導語：如何才能寫好一篇網絡監測系統，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1　WSDM標準

面向服務架構(SOA)將應用程序的不同功能單元包裝成“服務(Service)”，通過這些服務之間定義良好的接口和協議聯系起來。接口采用中立的方式定義，獨立于具體實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言，使得構建在各種這樣系統中的服務可以使用統一和通用的方式進行通信。這種具有中立接口定義的特征稱為服務之間的松耦合。面向服務架構是一種軟件體系結構的思想，它需要依賴具體的實現技術。本文采用Web服務分布式管理(WSDM)標準來支持面向服務架構的實現。

為了解決網絡環境下管理系統和基礎設施的協同工作以及管理集成問題，OASIS組織在IBM、HP、CA等著名公司的大力支持下，于2005年3月推出了Web服務分布式管理(Web services distributed manage-ment，WSDM)標準，對Web Service管理提供標準化的支持，通過使用Web Service來實現對不同平臺的管理。

WSDM是一個用于描述特定設備、應用程序或者組件的管理信息和功能的標準。所有描述都是通過Web服務描述語言進行的。WSDM標準實際上是由兩個不同的標準組成的，WSDM-MUWS標準以及WS-DM-MOWS標準。

圖1是WSDM的工作模式，可管理用戶發現這個Web Service端點，然后，通過與端點交換消息，從而獲取信息、定制事件以及控制與端點相關聯的可管理資源。WSDM規范側重于提供對可管理資源的訪問。管理是資源的一個可能具有的特性，可管理資源的實現是通過Web Service端點提供一組管理功能。WSDM架構不限制可管理資源的實現策略，實現方式包括直接訪問資源、用非方法、用管理等，實現細節對于管理消費者來說都是透明的。

WSDM作為一種功能強大的分布式系統集成解決方案，其主要特點如下：

(1)面向資源。WSDM的關注點是資源，因為一個資源就代表了多個Web服務，因此在該標準中，對資源屬性和功能的詳細描述顯得尤為重要。為此，WSDM采用了專門的Web標準(如WS-Resource)對資源相關信息進行定義。

(2)實現分離。由于采用與實現操作無關的WSDL語言定義接口，使得接口與服務實現了分離，所以無論Web服務其內在實現細節如何改變都不會對客戶端的操作方式有任何影響。這樣做不但較好地封裝了管理方法的實現細節，而且實現了對已有資源的重用。

(3)服務的可組合性。WSDM能隨著應用環境規模的變化而變化，首先，WSDM標準的自身實現只需定義較少的屬性和操作，使得其在小規模的系統中可以得到穩定的應用：其次，對于大規模應用環境而言，WSDM可以隨著應用需求的變化靈活地添加某些服務。從而在使用者和部署人員之間起很好的協調作用。

(4)模型的兼容性。主要表現在WSDM能描述和封裝任何資源模型(如cIM、SM-NP、SID等)，并為其提供相應的Web服務接口。

2　系統設計方案

網絡流量采集使用了三種技術：

(1)基于網管設備MIB的SNMP模式；

(2)基于網絡探針技術的IP流量數據捕獲模式；

(3)基于NetFlow技術的數據流捕獲模式。

針對基于SNMP模式，實現基于WSDM的SNMP網關，通過該網關收集SNMP設備上的MIB信息；針對基于網絡探針技術模式，可實現基于WSDM的網絡探針服務；針對基于NetFlow技術模式，流量數據是通過NetFlow的主動式數據推送機制獲得的，網絡設備中的NetFlow是通過規范的報文格式將流量數據送往指定主機，WSDM服務提供了接收和傳輸NetFlow流量數據的功能。

2.1　系統架構

流量監測系統結構可劃分為三個層次，即資源層、管理服務層、展示層，如圖2所示。

(1)資源層

資源層由提供流量采集服務的分布式流量采集器(WSDM Agent)組成，它們通過調用管理服務層的WSDM Agent注冊服務實行自主注冊，具備向管理服務層主動匯報、自主管理和主動服務等功能。

(2)管理服務層

管理服務層包括應用組件、服務組件、管理平臺以及數據庫。其中應用組件是對展示層提供支持的各種

管理服務，包括策略管理模塊、WSDM Agent管理模塊、流量數據管理模塊以及流量分析模塊等系統功能實現的模塊。服務組件是對資源層的各種WSDMAgent資源的支持，包括安全審計、日志服務、異常服務、自主管理等，主要是管理服務器自主實現的一些功能。數據庫部分是應用組件中各模塊對應的數據存儲。中間層的管理平臺是管理服務層的核心，是對應用組件、服務組件以及數據庫的支持，包括Web服務、WSDM服務的引擎和API等。

(3)展示層

展示層實現流量狀態顯示。可以從流量數據庫中取得所要查詢的網絡流量歷史信息，也可以調用管理服務層提供的服務觸發流量信息更新采集實時的流量數據，還可以通過服務將合法用戶的操作信息送到管理服務層。根據用戶需求采用圖形用戶界面將流量態勢分析的結果展示出來。可提供多種格式的流量報表。

2.2　流量分析系統設計

流量分析系統是整個流量監測系統的核心。如圖3所示，該系統分為五個模塊：流量采集模塊、數據接收模塊、數據傳輸模塊、流量分析模塊、數據存儲與管理模塊。對照流量監測系統架構，流量分析系統結構中的這五個功能模塊分別位于總體架構的各個層次。

位于資源層中的流量采集模塊和數據接收模塊，通過網絡數據流采集技術實現分布式的網絡流量數據采集，構成流量采集器；然后由數據傳輸模塊將流量采集器采集到的原始流量數據傳送到管理服務層；由流量分析模塊對這些分布式的網絡流量數據進行全網絡的OD流的計算，之后對OD流進行進一步地統計和分析判定。提供包括確定網絡關鍵鏈路、瓶頸節點，識別網絡中的大象流及判定異常流等功能，并將得到的這些分析統計結果保存至流量數據庫；流量數據庫由數據存儲與管理模塊進行維護，該模塊設計存儲網絡實時流量和歷史流量數據以及統計分析結果數據，由流量數據管理模塊將資源層發送上來的經過預處理的原始流量數據保存至該模塊設計的原始流量數據當中。

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關鍵詞：蜜罐原理 開源軟件 網絡攻擊源

中圖分類號： TP393.08文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016） 04（c）-0000-00

一、引言

近年來隨著社會的進步，計算機網絡變得發達，人們之間的溝通變得方便了許多。而隨之而來的就是網絡安全的問題，其影響足以引發每個人的關注。本文將圍繞網絡安全問題對網絡攻擊源進行有針對性的信息搜集和監測。

本文針對網路攻擊源主要對其攻擊行為進行搜集和監測工作，包括仿冒低安全性的主機并搜集監測攻擊者的登錄信息（攻擊時間，攻擊者IP，攻擊者輸入的用戶名、密碼等）和攻擊行為[1]。

二、監測系統原理

本系統根據攻擊者的攻擊行為在Linux系統上制定了一系列的監測防御措施，采用Linux Shell，php，curl，python等腳本語言對總系統進行編寫。

此系統總共分為兩部分：監測搜集信息部分和信息處理部分。監測搜集信息部分旨在將含有攻擊行為的舉動進行搜集，并能夠實時監測其舉動，達到未受到攻擊先進行預防的目的。信息處理部分將會對搜集的攻擊信息進行實時分析處理，錄入數據庫，并能夠對數據庫進行分組排序，實時統計，最終呈現在客戶端， 清晰明了，簡單實用[2]。

三、監測系統應用范圍

此監測系統可以對有攻擊行為的攻擊源進行搜集和監測。其功能能夠搜集攻擊源的攻擊時間，攻擊IP，記錄攻擊者輸入的用戶名，密碼，最終能夠對這些搜集的信息以某種媒體的方式呈現出來。

