基于无线技术的数据采集系统设计

白维维

（凯里学院信息工程学院，贵州，凯里556011）

基于无线技术的数据采集系统设计

白维维

（凯里学院信息工程学院，贵州，凯里556011）

本课题是在大型综合性运动会评分系统研究中提出和完成的。根据国内外大型综合性体育赛事评分类项目的特点，同时借鉴国外先进技术经验，结合国内无线网络通信技术的发展应用情况，提出了基于无线技术的数据采集系统设计思想，以达到可更加快速、有效、可靠的服务于体育赛事的目的。数据采集系统是负责采集、处理及传输数据的系统，是整个竞赛的主要数据来源和数据分发机构，因此，在系统的软件结构设计上采用的是典型的C／S模式，该模式具有分布性强，维护方便，开发简单且共享性强，总体成本低等特点。该系统的提出既保障了数据采集的实时性与稳定性，也减轻了大型综合性运动会的人力、物力负担。

综合性运动会；评分类项目；无线技术；数据采集；C／S模式；802．11b标准；TCP／IP协议

1 引 言

近年来，伴随着计算机技术、通讯技术、互联网技术、控制技术的迅猛发展［1］，大型综合性体育赛事已不是体育竞技那么简单，更是信息技术含量的较量，信息技术在大型综合性体育赛事中的重要性也日渐突出［2］。在以往的比赛中，评分类项目的数据采集大量使用手工数据。但是评分类项目具有数据采集点众多、评分裁判座次分散、裁判岗位变化频率较大等特点，因此数据采集量很大，若全部采用手工数据，容易出现人为因素的错误，且不能保障其实时性与稳定性，需要耗费大量的人力、物力［3］。针对评分类项目的以上特点，设计了基于无线技术的前端数据采集系统。该系统是负责采集、处理及传输数据的系统，是整个竞赛的主要数据来源和数据分发机构，具有分布性强，维护方便，开发简单且共享性强，总体成本低等特点。本系统已通过集成环境测试，满足竞赛需求。

2 数据采集系统设计

基于无线技术［4］的数据采集系统是通过竞赛现场以太网接入整个竞赛信息系统，与其他子系统进行数据传输；应用802．11b无线技术进行数据采集系统内部数据采集器同数据采集服务器进行无线通信。

2．1 工作原理

基于无线技术的数据采集系统由数据采集器、数据采集服务器、无线AP组成［5］。数据采集器应用802．11b无线技术，通过无线AP接入现场局域网，将裁判针对运动员动作的最后评分输入到数据采集器中，通过场馆无线局域网络将实时成绩信息数据传输到数据采集服务器［6］。数据采集系统的工作原理图如图1所示。

图1 数据采集系统工作原理图

2．2 硬件设计

基于无线技术的数据采集系统由两部分组成：数据采集器和数据采集服务器。设计方案为：数据采集器以S3C2410为硬件依托，通过PCMCIA接口连接无线网卡，无线网卡为美国网件公司的MA401，采用的是802．11b标准。通过无线接入点AP接入现场局域网；数据采集服务器（PC机）同样接入现场局域网，这样数据采集器同数据采集服务器即可按照系统的网络通信协议进行无线通信。该方案应用的无线技术是802．11b无线技术，802．11b无线网络的最大优点是其兼容性。系统硬件结构如图2所示。

图2 数据采集系统硬件结构图

2．3 软件设计

基于无线技术的数据采集系统软件设计采用典型的C／S模式。数据采集器（评分器）作为客户端，处理器是微型CPU，对数据处理的速度和能力等有限；并且数据采集器个数多、分布分散。因此，设计数据采集系统应用软件时，数据采集器应尽量集成主要关键功能，处理有限数据。数据采集服务器作为服务器，一般为PC机，具有相对较好的数据处理能力。因此，将数据采集服务器设计成承担对各个裁判实时评分数据进行接收、处理、存储和转发等功能主要任务。该种设计结构为典型的胖服务器／瘦客户机［7］。应用软件的功能结构设计如图3所示。基于无线技术的数据采集系统完全通过TCP／IP协议进行竞赛信息数据通信。数据采集服务器（服务器）和数据采集器（客户机）之间通信的数据包是按照数据采集系统网络通信协议进行定义的。应用软件的主要设计流程如4图所示。

图3 软件功能结构图

图4 软件工作流程图

（1）数据采集服务器和数据采集器在系统工作前首先进行初始化设置

数据采集服务器作为服务器其初始化工作为设置网络监听端口，负责监听、接收来自各个数据采集器发来的数据包；选取当前赛事的赛段、场次等信息；选取当前系统的数据接收方式：手动输入裁判评分或自动通过网络接收裁判评分；选取当前上场运动员。数据采集器作为客户端的初始化工作如表1所示。

