基于无线网关算法实现危爆场所储运管理分析

赵兴国　曾文潇

【关键词】网关部署；传输成功率；负载均衡；区域一体化；管理信息系统

加油站是现代社会的重要组成部分，随着经济的发展和人口流动增多，汽车数量也逐渐增加，加油站在城市中扮演着越来越重要的角色。由于油品种类繁多、储存环境恶劣等原因，导致了其存储安全问题日益严峻。同时，因为加油量大而产生的库存积压问题也严重影响到人们生活水平，并为交通出行造成了潜在的危险，从而威胁到加油站行业的健康发展。与此同时，随着无线通信技术的不断进步，人们对网络性能的要求越来越高。由于传统的有线网限制较为严重，无线网关技术在满足用户和工作环境中使用宽带、扩频等功能需求的基础上逐渐发展起来。无线网关具有传输速率较快及可扩展性强等特点，但是在实际应用过程中也存在着如系统资源容量有限、数据流量不稳定以及通信协议难以兼容的问题。因此，如何保证无线NSMARTK技术与有线GSM技术之间相互融合，是本文无线网关部署优化设计的重点[1]。

一、无线网关部署优化设计及优化算法

无线网关部署是在已经完成的系统中，根据需要对其进行初步配置，使各个模块之间能够正常通信[2]。首先，将每个节点接入到有线网络或通过连接新设备后使用本地地址访问其他用户端（如移动应用）。其次，利用现有I/O接口实现与外部基站的数据交换和交互。最后，通过外设接口来管理网络资源并获取无线网关部署参数信息。在完成了上述功能以后就可以根据实际需要对其进行优化，从而达到最佳性能指标要求。我们可以通过以下三个阶段来进行无线Mesh网络的节点部署：

（一）部署区域划分

根据不同节点类型划分，将其划分为三个子域：核心网关、接入区和服务环。其中业务逻辑树部署方式为最常用的一种拓扑优化方法。我们可以通过设置好区域内各个节点之间数据交换关系来确定每个用户所拥有资源量以及当前位置，考虑到无线网络中一些如数据包吞吐量等重要参数会对协议性能产生一定影响，在去除无法部署的区域后将其进行网格划分。如图1所示。

（二）信号覆盖的检测

在进行信号覆盖检测时，需要对覆盖的发射源和接收天线分别做一个定位。根据现有文献中提出的基于最大距离估计模型、最小二乘原理及多目标优化算法等几种典型无线网关测试用参数来确定最佳方案。由于不同类型终端设备之间存在着通信带宽差异，且各个指标间相互影响会导致系统性能退化或失败；同时，在进行覆盖检测时需要对数据进行特征提取和筛选以保证所选择的特征尽可能接近最优状态。根据无线通信阴影效应的对数－正态分布模型（式（1）），划分出潜在的节点部署位置后，对其信号的连续覆盖进行检测，即：

如果链路上存在未被完全覆盖的节点就会造成网络拥塞甚至瘫痪，而那些不能再放置在任何其他位置上且距离太远的节点就可以考虑将其直接去掉或者忽略掉，但是这会增加系统负担，降低通信质量，从而影响无线网关部署方案设计以及运行性能。我们利用式（2）中的最小平均信号强度来判断其覆盖范围：

（三）调整和优化

无线网络连通率是一个重要的衡量指标，也可以说是无线网关成功与否的主要依据。如果没有有效的算法来优化和控制多径衰落，传输线中各个节点之间相互抵消或抑制干扰可能会导致多个用户同时加入同一个信道，减少了整个通信系统运行所需要消耗的带宽资源或者使用性能更强的网络设备产生更高开销，最终影响整体无线网关接入成功率的大小。无线网络连通率是指任意客户端设备与主干节点之间相连接的概率，计算公式如下：

基于该目标函数，部署一个较小、但稀疏度高（例如5k）或者需要进行路由路径上权值分配时可以采用多跳转发技术来提高整个通信链路运行效率，将该方法与本文所述无线网关结构模型相结合之后还可增加网络的节点数量。

二、基于无线网关算法的危爆场所储运管理网络系统构建

（一）系统总体设计

本文对危爆场所储运管理网络系统进行了初步的設计和验证，主要内容包括：系统功能分区与划分。该部分是根据用户需求分析确定的。在系统中定义了基本信息、功能操作等模块，在站内网络部署方案及配置规划方案阶段利用了无线网关部署算法。利用现有设备及软件实现对各子系统间进行优化改造后形成新的系统结构，并根据相关规范要求将原有系统分为主服务器、分集服务器两个部分组成网络化信息系统架构方案。在开发该系统的软件架构时，该系统的核心功能模块与特定技术相结合，以实现创建一个功能齐全的危险爆炸物储存和运输管理网络系统的初衷，该系统有利于危险爆炸物储存场所的管理，从而提高管理效率。