四、系統流程

下面是監測系統總的流程：

搜集攻擊源信息-遠程上傳至中心服務器-分析攻擊源信息-中心數據庫進行處理-中心數據庫數據統計-攻擊源監測客戶端呈現。

五、信息搜集服務器工作原理

信息搜集服務器為分散在各地的子服務器，專門用來搜集具有攻擊行為的攻擊源。

其中中心處理服務器將負責收集由各地子服務器上傳上來的攻擊信息，進行選取實時錄入數據庫。

六、基于蜜罐原理的信息搜集系統的設計

1.蜜罐技術的發展背景

網絡與信息安全技術的核心問題是對計算機系統和網絡進行有效的防護，而蜜罐技術可以采取主動的方式來進行防護。顧名思義，就是用特有的特征吸引攻擊者，同時對攻擊者的各種攻擊行為進行分析并找到有效的對付辦法 [3]。

2.kojoney開源軟件介紹

Kojoney是一套仿SSH 服務器的低階互動式誘補系統。本軟件是以Python 所寫的daemon，使用Twisted Conch 函數庫。

3.文件上傳部分的設計

上傳部分代碼主要分為兩部分：upload.sh和upload.php。

upload.sh負責在子服務器上將含有攻擊信息的文本文件attacklist.txt上傳到中心處理服務器，upload.php負責將上傳上來的文件轉移到其他的目錄下，等待中心服務器來進行處理。

以下為upload.sh主要代碼：

#To upload file to remote service

curl -F userfile=@attacklist.txt -F username=$usr -F password=$pass $URL

下面介紹upload.php主要流程和代碼：

upload.php流程分兩部分：數據庫驗證部分和文件轉移部分。

下面是upload.php的主要代碼：

//put the file where we like it

$upfile ='/uploads/'.$_FILES['userfile']['name']；

4.數據處理和統計部分的設計

將攻擊信息錄入數據庫，通過shell腳本將attacklist.txt中的攻擊信息錄入到MySQL數據庫中，其關鍵代碼為：

INSERT INTO info（datetime，ip，user，pass） VALUES（'$J'，'$K'，'$L'，'$M'）

以下為mysql_in.sh中主要循環遍歷的代碼：

for J in ${datetime[@]}

do

mysql -uroot -proot -e "INSERT INTO info（datetime，ip，user，pass） VALUES（'$J'，'$K'，'$L'，'$M'）" attack[18]

done

5.數據庫實時統計

需要有一定的MySQL數據庫命令經驗，選取相對數據信息進行分組并降序排序，取前10位記錄量最多的元素進行顯示，其中主要MySQL代碼為：

select pass，count（pass） as count from info group by pass order by count desc limit 0，10

select user，count（user） as count from info group by user order by count desc limit 0，10

以下為mysql_count.sh的主要代碼：

mysql -uroot -proot -e "select pass，count（pass） as count from info group by pass order by count desc limit 0，10；" attack | grep -v count > pass

mysql_in.sh負責將上傳上來的攻擊信息逐條錄入數據庫，mysql_count.sh負責將數據庫中錄入的攻擊信息進行分組排序，實時匯總。

七、信息部分的設計

平臺是以Javascript+flash結合，通過對含有攻擊信息的xml文件或文本文件進行讀取，將信息以餅狀圖或云圖的形式實時顯示出來。本人通過編寫腳本將密碼，用戶名，攻擊IP記錄量最多的前10位的記錄載入平臺的攻擊信息記錄文本文件中，最后形成了數據庫信息與平臺的交互過程。

以下是數據庫中攻擊信息傳遞給餅狀圖過程的主要代碼：

echo "" > "$pass_file"

cat pass | sed -e 's/＼t/">/g' | sed 's@^@

echo "" >> "$pass_file"

本部分利用javascript+flash的餅狀圖結合自己編寫的程序，將數據庫中統計的攻擊信息傳遞給餅狀圖程序，使其能夠形象直觀的顯示出來。

參考文獻

1. 王登第， 柴喬林， 孫翔飛. 新的傳感器網絡假冒攻擊源檢測方案[J].計算機應用， 2010， 08： 65-70.

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關鍵詞：SNMP 性能監測 數據分析

1 概述

隨著網絡技術的迅猛發展，網絡結構越來越復雜，異構性也越來越強，使得網絡管理成為網絡能否正常、高效運行的重中之重。如何對網絡進行有效的及時管理，綜合全網的各種因素自動進行有效及時的反映，變得格外重要。性能管理作為網絡管理系統的重要功能之一，不僅可用來幫助網絡管理者實時監測網絡運行狀態，了解網絡設備運行情況，使其正常發揮，保障系統的平穩、有效運行，還可幫助管理者解決網絡存在的各種問題，如響應時間較慢等。

2 SNMP網絡管理模型

SNMP全稱是簡單網絡管理協議，它首先被提出是為解決Internet上的路由器管理問題的，但實際上到目前為止，SNMP已成為應用最廣泛的TCP/IP網絡管理框架，成為真正意義上的IP網絡管理的國際性管理標準。SNMP是一系列協議組和規范，它們提供了一種從網絡上的設備中收集網絡管理信息的方法。SNMP也為設備向網絡管理工作站報告問題和錯誤提供了一種方法。

SNMP網絡管理系統主要由四部分構成：管理站、管理、管理信息庫和網絡管理協議。①管理站（Manager）一般是指網絡中的工作站或服務器，負責安裝網絡軟件；②駐留在被管理設備上的一個模塊就是管理（Agent），基本上每一個支持SNMP的網絡設備里都有一個管理，它能夠把網絡設備的各種情況真實的記錄下來，并且網絡管理程序能夠對這些信息進行查詢或者修改處理，一旦發現不支持SNMP協議的設備，可以及時的開發委托（prosy agent）來支持SNMP協議。SNMP協議是管理和管理站之間進行通信的橋梁。管理站會周期性的向各個設備的管理發送有關管理信息，通過這些管理信息判斷各個設備是否處于正常的運行狀態。如果發現設備不是處于正常的運行狀態，應該及時的使用Trap信息的報文主動向管理者發送陷阱消息，匯報出現的異常事件。③管理信息庫（MIB）是一個數據庫，它代表了某個設備或服務的一套可管理對象。MIB在每一臺SNMP管理的主機上都有，主機上的可管理對象就是由它來描述的。必須用精確的組織結構來定義全部的MIB，只有這樣其他在和SNMP管理器連接時，才能準確的知道MIB中的信息是怎樣組織起來的。④SNMP網絡管理協議主要有以下三個功能：a取值（Get）能使網絡管理站從被管設備的處獲得相應對象的值；b設置值（Set）能使網絡管理站在被管設備的上設置相應對象的值；c當管理信息庫MIB的值有重大變化或其他重要事件發生時，告警信息（Trap）能使被管設備的能夠通知管理站、端（Agent）。

3 基于SNMP的網絡性能監測系統模型

根據上面對SNMP網絡管理模型的分析，設計了一種性能監測模塊的基本結構，該性能監測模塊主要包括性能數據的采集、數據存儲、數據分析和告警管理四個部分，如圖1所示。

4 基于SNMP的網絡性能監測系統的設計

系統是使用SNMP++軟件包來實現SNMP協議操作的。SNMP++是HP公司開發的軟件，該公司公開了SNMP++程序的源代碼，讓喜歡SNMP的用戶可以免費使用。我們使用SNMP協議在Window平臺上做開發應用，通過SNMP協議獲取管理信息，實現網絡設備的監控。因此，SNMP協議的實現是整個系統的基礎。通過SNMP++軟件包來實現SNMP協議的開發，實現SNMP網絡管理的基本功能。

4.1 性能數據的采集 性能數據的采集方式有只輪詢（polling-only）和基于中斷（interrupt-based）的方法兩種。

只輪詢（polling-only）的方法：管理站通過輪詢機制，定時向駐留在被管對象中的發送報文請求；對請求者進行身份驗證，提取信息向請求者回送響應報文；管理站通過返回的報文取得網絡設備的各種狀態信息，采集的數據存入數據庫，也可以根據需要同時發往控制臺。用于分析統計的性能參數主要采用該機制進行數據采集。應提到的是，只輪詢方法在數據采集時的時間間隔要設置在一個合理的范圍，時間間隔過短會占用過多的網絡資源。

