線控制系統終端為一臺裝有監控軟件的PC。PC無線網卡與MatchPort之間的通信為無線通信，符合802.11b標準，室外有效距離為50m，天線伺服系統和衛星Modem分別接MatchPort的兩個RS232串口，端口號分別為10001和10002。監控系統設計圖如圖1：

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圖1 監控軟件的系統設計

4 軟件設計

無線網絡搭建完畢，接著就可以進行軟件的編程來達到監控的目的。基于Java語言“一次編譯，多處運行”的跨平臺運行的優點，在本監控系統中使用了該編程語言。在實現過程中，通過兩個無線模塊之間的Socket通信來實現對天線控制器和Modem各項參數的設置和實時監控。在軟件設計中，利用socket來進行通信，為處理同一時間來自客戶機的數據，這里還應用了多線程技術，考慮到監控系統中一些常用數據的頻繁使用及監控系統中數據的記錄存儲，還在此用到了數據庫的編程，主要是微軟自帶的Accsee數據庫的使用，并對通信過程中應用層協議做了簡單的規定。

軟件設計的總流程如圖2。

4.1 Socket編程

Socket是TCP/IP的象征，在這套編程接口中，通信的基礎是套接字（socket），一個套接字是通訊的一端。Socket分為三種：流套接字，數據報套接字和原始數據報套接字。此處使用的是流套接字（TCP），它提供了雙向的，有序的，無重復的數據流服務。Java中由相應的類可以調用。

利用Socket進行網絡通信分為三個步驟：

1) 建立Socket連接：在通信開始之前由通信雙方確認身份，建立一條專用的虛擬連接通道。

2) 數據通信：利用虛擬連接通道傳送數據信息進行通信。

3) 關閉：通信結束時，再將所建立的虛擬連接拆除。

此處用的數據流套接字Socket通信的整個工作流程如圖3所示。

4.2 多線程編程

多線程是這樣一種機制，它允許在程序中并發執行多個指令流，每個指令流都稱為一個線程，彼此間相互獨立。使用多線程技術，監控系統可以把占據長時間的程序中的任務放到后臺去處理，使用戶的界面更加吸引人，程序的運行速度盡可能加快，在一些等待的任務實現上，如用戶輸入，文件讀寫和網絡收發數據等，可以釋放一些珍貴的資源（內存占用）等。

在本軟件編寫過程中，就用到了多線程編程。它會自動創建一個線程去進行操作，操作完畢后自動結束該線程。

4.3 數據庫設計

本系統涉及設備參數及狀態信息的存儲，必然要有后臺數據庫系統的支持。此處采用了Microsoft Access 2003數據庫系統進行相關設計。

監控系統主要包括如下幾個數據庫表：衛星參數，全國各地經緯度，用戶資料，工作日志，告警日志。在衛星參數，各地經緯度數據庫表中，可以查詢，增加，刪除數據庫數據，并提供了恢復出廠設置表的功能，防止用戶在使用過程中隨意添加造成數據庫表的混亂，恢復備份表格給用戶提供的方便；在用戶資料數據庫表中，定義了用戶的用戶名，密碼和權限，用戶根據權限的不同可以登錄到不同的界面下，管理員和普通用戶在使用權限上是有區分的。

4.4 應用層通信協議的設計

對于天線控制器，雙方必須制定一套通信協議，這里采用簡單的字符串形式發送消息，消息格式為：[data]<*>。

其中ID為命令的標志符，通常選擇一個或幾個英文字母，標志消息的主題，具有特殊意義。data為該命令標志下需傳送的數據，data為可選部分，*表示結束符。

衛星Modem中消息格式已定義，不需要自行定義。

5 結束語

利用Java語言已日益成為程序員進行網絡編程的首選工具，它具有簡單性，面向對象，分布性，安全性，體系結構中立，可移植性，解釋執行，高性能，多線程等優點，實現了”一次編寫，多處運行”的優勢。只要擁有一臺裝有Java虛擬機的計算機就能使用該監控軟件，這大大增加了該系統的可用性。此處實現的基于無線局域 網的便攜式衛星天線監控系統已經開始試用，并且得到了很好的效果。

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