基于GPRS的无线图像监控系统的设计与实现.pdf

收稿日期:2 0 0 6-0 9-1 8基金项目:河南省自然科学基金（0 6 1 1 0 5 4 8 0 0）作者简介:朱会东（1 9 7 5-），男，河南商丘人，助教，硕士，主要研究方向:计算机网络安全，数据库应用.文章编号:1 0 0 4-3 9 1 8(2 0 0 7)0 1-0 2 7 8-0 4基于 G P R S的无线图像监控系统的设计与实现朱会东,黄艳（郑州轻工业学院 计算机与通信工程学院，郑州4 5 0 0 0 2）摘要:针对监控系统的特点和需求,分析了G P R S的技术优势,提出了一种基于G P R S的无线图像监控系统,介绍了系统的整个结构和功能,讨论了整个系统终端设备和监控中心的设计与实现.关键词:通用分组无线业务;图像传输;无线监控;全球定位系统中图分类号:T P3 9 3.0 9文献标识码:A随着人们安全意识的提高，各种监控被广泛就用在日常生活、工业生产、公共场合中，图像监控以其直观、方便、信息丰富等优势受到越来越多人的欢迎！在很多的监控场合，有线网络可能到达不了，或者成本太高，或者由于环境的恶劣不方便采用有线网络，对于这些场合，最好的选择就是通过无线网络来达到监控的目的.而利用分布广泛的 G P R S 网络，可以很容易的实现无线远程监控，采用 G P R S 技术来实现无线图像监控，成本十分低廉，必将受到用户的青睐.1 G P R S技术简介G P R S（通用分组无线业务）作为一种无线通信技术方式，是在模拟技术和全球移动技术 G S M基础上发展起来的，是全球移动通信网络技术向第三代移动通信（3 G）演进的主流技术和重要里程碑，被称为 2.5 代移动通信.与传统的全球移动通信系统 G S M电路拨号交换相比，G P R S 在资源利用效率、交换容量和性能上都有一个质的飞跃.G P R S 在现有的 G S M网络基础上叠加了一个新的网络，通过增加一些硬件设备并对原有网络升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端到端、广域的无线 I P连接.通俗地讲，G P R S 是一项高速数据处理的技术，它以分组交换技术为基础，用户通过 G P R S 可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发 E-m a i l，I n t e r n e t 浏览等.G P R S 与现有的 G S M语音系统最根本的区别是，G S M是一种电路交换系统，而 G P R S 是一种分组交换系统.因此，G P R S 特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输.这一特点正适合大多数移动互联的应用.G P R S 具有以下优点 1:（1）永远在线：只要激活 G P R S 应用后，将永远保持在线，不存在掉线问题，类似于一种无线的专线网络.（2）按流量计费：虽然保持永远在线，但不必担心费用问题，因为只有产生通信流量时才计费.它是一种面向使用的计费，计费方式更加科学合理.（3）快速登录：全新的分组服务，无需以往长时间的拨号建立连接过程.（4）自如切换：话音和数据业务可以切换使用，电话上网两不误.（5）高速传输:G P R S 最高理论传输速度为 1 7 1.2 k b i t/s，目前使用 G P R S 可以支持 4 0 k b i t/s 左右的传输速率.2系统的结构与功能2.1系统结构整个系统由，监控终端、G P R S 网络、监控中心服务器、监控工作台组成，如图 1 所示.监控终端采集图像，对图像进行压缩编码，然后通过 G P R S 网络传送到移动中心服务器上，监控中心服务器通过 I n t e r n e t 网络从移动中心服务器得到分组包，对其进行解释，合成图像，传送到监控工作台进行处理.第2 5卷 第2期2 0 0 7年4月河南科学H E N A N S C I E N C EV o l.2 5N o.2A p r.2 0 0 72 0 0 7 年 4 月监控工作台监控工作台监控工作台图1系统结构图F i g.1 A r c h i t e c t u r e o f s y s t e m2.2系统所提供的功能本图像监控系统，不仅具有功能强大图象监控功能，在 G P S 定位追踪性能上也超过常规的 G P S 监控系统，系统采用自主开发的无线数据传输协议，保证了图像能够在无线通讯环境下实现远距离及时可靠传输.