虚拟现实技术及通信设备实时监测方法

摘要：通信设备的状态与通信质量息息相关，为了提升通信质量需要对通信设备进行实时地监测。因此，提出了基于虚拟现实技术的通信设备实时监测方法，将虚拟现实技术和监测技术进行融合。计算通信设备实时监测的监测距离，为下一步进行实时监测做准备，然后采用虚拟现实技术实现监测信号接收，优化无线传感器节点结构，对监测接收的数据进行预处理，最后为了提升监测数据的精度，进行监测信号抗干扰处理，通过优化元器件排布结构减少内部干扰，通信数据监测时避开干扰源，最终实现，基于虚拟现实技术的通信设备实时监测。最后采用对比实验的方式验证该监测方法的实用性，实验结果证明该通信设备实时监测方法比传统的监测方法效率更高。

关键词：虚拟现实技术；通信设备；实时监测；监测距离

虚拟现实技术的核心是将信息的监测与三维技术进行有效的融合。在计算机中建立虚拟的模型对复杂和抽象的概念进行诠释，将虚拟显示技术应用到通信设备实时监测当中，两项技术的融合可以解决很多传统监测中的问题[1]。通信设备的监测技术已经随着科学技术的发展逐渐变得成熟，通信设备也在历代更新后变得更加符合时代的要求。专业通信网络包括光端、DDN等很多种类。随着网络通信的范围不断地扩大和通信密度的升高，对通信设备的可靠性提出了更高的要求[2]。为了保证通信服务的质量，需要各专业之间相互协作。设计对通信设备进行监测的方法来保证对设备的状态进行实时监测。将虚拟现实技术和通信设备实时监测相融合。

1计算通信设备实时监测的监测距离

通信设备发射的信号在传播的道路上的信号损耗被称为路径损耗，路径损耗的前提是电磁波进行自由的直线传播[3-5]。在不使用任何抗干扰手段的前提下，电磁波从波源处向周围进行辐射的过程中的辐射半径是相同的，因此，在计算机上看虚拟真实技术映射出来的三维图像中的映射半径也都是相同的[6]。在显示器上显示的为波源为球心的球体。信号在传播时，能量是随着传播距离的增加不断地扩散的，信号的发送和接收之间的比值为：（1）公式（1）中的W1为通信信号发出时的功率，W2则为接收信号时候的信号功率。a为信号的最大传播距离，为信号的波长长度，当传播的速度为r的时候，信号的发送和接收之间的比值为：（3）在信号发生路径衰落的时候，还有可能会出现阴影衰落，路径衰落是在信号的传输过程中自然而然产生的衰落过程，这种信号是不可避免的[7]。为保证信号在传输的过程中不会因为障碍物而达不到目的地，应增加一定的信号覆盖范围，且提升W1的功率来增加信号传输的强度，方便信号可以顺利地达到信号的应到达的目的地。而前两种衰落属于受环境影响的自然衰落，信号设备为了防止单一的传播方式导致信号衰弱，因此进行多个路径信号的叠加。该信号的距离分布函数可以定义为（4）在上述公式中，x为实时监测的监测距离，v代表信号变化的随机变量，v的取值范围为大于等于0，在公式中设置信号传输过程中的信号传输的近似值。在不同的相位中计算出来的距离是不一样的，在进行小尺度信号衰落的时候，应进行精度提升降低距离计算的误比特率。

2基于虚拟现实技术实现监测信号接收

2.1优化无线传感器节点结构

通常监测信号的接收会采用传感器，因为传感器的设备体积小且功耗不高，可以实现监测信号的接收。并将采集的数据进行初步的处理，信号接收的传感器的主要单元为传感器节点，因此，节点的好坏与监测信号的接收质量息息相关，每个节点都可以进行无线远程监测的信号接收，将处理信息的设备和负责信息采集的设备区分开，节点还可以负责将其他的信息进行转发，实现监测信息的共享，无线传感器的节点的结构组成部分由图1所示：如图1所示，传感器的结构由4部分组成，第一部分为监测传感模块，该模块由三部分组成，第一部分是信号传感器，第二部分为虚拟现实图像的转换器，可以将监测信号的状态利用虚拟现实技术进行转换，将监测的信号转换为三维立体的模型，并将其通过三维图像的方式展现在显示器上[8]。

2.2监测信号接收数据预处理

监测数据的采集需要对外界的信号在设备中进行处理，而传感器的信号采集和信号的处理是两部分，传感器负责采集外部的监测信息并传输给服务器进行数据的预处理，将信号中的数据转化为比较容易计算的数值，通过AD/DC模块的转换将数字转换成数字信号，在服务器中进行数据的二次处理，传感器是直接进行数据采集的设备，因此现在进行数据处理的时候，处理数据的时候设定数据的变化量为y，而引起数据的变化量为e，数据传输的效率采用虚拟现实图像中的拟合直线的斜率进行计算，计算的公式为：（5）在虚拟现实技术的图像的拟合直线的斜率的计算中，传感器的信号处理参数可以采用大于0的常数表示，在进行数据处理的过程中，处理的速率越快，对设备的监测精度要求越高。监测信号也应该减少干扰，来提升监测数据的精度。要求监测信号的信噪比在设备的加持下不断升高，在进行数据处理时也需要在传感器的相应特性范围内尽可能地提升精度。

