導語：如何才能寫好一篇網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)，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(xié)議聯(lián)系起來。接口采用中立的方式定義，獨立于具體實現(xiàn)服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，使得構建在各種這樣系統(tǒng)中的服務可以使用統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)。

為了解決網(wǎng)絡環(huán)境下管理系統(tǒng)和基礎設施的協(xié)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(lián)的可管理資源。WSDM規(guī)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(xiàn)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(xiàn)策略，實現(xiàn)方式包括直接訪問資源、用非方法、用管理等，實現(xiàn)細節(jié)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(tǒng)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(xiàn)分離。由于采用與實現(xiàn)操作無關的WSDL語言定義接口，使得接口與服務實現(xiàn)了分離，所以無論Web服務其內在實現(xiàn)細節(jié)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(xiàn)細節(jié)，而且實現(xiàn)了對已有資源的重用。

(3)服務的可組合性。WSDM能隨著應用環(huán)境規(guī)模的變化而變化，首先，WSDM標準的自身實現(xiàn)只需定義較少的屬性和操作，使得其在小規(guī)模的系統(tǒng)中可以得到穩(wěn)定的應用：其次，對于大規(guī)模應用環(huán)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(xié)調作用。

(4)模型的兼容性。主要表現(xiàn)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(tǒng)設計方案

網(wǎng)絡流量采集使用了三種技術：

(1)基于網(wǎng)管設備MIB的SNMP模式；

(2)基于網(wǎng)絡探針技術的IP流量數(shù)據(jù)捕獲模式；

(3)基于NetFlow技術的數(shù)據(jù)流捕獲模式。

針對基于SNMP模式，實現(xiàn)基于WSDM的SNMP網(wǎng)關，通過該網(wǎng)關收集SNMP設備上的MIB信息；針對基于網(wǎng)絡探針技術模式，可實現(xiàn)基于WSDM的網(wǎng)絡探針服務；針對基于NetFlow技術模式，流量數(shù)據(jù)是通過NetFlow的主動式數(shù)據(jù)推送機制獲得的，網(wǎng)絡設備中的NetFlow是通過規(guī)范的報文格式將流量數(shù)據(jù)送往指定主機，WSDM服務提供了接收和傳輸NetFlow流量數(shù)據(jù)的功能。

2.1　系統(tǒng)架構

流量監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)管理模塊以及流量分析模塊等系統(tǒng)功能實現(xiàn)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(xiàn)的一些功能。數(shù)據(jù)庫部分是應用組件中各模塊對應的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)流量狀態(tài)顯示?？梢詮牧髁繑?shù)據(jù)庫中取得所要查詢的網(wǎng)絡流量歷史信息，也可以調用管理服務層提供的服務觸發(fā)流量信息更新采集實時的流量數(shù)據(jù)，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(jù)用戶需求采用圖形用戶界面將流量態(tài)勢分析的結果展示出來?？商峁┒喾N格式的流量報表。

2.2　流量分析系統(tǒng)設計

流量分析系統(tǒng)是整個流量監(jiān)測系統(tǒng)的核心。如圖3所示，該系統(tǒng)分為五個模塊：流量采集模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、流量分析模塊、數(shù)據(jù)存儲與管理模塊。對照流量監(jiān)測系統(tǒng)架構，流量分析系統(tǒng)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(shù)據(jù)接收模塊，通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流采集技術實現(xiàn)分布式的網(wǎng)絡流量數(shù)據(jù)采集，構成流量采集器；然后由數(shù)據(jù)傳輸模塊將流量采集器采集到的原始流量數(shù)據(jù)傳送到管理服務層；由流量分析模塊對這些分布式的網(wǎng)絡流量數(shù)據(jù)進行全網(wǎng)絡的OD流的計算，之后對OD流進行進一步地統(tǒng)計和分析判定。提供包括確定網(wǎng)絡關鍵鏈路、瓶頸節(jié)點，識別網(wǎng)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(tǒng)計結果保存至流量數(shù)據(jù)庫；流量數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)存儲與管理模塊進行維護，該模塊設計存儲網(wǎng)絡實時流量和歷史流量數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計分析結果數(shù)據(jù)，由流量數(shù)據(jù)管理模塊將資源層發(fā)送上來的經(jīng)過預處理的原始流量數(shù)據(jù)保存至該模塊設計的原始流量數(shù)據(jù)當中。