基于中斷（interrupt-based）的方法：通過對關鍵事件的預定義，Agen在這些事件發生時，向管理者發送Trap報文。事件驅動對監視狀態變化不很頻繁的對象時用處很大，當有異常事件發生時，基于中斷的方法可以立即通知網絡管理工作站。

4.2 數據分析 為了把網絡性能的狀況和網絡中存在的性能問題反映出來，在統計性能數據的時候可以用數值表或者曲線圖的方式表現出來。

利用率可以反映信道的利用程度，換句話說，利用率高可以表明信道資源被利用的很充分，但是如果利用率過高，可能說明信道存在著一定的潛在風險，需要進行升級。

丟包是網絡中數據傳輸的時候出現數據丟失的現象，丟包率是指丟包數據占總傳輸數據的百分比。長期的高丟包率說明路由器沒有充分的資源來處理報文，應考慮增大路由器的緩沖區，短期的持續高丟包率說明網絡出現了擁塞。

差錯率反映了出錯報文所占總報文的百分比，差錯率過大說明信道的傳輸質量差。

吞吐量表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。

當系統采集到網絡設備的MIB對象值之后，需對其進行進一步的加工處理，才能得到所需的信息。

以下給出網絡性能監測部分關鍵性能參數的計算公式，部分性能參數分為輸入和輸出兩種情況。

線路利用率=接口利用率=（（ifInOctets+ifOut

Octets）*8）/（T*ifSpeed）*100%

丟包率（入）=ifInDiscards/T*100%

丟包率（出）=ifOutDiscards/T*100%

差錯率（入）=ifInErrors/T*100%

差錯率（出）=ifOutErrors/T*100%

吞吐量（入）= （ifInOctets）/T

吞吐量（出）= （ifoutOctets）/T

以上公式中T=ifInUcastPkts+ifInNUcastPkts表示查詢頻率，表示某對象在一個查詢周期內的變化值。

其中各數據對象表示的含義如下：①ifInOctets 表示接口流入字節數；②ifOutOctets表示接口流出字節數；③ifSpeed 表示接口的帶寬；④IfInDiscards表示接口丟棄輸入包數；⑤ifOutDiscards表示接口丟棄輸出包數；⑥ifInErrors 表示包含錯誤的輸入包數；⑦ifOutErrors 表示由于包含錯誤而不能傳輸的輸出包數；⑧ifInUcastPkts表示發往高層協議的單播包數；⑨ifOutNUcastPkts 表示高層協議請求的非單播包數。

4.3 告警管理 告警功能的實現較為簡單，首先將主要的網絡性能設置一個特定的閾值，當采集到的數據與數據庫中該數據項對應的閾值相比較時，一旦超出，性能管理工具就會向網絡管理員提交警告報告或調用相應的默認處理過程。告警功能的應用即閾值的設置使網絡管理員能夠在一個問題影響網絡性能之前就找出并處理它。

5 結束語

基于SNMP協議的網絡性能管理模式是目前計算機網絡管理技術發展的必然趨勢，對于這一個計算機領域的熱點，我們還應不斷努力研究，以完善基于SNMP的網絡性能監測系統設計，不斷提高網絡安全管理。

參考文獻：

[1]苗紅賓.校園網網絡性能管理系統的設計與實現[J].科技信息，2009-04-25.

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關鍵詞：網絡化；環境輻射；監測；核能；應用

Abstract: the development and use of nuclear energy to change China's energy structure, nuclear power as a clean energy, a key role on the power shortage in eastern coastal areas of China's electricity production, nuclear power development has important strategic significance for China's economic development. With the development of nuclear technology, nuclear safety has become a widespread concern, in the history of nuclear power development, because do not have control and protect the nuclear energy, causing serious harm to society, such as the Soviet Union Chernobyl nuclear power leakage in the nearly hundred years of ecological destructive effects of local. Environmental radiation monitoring plays an important role in the safe operation of nuclear power facilities, is an important link in the process of nuclear power.

Keywords: network; environmental radiation; monitoring; nuclear energy; application

中圖分類號：X8 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）00-0000-00

核能科學技術給人來帶來巨大的經濟效益同時，也時刻存在著核泄漏的風險，在核能技術應用的幾十年內，世界各國出現了核事故、核恐怖給當地的社會發展和人民健康造成了巨大的損失，甚至一些大型核泄漏事件對泄漏區域造成毀滅性災難。網絡化環境輻射監測系統是核能使用中的重要工具，通過有效的核輻射監測可以對核泄漏起到應急保障的作用，對于核泄漏的防護以及核泄漏救援工作提供了必要的科學依據，網絡化環境輻射監測系統采用網絡信息構架，利用最新通信技術、計算機處理技術、3G/4G網絡終端傳輸技術以及GPS定位系統對核輻射情況進行數據庫統計。

一、網絡化環境輻射監測系統簡介

網絡化環境輻射監測系統的硬件部分是由傳感節點、匯聚節點、無線傳輸網絡和中心控制器組成，系統中傳感節點是由傳感探測器、傳感電路、數據處理器、分析轉換器和傳感器網絡傳送模塊組成。在系統運行過程中，傳感節點對區域內輻射情況進行探測，將探測情況以數據形式傳遞給匯聚節點，匯聚節點可以通過自帶傳感器網絡傳輸模塊將信息發送到計算機上進行處理，有專門的輻射監測控制軟件對相應數據進行編碼統計，通過打印、繪制等方式顯示輻射狀況。

圖1 傳感節點系統

探測器通過γ射線對探測區域內的輻射情況進行掃描，探測器配備有G-M管電機脈沖信號輸出系統，輸出信號通過機芯外接電路進行傳輸選擇，傳感節點在接到脈沖信號之后經過調節電路對矩形脈沖信號進行數字轉換。處理器終端采用單片機作為設備的控制中心，在環境輻射的探測過程中，根據計算機探測指令，控制終端會向傳感器發射電磁脈沖信號，探測節點開始運行，探測信號數據也進行相應的傳輸。控制器根據探測節點的數據傳回對測量結果進行初步處理，并通過無線網絡模塊將初步處理的數據以編碼形式發送至計算機輻射監控軟件中。

二、環境輻射監控的發展現狀

大型核電設備的核燃料后期處理過程必須考慮到核安全以及放射性排放物的標準監測，因此對于放射性核廢料的管理必須通過有效的環境輻射監測進行有效的控制。目前國內外通過對幾次世界性的大規模核泄漏問題進行研究分析，充分認識到核泄漏對于人類生存造成的巨大威脅，而國際上對于環境輻射的監控標準基本涵蓋在以下幾個方面：

1.核電設施以及核廢料排放釋放的γ射線輻射程度；

2.空氣中輻射物質的含量監測（氣體溶液、水汽、近海海水輻射物含量）；

3.水資源監測（地表徑流、地下水、近海區域海水）；

4.核電設施附近的土壤，包括地表徑流河床底泥，探測土壤中的和物質輻射情況；

5.粉塵顆粒物輻射含量監測。

國際上環境輻射監測系統是根據不同核電環境背景采取相應的監測物質取樣分析的做法，針對土壤、水流因素對核電設施進行全面的輻射分析。

三、網絡化環境輻射監測系統應用

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關鍵詞：GPRS網絡；水網監控

中圖法分類號:TP309文獻標識碼:A 文章編號：1009-3044(2007)16-31015-01

A Water Resource Supervise System Based On GPRS

Zhu Xiao-rong1，Fang Chen2

(1.Taizhou Water Conservancy Office, Taizhou 318000;2.SouthEast University, Nanjing 210096 )

Abstract:An automatic water conservancy supervise system based on GPRS has ability to receive data from remote area . Data counted by measure-meter can be sent to supervise center by wireless GPRS module . There is a server in the supervise center. The server can display and analyze the data from the meters. This system builds a bridge between remote meters and supervise center . This article describe the form of the remote meter-supervise system and put forward a way to realize the system.

