無線信息采集系統的參考模型初探

張建軍+范玉進+張鵬泉

摘 要：隨著無線通信和物聯網的飛速發展，信息采集系統也出現了快速發展。為了更好地開發信息采集系統，該文基于OSI參考模型和數據鏈參考模型，設計了一種的適合于無線信息采集系統的參考模型。該參考模型包含了傳感器、終端無線通信設備、無線信息匯集設備和信息采集服務平臺的分層結構。根據該模型，可以便捷地確定系統設計方案，為構建標準化的無線信息采集系統提供參考。

關鍵詞：無線通信 信息采集 參考模型 物聯網

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0151-02

1 概述

隨著無線通信和物聯網[1]的發展，信息采集無線傳輸已成為一種趨勢。無線信息采集系統具有監測點分散、分布范圍廣、通信距離遠，可基于無人機、無人艇和機器人在惡劣環境下進行數據采集，在安全監控、抗震救災等社會的各個方面都得到了很大應用[2]。

該文根據OSI[3]（開放式通信系統互聯參考模型）、TCP/IP網絡體系結構[3]和戰術數據鏈系統參考模型[4]（Tactical Data Link Reference Model，TDLRM）針對無線信息采集系統的特性，提出了一種合適的無線信信息采集系統參考模型，為無線信息采集系統的標準化提供參考和指導。

2 無線信息采集系統參考模型

無線信息采集系統的組成包含若干無線信息采集終端、無線信息匯集設備和信息采集服務平臺。無線信息采集終端主要包含傳感設備和無線通信設備，該終端的功能是將攝像機等傳感設備采集的信息通過無線信道傳輸至無線信息匯集設備。無線信息匯集設備通過無線信道接收所有無線信息采集終端回傳的傳感信息。信息采集服務平臺則通過本地連接，將無線匯集的信息進行數據處理，其中數據處理包含信息的格式化、存儲、分析和可視化處理等。

該文設計了如圖1所示的無線信息采集設備參考模型。該模型包含傳感器設備、終端無線通信設備、無線信息匯集設備和信息采集服務平臺4個設備。

3 無線通信設備參考模型

終端無線通信設備和無線信息匯集設備實現的是無線通信功能，兩者具有相同的參考模型，都包含物理層、鏈路層和網絡層。

3.1 物理層

物理層利用物理傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接，透明地傳送比特流，其主要功能為：

（1）數據編碼：將鏈路層要傳輸的原始二進制數據幀進行信道編碼，以提高無線傳輸的可靠性。

（2）波形調制：將編碼的二進制數據轉換為波形，以便于無線傳輸，提高無線信道的有效性。

（3）無線發射：將頻率調制后的波形進行功率放大，經過天線系統輻射至空間。

（4）無線接收：通過天線系統接收空間的無線信號，將其轉換為電信號。

（5）載波同步：實現接收機載波與發射機載波頻率和相位的同步，以保證解調的正確性。

（6）符號同步：實現采樣點的同步，使得解調信噪比最大化。

（7）波形解調：將合適頻點的信號進行采樣、濾波、解調為二進制數據流。

（8）數據解碼：將解調數據幀進行信道譯碼，糾正數據幀中的錯誤比特。

3.2 鏈路層

鏈路層提供點到點的數據傳輸，在物理層提供比特流傳輸服務的基礎上，在通信的實體之間建立數據鏈路，以幀為單位，采用差錯檢測、流量控制方法，使有可能出差錯的物理鏈路，轉變成讓網絡層向下看起來是一條無差錯的鏈路。其主要功能為：

（1）幀同步功能：將比特流組合成以幀為單位傳送和重發。

（2）差錯檢測：對數據幀進行差錯檢測（如CRC），通過的送往更高層進行處理，沒有通過的則被丟棄。一旦發現錯誤，一般可以采用反饋重發的方法來糾正。

（3）流量控制：防止數據幀傳送過程中發生溢出或擁塞，控制發送包的流量。

（4）鏈路管理功能：在通信前，在鏈路兩端的節點間建立連接，在傳輸過程中維持該連接。如果出現差錯，需要重新自動建立連接。傳輸完畢后則釋放連接。

3.3 網絡層

網絡層根據通信子網的特性，通過路由算法，保證網口數據包正確地到達目的地，實現報文的透明傳送。網絡層為不同平臺之間建立一個可靠的端到端的傳輸通信服務，其主要功能為：

（1）數據分段與重組：將服務層產生的報文進行分組或打包，將接收到的數據重新組裝成報文。

（2）數據存儲與處理：對來自服務層的數據進行存儲與處理，減少網絡負載，提高網絡可用性。

（3）傳輸控制：根據下層通信網絡特性，向服務層提供可靠的邏輯信道。

（4）地址轉換：實現組網單元之間的連接定位，對參與組網單元進行唯一地址標識。

4 信息采集服務平臺參考模型

信息采集服務平臺的參考模型與OSI模型的區別在于其不僅要與計算機網絡進行互聯，同時還要通過無線通信設備與系統內的所有傳感器進行互聯。其物理層、鏈路層和網絡層的功能與OSI中對應層的功能一致。

4.1 服務層

服務層將來自上層的戰術數據封裝為格式化報文，并將來自下層的格式化報文還原為戰術數據信息送往應用層。必要時，服務層能夠對不同數據鏈/網絡之間根據報文協議進行轉換，實現數據轉發。服務層負責組織應用進程之間的通信，并管理數據的交換，處理通信系統中交換信息的表示方式。其主要功能為：

（1）協議轉換、數據轉發、數據格式變換、數據加密與解密、數據壓縮與恢復等功能。

（2）服務層為根據戰術數據通信的特點特別設置的一層，是實現戰術數據網絡模塊化建設的關鍵。

（3）服務層可能包括視頻數據的壓縮與恢復、視頻語音數據加密與解密等。

4.2 應用層

應用層確定進程之間通信的性質，以滿足用戶的需要，它不僅要提供應用進程所需要的信息交換和遠程操作，而且還要作為應用程序的用戶代理，來完成一些為進行信息交換所必需的功能。應用層功能類似于OSI模型中的表示層，能夠針對特定的任務，采用抽象語法對任務進行描述，根據應用進程協議，實現各種具體應用，如顯示和定位等。

5 結語

本文根據無線信息采集系統的系統架構，基于OSI和戰術數據鏈參考模型，對無線信息采集系統的參考模型進行了探索性研究，可為將來的無線信息采集系統的標準化和研制提供參考或者指導意義。

參考文獻

[1] 沈素彬.物聯網參考模型的分析[J].電信網技術，2012，1（1）：19-22.

[2] 李長宇.基于無線傳感器網絡的信息采集系統[D].青島理工大學，2012（12）.

[3] 羅道昆，丁浩杰.OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較[J].鄭州航空工業管理學院學報，2001（12）：71-73.

[4] 楊磊，黃金才，張維明，等.戰術數據鏈分層參考模型[J].計算機工程，2007（11）：258.endprint