基于4G網絡遠程監控通信設計與實現

趙杰

（河南藝術職業學院，河南 鄭州 450000）

基于4G網絡遠程監控通信設計與實現

趙杰

（河南藝術職業學院，河南 鄭州 450000）

本文對4G網絡與遠程監控通信的相關特點進行分析，并以車輛遠程監控為例，設計基于4G網絡的遠程監控通信系統。結合4G模塊實現數據在ARM系統和服務器之間的傳輸，以期達到更好的遠程監控通信效果。

4G網絡；遠程監控；通信系統

目前，眾多領域都對遠程監控通信有著很大的需求。4G網絡技術具備傳輸時上行帶寬大，傳輸時延較小的特點，為監控網絡實現無線高清傳輸提供了技術基礎。伴隨4G通信技術的不斷進步及4G網絡覆蓋范圍的擴大，無線視頻傳輸系統在監控領域的應用得到進一步加深。

1 4G網絡與遠程監控通信

目前，在日常生活中以及不同領域的生產和加工等過程中，對遠程監控通信有著極大的需求。通過遠程監控通信，能夠在任意位置隨時觀察特定地點的實際情況，觀察各種生產活動的開展情況、各種試驗設備的工作狀態等。另外，還可以通過遠程監控通信的方式進行數據收集等活動，可以為人們的各種監控和管理提供極大的便利。隨著移動通信技術的演化，目前第四代移動通信技術（4G）已經呈現出逐漸成熟的發展狀態，并被逐漸應用于監控系統的設計中。尤其是隨著各種便攜式移動終端的出現，可以更好地利用4G網絡對各種高質量信號傳輸進行承載，并完成各種遠程監控與通信活動。

2 基于4G網絡遠程監控通信系統設計

2.1 系統整體設計

車輛遠程監控通信是目前在交通管理領域應用十分廣泛的技術手段，涉及到無線通信網絡和車載終端等多個部分，在智能交通領域中發揮著越來越重要的作用。通過系統設計，可以對不同車輛的運行狀態、具體位置等予以實時的遠程監控。遠程監控系統數據采集及數據傳輸具備自身獨有特點，以此類特點為依據，結合實際需求進行本次系統設計。本次設計的技術方案將數據采集后的解析處理和封裝處理，以及通過4G模塊實現對數據到遠端服務器的傳輸過程作為設計重點。其中，內部CAN網絡數據采集完成后對其進行符合預定報文格式的解析處理，經重新封裝后發送至ARM控制系統。ARM接收到數據后通過USB接口將數據傳輸至4G模塊，4G模塊利用4G網絡根據IP地址向遠端服務器發送數據。該過程中通過上位機軟件對數據及發送情況進行實時監控并完成后臺存儲處理。利用客戶端軟件可以向服務器進行車輛信息查詢。

2.2 系統硬件設計

本次設計選用廣州致遠電子生產的產品IOT-3960l作為系統開發板。處理器選用性能較高的Freescale 454MHz MCIMX287 ARM9處理器。集成128MB 200MHz二代內存及128MB NAND FLASH，實現了對雙路以太網的支持。隔離模塊為具備較高性能的CAN-bus隔離模塊，該模塊同時支持RS485、USB2.0、UART等功能，同時能夠滿足多種方式的系統升級需求。系統4G模塊使用上海龍尚公司的longsungU8300C產品。該產品無線模塊支持多種制式的網絡，在FDD-LTE網路下，其接入上行速度和下行速度分別可以達到50Mbps和100Mbps，在TDD-LTE網絡下，接入上行速度和下行速度可達18Mbps和61Mbps。此外，該模塊集成接口類型較多，包括RESET、UART、USIM/SIM、USB等多種接口，同時具備豐富的AT指令，表現出很高的靈活性和操作便捷性［1］。

