赵杰

（河南艺术职业学院，河南 郑州 450000）

基于4G网络远程监控通信设计与实现

赵杰

（河南艺术职业学院，河南 郑州 450000）

本文对4G网络与远程监控通信的相关特点进行分析，并以车辆远程监控为例，设计基于4G网络的远程监控通信系统。结合4G模块实现数据在ARM系统和服务器之间的传输，以期达到更好的远程监控通信效果。

4G网络；远程监控；通信系统

目前，众多领域都对远程监控通信有着很大的需求。4G网络技术具备传输时上行带宽大，传输时延较小的特点，为监控网络实现无线高清传输提供了技术基础。伴随4G通信技术的不断进步及4G网络覆盖范围的扩大，无线视频传输系统在监控领域的应用得到进一步加深。

1 4G网络与远程监控通信

目前，在日常生活中以及不同领域的生产和加工等过程中，对远程监控通信有着极大的需求。通过远程监控通信，能够在任意位置随时观察特定地点的实际情况，观察各种生产活动的开展情况、各种试验设备的工作状态等。另外，还可以通过远程监控通信的方式进行数据收集等活动，可以为人们的各种监控和管理提供极大的便利。随着移动通信技术的演化，目前第四代移动通信技术（4G）已经呈现出逐渐成熟的发展状态，并被逐渐应用于监控系统的设计中。尤其是随着各种便携式移动终端的出现，可以更好地利用4G网络对各种高质量信号传输进行承载，并完成各种远程监控与通信活动。

2 基于4G网络远程监控通信系统设计

2.1 系统整体设计

车辆远程监控通信是目前在交通管理领域应用十分广泛的技术手段，涉及到无线通信网络和车载终端等多个部分，在智能交通领域中发挥着越来越重要的作用。通过系统设计，可以对不同车辆的运行状态、具体位置等予以实时的远程监控。远程监控系统数据采集及数据传输具备自身独有特点，以此类特点为依据，结合实际需求进行本次系统设计。本次设计的技术方案将数据采集后的解析处理和封装处理，以及通过4G模块实现对数据到远端服务器的传输过程作为设计重点。其中，内部CAN网络数据采集完成后对其进行符合预定报文格式的解析处理，经重新封装后发送至ARM控制系统。ARM接收到数据后通过USB接口将数据传输至4G模块，4G模块利用4G网络根据IP地址向远端服务器发送数据。该过程中通过上位机软件对数据及发送情况进行实时监控并完成后台存储处理。利用客户端软件可以向服务器进行车辆信息查询。

2.2 系统硬件设计

本次设计选用广州致远电子生产的产品IOT-3960l作为系统开发板。处理器选用性能较高的Freescale 454MHz MCIMX287 ARM9处理器。集成128MB 200MHz二代内存及128MB NAND FLASH，实现了对双路以太网的支持。隔离模块为具备较高性能的CAN-bus隔离模块，该模块同时支持RS485、USB2.0、UART等功能，同时能够满足多种方式的系统升级需求。系统4G模块使用上海龙尚公司的longsungU8300C产品。该产品无线模块支持多种制式的网络，在FDD-LTE网路下，其接入上行速度和下行速度分别可以达到50Mbps和100Mbps，在TDD-LTE网络下，接入上行速度和下行速度可达18Mbps和61Mbps。此外，该模块集成接口类型较多，包括RESET、UART、USIM/SIM、USB等多种接口，同时具备丰富的AT指令，表现出很高的灵活性和操作便捷性［1］。