Abstract:GPRS；water resource supervise

1 引言

隨著城市的擴大、工業、農業、日常用水量的不斷增加，對水網數據進行采集、傳輸、分析、存檔顯得越來越重要，可以為水網的調度提供參考。相對于監控結點的急劇增長，傳統的人工抄表速度慢，實時性差，不能滿足現代化的水網管理要求。水網的監控結點分布廣泛，使用有線的數據總線形式的監控方式已經不能滿足現實要求。近來GPRS網絡已經隨無線通訊事業的迅猛發展覆蓋了大小城市，GPRS(General Packet Radio Service)是一種基于無線數據分組交換的網絡。因此，GPRS特別適用于間斷的、突發性的或頻繁的、少量的數據傳輸。GPRS網絡通過移動的服務器和Internet連在一起，這樣我們的數據就可以通過從“無”到“有”的隱形連接到達服務器。通過GPRS模塊可以使儀表和GPRS網絡結合到一起，這就使遠程實時監控成為了可能。GPRS模塊可以將現場檢測數據直接傳輸到中心服務器，再利用ifix制作的界面處理并顯示這些數據，并為監控中心的服務器設計一個方便、美觀、且功能強大的界面。這就構成了一個基于GPRS網絡和中心服務器的水網智能監測系統。

2 方案

2.1 概述

GPRS目的是為GSM 用戶提供分組形式的數據業務。GPRS用于無線數據傳輸具有多方面的優勢，一是接入范圍廣，可充分利用全國范圍的移動網絡，方便、快速、低成本地為用戶數據終端提供遠程接入網絡的部署；二是傳輸速率高，數據傳輸速度可達57.6kbps，最高可達到171kbps，是常用有線56k Modem 理想速率的兩倍，下一代GPRS 業務的速度甚至可以達384kbps，完全可以滿足更多的應用需求；三是接入時間短，GPRS 接入等待時間短，可快速建立連接，平均耗時為兩秒；四是提供實時在線功能，現在用GPRS MODEM上網，用戶將始終處于連線和在線狀態，這將使訪問服務變得非常簡單、快速；五是按流量計費，用戶只有在發送或接收數據期間才占用資源。基于以上優點，將GPRS網絡用于傳輸水網的監測數據十分適合。

水網監測系統可分為三大部分：前端采集、數據傳輸、數據處理。前端數據采集主要由流量計完成。數據傳輸部分由無線數據傳輸終端和Internet構成。數據處理部分由組態軟件完成。以取水口實時監控系統為例，取水口廣泛分布在浙江各個城市周邊的水庫，各個取水口距離遠，需要對這些取水口的流量進行實時的監控，傳統的人工抄表、總線抄表的方法已不能滿足要求，而基于GPRS無線網絡的水網監測系統，可以滿足上述要求。

如圖（1），取水口的主管道上安裝電磁流量計，用于采集主管道的瞬時流量、總流量信息。電磁流量計通過485接口與GPRS模塊連接。GPRS模塊每隔3秒，從電磁流量計讀一次瞬時流量和總流量值，并定期將數據發送到省級和市級的水網監測中心。

圖1 取水口無線監測系統示意圖

2.2 無線數據傳輸終端的硬件設計

基于GPRS無線網絡的水網監測系統的關鍵點在于無線數據傳輸終端的設計，本無線數據傳輸終端的硬件平臺基于SEP3203微控制器。SEP3203是由江大集成電路系統工程技術有限公司設計的16/32 位RISC 微控制器，面向低成本手持設備和其它通用嵌入式設備應用。存儲設備由一片8MB的SDRAM和一片2MB的FLASH組成。電源系統為5～48V寬壓輸入電源系統，其中標準電壓為12V輸入。12V電壓經過LM2576芯片降壓到5V，5V電壓通過一組二極管降到4.2V(GPRS模塊的工作電壓)，同時又通過一個LM317芯片將5V電壓降到3V(微控制器的工作電壓)，3V電壓通過一個二極管得到2.5V電壓(微控制器內核電壓)。兩個RS232接口分別連接工業現場的RS485接口和GPRS無線模塊。無線數據傳輸終端的硬件結構可以參照圖(2)。

2.3 無線數據傳輸終端的軟件設計

圖2 DTU硬件架構示意圖

無線數據傳輸終端的軟件設計包括驅動程序的編寫、網絡協議棧的使用和基于嵌入式操作系統的應用程序的編寫，其中網絡協議棧的使用是難點。

利用GPRS網絡構建數據的遠程無線傳輸通道需要有協議棧的支持，GPRS終端與中國移動公司服務器建立數據連接，必須利用PPP協議（Point-to-Point Protocol）與移動服務器建立點對點的數據連接。 PPP是為在同等單元之間傳輸數據包這樣的簡單鏈路設計的鏈路層協議。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數據包。設計目的主要是用來通過撥號或專線方式建立點對點連接發送數據。

PPP協議中提供了一整套方案來解決鏈路建立、維護、拆除、上層協議協商、認證等問題，其包含3大部分：鏈路控制協議LCP（Link Control Protocol）；認證協議，最常用的包括口令驗證協議PAP（Password Authentication Protocol）和挑戰握手驗證協議CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）；網絡控制協議NCP（Network Control Protocol）。在GPRS終端設備與移動服務器建立連接的過程中，LCP負責創建，維護或終止與服務器的物理連接；CHAP負責處理服務器的口令驗證；NCP負責從服務器獲得一個IP地址，和兩個DNS域名服務器地址。 GPRS終端設備與移動服務器的PPP協商的成功，標志著網絡數據連路層的建立，此后將移動的服務器設為網關，可利用TCP/IP協議訪問Internet或其他GPRS終端。這樣GPRS終端之間、GPRS終端和Internet之間的數據通道得以建立，數據即可在此通道上按需流動。

2.4 基于ifix構件服務器界面

ifix組態軟件內嵌VBA，可以直接裝載VB的控件，所以對于熟識VB的開發人員，很容易上手。除了VB常用的控件外，ifix還有很多自帶的控件，比如圖表控件等，這使得建立方便、美觀、穩定、且功能強大的交互界面輕松實現。服務器端軟件結構見圖（3）。

圖3 服務器端軟件結構圖

3 功效

基于GPRS無線網絡的水網監測系統，屬于遠程儀表監測方案，相同的原理，用在城市公用事業則有助于氣網和水網的分析，偷水、漏水的調查；在其他工業控制領域也有廣泛應用。總之，基于無線網絡的水網監測系統可以避免煩瑣的人工操作，使控制中心可以方便的取得、分析、處理監測現場的數據。

參考文獻：

[1]Xavier Lagrange,Philippe Godlewski,Sami Tabbane.GSM網絡與GPRS[M]，電子工業出版社：顧肇基譯.2002

[2]杜春雷.ARM體系結構與編程[M].清華大學出版社，2003

[3]東芯IV SEP3203F50用戶手冊.南京博芯電子技術有限公司

篇6

[關鍵字]無線傳感器 網絡 地震監測系統 設計

[中圖分類號] P315 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-3-204-1

1概述

無線傳感器網絡是一種新興的信息技術，是一種融入通信、計算機、微電子、傳感器、嵌入式、信息處理等技術的信息技術，是普適計算機的一種雛形，同時也是人類感官的一種延伸。無線傳感器網絡的中心就是數據傳輸和交換，同時是一種自組織和分布式的網絡，數據來自于傳感網絡中的大量傳感器節點，在惡劣環境下，能夠對監測對象進行實時監測、協作感知和信息采集，并以無線的形式將數據發送出去，最終通過無線網絡將數據發送給到數據中心。無線傳感器網絡在諸多領域有著廣泛的應用，比如空間探測、工農業控制、環境監測、軍事國防、智能家居、醫療監護、災害預防等領域。無線傳感網絡的應用，可以給人們的工作生活帶來很大的幫助，能給人們提供最直接有效的真實信息，同時也為下一代網絡提供了全新的經驗。

地震監測，指的是通過獲得地震發生時的震動信號，通過有線或無線的媒介將獲取的監測信息發送到監控中心。有線網絡的穩定性較好，同時是重要信息的傳輸方式，但是有線網絡不能及時有效地對一些超出人力范圍的惡劣環境地區進行有效的地震監測，而且有線網絡在需要應急的情況下一般都被破壞了，而不能將余震的監測信息傳送到監測中心。相比于傳統的有線網絡，無線傳感器網絡具有“自組織、自愈合”的功能特點，因而可以適用于復雜多變的環境，各種有線網絡無法有效監測到的地區進行監測，對實現災難的預警與救助有很重要的意義。