2.3 系統軟件設計

選用版本號Linux2.6.35的平臺定制內核作為本系統開發內核。longsungU8300C模塊集成多種接口，如包含USB、UART接口等。以數據傳輸速度作為標準，實現系統通信功能時確定選用ARM系統和USB接口。實現通信功能必須將USB轉串口驅動等4G網絡模塊驅動添加至Linux內核，并確保支持PPP撥號協議，對內核進行編譯并下載到開發板。對撥號狀態進行測試可采用ping域名或者IP的方式。由于UDP協議具備較快的傳輸速度，因此4G模塊和服務器之間采用UDP通信協議［2］。4G遠程客戶端的終端程序運行時，首先調用相應函數獲取文件描述，對端口號和傳送協議進行定義，調用sendto()函數以IP為依據對指定服務器進行數據發送，等待服務器回應。調用recvfrom()函數實現對服務器回傳消息數據的接收，并對接收到的服務器回傳確認消息進行增加時間戳處理后繼續發送。如果無法接收到來自服務器的回傳數據，客戶端將保持阻塞狀態進行無限等待。引起客戶端接受服務器回傳數據失敗，保持無限等待阻塞狀態的可能性有2個，一是服務器收到來自客戶端的數據后進行了確認并完成確認消息數據回傳，但數據在向客戶端傳輸過程中丟失，導致客戶端沒有接收到回傳數據；二是客戶端向服務器發送的數據在傳輸過程中丟失，服務器并沒有接收到數據，自然不會產生確認數據。這兩種原因都會導致客戶端沒有接收到回傳數據，進而保持無限等待的阻塞狀態。針對這種情況，設計者結合alarm()鬧鐘函數為recvfrom()函數設置了5s超時標準，同時為確保數據能夠被繼續發送，還調用sigaction()函數，并將函數參數設置為SA_NOMASK，以實現對數據發送的不重啟動。這種機制能夠終端recvfrom()，禁止客戶端保持阻塞狀態，推動程序繼續向下執行，數據傳送過程完成后，服務器及客戶端調用close()關閉函數。以傳輸速率為標準，選用UDP協議實現遠程客戶端和服務器之間的通信及數據傳輸。在實時遠程監控過程中，如果對數據要求不高，或者采集頻率較高時，可以選擇直接中斷前面，開始下一次數據傳輸的處理方式，這種情況造成的數據包丟失屬可接受范圍，大多數時間內數據傳輸都處于穩定狀態。數據丟失后開始進行下一次數據傳輸時服務器會接到通知，數據連續丟失且到達設定值時服務器能夠提供報警。實際應用過程中結合不同的應用場景、應用需求對報警范圍進行適當調整。伴隨4G網絡技術的不斷進步和覆蓋范圍的擴大，數據丟包情況已經得到嚴格控制，不會對遠程監控系統的運行狀態和效果造成影響。

2.4 設計實現

首先，按照相關協議對測試數據進行組包處理，利用ARM控制系統將處理后的數據包由USB接口輸送至4G網絡模塊，4G終端接入4G網絡后向服務器IP發送數據。系統測試過程中，數據發送設定頻率1s/次，服務器接對來自客戶端模塊的數據進行增加時間戳處理后直接發回。數據經過Internet網絡到達服務器，服務器按照制定好的協議進行數據解析，并按條目存入數據庫。客戶端可以選擇自行開發的具備車輛信息實施查詢功能的電動汽車遠程監控系統。具體實施過程中，為每輛車編制固定ID，結合ID號對車輛信息進行實時查詢，如車輛位置、車載電池電壓、溫度等［3］。

3 結語

綜合來看，本次設計以嵌入式Linux2.6操作系統作為基礎平臺，處理器則選擇具備較高性能的ARM9，采用的4G網絡模塊上集成了各種接口，因此能夠在應用程序開發時起到很大的簡化效果，也為系統后期擴展提供良好保障。本次設計經實際完成4G網絡接入及遠程服務器之間的數據傳輸，客戶端軟件實現實時監控查詢功能。經驗證，本設計運行狀態穩定，數據傳輸順暢，能夠發揮良好的4G遠程監控功能。

［1］胡圣堯，楊子立，關靜，等.基于GPRS或4G的通信基站電源監控系統設計［J］.電源技術，2016（9）：1865-1866，1892.

［2］梁茂麒.基于4G的智能家居遠程網絡監控系統的研究［J］.信息通信，2015（2）：226-227.

［3］譚寶成，曹國浩.4G網絡在無人駕駛智能車遠程監控系統上的應用［J］.電子設計工程，2015（15）：30-32.

Design and Implementation of Remote Monitoring Communication Based on 4G Network

Zhao Jie
（Henan Art Vocational College，Zhengzhou Henan 450000）

In this paper,the characteristics of the 4G network and remote monitoring communication were analyzed, and taking the remote monitoring vehicle as an example,a remote monitoring communication system based on 4G network was designed.Combine 4G module to realize data transmission between ARM system and server,in order to achieve better remote monitoring communication effect.

4G network；remote monitoring；communication system

TN929.53；TP277

A

1003-5168（2017）05-0056-02

2017-04-16

趙杰（1970-），女，本科，助教，研究方向：廣播電視技術。