1.緒論

　　三網融合，指的是將無線傳感網絡、因特網(Internet)、移動3G網這三種網絡融合在一起。無線傳感網絡，即由隨機分布的集成有傳感器、數據處理單元和通信模塊的微小節點通過自組織的方式構成網絡，借助于節點中內置的形式多樣的傳感器測量所在周邊環境中的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號，從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等眾多我們感興趣的物質現象。Internet是一組全球信息資源的總匯。有一種粗略的說法，認為INTERNET是由于許多小的網絡(子網)互聯而成的一個邏輯網，每個子網中連接著若干臺計算機(主機)。Internet以相互交流信息資源為目的，基于一些共同的協議，并通過許多路由器和公共互聯網而成，它是一個信息資源和資源共享的集合。移動3G網，即利用第三代移動通信技術形成的網絡。第三代移動通信技術(3rd—generation，3G)，是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數據信息，速率一般在幾百kbps以上。目前3G存在四種標準：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。3G時代即將到來，由最新的無線寬帶上網到手機電視、視頻通話、手機網游等應用越來越多。

　　在無線傳感網絡和物聯網嘲同應用快速發展的趨勢下，本文提出了一套基于三網融合的感知與控制物聯網平臺的架構，該架構通過無線傳感網絡連接終端節點，進行感知與反饋控制；基于Internet，通過B/S模式，提供對系統的訪問和控制；基于移動3G網絡，提供手機等手持終端對系統的訪問和控制。

    2.系統的整體框架

　　系統通過融合物聯網、Internet、移動3G網這三網，旨在開發一個通用、方便、快捷的物聯網感知與控制平臺。該平臺允許用戶隨時隨地訪問系統，獲取無線傳感網絡的監控數據，對無線傳感網絡進行反饋控制。

　　系統由無線傳感網絡、服務器、手持終端組成。無線傳感網絡包括采集節點、中繼節點、匯集節點(SINK)，完成監控數據的采集和反饋控制；服務器中的Web服務器和客戶端瀏覽器組成B/S結構，Socket服務器與手持終端組成C/S結構，兩者都可以完成監控數據的顯示、發起反饋控制等操作，手持終端可以采用Android平臺。本系統的整體設計框架如圖l所示：

圖1 基于三網融合的感知與控制物聯網平臺的整體框架

　　系統可以劃分為幾個模塊：無線傳感器網絡；數據服務器；Web服務器(包括Socket服務器)以及手持終端。平臺將無線傳感網絡、Internet、移動3G網這三網融合，將無線節點與PC、移動手持終端連接到一起。該平臺既可以通過無線傳感網絡監測環境信息或設備狀態，在手持終端或Web服務器等處獲取得到的監測信息；也可以從手持終端或Web服務器等處，對無線傳感網絡進行反饋控制。

　　3.系統的數據流

　　系統的數據流分為監控數據數據流和反饋數據流，本節描述監控數據數據流以及反饋數據數據流的過程。

　　3.1 監控數據數據流

　　監控數據數據流如下：由無線傳感網絡的采集節點采集數據，將數據傳送到匯集節點(可能會通過中繼節點轉發)，然后由匯集節點將數據發送到數據服務器，數據服務器每隔一定的時間，將當前時間間隔內收到的數據打包后，發送到Web服務器，Web服務器會將數據保存進數據庫中，同時還會向Socket服務器發送數據包讓手持終端也能夠接收到即時數據并顯示。監控數據活動的過程如圖2所示：

圖2 監控數據活動圖

　　3.2 反饋控制數據流

　　反饋控制數據流如下：反饋控制可以由手持終端發起，也可由是瀏覽器端發起，所有反饋指令匯集到Web服務器(若是手持終端發起的反饋控制，先通過Socket服務器向Web服務器請求指令信息，然后手持終端選擇反饋指令發送給Web服務器)，最終由Web服務器在數據服務器通過Http協議向其post數據時，將所有反饋指作為返回值發送給數據服務器，然后由數據服務器通過串口發送給匯集結點(Sink節點)，匯集節點通過無線模塊發送反饋指令，采集節點收到反饋指令后，驗證節點I后執行反饋操作。反饋數據活動的過程如圖3所示：