3监测数据的抗干扰处理

3.1通过元器件布局减少内部干扰

考虑到监测数据的精度问题应对监测信号进行抗干扰处理，以保证检测数据的准确性[9]。除了第一部分的距离问题，影响监测精度的因素还有很多，传感器的节点因处于不同的环境当中，因此受到干扰的几率很高，对干扰信号处理的不正确，将会导致监测的数据不准确，因为信号扰导致数据精度降低是得不偿失的，因此，监测数据的处理也是非常重要的，在进行传感器的电路设计的时候就应该进行抗干扰工作的铺垫，首先应该提升抗干扰信号的兼容性，方便传感器节点对错误的信号进行辨认。重新对传感器中的元器件进行布局可以降低电磁干扰的程度，在传统用的传感器元器件中，电路之间的分布位置太近可能造成电路之间产生信号干扰，不仅影响监测数据的精度还会降低电路的性能，也比较容易产生故障，因为这样的方法节省空间。大部分的电路采用传统的排布方式，因此除了要考虑普通PCB设计时的布局外，还应加大电路之间的间距，电路和带有电磁信号的元件之间也不应该紧挨着，以便减少电路之间的相互干扰，通过空间分配的方式增加抗干扰能力[10]。电路的排布方向也有一定的排放原则，基于信号发送的初始位置与元器件的初始方向一致的特征，在进行摆放时应按照统一方向进行排列，保证信号接收的完整性，在另一方面，也可以避免线路不集中排列而导致的接触不严。而线路和其他器件之间要保持1mm的距离，预留距离对减少信号的干扰可以起到很大的作用。

3.2通信数据监测避开干扰源

传感器布线的时要保证电路的正常运行，并以此作为布线的基础，对传感器布线方案进行有效优化，降低监测数据的抗干扰能力就要降低布线的有效密度。且配备抗干扰的电阻，信号的走线要保持均匀。在布线时要保证线路近距离小传感器的边缘有一定的距离。这样可以避免在接收监测信号的时候发生短路，电源线要保证一定的宽度保持信号的畅通，为了提高抗干扰能力，电源线的走向和数据的传输方向一致。信号的抗干扰能力随着信号的波长加长而变弱，因此，保持信号波段的合适长度也是保证信号不扰的有效手段。减少器件彼此之间的信号干扰，各元器件间的连线也不宜过长。在进行服务器的抗干扰电路设计中，电源线是容易产生干扰的器件之一，因此想要减少数据处理模块的干扰，要尽量降低电源产生的干扰信号的可能性。地线和电源线进行的抗干扰措施有很多，最常见的是采用物理的方式进行抗干扰，模拟区和信号的接收区采用信号绝缘的物体进行隔离，二者进行连接之后再与线路进行连接。连接到地电源上之后，将电磁信号的传播次数降到最低。最终完成了监测信号的抗干扰，保证了基于虚拟现实技术的通信设备实时监测的精度。

4测试实验

为了验证本文设计的基于虚拟现实技术的通信设备实时监测方法的实用性，将本文设计的方法与传统的XSLS通信设备实时监测方法、MMS映射通信设备实时监测方法进行比较，对比三种方法的监测精度。

4.1实验准备

在进行实验之前先检查实验的通信设备是否可以正常运行，信息进行发送的频率设置为10s，为了验证通信技术的监测效率，从接受到信号开始，发送信号的三台机器依次发送信号。机器接收到信号后分三次进行发送，第一次信号在接收的当时进行发送，第二次信号在接收到的150ms之后进行发送，第三次信号在接收到二次信号之后的300ms进行发送。在三次信号发送之后，在初次发送信号的主机中信息可以转化为纸质版被打印出来。通信设备的监测数据存储在计算机中，当一组数据经历过一次三次传输之后，进行下一组数据的传输。传输数据的主机的参数如表1所示：如表1所示，主机的参数设置如上，每个主机都要连接三个从主机，主机开机之后就会带动从主机开机。在系统中选择主从机模式，单片机会自动选择STM32无线模块。通过系统中的定时器进行定时，单位时间内会选择唤醒模式进行信息采集，本次实验设置为每间隔10s就进行一次数据采集。

4.2实验结果

为了验证本文设计方法的监测效率，将本文设计的方法与传统的XSLS通信设备实时监测方法、MMS映射通信设备实时监测方法进行比较，对比三种方法的设备监测时间，实验结果如图所示：实验结果如图2所示，为了避免实验的偶发性，本文设计的监测方法共进行了6次实验，并将6次实验的设备监测时间的数据进行了记录，绘制成如图2的折线图，如图2所示，本文设计的方法的监测时间在2s~4s之间，且6次实验的时间折线比较平稳，说明该方法的监测比较稳定，而XSLS通信设备实时监测方法的检测时间在8s~12s，MMS映射通信设备实时监测方法的检测时间在8s~10s。两种传统的监测方法的耗时更长，且XSLS通信设备实时监测方法的波动阈值更大，监测效率不稳定。实验结果证明本文设计的方法监测效率较高，在通信日益发展的大环境下，设备会不断地增多，本文设计的方法也不会耽误太多的监测时间。

5结语

本文设计的通信设备实时监测方法融合了虚拟现实技术，对通信设备状态的监测具有重要意义。本文重点研究了通信服务接口的映射问题，采用虚拟现实技术实现了不同通信设备的兼容问题。在本文设计监测方法的过程中，为了解决变量规则制定的问题，设置了数量过多的变量，加重了监测的功耗。希望在日后的研究中可以改进这一问题。

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作者：翟建丽 单位：广州华立学院