基于Zig Be e技术的遥感数据传输完整度监测研究

李金营 王竹海 曹俊娥

（1.山东卫测地理信息科技有限公司，山东 滨州 251900

2.无棣县自然资源和规划局，山东 滨州 251900）

0.引言

遥感数据都是从外界获取并输入的，但是在整个数据的传输过程中，有各种各样的随机因素可能会对数据传输造成干扰，使最终输入的数据信息变成错误信息。数据完整度就是针对这一问题提出的，具体指的就是数据在传输过程中的可靠性和精准性，为了彻底清除无效信息在数据库中的存在，以及不符合语义规定等一系列问题的出现，就要采用各种方法对数据传输模式进行优化，监测整个数据传输过程，保障数据的完整传输，并保证最后数据库中所储存的数据安全准确。

1.基于ZigBee技术的遥感数据传输完整度监测方法研究

ZigBee技术是目前新兴起的计算机监测技术，引领了监测技术的发展趋势，这几年来ZigBee技术被广泛应用到各个领域之中，几乎所有的相关信息技术公司都在研究ZigBee技术。ZigBee技术以分布式存储系统为基础，把网络群应用技术运用到数据存储过程中，并将庞大的数据传到云端加以保存，其中，数据存储和数据管理是整个技术的核心，两者都是为了保证云端数据的安全。将ZigBee技术应用到遥感数据传输完整度监测中，可以快速获取遥感数据，并形成遥感影像，及时发展弥补在监测中存在的不足。遥感采集的数据信息量十分大，数据类型非常多，数据结构也很复杂，没办法直接分析并利用，但是ZigBee技术的分布式管理与存储刚好能够对遥感传输数据进行监测和统一管理，让遥感传输业务能够不断发展壮大。不过随着遥感技术的不断发展，需要传输的数据总量也越来越大，数据信息的监测与管理难度也越来越高，所以，基于ZigBee技术的遥感传输数据完整度监测方法研究有着重大意义。

1.1 监测数据处理

要对ZigBee技术加以运用就要先了解ZigBee技术的协议栈结构。具体介绍（如图1所示）：

图1 ZigBee技术的协议栈结构

由图1可以看出：ZigBee技术中各个环节的联系都十分紧密，可以做到实时监控遥感数据传输。为了保证能够实时高效地处理从外界采集到的遥感数据，经研究决定采用流式数据处理框架，依据实际情况，采取合适的编码方式，把获得的遥感数据信息，根据规定的编码顺序进行排列。利用各个移动基站，把获取到的实时数据传送到数据处理平台[1]，另外每个监测数据都要根据ZigBee技术中的定界符对字段进行划分，并把划分好的字段保存到数据库中，方便监测人员随时随地在监测终端找到他们所需要的数据。

监测数据处理主要由两部分组成，通过遥感获得实时数据会通过无线网络传输到监测数据端口，然后根据系统内部的框架，对数据流进行分类存放。监测数据处理这一过程需要对遥感数据进行实时处理、大量存储和数据准确等要求，其中，数据处理部分主要功能就是划分和界定所采集到的信息。传统的数据库也可以对海量数据进行处理，但是效率非常低，耗时极长，面对如今的海量数据处理，没办法对数据进行高效处理。而遥感数据的传输一般都需要在短时间内完成数据处理并将信息呈现出来，这就需要用户通过特定的浏览渠道访问监测网站[2-5]，向管理员发布监测要求，当要求通过审核后，就可以发布监测任务，并从监测终端获取所需要的数据，实现这一过程的操作需要数据完整度协议的帮助，对关键信息进行验证。

1.2 数据传输完整度协议制定

遥感传输数据的监测主要依赖多个副本来进行存储，从而来增加可用数据的数量，同时使用多个副本对数据的完整度进行监测，既需要保证每个数据副本中的数据都是完整的，又要满足每个副本都存储在相应的服务器当中。但是这种情况可能会让服务器与用户之间产生一些问题，用户可能会不满，这时候就需要利用第三方数据进行验证。假设副本D1，D2……Dn与文件D大小相等，用户将副本D1，D2……Dn存储在一个多副本可证明数据持有系统中时，需要保证该系统的可使用存储量是单个副本的a倍。此时，文件D即可看作若干个数据分块文件组合而成的整体如式（1）所示：

在此基础上，将其中每个单独分块的大小设定为g，将所生成的文件副本D1，D2，…，Dn存储在1个服务器当中。

在运行Key Gen函数如式（2）所示：

经过以上操作，用户就能够将每个副本存储在所对应的服务器里面，这样一来就实现了原始文件的删除备份以及整个副本的标识验证。

在对计算分析结果进行分析时，利用智能卡作为辅助工具帮助认证，可以大幅度地提高遥感传输的监测安全。首先用户需要在监测服务器当中进行实名认证并注册账号，利用得到的有效的ID和密码，进入监测的调试阶段，这时候用户的认证请求就会发送给远程服务器，接收到用户请求后，服务器会以实际情况为依据进行判断，来决定是否接受用户请求。