　　收到反饋指令后，驗證節點ID后執行反饋操作。反饋數據活動的過程如圖3所示：

圖3 反饋控制活動圖

　　4.各個模塊的設計

　　4.1 手持終端模塊的設計

　　手持終端在這個系統中的作用，是讓用戶可以隨時隨方便地訪問系統，并可以完成可以獲取監控數據、執行反饋控制等基本操作。

　　根據手持終端的功能，結合Android平臺的特點，可以劃分出下面幾個相對獨立子模塊：與服務器通信模塊，負責與Socket服務器通信，相當于一個SocketClient；后臺通信服務模塊，負責控制與服務器的通信，并通過廣播，協調其余各個模塊的運行； 數據顯示模塊，負責即時顯示各種數據信息；用戶登入/登出模塊，負責用戶登入，登出服務器；數據存儲模塊，負責存儲接收到的數據信息；歷史數據查詢模塊，負責給用戶提供查詢歷史數據的功能；反饋控制模塊，負責發起反饋控制。手持終端各個模塊間的通信如圖4所示：

圖4 手持終端各個模塊間的通信

　　各個模塊間需要通過通信來相互協作，從而順利地完成手持終端的各個功能的實現。如下圖所示，手持終端的七個子模塊緊密聯系，其中最核心的模塊就是后臺通信服務模塊，它的作用相當于一個主控模塊，由它負責控制與服務器的通信，并通過廣播，協調其余各個模塊的運行。

　　4.2 服務器的設計

　　基于三網融合的感知與控制物聯網平臺的服務器可以劃分為Web服務器和數據服務器，其中Web服務器包括Socket服務器。

　　Web服務器是系統的一個樞紐，其與數據服務器進行通信，并可以讓用戶通過瀏覽器端或是手持終端來訪問系統，包括獲取無線傳感網絡的監控數據、發起對無線傳感網絡的反饋控制；并允許管理員通過瀏覽器端來管理系統，包括管理系統用戶、數據庫等。Web服務器包括以下主要功能：與數據服務器通信，處理數據服務器發送的數據；匯集需要執行的反饋指令(來自瀏覽器端和手持終端)，發送給數據服務器；數據庫的管理和維護；將實時數據廣播到各個網頁端，并在頁面繪出實時曲線圖；控制Socket服務器，從而實現與手持終端數據交互；管理Web頁面的用戶交互。對應這些功能可以劃分相應的Web服務器的模塊。

　　數據服務器負責對無線傳感網絡收集的數據進行收集和處理，即接收無線傳感網絡中的匯集節點發來的溫度數據，同時驗證、解析并組織溫度數據；同時，數據服務器也負責與Web服務器進行通信，即將溫度數據打包發送至Web服務器，同時接收Web服務器發送的反饋指令，并發送到無線傳感網絡中的匯集節點。

　　4.3 無線傳感網絡模塊的設計

　　無線傳感網絡由隨機分布的集成有傳感器、數據處理單元和通信模塊的微小節點構成，借助于節點中內置的形式多樣的傳感器測量所在周邊環境中的熱、紅外等信號，從而探測包括溫度、濕度、光強度、加速度等眾多我們感興趣的物質現象。同時，除了可以監測環境信息或設備狀態，該無線傳感網絡也可以對節點進行反饋控制。

　　基于三網融合的感知與控制物聯網平臺的無線傳感網絡包括采集節點、匯集節點以及中繼節點。具體工作過程可以通過采集節點采集數據，采集的數據通過無線網絡將數據傳送到匯集節點，并通過匯集節點傳送到數據服務器；同時匯集節點從數據服務器接收反饋信息，并通過無線網絡將反饋信息傳送到采集節點，采集節點驗證反饋指令，然后對執行需要執行的反饋指令。中繼節點可以根據設定，轉發收到的特定無線網絡數據，從而提高無線網絡的覆蓋范圍。

　　5.總結

　　本文通過三網融合，構建了一個物聯網平臺，使用戶可以方便、快捷地對無線傳感網絡進行監控和反饋控制。該系統通過無線傳感網絡采集數據和執行反饋控制，用戶可以通過Web方式或是通過基于Android的手機平臺方式，來訪問系統，獲取無線傳感網絡的監控數據，也可以對無線傳感網絡進行反饋控制。本系統提供Web方式和通過基于Android的手機平臺方式對系統的訪問，用戶可以方便、快捷地監控無線傳感網絡的數據、進行反饋控制。系統集成了無線通信、數據處理、傳感器模塊的微小節點分布在不同的地方來獲取數據、收集信息的，這些微小節點體積小、易于安裝，對環境要求很低，因此用它們來進行數據的采集十分方便，可以省掉很多不必要的工作。本系統中的微小節點功耗非常小，對環境要求低、適應性很好，它們既可以接外接電源也可以獨立電池供電。同時，因為盡可能簡化了節點的處理，使得將來可以用更簡單、低功耗的節點來代替現有的通用節點，提高節點的工作時間。

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本文標題：基于三網融合的感知與控制物聯網平臺的構架

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