基于WSN的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳清秀

摘 要：文中介紹了基于WSN的網(wǎng)關(guān)通信設(shè)計(jì)原理，分析了Socket套接字的工作原理和過程，采用C#編寫了基于TCP/IP協(xié)議的Socket客戶端和服務(wù)器端的網(wǎng)關(guān)程序。

關(guān)鍵詞：WSN；Socket；網(wǎng)關(guān)；C

中圖分類號(hào)：TN915.05 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）08-00-02

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）和傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中具有重要的紐帶作用，其主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和控制管理等作用，同時(shí)可以集成其它安全和計(jì)費(fèi)等功能。支持方式有傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)、2G/4G網(wǎng)絡(luò)接入、ADSL或光纖接入等，其主要原因是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，是傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的橋接。

1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信設(shè)計(jì)原理

網(wǎng)關(guān)的功能是信息數(shù)據(jù)匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中起到中轉(zhuǎn)站的作用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的突出特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立采集環(huán)境中的信息，信息交互是節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間以無線傳遞的方式進(jìn)行，環(huán)境數(shù)據(jù)信息通過節(jié)點(diǎn)傳感器采集而得，由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)通過串口結(jié)合特定的網(wǎng)關(guān)程序轉(zhuǎn)發(fā)到其它網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的核心部分是一些特定硬件及軟件的組合，網(wǎng)關(guān)在WSN網(wǎng)絡(luò)中的作用不僅僅是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)和維護(hù)管理，更重要的是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能，ZigBee協(xié)議和TCP/IP協(xié)議之間的數(shù)據(jù)交換與解析都可以在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)異型網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和互聯(lián)，同時(shí)可以進(jìn)行設(shè)備管理，運(yùn)營商通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以管理底層的各感知節(jié)點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。具體功能表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

（1）數(shù)據(jù)收發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)最基本的功能，在互聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)絡(luò)之間起到承上啟下的作用，傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)端交互所收集的信息通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)收發(fā)，而且需要準(zhǔn)確地向兩者發(fā)送數(shù)據(jù)。

（2）協(xié)議轉(zhuǎn)換，從不同的感知網(wǎng)絡(luò)到接入網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一封裝下層標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)，確保各種異型網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議能夠變成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信令格式。向上采用移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、ADSL等接入方式接入上層并進(jìn)行信息交互，向下物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過ZigBee協(xié)議與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因此，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)在接收到傳感器數(shù)據(jù)后，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將重封裝后的傳感器數(shù)據(jù)上報(bào)。

（3）控制管理，如注冊(cè)管理、權(quán)限管理、狀態(tài)監(jiān)管等，具體表現(xiàn)在網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的管理上，如獲取節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)、狀態(tài)、能量等，以及遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)喚醒、控制、診斷、升級(jí)和維護(hù)等。

（4）接入廣泛，目前用于近程通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有很多，常見的有Lonworks、ZigBee、 6LowPAN、RUBEE等。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)功能體現(xiàn)在通信設(shè)計(jì)方面，運(yùn)用Socket套接字在客戶機(jī)與服務(wù)器之間建立雙向基于流的數(shù)據(jù)交換連接，其中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的基本構(gòu)成是Socket網(wǎng)絡(luò)套接字，通信端口可以被命名和尋址，通過Socket網(wǎng)絡(luò)套接字向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中客戶機(jī)及服務(wù)器是兩個(gè)進(jìn)程間相互的主機(jī)模式，首先服務(wù)器啟動(dòng)請(qǐng)求模式，開啟某一個(gè)信息通道來接收網(wǎng)絡(luò)中客戶機(jī)的地址請(qǐng)求，等待并處理客戶機(jī)的請(qǐng)求，然后對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行回應(yīng)，最后關(guān)閉服務(wù)器?？蛻魴C(jī)則開啟一個(gè)信息通道，請(qǐng)求連接服務(wù)器的某一個(gè)通信端口，當(dāng)發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文被服務(wù)器接收并回應(yīng)后，關(guān)閉通道。

2 網(wǎng)關(guān)的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

編寫一個(gè)網(wǎng)關(guān)程序，該程序通過串口連接的調(diào)制協(xié)調(diào)器接收來自ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息，通過網(wǎng)關(guān)程序傳輸?shù)椒?wù)器端的數(shù)據(jù)庫或特定的客戶端。網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

3 結(jié) 語

基于WSN的網(wǎng)關(guān)通信設(shè)計(jì)原理，在分析物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能和Socket套接字基本原理與工作過程的基礎(chǔ)上，采用C#語言編寫網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序，運(yùn)行在安裝有Windows系統(tǒng)的平板電腦上，實(shí)現(xiàn)了ZigBee協(xié)議和TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，從服務(wù)器端收集到來自ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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