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第 11 卷 第 36 期 2011 年 12 月 科 学 技 术 与 工 程 Vol. 11 No. 36 Dec. 20111671—1815( 2011) 36-9075-05 Science Technology and Engineering 2011 Sci. Tech. Engrg. 基于
Android 平台及手机 WLAN 功能的评分系统 王 赟 贺洪平 刘 斌 张连明 ( 湖南师范大学物理与信息科学学院,长沙 410081)摘 要 针对自动评分系统在体育赛事中越来越广泛地使用,设计了一种基于无线局域网和
Android 平台技术的系统。
系统的中心节点由个人电脑和无线路由器组成,通过无线局域网传输运动员比赛成绩,再在 PC 平台进行汇总处理。
经过测试表 系统在大小型室外竞赛中运转良好,明, 其最大通信距离为 100 m 左右。
系统在成本较低的基础上能很好地处理运动员的成绩数据,减少了组织者的工作量,并且使用方便,运用前景广阔。
关键词
Android 无线局域网 手机 评分系统中图法分类号 TN925. 93; 文献标志码 A 目前根据赛事规模以及级别的不同,在评分及 ( 服务端) 由无线路由器和 PC 机构成。
此外, PC 在综合处理过程中,国内外竞赛项目通常采用以下两 上运行 MySQL 数据库服务器,综合处理比赛成绩,种方案: ( 1) 应对高级别赛事,开发或租用专用的嵌 同时可支持用户对竞赛结果的查询。
无线评分系入式无线 手 持 终 端 设 备, 建 无 线 局 域 网 传 输 数 构 统的整体框图如图 1 所示。
据,从而提高赛事流程的便捷性; ( 2) 对于低级别赛事,多采用人工的方法进行数据输入、处理和报表分发。
大型的体育竞技活动,如奥运会,其评分采用专业设备来进行。
而类似于高校运动会的活动,往往采 用 人 工 统 计 分 数, 工 计 算。
前 者 成 本 较 手高,大大提高了赛事的费用; 而后者效率低、出错率高,不能 满 足 竞 赛 的 实 时 性 和 准 确 性 的 要 求。
因此,基于生活常见设备, PC 机、 如 手机等,开发出一套通用性强的无线评分系统,显得十分必要。
图1 系统整体框图1 系统架构 为了降低线路铺设的工程量,并满足室外竞赛 〔1—3〕 通信灵活性和抗干扰性的要求,通信方式采用当前 该无线评分系统由两部分组成 : 外围终端 流行的 WLAN,并选用兼容性好、并且支持 WLAN评分 设 备 ( 客 户 端 ) 由 具 备 WALN ( Wireless Local 功能的 IEEE 802. 11g 协议。
手持终端选择的是支Area Network,无线局域网 ) 的手机充当,中心节点 持 WLAN 功能的手机。
2011 年 10 月 8 日收到, 月 21 日修改 10 国家大学生创新性实验 与原有 的 IEEE 802. 11 协 议 标 准 相 比,IEEE 计划项目资助 802. 11g 草案〔4〕有以下两个特点: 在 2. 4 GHz 频段 通信作者简介: 张连明( 1972—) ,湖南新邵人,教授,博士,研究方 使用 OFDM( Orthogonal Frequency Division Multiple-向: 计算机网络, mail: lianmingzhang 126. com。
E- 〔5〕 xing,正交频分复用 ) 技术 , 使数据传输速率提高 9076 科 学 技 术 与 工 程 11 卷到 20Mbit / s 以上; 能够与 IEEE 802. 11b 系统互联互 eredWriter ( new OutputStreamWriter ( socket. getOut-通,可共存于同一 AP 的网络里,从而保障了后向兼 putStream( ) ) ) ,true) ; 服务器通过 ServerSocket 与客容性。
这样让原有的 WLAN 系统可以平滑地向高 服端进行对话,并用 CopyOnWriteArrayList 来存储所速 WLAN 过渡,延长了 IEEE 802. 11b 产品的使用 有连接进来的客服端的 Socket 对象,实现一对多的寿命,保护了用户的投资。
通信。
1. 1 集中式网络系统的建立 1. 2 系统工作流程 室外竞赛如在体育场进行的运动会,多项赛事 系统的功能模块分为以下几方面: ( 1) 裁判员往往同时进行,需要一个中心交换节点或服务器 ,
Android 终端的初始化模块; ( 2)