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關鍵詞：蜜罐原理 開源軟件 網(wǎng)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(wǎng)絡變得發(fā)達，人們之間的溝通變得方便了許多。而隨之而來的就是網(wǎng)絡安全的問題，其影響足以引發(fā)每個人的關注。本文將圍繞網(wǎng)絡安全問題對網(wǎng)絡攻擊源進行有針對性的信息搜集和監(jiān)測。

本文針對網(wǎng)路攻擊源主要對其攻擊行為進行搜集和監(jiān)測工作，包括仿冒低安全性的主機并搜集監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)原理

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

此系統(tǒng)總共分為兩部分：監(jiān)測搜集信息部分和信息處理部分。監(jiān)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(jiān)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(shù)據(jù)庫，并能夠對數(shù)據(jù)庫進行分組排序，實時統(tǒng)計，最終呈現(xiàn)在客戶端， 清晰明了，簡單實用[2]。

三、監(jiān)測系統(tǒng)應用范圍

此監(jiān)測系統(tǒng)可以對有攻擊行為的攻擊源進行搜集和監(jiān)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(xiàn)出來。

四、系統(tǒng)流程

下面是監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫進行處理-中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)統(tǒng)計-攻擊源監(jiān)測客戶端呈現(xiàn)。

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(shù)據(jù)庫。

六、基于蜜罐原理的信息搜集系統(tǒng)的設計

1.蜜罐技術的發(fā)展背景

網(wǎng)絡與信息安全技術的核心問題是對計算機系統(tǒng)和網(wǎng)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(tǒng)。本軟件是以Python 所寫的daemon，使用Twisted Conch 函數(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計部分的設計

將攻擊信息錄入數(shù)據(jù)庫，通過shell腳本將attacklist.txt中的攻擊信息錄入到MySQL數(shù)據(jù)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(huán)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(shù)據(jù)庫實時統(tǒng)計

需要有一定的MySQL數(shù)據(jù)庫命令經(jīng)驗，選取相對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，mysql_count.sh負責將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫信息與平臺的交互過程。

以下是數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫中統(tǒng)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(wǎng)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(jiān)測 數(shù)據(jù)分析

1 概述

隨著網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡結構越來越復雜，異構性也越來越強，使得網(wǎng)絡管理成為網(wǎng)絡能否正常、高效運行的重中之重。如何對網(wǎng)絡進行有效的及時管理，綜合全網(wǎng)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(wǎng)絡管理系統(tǒng)的重要功能之一，不僅可用來幫助網(wǎng)絡管理者實時監(jiān)測網(wǎng)絡運行狀態(tài)，了解網(wǎng)絡設備運行情況，使其正常發(fā)揮，保障系統(tǒng)的平穩(wěn)、有效運行，還可幫助管理者解決網(wǎng)絡存在的各種問題，如響應時間較慢等。

2 SNMP網(wǎng)絡管理模型

SNMP全稱是簡單網(wǎng)絡管理協(xié)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(wǎng)絡管理框架，成為真正意義上的IP網(wǎng)絡管理的國際性管理標準。SNMP是一系列協(xié)議組和規(guī)范，它們提供了一種從網(wǎng)絡上的設備中收集網(wǎng)絡管理信息的方法。SNMP也為設備向網(wǎng)絡管理工作站報告問題和錯誤提供了一種方法。

SNMP網(wǎng)絡管理系統(tǒng)主要由四部分構成：管理站、管理、管理信息庫和網(wǎng)絡管理協(xié)議。①管理站（Manager）一般是指網(wǎng)絡中的工作站或服務器，負責安裝網(wǎng)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(wǎng)絡設備里都有一個管理，它能夠把網(wǎng)絡設備的各種情況真實的記錄下來，并且網(wǎng)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(fā)現(xiàn)不支持SNMP協(xié)議的設備，可以及時的開發(fā)委托（prosy agent）來支持SNMP協(xié)議。SNMP協(xié)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(fā)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(tài)。如果發(fā)現(xiàn)設備不是處于正常的運行狀態(tài)，應該及時的使用Trap信息的報文主動向管理者發(fā)送陷阱消息，匯報出現(xiàn)的異常事件。③管理信息庫（MIB）是一個數(shù)據(jù)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(wǎng)絡管理協(xié)議主要有以下三個功能：a取值（Get）能使網(wǎng)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(wǎng)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(fā)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(wǎng)絡性能監(jiān)測系統(tǒng)模型

