无线信息采集系统的参考模型初探

张建军+范玉进+张鹏泉

摘 要：随着无线通信和物联网的飞速发展，信息采集系统也出现了快速发展。为了更好地开发信息采集系统，该文基于OSI参考模型和数据链参考模型，设计了一种的适合于无线信息采集系统的参考模型。该参考模型包含了传感器、终端无线通信设备、无线信息汇集设备和信息采集服务平台的分层结构。根据该模型，可以便捷地确定系统设计方案，为构建标准化的无线信息采集系统提供参考。

关键词：无线通信 信息采集 参考模型 物联网

中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（a）-0151-02

1 概述

随着无线通信和物联网[1]的发展，信息采集无线传输已成为一种趋势。无线信息采集系统具有监测点分散、分布范围广、通信距离远，可基于无人机、无人艇和机器人在恶劣环境下进行数据采集，在安全监控、抗震救灾等社会的各个方面都得到了很大应用[2]。

该文根据OSI[3]（开放式通信系统互联参考模型）、TCP/IP网络体系结构[3]和战术数据链系统参考模型[4]（Tactical Data Link Reference Model，TDLRM）针对无线信息采集系统的特性，提出了一种合适的无线信信息采集系统参考模型，为无线信息采集系统的标准化提供参考和指导。

2 无线信息采集系统参考模型

无线信息采集系统的组成包含若干无线信息采集终端、无线信息汇集设备和信息采集服务平台。无线信息采集终端主要包含传感设备和无线通信设备，该终端的功能是将摄像机等传感设备采集的信息通过无线信道传输至无线信息汇集设备。无线信息汇集设备通过无线信道接收所有无线信息采集终端回传的传感信息。信息采集服务平台则通过本地连接，将无线汇集的信息进行数据处理，其中数据处理包含信息的格式化、存储、分析和可视化处理等。

该文设计了如图1所示的无线信息采集设备参考模型。该模型包含传感器设备、终端无线通信设备、无线信息汇集设备和信息采集服务平台4个設备。

3 无线通信设备参考模型

终端无线通信设备和无线信息汇集设备实现的是无线通信功能，两者具有相同的参考模型，都包含物理层、链路层和网络层。

3.1 物理层

物理层利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，透明地传送比特流，其主要功能为：

（1）数据编码：将链路层要传输的原始二进制数据帧进行信道编码，以提高无线传输的可靠性。

（2）波形调制：将编码的二进制数据转换为波形，以便于无线传输，提高无线信道的有效性。

（3）无线发射：将频率调制后的波形进行功率放大，经过天线系统辐射至空间。

（4）无线接收：通过天线系统接收空间的无线信号，将其转换为电信号。

（5）载波同步：实现接收机载波与发射机载波频率和相位的同步，以保证解调的正确性。

（6）符号同步：实现采样点的同步，使得解调信噪比最大化。

（7）波形解调：将合适频点的信号进行采样、滤波、解调为二进制数据流。

（8）数据解码：将解调数据帧进行信道译码，纠正数据帧中的错误比特。

3.2 链路层

链路层提供点到点的数据传输，在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路，以帧为单位，采用差错检测、流量控制方法，使有可能出差错的物理链路，转变成让网络层向下看起来是一条无差错的链路。其主要功能为：

（1）帧同步功能：将比特流组合成以帧为单位传送和重发。

（2）差错检测：对数据帧进行差错检测（如CRC），通过的送往更高层进行处理，没有通过的则被丢弃。一旦发现错误，一般可以采用反馈重发的方法来纠正。

（3）流量控制：防止数据帧传送过程中发生溢出或拥塞，控制发送包的流量。

（4）链路管理功能：在通信前，在链路两端的节点间建立连接，在传输过程中维持该连接。如果出现差错，需要重新自动建立连接。传输完毕后则释放连接。

3.3 网络层

网络层根据通信子网的特性，通过路由算法，保证网口数据包正确地到达目的地，实现报文的透明传送。网络层为不同平台之间建立一个可靠的端到端的传输通信服务，其主要功能为：

（1）数据分段与重组：将服务层产生的报文进行分组或打包，将接收到的数据重新组装成报文。

（2）数据存储与处理：对来自服务层的数据进行存储与处理，减少网络负载，提高网络可用性。

（3）传输控制：根据下层通信网络特性，向服务层提供可靠的逻辑信道。

（4）地址转换：实现组网单元之间的连接定位，对参与组网单元进行唯一地址标识。

4 信息采集服务平台参考模型

信息采集服务平台的参考模型与OSI模型的区别在于其不仅要与计算机网络进行互联，同时还要通过无线通信设备与系统内的所有传感器进行互联。其物理层、链路层和网络层的功能与OSI中对应层的功能一致。

4.1 服务层

服务层将来自上层的战术数据封装为格式化报文，并将来自下层的格式化报文还原为战术数据信息送往应用层。必要时，服务层能够对不同数据链/网络之间根据报文协议进行转换，实现数据转发。服务层负责组织应用进程之间的通信，并管理数据的交换，处理通信系统中交换信息的表示方式。其主要功能为：

（1）协议转换、数据转发、数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

（2）服务层为根据战术数据通信的特点特别设置的一层，是实现战术数据网络模块化建设的关键。

（3）服务层可能包括视频数据的压缩与恢复、视频语音数据加密与解密等。

4.2 应用层

应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要，它不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为应用程序的用户代理，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。应用层功能类似于OSI模型中的表示层，能够针对特定的任务，采用抽象语法对任务进行描述，根据应用进程协议，实现各种具体应用，如显示和定位等。

5 结语

本文根据无线信息采集系统的系统架构，基于OSI和战术数据链参考模型，对无线信息采集系统的参考模型进行了探索性研究，可为将来的无线信息采集系统的标准化和研制提供参考或者指导意义。

参考文献

[1] 沈素彬.物联网参考模型的分析[J].电信网技术，2012，1（1）：19-22.

[2] 李长宇.基于无线传感器网络的信息采集系统[D].青岛理工大学，2012（12）.

[3] 罗道昆，丁浩杰.OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较[J].郑州航空工业管理学院学报，2001（12）：71-73.

[4] 杨磊，黄金才，张维明，等.战术数据链分层参考模型[J].计算机工程，2007（11）：258.endprint