Android 终端与中采用集中式处理,可以实现多业务多数据的实时汇 心节点的 TCP 连接模块; ( 3) 手机终端数据应用层总。
集中式网络系统模型如图 2 所示。
打包传送模块; ( 4) 中心节点 PC 机的数据应用层解 析与处理模块。
Android 终端与中心结点即服务器通信过程如 〔6, 7 〕 下 : ( 1) 手机开启 WLAN 功能,搜寻到中心节点; ( 2) 由中心节点的路由器根据当前用户的数目为各 客户端动态分配一个 IP; ( 3) 服务端根据 IP 随机产 生账号及密码; ( 4) 各手机客户端输入分配好的账 号和密码进行登录。
〔8〕 系统的主干工作流程如下 : ( 1) 启动
Android 图2 集中式网络系统模型 终端程序; ( 2) 三次握手后向指定 IP 地址端口号的 服务端建立 TCP 连接; ( 3)
Android 终端向服务器发 应用层: 在 PC 平台使用 Java 语言开发中心节 出用户认证请求,请求验证身份; ( 4) 服务端程序根点应用程序并搭建服务器,提供数据接收、处理、查 据预分配的账号及 IP 对终端进行应用层次认证;询与发布服务。
( 5) 认证通过后根据预定的应用层协议 ( 本程序应 公共网关接口层: 把 PC 机的通信内容进行编 用层采用自定义字节流协议 ) 进行各种类型数据通码压缩以及协议转换,为应用层提供编程接口。
信; ( 6) 客户端打分结束,三次挥手后与服务端断开 路由交换层: 大型赛事比赛项目同时进行的数 连接。
如图 3 所示。
量较多时,由裁判员的手机在大范围内寻址显得比较复杂,可将路由交换寻址交由服务器实现,从而实现数据通道的分配。
WLAN 物理层〔2〕: 由手机无线局域网模块、无线路由器与 PC 机无线局域网模块三部分实现。
手机评分终端在
Android 平台下,采用面向连接的 Socket 传输模式, PC 机发送请求授权信息, 向并等待 PC 机发回的确认消息; 通过 BufferedReader 图3 系统工作流程图函数监听接收到 PC 的消息后,经函数解析后,赋值给 mStrMSG,完成与中心节点的单次通信。
评分终 2 软件设计端创建 Socket 并向服务器发送评分消息的关键代码如 下: socket new Socket ( quot 192. 168. 2. 1 quot , 2. 1
Android 平台程序的开发9090) ; PrintWriterout new PrintWriter( new Buff- 手机接入该系统网络前,需安装运行评分系统36 期 王 赟, 基于
Android 平台及手机 WLAN 功能的评分系统 等: 9077的手机接入软件。
基于
android 平台开发的手机接 2. 2 PC 平台的中心节点程序的开发入软件,需要实现以下基本功能: ( 1) 在场外无线局 出于用户对系统较高适用性的要求,服务端程域网的辐射范围内,通过输入服务器的 IP 地址以及 序的开发应综合考虑各种比赛的不同需求 ,能够灵 和服务器链接成功,端口号, 如图 4 所示; ( 2) 链接成 活增加或 删 减 比 赛 项 目, 及 能 够 灵 活 实 现 用 户 以 裁判员可通过登录手机评分界面,功后, 将比赛分数 ( 裁判员 ) 的注册和管理。
该系统可以处理同时进 如图 5 所示; ( 3) 裁判员手机接入实时传送至服务器, 行的多项赛事。
还需要一定的防顶替、防恶意篡改的认证措施,因此 图 6 是服务端即中心节点处理程序,包括四个在接入前需要进行裁判员个人身份的密码认证 。
基本单元: ( 1) 用户注册: 裁判员通过输入手机的 IP 地址,获取用户 ID 号及登录密码; ( 2) 用户管理: 相 对于每一项具体比赛,添加裁判员名单,给予本场 比赛裁判员的评分权限; ( 3) 比赛管理: 右键弹出菜 单可开启和关闭指定比赛评分功能、实时反馈每一 项赛事裁判员发回的分数及对赛况的评价 ,根据设 定的分数处理算法,计算并显示最终的排名; ( 4) 添 加比赛: 灵活添加新的比赛项目,扩展性强。
图6 中心节点程序的简图 2. 3 中心节点后台数据库的设计 服务器业务功能由 PC 机上的成绩处理程序完 成,采用 Sun 公司的 JDK 1. 6 版本开发前台应用程 序。
后台数据库实现数据的存储与反馈,和前台应 用 程 序 完 成 数 据 的 交 互 传 送, 处 采 用 的 是 此 MySQL,能够完成大量数据的存储转发及计算功能 。
数据库设计主要以参赛选手、裁判员、比赛场 次、手机等内容进行设计。