（2）数据采集服务器和数据采集器数据通信

数据采集服务器同数据采集器之间的通信数据包皆按照竞赛信息系统网络通信协议定义、传输和解析。赛前进行初始化操作后，比赛开始，数据采集服务器向各个相应数据采集器发送Go（比赛开始）数据包，该数据包包含项目基础信息。动作结束后，数据采集服务器向数据采集器发送解锁数据包，若有数据采集器没有接收到解锁指令，相应裁判员控制数据采集器发送请求解锁指令到数据采集服务器。数据采集服务器收到请求解锁指令后重新发送解锁指令给对应数据采集器。数据采集器收到解锁指令后，各个裁判根据参赛者动作完成质量按照竞赛规则进行评分，将评分输入相应数据采集器评分界面，然后将裁判员的评分数据包发送到数据采集服务器。数据采集服务器接收到评分数据包后进行解析，然后将相应的评分信息显示到数据采集服务器的窗体控制界面上。

表1 数据采集器初始化参数表

该种数据采集系统的数据采集器为无线手持型终端设备，供电时间有限，若竞赛现场出现数据采集器电量耗尽而导致比赛中断是不允许的。所以在设计该种数据采集系统时，各个数据采集器要定时向数据采集服务器发送电量和信号强度信息，使得信息技术保障人员能够及时更换数据采集器，从而保障比赛的顺利进行。

该种数据采集系统设计方案的数据传输完全是基于现场局域网的，如果竞赛场馆局域网或连接在场馆局域网上的无线网出现网络故障，那么同样会造成比赛中断，对于运动会竞赛信息系统这种实时系统来说是不允许的。所以在设计该种系统方案时，设计了一种叫做心跳的网络数据包，该数据包是一种带有数据反馈的数据包。数据采集服务器定时为每个数据采集器发送不包含消息体的心跳数据包，一旦有数据采集器接收来自数据采集服务器的心跳数据包，数据采集器就要马上发送心跳反馈数据包给数据服务器。这种发送心跳数据包主要是用来测试现场场馆的网络连通性的，心跳数据包发送的时差要根据系统测试而决定，既要考虑不给系统造成不必要的网络负担和数据处理负担，同时也要保证网络连通测试的及时性和有效性。

（3）数据采集服务器进行数据处理、存储和传输工作

在每套动作结束后，数据采集服务器每接收到一个来自裁判的实时评分数据，就要对该套动作的最后得分进行实时计算，得到单套动作的中间得分。同时每套动作还对应了一个扣分，扣分是通过手工录入方式输入到数据采集服务器的控制界面上。当所有裁判评分数据都传输到数据采集服务器后，对该套动作进行最后得分计算。然后将相应的裁判评分等信息存储到竞赛信息系统的数据库服务器，从而完成数据采集信息的处理和存储工作。

数据采集服务器的另一个重要任务是将对应数据进行传输。数据传输对象有现场终端显示系统、现场成绩处理系统和现场成绩监控系统。数据采集服务器到成绩综合处理系统的传输内容为：针对每套动作，数据采集服务器每收到一个评分数据，发送消息通知包给现场成绩处理系统，现场成绩处理系统再到竞赛信息数据库服务器上取相应的数据。

2．4 数据采集服务器的设计

对于基于无线技术的数据采集服务器，其数据库设计分成两部分：一部分采用sql server数据库；一部分采用Access数据库。sql server数据库［8］是整个竞赛信息数据库服务器的一部分，主要维护参赛者信息、竞赛项目信息、赛段场次信息、分数信息；Access数据库主要维护的是数据采集器的基本信息，包括数据采集器的IP地址、端口号、裁判编号、主机名等信息；基于以太网＋微功率短距离无线技术的数据采集服务器数据库只有sql server数据库，数据采集器的基本信息由数据采集器和数据采集接收机共同维护。

（1）Sql server数据库

该数据库主要维护的信息包括：当前竞赛项目的基本信息；当前竞赛项目对应的赛段、场次等信息；当前参赛者的基本信息（参赛者出场序号、参赛者名称、代表团、参赛者状态等信息）；当前成绩的录入方式（手动录入、自动接收）；当前动作的评分信息（初始成绩、中间成绩、最终成绩、参赛者当前排名信息）。

（2）Access数据库

Access数据库［9］是针对基于无线技术的数据采集系统设计的，它主要维护了数据采集器的基本信息，包括数据采集器的IP地址、端口号、裁判编号、主机名等信息；采集系统的分组信息，特别地，对跳水项目现场裁判评分分为两种；数据采集器同数据采集服务器的对应关系。数据采集服务器的运行界面如图5所示。

图5 数据采集系统服务器端运行界面图

3 系统实验室环境集成测试

数据采集系统是竞赛数据的主要来源，因此数据采集系统是整个竞赛信息系统的核心部分，主要任务是完成对竞赛现场每一个裁判员成绩信息数据的采集，并对采集的数据做出简单处理然后传输给现场成绩处理系统数据库。数据采集系统的调试及测试工作主要侧重在网络的稳定性。下文主要给出该系统的测试数据。

在基于无线技术的数据采集系统中，保障其可靠性和稳定性的一个重要因素是数据采集器的无线通信可靠性。用数据采集器在100米以内ping现场无线AP，测试数据如表2所示。

