基于Android 平臺的智能空間中的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

賴文龍　程良倫

摘要：移動設(shè)備與智能空間相動為人們提供了更為便捷的信息服務(wù)。作為一個主流的移動設(shè)備操作系統(tǒng)，Android系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于生活的各個方面。該文介紹了一種基于Android平臺的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，它結(jié)合了計算機無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID技術(shù)，并給出了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。通過此平臺實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制和遠程訪問。

關(guān)鍵詞：RFID；智能空間；Android系統(tǒng)；無線網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)控制

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）09-0099-02

Abstract： Mobile devices interacting with the smart space provide more convenient information service for the people. As one of the mainstream mobile device operation system， Android system is being widely applied to all aspects of life. This paper introduces a network control system based on Android platform， which combines computer wireless network technology with RFID technology， and give the design of the systems hardware and software. Hardware platform realizes network control and remote access.

Key words： RFID； smart space； Android system； wirelss network； network control

通過諸如互聯(lián)網(wǎng)、自組織網(wǎng)絡(luò)和RFID網(wǎng)絡(luò)等不同類型的網(wǎng)絡(luò)，智能空間建立了一個包含計算與信息設(shè)備，和多模態(tài)傳感器的工作區(qū)域。近年來，隨著數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，移動設(shè)備變得更強大，從而為智能空間的發(fā)展提供必要的硬件支持。用戶所采取的移動設(shè)備不但可以自動的與智能傳感設(shè)備進行大量的數(shù)據(jù)交換，而且在移動設(shè)備上運行的模塊還可以利用資源豐富的設(shè)備周邊的基礎(chǔ)設(shè)施獲取各種服務(wù)。

Android系統(tǒng)作為移動設(shè)備的主流的開源操作系統(tǒng)，擁有強大的API和豐富的應(yīng)用層傳感器。開發(fā)者可以在其上開發(fā)各種應(yīng)用軟件并且與谷歌軟件服務(wù)實現(xiàn)無縫集成。

本文介紹了一種基于Android平臺的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將計算機無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合。在該系統(tǒng)中，移動設(shè)備上運行的Android操作系統(tǒng)能識別豐富的背景信息并且為用戶提供強大的終端服務(wù)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

圖1系統(tǒng)架構(gòu)說明。整個系統(tǒng)由一個服務(wù)器、運行Android操作系統(tǒng)的移動設(shè)備、連接移動設(shè)備和RFID標簽的RFID控制器。

進入了智能空間后，所有的移動設(shè)備將獲得一個動態(tài)的IP地址來搜索可用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。用戶可以通過管理接口提出訪問服務(wù)器的請求。移動設(shè)備會通過Socket接口與服務(wù)器通過通信。

移動設(shè)備是RFID控制器直接控制設(shè)備，控制著RFID控制器的具體操作。用戶可以通過RFID控制器讓每個物理節(jié)點的RFID有源標簽自動的交換數(shù)據(jù)，并通過移動設(shè)備將節(jié)點信息發(fā)到服務(wù)器，以便從得到服務(wù)器反饋信息。服務(wù)器將解決服務(wù)請求和為客戶調(diào)用適當(dāng)?shù)膽?yīng)用程序。

整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為C/S結(jié)構(gòu)。移動設(shè)備作為客戶端，負責(zé)節(jié)點的數(shù)據(jù)交換任務(wù)和最終用戶服務(wù)經(jīng)驗。相應(yīng)地，服務(wù)器負責(zé)管理接入的移動設(shè)備和數(shù)據(jù)處理。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件系統(tǒng)主要由兩部分組成：移動設(shè)備的硬件平臺；RFID控制器和RFID有源標簽。

2.1 移動設(shè)備的硬件平臺

如圖2所示，硬件平臺采用了三星的S3C2440芯片作為主芯片，包括外部復(fù)位電路，電源電路和時鐘電路。hy57v641620ht和AM29LV160DB為SDRAM和FLASH存儲芯片，直接與ROM、SRAM / DRAM或SDRAM在主芯片的內(nèi)存控制器。JTAG接口用于應(yīng)用程序的設(shè)計和調(diào)試。

wf8000 U Wi-Fi模塊是基于USB接口的無線網(wǎng)絡(luò)接入模塊，用于嵌入式系統(tǒng)的無線通信。模塊遵守IEEE 802.11 b / g標準，集成了MAC/BBP，2.4GHz的無線單芯片解決方案，可以直接與路由器鏈接，并與其它移動終端對接。

