基于无线传感器网络的实验管理系统的设计研究

摘要：当前无线传感器网络技术在工农业及医疗领域的各个方面都有一定的应用。随着无线网络的不断成熟，其技术需求也在迅速扩大。本文主要介绍了基于无线传感器中web技术的网络实验管理系统的设计研究。

关键词：无线传感网络 实验管理系统 设计 研究

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）11-0068-02

传感器的类型有许多种，其应用的领域也十分广泛，包括医疗、军事、商业范围等。同样无线传感器网络有其自身的特点，它的规模较大、具有动态性、可靠性，是一种以数据为中心的传感器网络，具有集成化的特点，有其较为稠密的节点布置，其节点唤醒的方式也有许多种，包括随机、预测、循环等模式。无线传感器网络技术主要是指将较为分散、变化的无线网络，通过传感器的协作感知处理，将无线网络传输给网络所覆盖地区内的网络用户。

1 无线传感器网络的具体构成

基于web技术的无线网络传感器主要是根植于LR-WPAN网络技术标准及ZigBee技术等网络协议上的无线网络数据传输设计。它具有低速率、传输成本低、能耗较少、且能够自动化控制等方面的优势。能够实现在整个控制范围内的网络通信，其节点间的距离限制由原始的较短距离推广至百米、千米，能够使整个无线传感器网络的与远距离内的其他网络实现互联，达到远程控制的技术要求。其结构模型主要如表1所示。

基于web网络传感技术的结构模型主要包括基于LR-WPAN网络技术标准的访问控制层与物理层及基于ZigBee网络通信协议的应用层、网络层。其访问层主要实现的功能便是LR-WPAN技术标准中所规定的各项要求，同时达到与物理层的网络连通。网络层的主要职责则是网络连接的建立及其后期维护，通过处理系统内部的数据要求，实现将数据之间的联系建立及解除。应用层则主要包括设备主要对象及与之相对应的应用部分，它是实现多个节点及端口之间数据传输的关键。

2 基于无线传感器网络的实验管理系统设计构想

基于无线传感器网络的实验管理系统设计主要包括两个部分，即客户端与服务端，服务器端口主要由网络服务器组成，其构成模块主要包括数据发送、数据接收、数据服务及管理等模块，客户端主要是由浏览器组成，其构成模块也主要包括路由信息模块、传感信息模块、传输节点及物联网设备体系控制模块。由于无线网络传感器中传感器的节点的数据处理能力有一定的限制，因此对系统的信息传达速度提出了要求，需要迅速、及时将客户端所采集的数据经传感处理后发送至客户端，在其中扮演着重要角色的便是服务端口的网络服务器，它实施统一的数据储存及管理功能。进而使客户端的用户能够利用任何移动计算机控制设备，通过网络联通，实现远程管理。

2.1 服务器端口功能设计

在管理系统中，服务端口的关键功能主要包括web服务器的网络信息浏览的服务，服务器中还包括数据发送及接收模块，数据发送模块主要是将系统控制者的命令要求发送至网络端口，并由汇聚节点的分析解读装置处理后，将其发送至对应网络传感器节点中，而数据接受模块则主要是将网关系统中所反馈的传感命令其相关控制信息通过相关通信技术处理，进而将其整体后传输至数据管理模块。而系统中的数据服务模块的实现基础是建立于服务器之上的，它首先需要将客户端传输的数据及指令进行相关的调整与处理，进而将其处理结果反馈给对应的客户端口，在服务器的组成部分中，数据管理模块仅仅属于系统中的小型数据库，负责对客户端传送的数据进行相关处理。

2.2 客户端功能设计

客户端各模块的功能设计主要包括用户端口的动态管理。使用户在客户端能够实时查看目前的网络协议的变化情况。在该系统中，主要功能的实现方式是通过网络传感器对系统中对应的光、热变化而实施改变其传感信息，从而引起数据表的变化，创建动态变化的曲线图表。此时，用户能够根据信息的变化，对网络传感实行实时的调节，在网关节点控制的模块，对管理模式进行变更。

3 基于无线传感器的实验管理系统设计研究

3.1 系统层次结构设计

该实验管理系统中，主要包括三个层次，分别是数据层、业务层及表现层。具体结构模型如图1所示。

其中业务层是该系统中的重要组成部分，它主要负责逻辑实现的功能，它是连接系统中另外两个层次的关键，因此其位于中间层。系统层中的高、低两层分别为数据层与表现层，其中表现层处于系统最前段，数据层则位于系统中的最底层。它是系统数据的接入源头。