（二）系统功能实现

在系统的用户登录功能中，只有管理员才可以打开相关操作，而其他普通人员则不能进入该部分。站内设置为用户管理、密码修改等权限。对加油站内所有设备进行注册：当输入账号和密码时就会显示有账号信息或想要填写的一个具体区域。在填错账户名或者空号的情况也可以通过登录系统来打开相关操作，并且在该部分中还需要提供相应的提示。系统登录显示功能是为了保证加油站安全管理的需要，用户可以通过输入正确密码进行登录，并设置为错误提示。本站所在部门人员都会收到自己所要填写的账号和密码。然后点击“注册”按钮即可实现对该号码进行验证操作，操作过程中连接 SQL Server 数据库，完成系统登录信息的验证。表1、表2为登录数据项信息表。

表 1 用户名输入项表

表 2 用户名输出项表

系統设置有：加油站的油品名称、规格等信息，由系统自动显示，并将其与加油站管理系统进行联接。当用户在使用本系统时需要对所需的数据进行录入和更改，同时也可以通过网络远程查看。如果需要修改某项工作或删除某一功能，则必须先输入该用户编号或者是填错相应内容后才能重新填写相关记录以方便后续的查询操作。系统设置中，还可以对油品的单位进行修改设置。主系统的主要功能就是实现加油站安全管理，同时对整个管理系统进行操作。其中加油站信息采集模块。负责收集、录入和处理来自站内各部门所提供的油品参数、加油情况等数据并上传至系统中，然后通过网络将这些数据传递到工作站上供用户使用。工作站上还可以根据需要编辑或修改数据库表单，方便快捷地实现各种功能。

系统用户管理功能是由管理员的操作人员进行，管理人员通过对所有相关信息的维护和统计来完成。

1、添加新品。在加油站内可以根据实际情况增加商品种类，比如油罐、加油机等物品，还能将这些物品放入到数据库中，以便于查询或者删除掉，需要使用时直接输入相应产品名称或数量并显示出来。

2、对使用人员的权限进行设置。在系统中，每一个使用者都拥有对应的账号密码，可以通过该账户来增加自己所需要操作内容以及操作方式等；同时还可根据具体情况设定相应级别、等级或权利范围。

3、用户信息维护与修改功能实现了管理员对于所有使用人和注册过的用户进行管理、维护和更新相关资料等工作的权限设置。同时系统会将每个使用人员的姓名记录下来，有助于管理策略的落实。

同时，系统应能迅速查询到所需要的加油明细，所以我们设计了灵活的多条件组合查询，多条件组合查询是指通过计算机网络对系统进行综合的比较，从而确定出一个最优方案，并为之提供相应的技术支持，以满足用户需求。多条件组合查询主要是针对不同层次、不同年龄段以及不同工作区间等因素影响而建立起来的一种新方法，这种方式可以有效地解决传统人工检索时效率不高和时间长等问题，同时，通过计算机网络进行加油站所有信息资源的共享管理也更加方便快捷，从而使系统在运行过程中的稳定性更强。在这里，统一检索技巧的设计，无论多少的条件下，我们可以使用一个SQL语句查询[3-4]。如下面的子程序：

加油站需要定时对加油站内油品进行补充以便能达到很好的日常销售。每次 进油都要登记，统计油品的运送损益和进油数量，为以后正确统计油品销售情况 和经营损益做准备。油罐的罐存量要能随时监控，当油品的余量不足时能及时补 充，这能使地区内加油站的油品配置达到最优化。加油站油量变化检测系统主要用于检测每种油量的剩余，在达到最低值时进行信息上报申请加油。当成品油进行入库时，需要分为三个步骤：第一，加油罐车进行检验查收，需要根据送油单上的数据进行核实。第二，对加油罐车罐体中的成品油进行测量，以便记录加油罐中的前尺升数，并进行填表记录。第三，对加油罐车罐体中已卸油品后的罐体数进行测量标出后尺升数，然后填写相应记录并上报。入库及库存管理功能设计流程图如下图2所示：

图 2 仓储入库及库存管理功能设计流程图

结束语

综上所述，本文针对现有储运及库存管理模式问题以及网络环境下安全风险因素和相关技术难题，利用无线网关技术实现了优化和数据共享，并在此基础上建立起一个新平台用于实现新系统中所需要的功能模块及应用需求[5]，同时结合当前国内外先进理论研究与实际情况设计开发加油站储运管理网络系统，以提高加油站对日常工作的效率并对质量进行有效控制。