2無線傳感器網絡的結構

無線傳感器網絡體系結構由許多隨機分布的傳感器節點構成的無線傳感網絡，傳感器節點采用的是自組織方式，其目的是能夠對監測對象進行實時監測、協作感知和信息采集，并以無線的形式將數據發送出去，最終通過無線網絡將數據發送給到數據中心。對感知信息的感知、采集、處理和傳送是無線傳感器網絡的基本功能。感知數據是傳感器網絡的核心，則不是網絡硬件。構成無線傳感網絡的三要素：傳感器、感知對象、觀測者。

3系統的硬件設計

3.1傳感器節點設計

無線傳感器節點一般由數據采集、數據處理、數據傳輸和電源組成。

無線傳感器網絡的節點，主要是由四個部分組成，包括了A/D轉換和傳感器組成的數據采集模塊、存儲模塊和數據控制、無線通信模塊和能量供應模塊。其中，數據采集模塊主要是對監測區域內信息進行采集和數據的轉換，處理器模塊主要負責對整個傳感器的節點進行控制操作，處理、存儲節點自身傳送過來的數據和由其他節點傳送過來的數據，無線通信模塊主要是負責與其它傳感器節點或者基站進行無線的通信、交流和交換控制信息，以及接收和轉發采集來的數據，能量供應模塊主要是為傳感器節點提供正常工作所需的能量，能夠保證系統的正常有效的運行，一般使用的是微型電池。無線傳感器的節點具有觀測半徑 和通信半徑 ，一般地， > 。

3.2 GPRS網關設計

GPRS網關負責接收各個無線監測電路發來的數據以及狀態信息，進行一定的處理后通過GPRS網絡發送到監測站，并且可以利用GPRS網絡對控制指令進行接收，繼而轉發給各個無線監測的節點。無線轉發站通常采用的是3.6V的高能電池進行供電，同時還具有太陽能自動充電的功能，可進行長期的工作。

3.3 無線傳感器網絡的構建

CC2520無線收發模塊是采用的2.4GHz免授權ISM頻帶專用的第二代ZigBee/IEEE802.15.4無線射頻收發器，這款收發器可以支持幀處理、突發傳輸、數據緩沖、數據鑒權、數據加密、空閑頻道檢測、連接質量指示以及幀定時信息等功能，從而達到降低了主控制器負載的目的。傳感器數據采集模塊的作用是進行信號的接收和轉換；電源模塊為傳感器節點的正常工作提供了能量；傳感器節點是網絡的基本單元，其承擔著計算、存儲、通信、傳感和執行的任務。無線傳感器節點的硬件部分包括微功耗處理器模塊、無線收發模塊、數據采集模塊、電源等部分。

4系統的軟件部分

基于無線傳感器網絡的地震監控系統的軟件部分主要包括了數據采集與處理、數據的收發與轉發、監控中心的數據管理、WEB瀏覽等幾部分，，系統的軟件主要分為節點軟件、監控中心管理軟件、WEB瀏覽。節點軟件主要包括了數據采集軟件、數據融合軟件、數據處理軟件、數據收發與轉發軟件；監控中心管理軟件的作用是將接收到的數據進行解析處理、顯示和數據庫的存取等控制操作；遠程WEB瀏覽的作用主要是利用遠程的方式對數據庫中的數據進行調用并用來對監控區域中的數據進行分析和處理。

5結語

本文通過對監測系統結構進行分析，介紹了節點的軟硬件設計，對無線傳感網絡中的關鍵技術問題進行了探討，并提供了利用無線傳感器網絡對地震監測的一種思路。對基于無線傳感器網絡的地震監測系統設計的研究和探討，對實現災難的預警與救助有很重要的意義。

參考文獻

[1]王雪編著.無線傳感器網絡測量系統.2007.

[2]李善倉，張克旺編著.無線傳感器網絡原理與應用.2008.

[3]（德）卡勒，維里西著；邱天爽等譯.無線傳感器網絡協議與體系結構. 2007.

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關鍵詞：農田環境參數；無線傳感器網絡；傳感器節點；實時監控；ZigBee

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A 文章編號：0439－8114（2012）15－3334-02

Design of Farmland Environmental Monitoring System Based on Wireless Sensor Network

YANG Fang

（School of Physics and Mechanical ＆ Electrical Engineering， Zunyi Normal College， Zunyi 563002， Guizhou， China）

Abstract： For farmland environmental conditions，monitoring was difficult，a farmland information monitoring system based on sensor wireless sensor networks was designed targeted the status of farmland environmental conditions． The system used sensor nodes to collect the farmland environmental parameters and send them to the control center for further analysis and processing by the ZigBee technology． Farm managers could precisely and intuitively control the key parameters in the process of crop planting and it has good practical value．

Key words： farmland environmental parameters； wireless sensor networks； sensor nodes； real－time monitoring； ZigBee

我國是農業大國，農業是國民經濟的基礎產業，農業生產受到溫度、濕度、水分等多種農田環境因素的影響。因此，在農業生產過程中引入現代信息技術，可以準確、高效地收集農田信息，對提高農產品產量具有重要意義。

針對農田環境復雜、監測難度大等特點，充分利用無線傳感器網絡靈活而強大的組網功能，設計了基于ZigBee無線傳感器網絡的農田環境監測系統，該系統由傳感器節點、匯聚節點、互聯網和用戶終端等組成［1］，利用安裝在被監測區的傳感器節點采集農田環境參數后，通過ZigBee技術發送到控制中心，再對數據進行分析和處理，使農田管理者能精確直觀地控制農作物種植過程中的空氣溫度、相對濕度、CO2含量、水位等關鍵參數，對在農業生產過程中實現增產節能有著很好的實用價值［2］。

1 農田環境監測系統總體結構設計

ZigBee技術是一種短距離、低速率的無線通信技術，被廣泛應用在無線傳感網絡的組建中。與其他無線通信技術相比，ZigBee具有網絡容量大、工作頻段靈活、架構簡單、功耗低、成本低、可靠性高、組網能力強和安全等優點［3，4］；ZigBee由終端設備、協調器和路由器構成。終端設備是指傳感器節點，將其按一定規律安裝在農田里，配備低功耗的微處理器，監測空氣溫度、相對濕度、CO2含量、水位、雨量、風向、光照強度、土壤含水量等參數。一定區域內的傳感器節點構成一個簇，這些節點又分為簇首和普通節點。簇首主要進行數據的融合及轉發，能把簇中普通節點采集到的信息發送到上級的協調器，也能把協調器接收的信息在簇內進行傳播；普通節點只能與本簇的簇首交換信息。協調器把監測到的信息傳輸到網關，然后網關通過GPRS把數據傳送到監控中心。ZigBee網絡主要有網狀和星狀，星狀拓撲結構簡單，但是覆蓋能力差，且只要簇首出現故障整個網絡就癱瘓；網狀拓撲覆蓋能力強、可靠性好，但結構復雜［5］。農田區域環境復雜，存在很多不利因素，為提高ZigBee的精確性，該設計采用星狀—簇首—路由拓撲結構［6］（圖1）。

2 功能模塊設計

2．1 硬件結構設計

1）傳感器節點。ZigBee無線傳感器網絡由傳感器節點組成，傳感器節點一般由電源模塊、數據采集模塊、數據處理模塊和無線通信模塊組成（圖2）。

數據采集模塊主要由空氣溫度、相對濕度、CO2含量、水位、雨量、風向、光照強度、土壤含水量傳感器以及A／D轉換器組成，負責監測區域內以上參數的數據。數據處理模塊對采集模塊獲得的數據進行處理和存儲；無線通信模塊主要是和簇首或協調器交換信息；電源模塊向系統提供能量；傳感器節點多選用低功耗器件，而且節點大多數時間處于休眠狀態，所以電源模塊可使用干電池。簇首節點因為頻繁發送數據耗費能量多，可使用光電池供電。