（1）系统不仅能实现现场的图象采集、压缩以及传输，而且集成了遥控、红外自动报警装置，可以有效的解决防盗、防灾、防抢问题.（2）系统内集成的 G P S 系统，可以实现移动位置的精确定位，实现车辆的调度功能.（3）根据需要可通过短信或监控中心发送命令到移动终端，来控制监控设备发送信息到何种设备.（4）监控中心的服务器可以不仅可以使用固定 I P来接收移动终端发送的监控信息，同时也支持动态域名解析的动态公网 I P 方式接收信息.3系统关键部分的设计3.1监控终端硬件的设计终端主要由摄像头、单片机主控部分、G P R S 网络控制部分、G P S 接收机、报警模块等部分组成，如图 2所示.图2终端硬件框图F i g.2 F r a m e w o r ko f t e r m i n a l摄像头实现图像的光电信号转换、A/D转换以及对图像的压缩；网络控制部分负责终端与监控者之间的通信，实现基带信号处理、调制解调与射频发射接收；终端设计中包含的 G P S 接收机是目前移动监控中的常用部件，主要采集监控点地理位置信息以及由此换算出的监控点速度等信息；主控部分作为终端核心，主要由微处理器、动态存储器以及时钟电路组成，是终端的控制和信息处理中心，所有传递、接收以及参数设置信息都要通过主控部分实现，信息传递通信协议也在主控部分实现.报警模块由各种传感器构成，与图像传输配合从而起到更好的监控效果.3.2图像传输协议监控终端与监控中心采用 U D P协议基础上扩充 4 个字节的协议来进行通信，信息部分包含 G P S 信息、图片信息，按照设定的协议包大小分成由多个数据包组成的一组数据发送，每次发送数据的长度为 U D P包数据长度-4，具体协议描述；朱会东等:基于 G P R S 的无线图像监控系统的设计与实现2 7 9-第 2 5 卷 第 2 期河南科学为保证接收数据的完整性在 U D P 协议的基础扩充 4 个字节作为请求-应答信号.数据包格式如表 1 所示.表1数据包格式T a b.1 T h e f o r m a t o f d a t a p a c k e t远程终端发送数据包扩展协议部分由 4 个字节组成，具体格式含义如下：X X X X X X X X01230、1 字节为远程终端的 I D 设备标号（唯一）2 字节的高 3 位为本次发送数据组的标识符-组标（共 8 个循环使用）2 字节的低 5 位为本次发送数据组包含的数据帧数目（最大为 2 4）3 字节为本次发送的数据包在在数据组中的位置（0、1、2、3）监控终端在收到一个 U D P 需要立即返回一个 A C K包如表 2 所示.表2 A C K包格式T a b.2 T h e f o r m a t o f A C K监控终端发送 A C K包扩展协议部分由 4 个字节组成，具体格式含义如下：X X X X X X X X01230、1 字节为远程终端的 I D 设备标号（唯一）2 字节低 2 位（0、1 位）代表接收到的 U D P包属于的包段（0-7 包段、8-1 5 包段、1 6-2 3 包段、2 4-3 1 包段）.具体定义：1（b i t）0（b i t）000-7 包段018-1 5 包段101 6-2 3 包段112 4-3 1 包段3 字节为本组数据在此次接收包的所属包段中接收情况说明，八个比特位代表本包段中八个包的接收状态（1 代表未收到（或希望远程终端发送），0 代表已收到（或不希望远程终端发送），比特位代表包的序号由小到大递增排序.3.3监控中心软件的设计监控中心采用已经成熟的 C/S（C l i e n t/S e r v e r）结构，开发语言是 V C.N E T，监控中心的功能模块图如图 3 所示.图3系统功能模块图F i g.3 T h e f u n c t i o nm o d u l e o f s y s t e m系统初始化模块：完成系统工作前各个参数的设定和前期准备工作.U D P 头X XX XX XX X数据U D P 头X XX XX XX X2 8 0-2 0 0 7 年 4 月端口监听模块：包括对客户端端口的监听和对终端设备数据接收端口的监听，对客户端口监听时，当有连接请求时，系统访问数据库，判断是否是合法用户，如果是合法用户则设定用户的权限并回复连接确认信息，如果用户非法则拒绝连接请求.对终端设备数据接收端口的监听启动监听线程，当有消息到达时，启动数据接收线程.