表2 数据采集器网络稳定性测试表

注：例如4/3表示数据采集器每ping100个数据包时，丢失4个数据包，平均延时为3ms。数据采集器在不同通讯距离的网络丢包率如表3所示。

表3 数据采集器距离测试表

4 结束语

根据目前评分类项目数据采集系统的现状，针对评分类项目比赛的需要，提出了评分类数据采集系统设计方案。该方案在软件体系架构设计上采用c／s体系架构，将数据采集器与数据采集服务器分开，极大提高了系统的灵活性和适应性。并根据系统实际需要，采用了以太网＋802．11b的无线技术，实现数据采集器、数据采集服务器与其他竞赛信息系统的通信。该技术的采用，满足了数据采集点众多、评分裁判座次分散、裁判岗位变化频率较大等特点，完全符合竞赛需求。

［1］ 马建．我国大型运动会信息系统的发展［C］．全国体育计算机应用研讨会．北京：中国体育科学学会体育计算机应用分会，2009．Jian Ma．The Development Of The Information Systems Of Large－Scale Games［C］．The National Sports Seminar In Computer Application．BeiJing：ChinaSportsScience Society Computer Application Branch．2009．

［2］ 赵黎．体育信息技术应用与发展［C］．全国体育计算机应用研讨会．北京：中国体育科学学会体育计算机应用分会，2009．Li Zhao．Apllication And Development Of Sports Information Technology［C］．The National Sports Seminar In Computer Application．BeiJing：ChinaSportsScience Society Computer Application Branch．2009．

［3］ 宋禹宛圻，李涛．难美类体育项目技术创新的理论探索［J］．网络财富，2010（21）：230．Yuwanxin Song，Tao Li．The Theoretical Exploration of Thecnology Innovation Of Difficult－beauty Class Sport［J］．Network Wealth，2010（21）：230．

［4］ ［美］福尔，斯蒂文斯，著．TCP／IP详解．卷1：协议（英文版第二版）［M］．北京，机械工业出版社，2012．Kevin．R．Fall，W．Richard．Stevens．TCP／IP Illustrated Volume 1 Second Edtion The Protocals［M］．China Machine Press．2012．

［5］ 谭学琴，郭姚．基于无线控制器的“瘦”AP WLAN组网方案［J］．无线互联技．2010（2）：14－16．Xueqin Tan，Yao Guo．WLAN Networking Plan Based On Wireless Controller“thin”AP［J］．Wireless Technology，2010（2）：14－16．

［6］ 王萍，陈思宁，沈赟芳．竞赛现场信息系统数据采集和组网模式的设计与实现［C］．全国体育计算机应用研讨会，北京：中国体育科学学会体育计算机应用分会，2009．Ping Wang，Sining Chen，Zhanfang Shen．The Design And Implementation Of Data Acquisition And Networking Of The Contest Information System［C］．The National Sports Seminar In Computer Application BeiJing：China Sports Science Society Computer Application Branch．2009．

［7］ 陈臣，王斌．研磨设计模式［M］．北京：清华大学出版社，2011．Chen Chen，Bin Wang．Grinding Design Patters［M］．BeiJing：Tsinghua University Press，2011．

［8］ 桂颖．从零开始学SQL Server［M］．北京：电子工业出版社，2011．Yin Gui．Starting From Scratch To Learn SQL Server［M］．BeiJing：Electronic Industry Press，2011．

［9］ 吴靖，唐小毅，马燕林，等．数据库原理及应用［M］．北京：机械工业出版社，2011．Jin WU，Xiaoyi Tang，Yanlin Ma，et al．The Principle And Application OfTheDatabase［M］．BeiJing：China Machine Press，2011．

Design on Data Acquisition System Based on Wireless Technology

Bai Weiwei
（Department of Information Engineering，Kaili University，Kaili Guizhou 556011，China）

According to the features of scoring sports of domestic and international large－scale comprehensive games and the foreign advanced technology and experience，combining with the development of the applications of wireless network communication technology，the project is presented and completed during the research of the scoring system of the comprehensive games，and the concept of design on the data acquisition system，based on wireless technology，is proposed in order to make the sporting events more rapid，efficient and reliable．The system is responsible for data acquisition，processing and transmission and it can be used as main data source and data distribution mechanism during the race．Therefore，the typical C／S mode is applied to the system structure which has the characteristics of strong distribution，convenient maintenance，simple development，strong sharing and low cost．The system is put forward to guarantee the stability and real－time performance of data acquisition，and reduce the burden of manpower and material resources of the large－scale comprehensive games．

Comprehensive Games；Scoring Sports；Wireless technology；Date Acquisition；Client／Sever Mode；802．11b Standard；TCP／IP Protocol

10．3969／j．issn．1002－2279．2015．04．005

TN014

B

1002－2279（2015）04－0015－05

白维维（1989－），女（苗），贵州省黔东南州黄平县人，硕士研究生，主研方向：智能信息处理理论与技术。

2014－12－25