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[關鍵詞] 合理用藥；監測系統；醫院信息化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 11. 078

[中圖分類號] R197.32；TP311 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）11- 0158- 03

0 前 言

藥物的不合理使用已經成為了威脅人類健康的全球性問題。據世界衛生組織（WHO）2010 年6月的公告稱，全球有超過50%的藥品在處方、配發或銷售過程中存在不合理性，有50%的患者不能正確地使用藥物。在發達國家的衛生預算支出中，藥品的支出比重在10%～20%之間，而在發展中國家卻達到了40%左右，非合理用藥問題十分嚴重。合理用藥，一直是困擾醫學界的一道難題。隨著信息技術的發展，利用信息系統來協助醫師，實現合理用，越來越成為大多數醫院的一種選擇。

北京航天總醫院院采用的是大通合理用藥的系統。合理用藥監測系統（Prescription Automatic Screening System，PASS）是一種供醫療專業人員從事處方或醫囑即時性監測、藥物信息咨詢和病人用藥教育的藥物數據庫軟件系統。PASS 在對網絡信息環境下住院病人醫囑監測的優勢已經在多家醫院得到驗證，在同類軟件系統中的優越性也有專文論述。

合理用藥平臺包括以下幾系統：藥物咨詢及用藥安全監測系統，包括醫囑監控功能（住院）和處方監控功能（門診）；抗菌藥品使用分析及控制系統；處方審核與點評系統；臨床藥學工作站。這四個子系統針對不同的使用者，包括住院醫生和門診醫生，統計室，臨床藥學室，逐漸成為他們工作的得力助手。

1 合理用藥平臺的主要功能

1.1 處方或醫囑的實時監控和提醒功能

該院的PASS 系統是采用SQL Server 2005數據庫，按照醫學、藥學的專業審查原理，以醫學、藥學專業知識為標準，在開處方或錄入醫囑時能提供相關藥品資料信息，并對藥物與藥物相互作用、重復用藥（ 重復成份、重復治療） 、藥物與病癥、禁忌證副作用、過敏史、用法用量劑量、給藥途徑、特殊人群、老年人用藥、兒童用藥、妊娠期用藥、哺乳期用藥等進行審查，來協助醫師正確地篩選藥物和確定合適的處方或醫囑，并在發現問題時能及時進行提醒和警示，以減少錯誤發生的可能。在門診醫生工作站中，合理用藥系統是以內嵌的方式運行。具體流程如圖1所示。

每當門診醫生站啟動，PASS 系統自動啟動，一個簡潔的可以拖動的工具條便出現在屏幕的右上方。

其中有4盞燈依次擺開。監測著醫生所開的處方。如果一切正確，則不會有任何提示，如果出現上述幾個方面與規定不符的情況，則會亮燈提示。

提示燈亮起時從左到右為依次為驚嘆號、紅、黃、橙四個燈。驚嘆號燈表示該處方有重要問題，紅色燈亮表示該處方中藥品有配伍問題；黃色燈亮表示該處方中藥品有相互作用；橙色燈亮表示該處方中藥品有其他問題（包括慎用，同種、同類、同成份、抗菌譜相同或交叉等問題的提示）。

醫生根據提示信息及時地調整處方，對于嚴重的問題，醫生需要高度重視，重新調整處方。對于橙色燈提示的問題，醫生可視情況選擇修改處方或者忽略此提示，直接保存此處方。

1.2 豐富的查詢功能

軟件提供了豐富的查詢功能。可以查詢的基本信息包括：藥品名稱、形狀、藥理毒理、藥代動力學、用法用量、不良反應、適應癥、禁忌癥、注意事項、孕婦用藥、老年人用藥、相互作用、藥物過量、藥物規格。如果想知道某種藥品的某項信息，可以在查詢欄輸入藥品的名稱或者拼音字頭，也可以進行模糊查詢，即可方便地找到需要的信息，快速定位到需要的部分，極大得方便了醫師的實時咨詢。系統查詢界面如圖2所示。

1.3 方便快捷的統計功能

本軟件一個非常好的功能就是根據上級部門的要求，可以設定不同的查詢條件，生成所需要的報表。這極大地方便了有關的統計部門。在安裝此軟件之前，只能手工統計。此軟件運行之后，極大了降低了有關部門的工作量。

2 合理用藥平臺的優勢

2.1 減少了潛在的不合理處方和醫囑

該軟件的使用，減少了潛在的不合理處方和醫囑，使醫師的處方和醫囑更加合理，這一方面減少了藥品的不合理使用，另一方面，也保障了患者的利益，使有效的資金做到了利益最大化。

2.2 滿足了醫生實時查詢相關知識的需求

這個軟件的這個功能相當于一個實時的秘書在醫師的身旁。醫師在開處方的過程中，如果遇到哪一項不清楚，比如用法用量，適應癥或者禁忌癥等，可以方便地查詢，快速地定位，從而高質量地完成醫療工作。

2.3 快捷方便地完成統計工作

此軟件可以根據不同的查詢條件，生成各種報表，極大地方便了使用者。

3 合理用藥平臺應用注意事項

3.1 及時更新藥品信息

為了能夠實時獲取本院所有藥品的信息，就需要經常更新藥品信息，保證本院新進的藥品都出現在數據庫中。只有做到及時更新，醫生才能從數據庫中隨時都能方便快捷地調出所需的藥品信息。從而更好地服務臨床，為一線醫師提供參考。

3.2 醫生輸入的診斷與ICD10編碼最大程度相符

為了更好地實現診斷與藥品相符，便于軟件進行甄別，醫師給出的診斷應該盡量與ICD10編碼相符。只有二者相符，才能便于軟件對處方合理性做出判斷，給出相應的提示信息。這就需要提高醫師這方面的知識積累。醫院在推進信息化的基礎信息方面應做更加細致的工作。

3.3 服務器的配置需要較高，提供較好的用戶體驗

為了獲得更好的用戶體驗，需要服務器有較高的配置，較大的內存，如16 M或32 M，運行速度較快的處理器，比較寬松的硬盤空間。這樣，客戶端的軟件運行不會有延遲的感覺，醫師會有較好的用戶體驗。

主要參考文獻

[1]齊荔紅，陳磊.PASS系統對我院臨床合理用藥情況的監測與分析[J].中國藥業，2010，19（7）.

[2]全國合理用藥監測辦公室.國外合理用藥概述[J].中國執業藥師，2011，8（2）.

篇9

關鍵詞：倉庫火災；無線傳感網絡；傳感器節點

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）13-0067-02

Abstract：Aiming at warehouse fire hazards appeared frequently， wireless sensor network technology is used in a fire monitoring. Therefore， a fire real-time monitoring and early warning system is constructed based on wireless sensor network. Furthermore， sensor node of the system contains a variety of sensors.

Key words：warehouse fire； wireless sensor network； sensor node

1 無線火災監測系統的研究意義

倉庫火災是一種突發性強、傷害力大的企業災害。做好倉庫防火工作，預防火災事故的發生，是各個企業都迫切需要的。當倉庫火災發生時，能做到早發現、早報警、早撲滅就能將企業損失降到最小。現有的企業防火技術主要有視頻監控、人力巡查等手段，技術手段落后，局限性大且漏洞大，不能及時發現火災。而較早的總線型線纜火災探測系統，有小動物啃食、環境腐蝕的危險，一旦發生一處線路斷裂，則整個系統就會癱瘓。針對這一現狀，提出了基于無線傳感器網絡的倉庫火災監控系統。

無線傳感網絡監測系統具有傳感器節點體積小、數量多，節點布置靈活的特點，對于大型倉庫可以一次布置到位。每個傳感器節點本身具有一定的計算和存儲能力，可以對環境的變化進行較為復雜的監控和判斷；同時又具有無線通信能力，可以進行節點間協同監控，并能在網絡遭到破壞時進行自動恢復組網、傳遞信息。

