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1、宁波大学硕士学位论文大型建筑结构安全远程监控系统中的数据传输方法研究摘 要对大型建筑结构安全进行远程监控是避免其发生灾难性事故的重要手段之一，其方法主要是运用现代传感与通信技术，通过实时获取结构状态数据和各种环境信息，对大型建筑运营阶段的结构响应与性态行为进行远程监测，并分析评估其结构的健康状态、提供相应的决策支持。本文主要研究大型建筑结构安全远程监控系统中的数据传输方法，在研究其数据交换特点的基础上提出了多优先级数据发送缓存队列的核心交换机制，在考察了各种监控现场的通信条件、分析了各种通信技术特征的基础上提出了混合使用多种或多个通信信道进行数据传输的混合通信机制，进而提出了一种适用于大型建筑
2、结构安全远程监控系统的混合通信技术。本文采用层次式架构设计和开发了这种混合通信技术及其通信协议，通过组合使用多种或多个现有的公用通信系统中成熟、商用和低成本的通信信道，可以为不同通信条件和通信要求的远程监控应用构建混合数据交换信道。混合通信协议的功能应用层在提供远程监控系统基本功能的同时提供了一个开放的接口规范，可供不同类型的工程进行扩展使用，其数据交换层的核心是一个多优先级数据发送缓存队列以实现备用、冗余和并行等多种数据交换的工作模式，同时其通信接口层内置了统一的可靠性和安全性设计，可以在不可靠和不安全的通信信道及各种恶劣通信环境下实现监控指令与监控数据的有效、可靠交换，并具有防破坏、防窃听
3、和防重放攻击等安全特性。采用JAVA技术开发实现使得本文所述的混合通信协议具有平台无关性，可以在不同类型的远程监控和数据采集系统中推广应用。对开发好的协议进行详细的功能和性能测试与分析后，在某大桥结构损伤远程监控系统中对该技术进行了实践应用，初步证明该协议在大型建筑结构安全远程监控系统中的适应性、有效性、可靠性和安全性。关键词：远程监控， 混合通信， 通信协议， 可靠性， 安全性Research on Data Transmission in Remote Monitoring System of Large Constructions Structural SafetyAbstractRem
4、ote monitoring for large constructions structural safety is one of the important means to avoid the occurrence of disastrous accidents. It can use modern technique of sensor and communication to acquire real time structural state and various environmental informations of large constructions structur
5、al, and monitor its response and behavior during its operation. It also analyses and evaluates this construction structural health to provide corresponding decision support.This paper makes a research on data transmission in remote monitoring system of large constructions structural safety. With pro
6、found analyzing on the features of data exchange, a core exchange mechanism is put forward, which supports multiple priority data buffer queues. Based on the investigation of the communication conditions in various monitor systems and analyses the characteristic of each communication technology, a h
7、ybrid communication mechanism is presented, which mixes multiple modes or links for data transmission. And then we propose a hybrid communication approach rendered for the use in remote monitoring system of large constructions structural safety.This thesis uses the hierarchy schema framework to desi
8、gn and develop such hybrid communication technology and its communication protocols. Based on the various mature, commercial and low cost communication networks, the proposed technique can scheme multiple communication modes and links to apply hybrid data exchange channels under the different commun
9、ication conditions and meet the given requirements. The application functions layer of hybrid communication protocol provides the foundational functions of remote monitoring system, at the same time, it offers an open interface standards for expanding in different types of engineerings. The core of
10、data exchange layer is a multiple priority data transmission buffer queue that can offer standby, redundancy and parallel modes. In unreliable and insecure communication channels, the communication interface layer has a build-in unified mechanism to assure monitoring commands and data exchanging eff
11、ectively and reliably, also it can run under various poor communication environments, having breakage-proof, anti-bugging and anti-replaying.The hybrid communication protocol has been implemented with Java technology which is independent of platform, and it can be spread into different application o
12、f remote monitoring and data acquisition system. After testing on the functions and performance of this protocol, it has been used in remote monitoring system of one bridge structural damage for the practice. The adaptability, validity, reliability and security of this protocol have been preliminari
13、ly shown in remote monitoring system of large constructions structural safety.Key Words：Remote Monitoring， Hybrid Communication， Communication Protocol， Reliability， Safety- III -目 录引 言11 绪论21.1 研究背景21.1.1 大型建筑结构安全远程监控的意义21.1.2 国内外研究现状31.2 大型建筑结构安全远程监控系统及其关键技术51.2.1 一般性结构51.2.2 系统架构技术61.2.3 传感器和传感网络
14、技术71.2.4 数据传输技术81.3 数据传输技术研究的重要性91.3.1 数据传输的质量要求91.3.2 目前存在的主要问题101.4 本文的研究工作与内容结构112 大型建筑结构安全远程监控系统中的数据传输132.1 大型建筑结构安全远程监控系统数据通信的特点132.2 现有数据传输技术分析142.2.1 一般性数据通信方式142.2.2 常规商用数据通信手段152.2.3 现有技术的适应性分析162.2.4 数据传输协议分析182.3 大型建筑结构安全远程监控混合通信技术的提出192.3.1 混合通信技术的提出原因192.3.2 混合通信技术的设计思想202.4 混合通信技术的数据传输
15、能力分析222.4.1 混合通信交换队列性能分析222.4.2 Internet传输的时延影响242.4.3 接入信道的时延影响272.4.4 SMS传输的时延影响282.5 本章小结303 大型建筑结构安全远程监控混合通信协议的设计313.1 协议层次设计313.1.1 分层原则313.1.2 层次结构313.1.3 层间接口333.2 通信接口层设计343.2.1 功能子层划分343.2.2 MPacket协议数据单元结构353.2.3 数据传输可靠性设计363.2.4 数据传输安全性设计383.3 数据交换层设计423.3.1 功能和设计思路423.3.2 队列管理433.3.3 MData协议数据单元结构443.4 功能应用层设计453.4.1 协议开放性453.4.2 MMessage协议数据单元结构453.4.3 功能应用层主要监控指令463.5 本章小结474 混合通信协议的开发实现494.1 协议开发实现494.1.1 开发语言的选择494.1.2 开发框架的选择504.1.3 开发模式选取514.2 协议软件组成与结构524.2.1 ApplicationFunctionLay