裁判员数据库包括用来 描述裁判员的编号、手机 IP 地址、登录密码和是否 授权等信息,如表 1 所示。
比赛场次数据库包括用 来描述比赛场次编号、比赛类型、参赛选手 ID 和裁 判员编号等信息,如表 2 所示。
该系统中的关系模式达到了第三范式,即关系 模式 R < U, > 中若不存在这样的码 X、 F 属性组 Y 及非主属性 Z( Z, ,使得 X → Y, → Z, Y) Y 成立,则称 则 R < U, > ∈ 3NF。
若 R ∈3NF, R 的每一个非主 F 9078 科 学 技 术 与 工 程 11 卷属性既不部分函数依赖于候选码也不传递函数依赖于候选码。
表1 裁判员 列名 数据类型 长度 / 字节 描述 手机 IP Char 4 主键 用户账号 Char 2 登录密码 Char 2 授权状态 boolen 1 图7 误码率与接入半径数据图 表2 比赛场次 列名 数据类型 长度 / 字节 描述 4 结束语 场次编号 Char 1 主键 比赛类型 Char 4 该系统最大的特色是以常见设备如手机 、 机 PC 选手 ID Char 2 外码 等硬件来 构 建 场 外 无 线 评 分 系 统, 活 且 经 济 实 灵 裁判员 ID Int 2 外码 惠; 其次, 件 程 序 是 基 于 开 放 的
Android 平 台 开 软 发,可移植性强,不局限于特定型号的手机; 其三,3 系统性能测试分析 集中式的网络架构,适应于多项赛事的多路信息实 时汇总,实时性高,切合实际需求。
以 Wi - Fi 为典 单个 WLAN 的有效接入,受到两方面的限制: 型代表的无线局域网技术,其有效的接入范围为半干扰和衰落。
本实验通过运行测试程序,发送和接 径 100 m,可满足中小型赛事场地的需求,通过增加收大量伪随机序列,进行误码率分析。
当误码率高 接入点或使用高增益天线,可有效扩大覆盖范围,于一定值 时, 对 系 统 运 行 结 果 的 正 确 性 造 成 影 将 满足大型赛事的场地覆盖需求。
此外,可通过搭建响,这时认定系统处于无效运行状态。
通过对比赛 二级网络,可以避免比赛场地远距离隔离分布产生场地的分析可知,干扰主要来源于客户端的同频干 的通信障碍。
扰,使得客户端的接入数量存在容限。
衰落的决定因素取决于传输距离,当传输距离达到一定值时, 致谢传输误码率将显著增大,表明系统存在有效接入半径。
而在实际比赛中,同时运行的客户端正常数量 感谢罗鹏程,王界武,付聪,赵艳,何欣,王晶晶接近 10 个,测试时分别选取 5 个、 个、 个作为 10 20 等有益的讨论。
接入端数量的参考值。
参 考 文 献 由图 7 可知,相对近距离传输时,客户端在实际需求范围内的接入数量的不同,对误码率基本不产 1 Shafer I,Chang M L. Movement detection for power-efflcient smart生影响。
当超过一定距离时,客户端数量最多的测 phone WLAN localization. 13th ACM International Conference on试曲线其误码率最先开始递增。
在超过 100 m 的接 Modeling,Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems,入半径后,接入数量和衰落共同决定误码率。
基于 2010,Bodrum,Turkey. 2010以上实验分析,可知该系统的有效接入半径为 100 2 IEEE. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control ( MAC) andm 左右。
Physical Layer ( PHY ) Specifications,Amendment 2: Fast Basic Service Set ( BSS) Transition. IEEE Standard 802. 11r,200836 期 王 赟, 基于
Android 平台及手机 WLAN 功能的评分系统 等: 9079 ( 4) : 36—403 Lin Y H,Jan I C,Ko P C I,et al. A wireless PDA - Based physio- 6 Sawa T,Okahara M,Santo M,et al. Preoperative information man- logical monitoring system for patient transport. IEEE Trans On Infor- ag.