3.2 数据接收与发送模块的设计

此模块属于最底层数据层的范畴，主要负责系统内部收据的发送与接收，是实现网络传感与实验管理系统连接的媒介，在本设计中主要利用网络通信中的套接字函数来完成数据之间的接收与发送过程，实现各模块之间的有效通信，在服务端主要采取网络通信协议标准来规定数据传输的速度，确保其能够满足系统数据传输的需求。同时还需实现客户端与服务端的多对一管理联系。在本实验管理系统中主要将组成其模块的数据收发模块作为其监查的端口，实现与端口分布下端子系统模块中的通信管理。

3.3 数据管理模块设计

本系统中主要采取由瑞典某公司开发的关系型数据库管理系统来实现数据的灵活存储，并根据实验管理的需要，设计传感器节点信息表、节点传送路径表、传感信息表等三种表格。

（1）传感器节点信息设计

传感器节点的信息主要包括其具体节点的详细信息，其信号发送状态及相关地址信息等，主要信息结构包括节点类型、地址、状态、入网时间。在系统中以I表示节点的地址，定义X1为节点的具体类型，X2为传感节点的互联网协议地址，以X3表示为根节点，以X4表示当前节点的状态，则以T表示网络连通的时间。则其详细结构表示如下：。

（2）节点传送路径表设计

节点传送路径表是明确该网络TP结构的关键点，它包含了该无线传感器网络的TP路由信息，是表达传感路径的主要信息表格。它决定了系统中存储节点的步骤。它的每一频率跳动，假设其存储节点的频率跳动次数为n，将其最大值定义为MAXn，同样将I定义为系统中节点的ID，将Y0定义为传感节点的互联网协议地址，将Yn表示为存储节点的下一次跳动n的节点地址，其中n=0，1，2等。T同时也定义为节点传送更新的时间。则可以将其结构表示如下：。

（3）传感信息表设计

系统中的传感信息表，则主要是担任收集其管理区域中的相关感应信息的活动，它不仅包括光照强度的信息、干湿度的反映，同样也囊括反馈温度的信息表格。同时也可以根据实验管理的要求设置其他对应的表格。将I表示为节点的地址，将Z1表示为传感节点的互联网协议地址，将Z2表示为反映温度变化情况的信息，同样将T表示为温度变化的时间范围。则其结构表示如下： 。

3.4 系统中数据服务版块的设计实现

在系统中，该模块属于非常关键的业务层的范畴，它主要负责系统中的核心计算及重要业务的支撑等功能。在本系统中采取的技术设计主要是Java技术，设计的重点是系统服务类型。在程序初始化后，服务模块迅速进行两方面处理工作，首先是接受客户请求，其次是创建具体线路标准。收集其请求后，将其服务类型进行判断，进而在系统中寻求查询信息，并在传感表格中查询相关的传感信息数据，并生成XML文件，并根据数据的List结构，将信息反馈给客户端口。客户根据对警告信息的判断确定其管理流程。

3.5 系统中数据显示模块的设计

为了使用户能够在管理客户端观察到清晰的图像显示，需要对其数据显示进行设计。在该系统中主要采取的是AdobeFlex技术。该技术对浏览器支持并没有较高的要求，只要能够接触到互联网的用户，均能够较好地使用该显示方式。在管理系统中，数据显示模块主要是通过对用户界面的请求显示，将向系统中传送的具体数据反馈于整个事件的具体广播处理中，进而通过系统前端的控制器监测与处理，记录出相对应的业务数据，并将结果反馈至客户端，方便管理者根据数据显示进行远程调控。其显示模块具体的运作程序结构图如图2所示。

4 结语

综上所述，本文简单描述了基于无线传感器网络的实验管理系统设计研究，该管理系统所构成的模块具体包括数据接收与发送模块、数据管理模块、数据服务版块及数据显示模块，其主要工作原理是基于web的无线网络技术，通过系统中的传感节点反馈实时环境中信息的感应变化，并将信息数据传送至客户端，让管理者进行处理。此种实验管理系统的设计不仅节约了其建设成本，同时能够实现远程管理，极大提高了管理的效率，值得更进一步地研究与推广。

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