2.3 系统软件设计

选用版本号Linux2.6.35的平台定制内核作为本系统开发内核。longsungU8300C模块集成多种接口，如包含USB、UART接口等。以数据传输速度作为标准，实现系统通信功能时确定选用ARM系统和USB接口。实现通信功能必须将USB转串口驱动等4G网络模块驱动添加至Linux内核，并确保支持PPP拨号协议，对内核进行编译并下载到开发板。对拨号状态进行测试可采用ping域名或者IP的方式。由于UDP协议具备较快的传输速度，因此4G模块和服务器之间采用UDP通信协议［2］。4G远程客户端的终端程序运行时，首先调用相应函数获取文件描述，对端口号和传送协议进行定义，调用sendto()函数以IP为依据对指定服务器进行数据发送，等待服务器回应。调用recvfrom()函数实现对服务器回传消息数据的接收，并对接收到的服务器回传确认消息进行增加时间戳处理后继续发送。如果无法接收到来自服务器的回传数据，客户端将保持阻塞状态进行无限等待。引起客户端接受服务器回传数据失败，保持无限等待阻塞状态的可能性有2个，一是服务器收到来自客户端的数据后进行了确认并完成确认消息数据回传，但数据在向客户端传输过程中丢失，导致客户端没有接收到回传数据；二是客户端向服务器发送的数据在传输过程中丢失，服务器并没有接收到数据，自然不会产生确认数据。这两种原因都会导致客户端没有接收到回传数据，进而保持无限等待的阻塞状态。针对这种情况，设计者结合alarm()闹钟函数为recvfrom()函数设置了5s超时标准，同时为确保数据能够被继续发送，还调用sigaction()函数，并将函数参数设置为SA_NOMASK，以实现对数据发送的不重启动。这种机制能够终端recvfrom()，禁止客户端保持阻塞状态，推动程序继续向下执行，数据传送过程完成后，服务器及客户端调用close()关闭函数。以传输速率为标准，选用UDP协议实现远程客户端和服务器之间的通信及数据传输。在实时远程监控过程中，如果对数据要求不高，或者采集频率较高时，可以选择直接中断前面，开始下一次数据传输的处理方式，这种情况造成的数据包丢失属可接受范围，大多数时间内数据传输都处于稳定状态。数据丢失后开始进行下一次数据传输时服务器会接到通知，数据连续丢失且到达设定值时服务器能够提供报警。实际应用过程中结合不同的应用场景、应用需求对报警范围进行适当调整。伴随4G网络技术的不断进步和覆盖范围的扩大，数据丢包情况已经得到严格控制，不会对远程监控系统的运行状态和效果造成影响。

2.4 设计实现

首先，按照相关协议对测试数据进行组包处理，利用ARM控制系统将处理后的数据包由USB接口输送至4G网络模块，4G终端接入4G网络后向服务器IP发送数据。系统测试过程中，数据发送设定频率1s/次，服务器接对来自客户端模块的数据进行增加时间戳处理后直接发回。数据经过Internet网络到达服务器，服务器按照制定好的协议进行数据解析，并按条目存入数据库。客户端可以选择自行开发的具备车辆信息实施查询功能的电动汽车远程监控系统。具体实施过程中，为每辆车编制固定ID，结合ID号对车辆信息进行实时查询，如车辆位置、车载电池电压、温度等［3］。

3 结语

综合来看，本次设计以嵌入式Linux2.6操作系统作为基础平台，处理器则选择具备较高性能的ARM9，采用的4G网络模块上集成了各种接口，因此能够在应用程序开发时起到很大的简化效果，也为系统后期扩展提供良好保障。本次设计经实际完成4G网络接入及远程服务器之间的数据传输，客户端软件实现实时监控查询功能。经验证，本设计运行状态稳定，数据传输顺畅，能够发挥良好的4G远程监控功能。

［1］胡圣尧，杨子立，关静，等.基于GPRS或4G的通信基站电源监控系统设计［J］.电源技术，2016（9）：1865-1866，1892.

［2］梁茂麒.基于4G的智能家居远程网络监控系统的研究［J］.信息通信，2015（2）：226-227.

［3］谭宝成，曹国浩.4G网络在无人驾驶智能车远程监控系统上的应用［J］.电子设计工程，2015（15）：30-32.

Design and Implementation of Remote Monitoring Communication Based on 4G Network

Zhao Jie
（Henan Art Vocational College，Zhengzhou Henan 450000）

In this paper,the characteristics of the 4G network and remote monitoring communication were analyzed, and taking the remote monitoring vehicle as an example,a remote monitoring communication system based on 4G network was designed.Combine 4G module to realize data transmission between ARM system and server,in order to achieve better remote monitoring communication effect.

4G network；remote monitoring；communication system

TN929.53；TP277

A

1003-5168（2017）05-0056-02

2017-04-16

赵杰（1970-），女，本科，助教，研究方向：广播电视技术。