此外，遥感数据在传输的过程当中很可能会受到服务器的佯装攻击，让用户丢失智能卡口令，这样就会降低遥感传输的监测安全系数。为了杜绝这种现象的发生，抵御离线口令的佯装攻击，用户和服务器之间要对彼此都进行身份认证。ZigBee技术会对用户的访问次数进行限制，在特定时间范围内，只可以访问某部分监测数据，从而来提高数据监测的可靠性，在这个基础上就可以实现遥感传输的数据完整度监测。

1.3 遥感数据完整度监测

由于遥感传输数据的完整度很容易受到外界环境的干扰，导致传输过程中会出现到达数据库时间不统一的情况[6]。另外在时域内持续长时间的混合传输过程中，无法直接对传输数据进行监测。所以，为了保证对遥感数据完整度的监测，要构建一个滤波器，以滤波为基础提取出数据的完整度特征，最后根据提取出来的特征情况进行监测。滤波器的工作流程（如图2所示）：

图2 滤波器的工作流程

依照遥感传输数据完整度协议，进一步计算出遥感传输数据的滤波，然后除掉不符合完整度协议的数据，具体的计算公式如式（3）所示：

式（3）中，A为遥感传输数据完整度；f1为遥感传输数据终止传输时间；f0为遥感传输数据开始传输时间；T为整个滤波的时长。

设s（t）代表遥感传输的数据，构建一个与s（t）相匹配滤波器，其中，滤波器的长度要与遥感传输数据s（t）相同，不设置延时；h（t）代表与滤波器相对应的滤波回响，具体的计算公式如式（4）所示:

原数据的共轭线性就是与之相匹配的滤波器对应的滤波响应h（t）。采用匹配滤波器来采集遥感传输数据完整度y（t）特征；表达式如式（5）所示:

经过以上过程采集到的遥感传输数据完整度特征，与ZigBee技术相结合，就可以实现对其完整度的监测。首先要把需要采集的遥感传输数据完整度特征储存到ZigBee技术领域中，在整个存储过程中，减小对完整度特征值产生的影响。然后,在卷积定理的基础上,对遥感传输数据完整度进行监测，监测表达式如式（6）所示：

公式（6）中，通过监测公式计算得到的监测结果g（t）就是遥感传输数据完整度特征，从而说明对ZigBee技术加以运用就可以实现对遥感传输数据完整度的监测，以此通过上述过程实现遥感数据传输的完整度监测。

2.实验对比

为验证上述设计的遥感数据传输完整度监测方法的有效性，进行实验验证，并为了保证实验的严谨性，将传统方法与此次研究方法做对比。实验过程中，建立了模拟实验平台，模拟遥感传输数据完整性监测过程。这一过程需要大量的遥感数据采集和传输，且实验平台要求较高，所以选用了ISPC-2082数据存储方式。为了进行服务器扩展，其相关参数（如表1所示）:

表1 实验服务器参数

基于以上硬件结构，建立了由数据监控服务器和应用服务器组成的网络仿真实验。其具体组织（如图3所示）：

图3 物理结构图

在交换过程中，由应用服务器负责外部数据信息交换，由监控服务器负责数据传输的完整性。可以在同一物理服务器中部署这两种类型的服务器。建立横向可扩展的分布式缓存系统，为数据服务总线提供外部访问接口，保证数据交换的顺利进行。

2.1 数据传输丢失率对比

对比此次研究的监测方法与传统监测方法的数据传输丢失率，其对比结果（如图4所示）：

图4 数据传输丢失率对比

通过分析图4能够发现，此次研究的基于ZigBee技术的遥感数据传输完整度监测方法较传统方法的数据传输丢失率低，较传统方法应用效果好。

2.2 监测响应时间对比

通过对比图5能够看出，传统的监测方法响应时间较长，无法满足当前遥感数据传输完整度监测需求，与此次研究的监测方法相比可知，此次研究的方法响应市场明显较少，能够满足数据传输监测的实时性需求（如图5所示）：

综上所述，此次研究的基于ZigBee技术的遥感数据传输完整度监测方法解决了传统监测方法存在的问题，获得较好监测效果的原因是，此次研究的方法充分运用了ZigBee技术，并制定了数据传输完整度协议，从而很大程度上提高了数据完整度监测效果。

3.结束语

近几年来遥感技术飞速发展，所需要进行采集的遥感数据信息总量越来越多，许多相关行业和科研部门对于遥感数据传输的要求升高，现有的数据监测和数据处理技术水平不能满足他们的要求。为此将ZigBee技术应用到遥感传输数据完整度的监测过程当中，充分发挥分布式处理方式的优势，对整个数据传输的完整度进行实时监控，保证最后抽取出的遥感数据的准确性。基于ZigBee技术的遥感数据传输完整度监测可以满足现在对于遥感数据传输的要求。