無線傳感器網(wǎng)絡技術應用研究

鐘偉雄+劉鐘翔

摘要：實驗教學在學校教育教學中提升學生的實際動手與操作能力方面具有十分重要的作用，尤其是在電子類課程的教學中實驗室的重要性更是不言而喻。但是對這類實驗室的管理難度卻要更大，迫切需要良好的技術手段和方法支持其管理。目前基于WSN新型分布式協(xié)議在電子類實驗室管理中的應用越來越廣泛，為如何提高電子類實驗室的使用效率提供了重要的思路和方法。

關鍵詞：WSN新型分布式協(xié)議；電子類實驗室；管理；應用研究

中圖分類號：N945 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0067-02

WSN也就是無線傳感器網(wǎng)絡（全稱為wireless sensor network），WSN目前在國際上是備受關注，其涉及諸多的學科，而這些學科還具有高度的交叉性和集成性。具體來說，WSN綜合了目前比較流行的傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡、無線通信技術以及分布式信息處理技術等一系列的高新技術。

1 WSN新型分布式協(xié)議在電子類實驗室管理中的應用

傳統(tǒng)背景下，WSN主要是由部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點（一般都是比較廉價的）所組成，其通過無線通信和傳輸?shù)姆绞叫纬傻囊粋€多跳的、自組織的綜合系統(tǒng)，其實際的目的就是為了協(xié)作地感知、采集與處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中具體的感知對象，并將感知到的具體對象的信息發(fā)送給觀察者。一般是由傳感器、感知對象以及觀察者，三個基本要素所構成。在電子類實驗室的WSN應用領域，感知對象就是電子類實驗室中的各種實驗儀器、設備、操作平臺等，而觀察人員則為實驗室的管理員（當然也有相應的技術人員參與其中）。

新型的分布式WSN網(wǎng)絡協(xié)議使得監(jiān)控獲得的信息數(shù)據(jù)不再僅僅局限于一些環(huán)境數(shù)據(jù)信息如溫度、濕度、位置等標量的數(shù)據(jù)。其已經(jīng)集成了更多的視頻、音頻、圖像信息等進入到系統(tǒng)中，而分布式的WSN網(wǎng)絡協(xié)議與網(wǎng)絡結構的OSI模型有著類似之處，就是將系統(tǒng)分層、分布的展開，不同的層次負責不同的業(yè)務，是一種分布處理的工作機制。

新型的分布式WSN協(xié)議主要是讓節(jié)點參與到特定的節(jié)點的簇內(nèi)多跳通信之中，然后令簇頭進行數(shù)據(jù)的聚合，以有效的減少向sink節(jié)點傳送的消息數(shù)量，這樣一來就達到了節(jié)省資源和提高可擴展性的最終目的，這也是其為何能夠發(fā)送、傳遞更多、更豐富信息的最主要原因。將新型的分布式WSN協(xié)議應用到了電子類實驗室的管理中，就是為了解決電子類實驗室長期存在的人員、效率方面的困難。新型的分布式WSN協(xié)議下的WSN系統(tǒng)更為的可靠、安全，信息的傳輸效率更高，傳輸?shù)膬?nèi)容也更為豐富，這就使得相關的管理人員所獲得的信息更具有指導性也更容易理解，不再需要更多的技術性要求，讓管理工作變得更為簡單，同時也節(jié)省了人力資源的消耗。并且，新型的分布式WSN協(xié)議，是安全可靠的，對于實驗室的管理效率的提升也是具有極大幫助的，能夠充分的在系統(tǒng)的提示下將各類系統(tǒng)資源利用起來，更好的發(fā)揮實驗室的工作效率。但需要注意的問題是，WSN新型分布式協(xié)議在電子類實驗室管理中的應用并不是無懈可擊的，雖然這種分布式的操作模式最大的優(yōu)勢在于分層、分布，當其中某一個環(huán)節(jié)、層次出現(xiàn)問題的時候并不會嚴重的影響到其它部分系統(tǒng)的工作；但是，很明顯其也加大了系統(tǒng)的復雜程度，雖然應用起來比較方便，便于管理人員的管理，但是對于系統(tǒng)的維護技術人員而言，維護的難度可能就有所提高了。

2 WSN新型分布式協(xié)議應用設計模型以及分析

應用模型利用近距離無線組網(wǎng)通訊技術ZIGBEE將各個節(jié)點組成一個物聯(lián)網(wǎng)，教師和學生可以登陸實驗室管理信息系統(tǒng)在線平臺，可以查看瀏覽實驗室信息、預約申請使用實驗室以及設備、管理個人資料信息、編輯預約信息和修改用戶密碼。教師管理員登陸實驗室管理信息系統(tǒng)管理平臺，可以編輯用戶信息、維護管理人員信息、查看實驗室和設備電源狀態(tài)、檢測實驗室室內(nèi)各個參數(shù)信息。

如圖1所示，該設計模型中涉及到的關鍵性硬件為利用ZIGBEE技術開發(fā)的CC2530模塊。該模塊承擔建立自主網(wǎng)實驗室網(wǎng)關以及與實驗室管理服務器通信的任務。

如圖2所示，為CC2530模塊原理圖。CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4 ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網(wǎng)絡節(jié)點。CC2530 結合了領先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM和許多其它強大的功能。

如圖3所示，為本應用設計模型軟件處理流程圖。程序主要完成處理器、輸入輸出口、AD和DA、溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、運算放大器、定時器等的初始化工作。CC2530采集實驗室相關信息后向網(wǎng)關發(fā)送并到達實驗室管理信息系統(tǒng)的網(wǎng)頁平臺。采集時間為100us每次。

3 結語

總的來說，WSN新型分布式協(xié)議在電子類實驗室管理中的應用比較明確的解決了一般在傳統(tǒng)的電子類實驗室中常見的問題，如人員的工作量大、管理的效率低下、實驗室得不到充分有效的利用等諸多問題。這些問題的解決是WSN系統(tǒng)技術的重要更新和與時俱進的發(fā)展下的必然結果，對于其中可能存在的問題，通過日后的研究也勢必會得到充分有效的解決。

參考文獻

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