硬件平臺是通過基于USB接口RFID控制器實現(xiàn)管理和數(shù)據(jù)采集。

2.2 RFID控制器和RFID有源標簽

RFID有源標簽的硬件框圖如圖3所示。RFID控制器和RFID有源標簽使用STC12C5A60S2單片機作為微控制器，此單片機具有1280字節(jié)60kbyte閃存，SRAM，10位AD轉(zhuǎn)換器，2個定時器，2個SPI接口，2個串行端口和40個可編程的I / O引腳，以及復(fù)位電路，電源電路，晶體振蕩器電路。

CC1101，低分1 GHz UHF收發(fā)器將用于建立RFID網(wǎng)絡(luò)。工作頻帶為915MHz。在該系統(tǒng)中，CC1101將通過一個簡單的4線SPI兼容接口配置（Si，所以，SCLK和CSN）由微控制器。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件設(shè)計主要包括兩個方面：一是網(wǎng)關(guān)設(shè)計，移動設(shè)備通過此網(wǎng)管與服務(wù)器進行通信通信；另一方面，RFID控制器和RFID標簽之間的通信協(xié)議。

3.1 網(wǎng)關(guān)設(shè)計

網(wǎng)關(guān)的設(shè)計分為兩個部分：在Android系統(tǒng)的客戶端程序和服務(wù)器程序。圖4所示為網(wǎng)關(guān)的設(shè)計框架。

客戶端編程：

當(dāng)移動裝置啟動的時候，一個新線程將自動創(chuàng)建。在一個新線程中，TcpClient類的對象將被創(chuàng)建，它使用socket（）函數(shù)創(chuàng)建客戶端套接字，然后使用connect（）函數(shù)向服務(wù)器發(fā)送連接請求。等待服務(wù)器響應(yīng)：在收到連接請求后，如果服務(wù)器端口沒有被占用，它會發(fā)送一個連接消息發(fā)送給客戶端；否則，返回錯誤消息告知端口被占用。在收到正確的返回信息后，客戶端將使用send（）函數(shù)來發(fā)送數(shù)據(jù)，并通過recv（）函數(shù)從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)和服務(wù)。

為了與RFID控制器交換數(shù)據(jù)，監(jiān)控功能將專門創(chuàng)建觸發(fā)器文件“pubic void onSensorRFID （int addr， unsigned char * values， unsigned char count）”來傳輸事件信息，參數(shù)“addr”為相應(yīng)的RFID控制器接口地址；參數(shù)“values”為數(shù)據(jù)棧的交互數(shù)據(jù)的存儲指針；參數(shù)“count”為數(shù)據(jù)堆棧的長度計數(shù)”。

服務(wù)器端編程：

首先，服務(wù)器會檢查系統(tǒng)堆棧的初始化情況。啟動后，系統(tǒng)會監(jiān)聽指定的端口，當(dāng)連接請求數(shù)據(jù)包到達，Accept（）函數(shù)將驗證用戶的合法性建立連接。連接成功后，ReceiveData類會將處理不同類型命令。

3.2 RFID控制器和RFID標簽之間的通信協(xié)議

如果有一個以上的標簽與RFID控制器通信，數(shù)據(jù)之間會發(fā)生碰撞。因此，應(yīng)采用防碰撞機制。

CC1101擁有自動清除信道評估（CCA）功能，能實現(xiàn)載波感測。在本文中，CC1101結(jié)合時隙ALOHA算法實現(xiàn)多標簽識別。

如圖5所示，通信過程如下：

1）RFID控制器將周期性發(fā)送同步信號給范圍內(nèi)的所有標簽，然后等待響應(yīng)幀信號回傳。

2）在沒有發(fā)送同步信號的周期內(nèi)，RFID控制器等待接收狀態(tài)響應(yīng)幀。如果能再設(shè)定的時間內(nèi)接收到響應(yīng)幀，RFID控制器將停止接收其他響應(yīng)幀，直到設(shè)定的時間結(jié)束，然后將命令幀回傳給確認的這個標簽。否則RFID控制器將在一個新的時隙發(fā)送下一個同步信號。

3）當(dāng)標簽不工作時處于低功耗狀態(tài)。當(dāng)檢測到同步信號，標簽將被激活。

4）標簽接收從RFID控制器發(fā)送過來的命令幀，然后確認信道是否為空閑（CCA = 0）。如果是，標簽將發(fā)送數(shù)據(jù)幀到RFID控制器。

5）如果信道被檢測到占用（CCA=1）在設(shè)定時間內(nèi)，標簽將停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到下一個同步信號的到來。

4 結(jié)論

運行結(jié)果如圖6所示。該系統(tǒng)的設(shè)計能滿足智能網(wǎng)絡(luò)的要求，實現(xiàn)低成本，低復(fù)雜度和高可靠性。通過對信息和任務(wù)的維護和管理，已實現(xiàn)了在智能空間的多信息采集。

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