崔平

摘  要： 为了提高实验室安全预警能力，提出一种基于无线网络监控技术的实验室安全预警系统设计方案。构建实验室安全预警的无线网络监控节点部署模型，采用最短路由协议部署方法进行实验室安全预警的网络传输节点控制，采用全网能量均衡控制方法进行实验室安全预警无线监控网络节点室内定位和信道均衡控制。结合K?邻居节点覆盖方法提高实验室安全预警无线监控的信道均衡性，根据节点的传输功耗特征检测结果实现实验室安全预警无线监控网络节点优化部署和室内定位。结合嵌入式的ARM实现实验室安全预警系统的硬件设计。测试结果表明，采用该方法进行实验室安全预警无线监控网络设计的误码率较低，监控性能较好。

关键词： 无线网络监控; 实验室安全; 预警系统; 节点部署; 信道均衡控制; 室内定位

中图分类号： TN919?34                          文献标识码： A                      文章编号： 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

隨着无线网络通信技术的发展，需要进行无线网络下的实验室安全预警系统设计。采用网络体系构架模型进行实验室安全预警系统的网络组网设计和传感节点设计，提高网络的连通性和数据转发控制能力[1]。结合无线网络监控技术，进行实验室安全预警系统设计，在促进实验室的安全管理中具有重要意义。实验室安全预警无线监控网络是通过实验室的内部组网和物联网设计实现实验室的资源信息调度和网络优化组网控制，构建基于ZigBee组网技术的实验室安全预警系统[2]，构建实验室安全预警的无线网络监控节点部署模型，根据节点的传输功耗特征检测结果实现实验室安全预警无线监控网络节点优化部署和室内定位，结合嵌入式的ARM实现实验室安全预警系统的硬件设计，最后进行仿真实验分析，展示了本文方法在提高实验室安全预警能力方面的优越性能。

1  实验室安全预警无线监控网络信道模型分析

1.1  网络节点的分簇拓扑结构

为了实现实验室安全预警无线监控网络均衡控制模型的优化设计，采用最短收发路径控制方法建立实验室安全预警无线监控网络均衡控制的网络拓扑结构[3]。假设研究的实验室安全预警无线监控网络节点在室内分布的区域为一个边长为M的正方形区域，实验室中进行安全预警监控的数据转发的带宽为[Ts=NfTf]，初始网络拓扑结构中数据转发的Sink节点和Source节点的初始能量开销分别为：

1.2  无线网络监控的信道均衡设计

在分簇路由传输协议下，进行实验室安全预警无线监控网络中资源低功耗调度[5]，得到在最短路径和最小能量损失约束条件下实验室安全预警无线监控网络节点均衡控制的能量传导控制模型为：

2  无线监控网络节点室内定位优化

2.1  节点优化部署

结合K?邻居节点覆盖方法提高实验室安全预警无线监控的信道均衡性，采用全网功耗均衡模型进行实验室安全预警无线监控网络节点均衡控制，结合空间路由规划方法[7]，得到监控预警系统的分簇调度模型为：

2.2  实验室安全预警无线监控的全网均衡控制

采用最小网格均衡控制法得到实验室安全预警无线监控网络的安全性传输信道均衡控制模型描述为：

3  系统硬件设计

采用VIX总线传输协议进行数据传输和转发控制[9]，得到实验室安全预警系统的总体设计构架如图1所示。

图1  实验室安全预警系统的总体设计构架

采用ADSP?BF537BBC?5A实现实验室安全预警无线监控系统原始信息采集[10]，得到设计的实验室安全预警系统硬件组成如图2所示。

图2  实验室安全预警系统的硬件组成

4  仿真实验分析

采用TP?ASW作为实验室安全预警无线监控网络的网络拓扑仿真场景，结合Matlab进行算法设计，监控预警性能测试。仿真参数配置见表1。

表1  实验室安全预警无线监控网络的环境配置参数

图3  监控预警信息输出

以图3的数据为研究对象，输入到实验室安全预警系统中，分析预警检测性能，得到预警检测输出见图4。

图4  监控预警异常特点输出

分析圖4得知，本文系统能有效检测实验室的安全预警信息，安全预警监控的定位性能较好，对异常部位的准确检测精度较高，提高了监控能力。

5  结  语

本文采用网络体系构架模型进行实验室安全预警系统的网络组网设计和传感节点设计，提高网络的连通性和数据转发控制能力。采用最短路由协议部署方法控制实验室安全预警的网络传输节点，采用全网能量均衡控制方法进行实验室安全预警无线监控网络室内定位的信道均衡控制，根据节点的传输功耗特征检测结果实现实验室安全预警无线监控网络节点优化部署和室内定位。设计的实验室安全预警无线监控系统主要由实验室安全预警的工况检测模块、A/D模块、信息集成处理模块和人机交互模块构成。研究得知，本文设计的系统能有效实现对实验室的安全预警监控。

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