基于無線網絡監控技術的實驗室安全預警系統設計

崔平

摘 ?要： 為了提高實驗室安全預警能力，提出一種基于無線網絡監控技術的實驗室安全預警系統設計方案。構建實驗室安全預警的無線網絡監控節點部署模型，采用最短路由協議部署方法進行實驗室安全預警的網絡傳輸節點控制，采用全網能量均衡控制方法進行實驗室安全預警無線監控網絡節點室內定位和信道均衡控制。結合K?鄰居節點覆蓋方法提高實驗室安全預警無線監控的信道均衡性，根據節點的傳輸功耗特征檢測結果實現實驗室安全預警無線監控網絡節點優化部署和室內定位。結合嵌入式的ARM實現實驗室安全預警系統的硬件設計。測試結果表明，采用該方法進行實驗室安全預警無線監控網絡設計的誤碼率較低，監控性能較好。

關鍵詞： 無線網絡監控; 實驗室安全; 預警系統; 節點部署; 信道均衡控制; 室內定位

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

隨著無線網絡通信技術的發展，需要進行無線網絡下的實驗室安全預警系統設計。采用網絡體系構架模型進行實驗室安全預警系統的網絡組網設計和傳感節點設計，提高網絡的連通性和數據轉發控制能力[1]。結合無線網絡監控技術，進行實驗室安全預警系統設計，在促進實驗室的安全管理中具有重要意義。實驗室安全預警無線監控網絡是通過實驗室的內部組網和物聯網設計實現實驗室的資源信息調度和網絡優化組網控制，構建基于ZigBee組網技術的實驗室安全預警系統[2]，構建實驗室安全預警的無線網絡監控節點部署模型，根據節點的傳輸功耗特征檢測結果實現實驗室安全預警無線監控網絡節點優化部署和室內定位，結合嵌入式的ARM實現實驗室安全預警系統的硬件設計，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警能力方面的優越性能。

1 ?實驗室安全預警無線監控網絡信道模型分析

1.1 ?網絡節點的分簇拓撲結構

為了實現實驗室安全預警無線監控網絡均衡控制模型的優化設計，采用最短收發路徑控制方法建立實驗室安全預警無線監控網絡均衡控制的網絡拓撲結構[3]。假設研究的實驗室安全預警無線監控網絡節點在室內分布的區域為一個邊長為M的正方形區域，實驗室中進行安全預警監控的數據轉發的帶寬為[Ts=NfTf]，初始網絡拓撲結構中數據轉發的Sink節點和Source節點的初始能量開銷分別為：

1.2 ?無線網絡監控的信道均衡設計

在分簇路由傳輸協議下，進行實驗室安全預警無線監控網絡中資源低功耗調度[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警無線監控網絡節點均衡控制的能量傳導控制模型為：

2 ?無線監控網絡節點室內定位優化

2.1 ?節點優化部署

結合K?鄰居節點覆蓋方法提高實驗室安全預警無線監控的信道均衡性，采用全網功耗均衡模型進行實驗室安全預警無線監控網絡節點均衡控制，結合空間路由規劃方法[7]，得到監控預警系統的分簇調度模型為：

2.2 ?實驗室安全預警無線監控的全網均衡控制

采用最小網格均衡控制法得到實驗室安全預警無線監控網絡的安全性傳輸信道均衡控制模型描述為：

3 ?系統硬件設計

采用VIX總線傳輸協議進行數據傳輸和轉發控制[9]，得到實驗室安全預警系統的總體設計構架如圖1所示。

圖1 ?實驗室安全預警系統的總體設計構架

采用ADSP?BF537BBC?5A實現實驗室安全預警無線監控系統原始信息采集[10]，得到設計的實驗室安全預警系統硬件組成如圖2所示。

圖2 ?實驗室安全預警系統的硬件組成

4 ?仿真實驗分析

采用TP?ASW作為實驗室安全預警無線監控網絡的網絡拓撲仿真場景，結合Matlab進行算法設計，監控預警性能測試。仿真參數配置見表1。

表1 ?實驗室安全預警無線監控網絡的環境配置參數

圖3 ?監控預警信息輸出

以圖3的數據為研究對象，輸入到實驗室安全預警系統中，分析預警檢測性能，得到預警檢測輸出見圖4。

圖4 ?監控預警異常特點輸出

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

5 ?結 ?語

本文采用網絡體系構架模型進行實驗室安全預警系統的網絡組網設計和傳感節點設計，提高網絡的連通性和數據轉發控制能力。采用最短路由協議部署方法控制實驗室安全預警的網絡傳輸節點，采用全網能量均衡控制方法進行實驗室安全預警無線監控網絡室內定位的信道均衡控制，根據節點的傳輸功耗特征檢測結果實現實驗室安全預警無線監控網絡節點優化部署和室內定位。設計的實驗室安全預警無線監控系統主要由實驗室安全預警的工況檢測模塊、A/D模塊、信息集成處理模塊和人機交互模塊構成。研究得知，本文設計的系統能有效實現對實驗室的安全預警監控。

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