数据收发模块：终端设备有数据到来时，终端收发模块启动数据接收线程，对接收到的数据包调用数据解析模块，对数据包进行解码，根据解码结果进行回发确认信息，该模块采用多线程机制对终端到来的数据包进行同步处理.数据解析模块：数据解析模块处理接收到的数据包，接收完一个图像信息后，对数据包进行合成，并分离出第一个包头中文字信息中的各个字段，图像连同相应的文字信息存入数据库的记录中；然后调用数据处理模块进行相应的处理.数据处理模块：数据处理模块查询数据库，找出与设备号对应的用户，并根据用户的权限和设定调用坐席交互模块、发送彩信或直接报警等处理.终端控制模块：终端控制模块完成对终端设备的初始化和各种参数的设置，并能够对终端设备的行为进行控制.数据库访问模块：完成对数据库的各种操作，避免数据库访问冲突.4结束语无线图像监控系统，利用 G P R S实现了远程无线传输，能够及时地，迅速地反馈现场信息和执行命令控制.安装方便，可应用在移动目标、企事业单位、家庭等需要监控的地方，从而节约大量的人力和物力.目前该系统正在实验阶段，在实验的过程中，系统性能稳定，具有相当广阔的研究和推广前景.参考文献:1 钟章队.G P R S 能用分组无线业务 M .北京：人民邮电出版社，2 0 0 1.2 马忠梅，籍顺心.单片机的 C语言就用程序设计 M .北京：北京航天航空大学出版社，1 9 9 9.3 卢满怀.G P R S 数据传送服务的无线通信控制器设计 J .单片机嵌入式系统应用，2 0 0 4（8）：9-1 2.4 张益贞.V i s u a l C+实现 M P E G/J P E G编解码技术 M .北京：人民邮电出版社，2 0 0 2.5 张正恒，张其善.基于 G P R S 的车载信息平台的研制与关键技术 J .北京航空航天大学学报，2 0 0 5（1）：9 9-1 0 1.6 汪晓平，钟军.V i s u a l C+网络通信协议分析与就用实现 M .北京：人民邮电出版社，2 0 0 3.D e s i g na n dI mp l e me n t a t i o no f aWa r e l e s s I ma g e Mo n i t o r a n dC o n t r o lS y s t e mB a s e do nG P R SZ H UH u i-d o n g，H U A N GY a n（C o m p u t e r a n dC o m m u n i c a t i o nE n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t，Z h e n z h o uU n i v e r s i t y o f L i g h t I n d u s t r y，Z h e n z h o u4 5 0 0 0 2，C h i n a）A b s t r a c t:T or e a l i z et h ec h a r a c t e r i s t i ca n dr e q u i r e m e n t o f m o n i t o r a n dc o n t r o l s y s t e m.I a n a l y s e s t h es u p e r i o r i t yo f G P R Sa p p l y i n g t o m o n i t o r a n dc o n t r o l s y s t e m，p u t s f o r w a r da n e ws c a l a b l e d e s i g ni d e a.t h i s a r t i c l e i n t r o d u c e t h ec o n s t r u c t i o no f s y s t e m，t h e ne x p a t i a t e s t h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f m o n i t o r u n i t a n dc o n t r o l c e n t e r.K e yw o r d s:G P R S；w i r e l e s s m o n i t o r a n dc o n t r o l；i m a g e t r a n s m i s s i o n；G P S朱会东等:基于 G P R S 的无线图像监控系统的设计与实现2 8 1-