根據(jù)上面對SNMP網(wǎng)絡管理模型的分析，設計了一種性能監(jiān)測模塊的基本結構，該性能監(jiān)測模塊主要包括性能數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和告警管理四個部分，如圖1所示。

4 基于SNMP的網(wǎng)絡性能監(jiān)測系統(tǒng)的設計

系統(tǒng)是使用SNMP++軟件包來實現(xiàn)SNMP協(xié)議操作的。SNMP++是HP公司開發(fā)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(xié)議在Window平臺上做開發(fā)應用，通過SNMP協(xié)議獲取管理信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡設備的監(jiān)控。因此，SNMP協(xié)議的實現(xiàn)是整個系統(tǒng)的基礎。通過SNMP++軟件包來實現(xiàn)SNMP協(xié)議的開發(fā)，實現(xiàn)SNMP網(wǎng)絡管理的基本功能。

4.1 性能數(shù)據(jù)的采集 性能數(shù)據(jù)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(fā)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(wǎng)絡設備的各種狀態(tài)信息，采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，也可以根據(jù)需要同時發(fā)往控制臺。用于分析統(tǒng)計的性能參數(shù)主要采用該機制進行數(shù)據(jù)采集。應提到的是，只輪詢方法在數(shù)據(jù)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(wǎng)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(fā)生時，向管理者發(fā)送Trap報文。事件驅動對監(jiān)視狀態(tài)變化不很頻繁的對象時用處很大，當有異常事件發(fā)生時，基于中斷的方法可以立即通知網(wǎng)絡管理工作站。

4.2 數(shù)據(jù)分析 為了把網(wǎng)絡性能的狀況和網(wǎng)絡中存在的性能問題反映出來，在統(tǒng)計性能數(shù)據(jù)的時候可以用數(shù)值表或者曲線圖的方式表現(xiàn)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(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，丟包率是指丟包數(shù)據(jù)占總傳輸數(shù)據(jù)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(qū)，短期的持續(xù)高丟包率說明網(wǎng)絡出現(xiàn)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(wǎng)絡（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。

當系統(tǒng)采集到網(wǎng)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(wǎng)絡性能監(jiān)測部分關鍵性能參數(shù)的計算公式，部分性能參數(shù)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(shù)據(jù)對象表示的含義如下：①ifInOctets 表示接口流入字節(jié)數(shù)；②ifOutOctets表示接口流出字節(jié)數(shù)；③ifSpeed 表示接口的帶寬；④IfInDiscards表示接口丟棄輸入包數(shù)；⑤ifOutDiscards表示接口丟棄輸出包數(shù)；⑥ifInErrors 表示包含錯誤的輸入包數(shù)；⑦ifOutErrors 表示由于包含錯誤而不能傳輸?shù)妮敵霭鼣?shù)；⑧ifInUcastPkts表示發(fā)往高層協(xié)議的單播包數(shù)；⑨ifOutNUcastPkts 表示高層協(xié)議請求的非單播包數(shù)。

4.3 告警管理 告警功能的實現(xiàn)較為簡單，首先將主要的網(wǎng)絡性能設置一個特定的閾值，當采集到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中該數(shù)據(jù)項對應的閾值相比較時，一旦超出，性能管理工具就會向網(wǎng)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(wǎng)絡管理員能夠在一個問題影響網(wǎng)絡性能之前就找出并處理它。

5 結束語

基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡性能管理模式是目前計算機網(wǎng)絡管理技術發(fā)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(wǎng)絡性能監(jiān)測系統(tǒng)設計，不斷提高網(wǎng)絡安全管理。

參考文獻：

[1]苗紅賓.校園網(wǎng)網(wǎng)絡性能管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].科技信息，2009-04-25.

