无线通信与传感网络技术创新：GSM自动应答、切换延迟优化与分布式诊断

### 无线通信与传感网络技术创新：GSM自动应答、切换延迟优化与分布式诊断 #### 1. GSM 自动应答系统设计 在教育机构中，基于 GSM 的自动应答系统能够为学生和利益相关者提供便捷的信息获取途径。该系统的主要功能是通过短信请求，全天候为用户提供考试、成绩和学生出勤等相关信息。 系统的一个重要组成部分是服务日志文件的更新。这部分代码负责将中央数据服务器与 GSM 调制解调器之间的每次通信细节记录到日志文件中。这里使用 Microsoft Excel 文件作为日志文件，记录的信息包括请求者的电话号码、请求日期和时间、学生所在的分支和入学信息、请求的信息代码。如果请求已得到回复，还会记录回复的消息以及回复的日期和时间。 当 PC 与 GSM 调制解调器之间的通信因某些原因中断后，每次重新启用时，系统会首先使用 AT + CMGL 命令从 GSM 调制解调器读取未读短信列表，并优先处理所有有效的未读短信请求。 该系统的完整软件是在 Windows 平台上使用 MATLAB 7 版本设计的，采用了印度 BSNL 的 GSM 服务。服务日志文件中存储的信息显示，在正常运行时，处理短信请求的总体响应时间少于 10 秒。 #### 2. 基于 GPS 地图的切换延迟最小化方法 在移动通信系统中，尤其是在城市地区，由于接入点（AP）的覆盖范围有限，切换成为了一个严重的问题。当移动节点（MN）移出其当前接入点的范围时，需要执行链路层切换，这会导致数据丢失和通信中断。 为了解决这个问题，提出了一种基于 GPS 的切换机制。每个 MN 都配备了 GPS 接收器，并将其当前位置发送到 GPS 服务器，位置信息会不断更新。通过考虑 MN 的当前坐标和当前 AP 的六个顶点的坐标，设计了一种基于面积计算和比较的算法。服务器可以提前确定 MN 的下一个连接点，并与最接近和最佳的 AP 发起切换。 ##### 2.1 相关工作 之前有许多关于改善切换延迟的研究。例如，有使用邻居图、移动性图和非重叠图来改善切换延迟的方法；还有提出邻居图缓存机制、选择性扫描和缓存机制等。此外，还引入了除 RSSI 阈值之外的滞后常数概念，以避免“切换效应”。 ##### 2.2 提出的工作 为了便于计算和分析，将 AP 的覆盖区域视为六边形，AP 位于六边形的中心，并且这个六边形单元被其他六个类似的六边形单元包围。这里将南北（N - S）和东西（E - W）方向作为两个相互垂直的方向轴，并与直角坐标系的 x - y 轴进行比较。 当 MN 进入一个六边形时，借助 GPS 获取其当前坐标（p, q）。以该坐标为原点，得到两条直线 x = p（平行于 N - S 方向）和 y = q（平行于 E - W 方向）。通过六边形顶点的坐标可以得到六边形六条边的方程，进而得到与上述两条直线的交点坐标。 选择位于六边形周长上的四个点的算法如下： 1. 取六边形的六个顶点，每次取两个连续的顶点。 2. 依次处理得到的 12 个点。 3. 比较点的坐标是否位于两个顶点的坐标范围内。 4. 例如，如果点的坐标为 (pi, qi)，则检查是否满足 xi ≤ pi ≤ xi + 1 且 yi ≤ qi ≤ yi + 1。 5. 如果满足条件，则存储该点；否则，删除该点。 计算两个方向轴与六边形之间截取的四个部分的面积的步骤如下： 1. 从六边形的六个顶点中的任意一个开始。 2. 观察该顶点是否被用于保存之前算法得到的四个点中的任何一个。 3. 如果该顶点在相邻顶点的两侧都有这样的点，则通过取该顶点、两个点和 MN 的当前位置的坐标来闭合回路。 4. 如果该顶点只有一个这样的点，则将搜索操作转移到当前顶点未找到四个点的那一侧的顶点，然后以递归方式执行相同的算法，直到获得四个点中的另一个点。 5. 通过取两个点、中间顶点和 MN 的当前位置的坐标来计算面积。 6. 使用公式 0.5 * [∑(xiyi + 1 – xi + 1yi) + (xny1 – x1yn)] 计算面积，其中 i = [1, n - 1]