Umsetzung eines BOS-Meldeempfängers auf Softwarebasis mittels Java und FFT. Inklusive auszugsweisem Programmiercode für Clientkomponente

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Vorgeschichte

1.2 Grundgedanke dieser Diplomarbeit

2 Die BOS und ihr Funksystem

2.1 Definition BOS

2.2 Das Funknetz der BOS

2.3 Die analoge Alarmierung

2.3.1 Notwendigkeit und Anwender

2.3.2 Definition und Geschichte

2.3.3 5-Ton-Folgeruf

2.3.4 Alarmierungsverfahren

2.3.5 Anwendung und Praxis

2.3.6 Pro und Kontra analoge Alarmierung

3 Unterstützungsansätze und Spezifikation

3.1 Unterstützungsansätze

3.2 Spezifikation

3.2.1 Grundeigenschaften

3.2.2 Fachkonzept und Funktionsmodell

3.2.3 Organisationskonzept

3.2.4 Anwendungsanalyse

4 Analyse des Audiosignals

4.1 Grundlagen

4.2 A/D-Umsetzung

4.3 Das Abtasttheorem

4.4 Analyse der Abtastwerte

4.4.1 Zählen der Nulldurchgänge der Niederfrequenz

4.4.2 Analyse des Frequenzspektrums

4.5 Diskrete Fouriertransformation

4.6 Fast-Fouriertransformation

4.7 Leckeffekt und Fensterung

5 Konstruktion

5.1 Modularisierung

5.1.1 Komponenten

5.1.2 Serverkomponente

5.1.3 Clientkomponente

5.1.4 Hilfskomponente

5.2 Prozessorganisation

5.2.1 Prozessorganisation Server

5.2.2 Prozessorganisation Client

5.3 Auswahl Programmiersprache

5.4 Datenmanagement

5.5 Netzwerkprotokoll

6 Programmierung in Java

6.1 Klasse BOSLS-SoundDecoder

6.2 Klasse BOSLS-SoundsuccessionDecoder1

6.2.1 Kontrolle der Tonlänge

6.2.2 Zusammenstellung der Ruftonfolge

6.3 Klasse BOSLS-Spectrum

6.4 Klasse BOSLC-Display

6.5 Nicht realisierte Funktionalitäten

6.5.1 Threads und gemeinsamer Speicherbereich

6.5.2 Clientschwund

6.5.3 Fehlerbehandlung

7 Programmbeschreibung

7.1 Systemanforderungen

7.2 BOSL-Server

7.3 BOSL-Client

7.4 Externe Anwendungen

8 Schlusswort und Ausblick

A Auszugsweiser Programmiercode

A.1 Server

A.1.1 BOSLS_SoundDecoder.java

A.1.2 BOSLS_SoundsuccessionDecoder1.java

A.1.3 BOSLS_SoundsuccessionDecoder2.java

A.1.4 BOSLS_Spectrum.java

A.2 Client

A.2.1 BOSLC_SoundsuccessionHandling.java

A.2.2 BOSLC_SoundsuccessionAction.java

A.2.3 BOSLC_Display.java

B CD-Datenträger

Zielsetzung & Themen

Die Diplomarbeit hat zum Ziel, die analoge BOS-Alarmierung effizienter zu gestalten, indem analoge Signale mittels Software (Java und FFT) erkannt, digitalisiert und weiterverarbeitet werden, um die Kommunikation der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) zu unterstützen.

• Entwicklung eines softwarebasierten BOS-Meldeempfängers
• Analyse und Dekodierung des analogen 5-Ton-Folgerufs
• Einsatz digitaler Signalverarbeitung (FFT) zur Signalerkennung
• Realisierung einer Server-Client-Architektur zur Alarmüberwachung

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Beschreibt die historische Entwicklung und die Problematik des analogen Funksystems der BOS in Deutschland sowie das Ziel der Arbeit, eine unterstützende Softwarelösung zu entwickeln.

2 Die BOS und ihr Funksystem: Erläutert die Struktur der BOS, die Organisation ihres Funknetzes und die technischen Details des 5-Ton-Selektivrufverfahrens.

3 Unterstützungsansätze und Spezifikation: Analysiert verschiedene Unterstützungsszenarien und definiert die Anforderungen für ein softwarebasiertes System, basierend auf einer Server-Client-Architektur.

4 Analyse des Audiosignals: Behandelt die theoretischen Grundlagen der Signalverarbeitung, insbesondere die A/D-Umwandlung, das Abtasttheorem, die Fouriertransformation sowie Methoden zur Reduzierung des Leckeffekts.

5 Konstruktion: Detailliert die Softwarekonstruktion unter Verwendung von Modularisierung, wobei die Funktionalitäten in Komponenten und Klassen für Server- und Client-Applikationen gegliedert werden.

6 Programmierung in Java: Beschreibt die konkrete Implementierung komplexer Algorithmen und Klassen, wie den SoundDecoder und den SoundsuccessionDecoder, in Java 2.

7 Programmbeschreibung: Gibt eine praktische Anleitung zur Nutzung des BOSL-Servers und des BOSL-Clients sowie der externen Anwendungsschnittstellen.

8 Schlusswort und Ausblick: Bewertet die Ergebnisse der Diplomarbeit, bestätigt die Zuverlässigkeit des Programms und bietet einen Ausblick auf künftige Weiterentwicklungsmöglichkeiten.

A Auszugsweiser Programmiercode: Beinhaltet die Quellcode-Listings der zentralen Klassen des Systems.

Schlüsselwörter

BOS, Analoge Alarmierung, 5-Ton-Folgeruf, Java, FFT, Signalverarbeitung, Server-Client-Architektur, Frequenzanalyse, Leckeffekt, Fensterung, FME, Funkmeldeempfänger, Spektralanalyse, Dekodierung, Netzwerkschnittstelle

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit beschäftigt sich mit der digitalen Weiterverarbeitung analoger BOS-Funksignale mittels moderner Softwaretechniken, um Einsatzkräfte effizienter zu alarmieren.

Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?

Zentral sind die BOS-Struktur, die analoge Alarmierungstechnik, die digitale Signalverarbeitung (DSP) und die softwaretechnische Implementierung in Java.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Ziel ist die Entwicklung eines Programms (BOSL), welches analoge Alarmaussendungen erkennt und digital weiterverarbeitet, um Anwender bei ihrer Arbeit zu unterstützen.

Welche wissenschaftliche Methode wird zur Analyse verwendet?

Zur Signalanalyse wird vorwiegend die Fast-Fouriertransformation (FFT) eingesetzt, um das Frequenzspektrum des Audiosignals in Echtzeit auszuwerten.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil umfasst die theoretische Analyse des Audiosignals, die softwaretechnische Spezifikation und Konstruktion sowie die konkrete Implementierung in Java.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?

Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie BOS, 5-Ton-Folgeruf, FFT, Frequenzspektrum, Server-Client-Architektur und Java-Programmierung definieren.

Warum ist die Fast-Fouriertransformation für das Projekt entscheidend?

Sie ermöglicht eine effiziente und schnelle Berechnung des Frequenzspektrums, um die ZVEI-Tonfolgen der analogen Alarmierung präzise identifizieren zu können.

Welche Rolle spielt die Fensterung in der Analyse?

Die Fensterung (z.B. mittels Hann-Funktion) ist notwendig, um Sprungstellen bei der Signalabtastung zu glätten und so den Leckeffekt zu unterdrücken, der sonst eine korrekte Auswertung verhindern würde.