2 倉庫火災監測系統研究與設計

2.1 無線傳感網絡

無線傳感網絡是由大量的密集部署在監控區域的智能傳感器節點構成的一種網絡應用系統[1]。無線傳感網絡綜合運用了現代傳感器技術、微電子技術、通信技術、嵌入式計算機技術和分布式信息處理技術等多個現代信息處理技術，是一個新興的多學科交叉研究領域。具有大規模、低功耗、多節點分布式協作工作的特點。

無線傳感網絡WSN（Wireless Sensor Network）采用隨機投放的方式部署傳感器節點，節點與節點之間采用多跳（multi-hop）、對等（peer to peer）的無線通信方式，能有效地避免長距離傳輸時遇到的信號衰減和信號干擾。無線傳感網絡的每一個節點都具有路由功能，當某個節點出現物理故障退出網絡通訊或需要新增傳感器節點時，通過自我修護、自我協調，能自動重新布置形成網絡。無線傳感網絡的研究實體對象主要有4類：目標、觀測節點、傳感節點和感知現場。傳感節點隨機部署好后，通過自組織方式構成網絡，協調工作形成對目標的感知現場。傳感節點監測到目標信號后經鄰近節點多跳傳輸到觀測節點。觀測節點對內進行向傳感節點查詢請求或派發任務；對外作為中繼器和網關完成傳感器網絡與外部網絡的數據通信與轉換。所以一般將無線傳感網絡分成數據獲取網絡、數據分布網絡和控制管理中心三個部分組成，其中設計的重點就是數據獲取網絡，即傳感器節點的設計。

2.2 倉庫火災監測系統設計

基于無線傳感網絡的倉庫火災監測系統主要由以下3部分組成（系統結構圖如圖1）。

1）無線傳感器節點

負責采集節點偵測周圍環境如溫度、氣體濃度、光亮度等數據，是無線傳感網絡中的數據獲取網絡。

2）中心節點

由無線網關、中繼器擔任，以無線的方式連接無線傳感器網絡與管理監控中心，將搜集到的信息傳送給監控者。

3）管理監控中心

管理監控中心就是用戶節點。無線網絡將搜集到的信息傳送給監控者，監控者解讀報表信息后便可掌握現場狀況進而維護和調整相關系統。反之，用戶也通過管理控制中心對傳感器網絡監控任務和收集監測數據，進行無線傳感器網絡的配置和管理。

2.3 傳感器節點設計

倉庫火災的監測系統就是對無火狀態、陰燃狀態和起火狀態這三種火災狀態空間的識別。因為倉庫存放物件多，通風不良，以物質無可見光進行緩慢燃燒的火災陰燃為主，所以倉庫火災監測系統的重點監測對象是火災陰燃狀態信息，即使對煙霧和溫度的監測。同時，對發生起火狀態燃燒時光度也能進行監測。

根據倉庫火災的特性進行傳感器節點設計，無線傳感器網絡節點的體系結構圖如圖2所示。無線傳感器節點是一個具有信息收集和處理能力的微系統，集成了傳感器模塊、信息處理模塊、無線通訊模塊和能量供應模塊。

傳感器模塊負責感知現場內信息的采集和轉換，根據倉庫火災特點設置了光亮傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器。信息處理模塊是核心，它負責管理傳感器節點對自身采集數據的存儲和處理或其他節點發送來的數據。無線通訊模塊則負責與其他傳感器節點進行通訊，能量供應模塊負責對整個傳感器網絡的運行進行能量的供應。

3 結束語

本文介紹了根據倉庫火災特性構建的，基于無線傳感器網絡的倉庫火災監控系統。設計了一個具有光亮傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器的多種傳感器的無線傳感器節點。但要讓無線傳感器網絡正常運行并大量投入使用還面臨著許多問題，如：網絡內通信問題、傳感器節點成本問題、傳感器節點能量供應問題。這些問題的解決，將為實現高效的無線傳感器網絡結構奠定基礎。

參考文獻：

篇10

關鍵詞：無線傳感器網絡； NS2仿真； ZigBee技術； 污染氣體

中圖分類號：TN919-34； TP216 文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)20-0171-04

Pollution Gas Monitoring System Based on ZigBee Wireless Sensing Network Technology

DIAO Hui-qin, ZHU Ling-yun

(Information Science and Technology Institute, Donghua University, Shanghai 201620, China)

Abstract： Wireless sensor network technology has become more and more mature. In order to conduct real-time and effective monitoring for pollution emission enterprises, Zigbee technology can be used in automatic monitoring systems for polluted gas. The wireless transceiver module uses XBee-PRO DigiMesh 900. The single chip microcomputer is taken as control chips. A multiple hops self-organization network is formed by the mode of wireless communication. which will process The acquisited data are processed and converted into serial data, sent to gathering node, and then sent to the control center from gathering node. The network simulation was performed by the aid of NS2. The simulated results show that the network runs well, packet loss rate is low, and delay time is short. Therefore, it meets the needs of automatic monitoring system.

Keywords： wireless sensor network; NS2 simulation; ZigBee technology; polluted gas

0 引 言

空氣質量監測是環境保護的基礎，其目的是為環境保護提供科學決策的依據，目前我國對污染氣體的監測主要采用2種方法：一種是傳統人工取樣實驗室分析的方法；另一種是采用國外進口的自動化污染氣體監測進行在線監測的方法［1］。這2種方法都有監測成本過高，移動不便的不足之處。為應對現有污染氣體監測設備的不足而設計了基于無線傳感器網絡的污染氣體監測系統，取2種監測方法的長處，切實地滿足了環境監測部門的需要。監測人員只需在易發大氣污染事件的現場布置傳感器節點，就可以實時的監測污染突發現場的各種污染氣體濃度，為及時處置大氣污染突發事件提供有力的技術保證。

1 無線傳感器網絡的系統結構

本文設計的污染氣體自動監測系統需要監測一個城市內的各種化工廠以及發電廠的空氣環境質量。本文的無線傳感器網絡的系統架構如圖1所示，通常包括傳感器節點(Sensor Node)、匯聚節點(Sink)和監測中心［2］。在圖1中大量的傳感器節點分別放置在工廠內的各個角落以及周邊環境，通過自組織的方式構成網絡(即子站)，各子站之間相互獨立，互不通信，只有子站內部節點可以相互交換數據，子站內的傳感器節點負責對數據的感知和采集，數據沿著其他傳感器節點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理，經多跳路由后到達匯聚節點(各子站網關)［3-5］。匯聚節點對收集到的數據進行處理分析并通過以太網將結果傳送到監測中心，監測中心的管理員通過對收集到的數據，做出判斷或者決策。

圖1 無線傳感器網絡的系統架構

2 Zigbee技術簡介

ZigBee無線傳感器網絡是由許多傳感器以自組織方式構成的無線網絡，它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和ZigBee技術，可廣泛應用于工業監測、安全系統、環境監測和軍事等領域。ZigBee技術是一種低速率、低功耗、低復雜度、低成本的雙向無線通信網絡技術。傳輸范圍一般介于10～100 m 之間,在增加RF 發射功率后,亦可增加到1～3km。通過路由和各節點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。它工作在868 MHz，915 MHz和2.4 GHz3個頻段上，采用直接序列擴頻技術(DSSS)，共有27個信道。ZigBee的技術優勢有：低功耗、低成本、低速率、短時延、高容量、高安全、免執照頻段等［6］。由這些技術優勢，選擇進行了支持ZigBee 802.15.4協議的無線傳感器網絡節點的硬件設計。

3 節點的硬件電路設計

本文無線收發模塊采用芯片XBee-PRO DigiMesh 900［7］。XBee-PRO DigiMesh 900 是長距離通信的嵌入式無線射頻模塊。它充分結合了易于使用的網狀網絡和900 MHz工作頻段通信距離長的優勢，基于快速的156 Kb/s無線射頻平臺，實現了DigiMesh對等構架，簡化了網狀網網絡，同時提供了先進的網絡功能如支持路由器休眠模式和更高的網絡節點密度。從而可以使OEM廠商延長依靠電源供電的網絡運行時間，確保網絡的穩定性。

產品特點如下:

（1） 支持路由器休眠模式，延長電池壽命。

（2） 高級的網狀網功能包括自愈和自動搜索。

（3） 支持通過無線配置。

（4） 采用2.1 dB全向天線最大1.8 mile/3 km可視通信距離。

（5） 采用高增益天線最大6 mile/10 km可視通信距離。

（6） 工業級寬溫(-40~+85 ℃)等。

利用此芯片開發的無線通信設備支持數據傳感器硬件節點組成框圖如圖2所示。

圖2 傳感器節點組成框圖

3.1 處理器無線模塊接口設計

C8051F系列單片機是真正能獨立工作的片上系統，SOCCPU有效地管理模擬和數字外設可以關閉單個或全部外設以節省功耗，FLASH存儲器還具有在線重新編程的能力即可用作程序存儲器又可用作于非易失性數據存儲。其主要具有以下幾方面的特點：

(1) 集成了豐富的模擬資源和外部設備接口，具有8~12位多通道ADC，1~2路12位DAC。在片內模擬開關的作用下可實現對多路模擬信號的采集轉換。帶有I2C/SMBusSPI 1~2個UART多類型串行總線，此外還根據不同的需要集成了SPI、USB、CAN、LIN等接口，外設接口在不使用時可以分別禁止以降低系統功耗。

(2) 增加了中斷源，標準的8051只有7個中斷源，C8051F系列單片機擴展了中斷處理這對于時實多任務系統的處理是很重要的，擴展的中斷系統向CIP-51提供22個中斷源。

(3) 高速指令處理能力，基于增強的CIP-51內核，其指令集與MCS-51完全兼容，具有標準8051的組織架構。CIP-51采用流水線結構，70%的的指令執行時間為1或2個系統時鐘周期，是標準8051指令執行速度的12倍。

(4) 復位方式多樣化，C8051F把80C51單一的外部復位發展成多源復位，提供了上電復位、掉電復位、外部引腳復位、軟件復位、引腳配置復位等。眾多的復位源為保障系統的安全、操作的靈活性以及零功耗系統設計帶來極大的好處。

綜上所述，我們采用C8051F340作為處理模塊，主要任務是完成對所采集的信息進行轉換、處理以及存儲并將處理好的數據轉發給無線收發模塊。處理模塊與無線收發模塊之間的連接非常簡單，處理模塊將接收到的數據轉換成串行數據發給無線收發模塊，所有只需要將單片機端的TXD（發送數據）、RXD(接受數據)分別于無線收發模塊的DIN，DOUT相連就可以了。

3.2 數據采集模塊

數據采集單元用于實時采集周圍空氣中污染氣體的信息，主要由各種傳感器及其接口電路組成。本文采用的傳感器包括一氧化碳傳感器、一氧化氮傳感器、氯氣傳感器、二氧化硫傳感器等，這些屬于采集環境污染氣體信息的最基本傳感器。各傳感器的基本信息如下表1所示。

3.3 電源模塊

作為環境監測的無線傳感器網絡的應用，節點需要在無人看守的情況下工作，能量供應是系統持續工作的重要保證，本設計采用市面上最常用的鋰電池作為電源，可充電的鋰離子電池的額定電壓為3.6 V。鋰離子電池的放電曲線平坦，可以保證無線收發模塊在正常工作時具有更好的線性特性。Linear Technology公司的LTC3440是一種高效率、固定頻率、降壓-升壓型DC/DC轉換器，能夠用單個電感器調節輸出電壓，使其高于、低于或等于輸入電源電壓。其輸入和輸出電壓范圍均為2.5~5.5 V。LTC3440在所有工作模式下都具備連續輸送功能，非常適用于延長單節鋰電池、多節堿性或鎳氫電池的工作時間，在這些電池中，輸入電壓隨著電池放電而下降。鋰離子電池在3.3V左右放電時間較長，能更大限度提高電源效率，延長電池壽命［8］。

無線收發模塊需要外部提供3.3 V的電壓，數據采集模塊需要5 V直流電壓，采用LTC3440芯片可以將輸入的電池電壓轉換為3.3 V，5 V，圖3是將電源電壓轉換成3.3 V電壓，轉換成5 V電壓只需要改變電阻、電容值就可以。

圖3 電源模塊的電路圖

4 無線收發模塊仿真

無線收發模塊負責節點間的數據傳輸及組網功能，利用NS2網絡仿真軟件對ADHOC自組織網絡進行仿真。NS2（Network Simulator version 2）是一種面向對象的網絡仿真器，本質上是一個離散事件模擬器。

為了分析仿真結果，NS2提供了兩種基本數據追蹤能力跟蹤和監視。跟蹤生成“.nam”和“.tr”文件。能夠將每個數據包在任何時刻的狀態保存到指定文件中，記錄包在隊列或鏈路中丟棄、到達、離開等；監視用戶有選擇地記錄自己需要的數據，利用Gawk，Gnuplot等工具統計發送包、接收包及丟棄包等結果進行分析［9-10］。

本文的MAC類型采用IEEE802.15.4協議，路由采用DSR協議。20個節點，分布在300×300 m的正方形區域中，每個節點隨機隨機分布，仿真時間為60 s，pause time設為60 s，也就是在仿真這段時間里沒有mobility，流量是設置為cbr流，速率為1.0 b/s，最大聯機數目為6個，每一條數據流每秒送出5個封包（可以根據需要對設置進行修改）。利用setdest、cbrgen工具來完成所需的場景設置。圖4為.nam的動畫模擬圖像。

圖4 20個節點進行通信

5 結果分析

仿真過程中同時生成一個仿真過程記錄文件out.tr，是分析仿真過程的重要依據。以下是其中的一個片段：

r 7.918327669 _9_ MAC --- 32 cbr 36 ［0 9 7 800］ ------- ［7:2 9:0 32 9］ ［1］ 1 1

標號為9的節點在7.918327669秒時發送一個cbr分組，該分組的UID為32，長度36，目標接點的MAC地址為9，原節點的MAC地址為0，IP頭的源地址為7節點的2號端口，目的地址為9號節點的0端口，分組的TTL（Time To Live）值為32。

編寫.awk文件，用于從跟蹤文件中統計MAC層cbr包的丟包和延遲信息。得到數據如下：

將3種情況分析對比可以看出，封包的丟失率和cbr流的傳輸延遲時間與無線傳感器網絡的分布范圍有關，也就是和節點間的傳輸距離有關。在節點數不變和其他各種設置條件不變的情況下，網絡范圍越廣， 節點間的距離越長，封包的丟失率越大，cbr流的傳輸延遲時間也越長。

6 結 語

由于無線傳感器網絡的丟包率低，延遲時間短等特點，可以使人們在任何時間、地點和條件下，都能獲取大量詳實、可靠的信息。使得其在軍事、農業、環境、醫療等領域都有廣泛的應用。對于長距離節點間的數據傳輸，減少丟包率這方面還有待研究和改善。

參考文獻

［1］雷巧玲.基于無線傳感器網絡的空氣質量監測系統的研究［D］.秦皇島：燕山大學,2008.

［2］崔遜學,王成.無線傳感器網絡的領域應用于設計技術［M］.北京：國防工業出版社，2009.

［3］AKYILDIZ I F, SU W, SANKARASUBRAMANIAM Y, et al. A Survey on sensor networks \. IEEE Communications Magazine, 2002, 40 (8): 102-114.

［4］CULLAR D, ESTRIN D, STRVASTAVA M, et al. Overview of sensor network \. Computer, 2004, 37 (8): 41-49.

［5］CALLAWAY E H. Wireless sensor nerwork:architecture and protocols \. \: CRC Press, 2004: 41-62.

［6］王東,張金榮.利用ZigBee技術構建無線傳感器網絡［J］.重慶大學學報,2006,29(8):95-110.

［7］全申安全設備有限公司.XBee-PRO 900/DigiMeshTM 900 OEM RF modules\.上海：全申安全設備有限公司,2008.

［8］ JORDAN M.高校單電感升降壓同步穩壓器使鋰離子電池電壓轉換至3.3 V更容易［J］.電子產品世界，2002(7):25-27.

［9］李長連,王福豹,何戟.無線傳感器網絡仿真模擬技術比較分析［J］.計算機應用研究,2007,24(3):6-9.