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關鍵詞：網(wǎng)絡化；環(huán)境輻射；監(jiān)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(jīng)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(xiàn)了核事故、核恐怖給當?shù)氐纳鐣l(fā)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(qū)域造成毀滅性災難。網(wǎng)絡化環(huán)境輻射監(jiān)測系統(tǒng)是核能使用中的重要工具，通過有效的核輻射監(jiān)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(jù)，網(wǎng)絡化環(huán)境輻射監(jiān)測系統(tǒng)采用網(wǎng)絡信息構架，利用最新通信技術、計算機處理技術、3G/4G網(wǎng)絡終端傳輸技術以及GPS定位系統(tǒng)對核輻射情況進行數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計。

一、網(wǎng)絡化環(huán)境輻射監(jiān)測系統(tǒng)簡介

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

圖1 傳感節(jié)點系統(tǒng)

探測器通過γ射線對探測區(qū)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(tǒng)，輸出信號通過機芯外接電路進行傳輸選擇，傳感節(jié)點在接到脈沖信號之后經(jīng)過調節(jié)電路對矩形脈沖信號進行數(shù)字轉換。處理器終端采用單片機作為設備的控制中心，在環(huán)境輻射的探測過程中，根據(jù)計算機探測指令，控制終端會向傳感器發(fā)射電磁脈沖信號，探測節(jié)點開始運行，探測信號數(shù)據(jù)也進行相應的傳輸。控制器根據(jù)探測節(jié)點的數(shù)據(jù)傳回對測量結果進行初步處理，并通過無線網(wǎng)絡模塊將初步處理的數(shù)據(jù)以編碼形式發(fā)送至計算機輻射監(jiān)控軟件中。

二、環(huán)境輻射監(jiān)控的發(fā)展現(xiàn)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(jiān)測，因此對于放射性核廢料的管理必須通過有效的環(huán)境輻射監(jiān)測進行有效的控制。目前國內外通過對幾次世界性的大規(guī)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(huán)境輻射的監(jiān)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(jiān)測（氣體溶液、水汽、近海海水輻射物含量）；

3.水資源監(jiān)測（地表徑流、地下水、近海區(qū)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(jiān)測。

國際上環(huán)境輻射監(jiān)測系統(tǒng)是根據(jù)不同核電環(huán)境背景采取相應的監(jiān)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(wǎng)絡化環(huán)境輻射監(jiān)測系統(tǒng)應用

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關鍵詞：GPRS網(wǎng)絡；水網(wǎng)監(jiān)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，F(xiàn)ang 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(yè)、農(nóng)業(yè)、日常用水量的不斷增加，對水網(wǎng)數(shù)據(jù)進行采集、傳輸、分析、存檔顯得越來越重要，可以為水網(wǎng)的調度提供參考。相對于監(jiān)控結點的急劇增長，傳統(tǒng)的人工抄表速度慢，實時性差，不能滿足現(xiàn)代化的水網(wǎng)管理要求。水網(wǎng)的監(jiān)控結點分布廣泛，使用有線的數(shù)據(jù)總線形式的監(jiān)控方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實要求。近來GPRS網(wǎng)絡已經(jīng)隨無線通訊事業(yè)的迅猛發(fā)展覆蓋了大小城市，GPRS(General Packet Radio Service)是一種基于無線數(shù)據(jù)分組交換的網(wǎng)絡。因此，GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸。GPRS網(wǎng)絡通過移動的服務器和Internet連在一起，這樣我們的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡結合到一起，這就使遠程實時監(jiān)控成為了可能。GPRS模塊可以將現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)街行姆掌?，再利用ifix制作的界面處理并顯示這些數(shù)據(jù)，并為監(jiān)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(wǎng)絡和中心服務器的水網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)。

2 方案

2.1 概述

GPRS目的是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務。GPRS用于無線數(shù)據(jù)傳輸具有多方面的優(yōu)勢，一是接入范圍廣，可充分利用全國范圍的移動網(wǎng)絡，方便、快速、低成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠程接入網(wǎng)絡的部署；二是傳輸速率高，數(shù)據(jù)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(yè)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(xiàn)在用GPRS MODEM上網(wǎng)，用戶將始終處于連線和在線狀態(tài)，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(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源?；谝陨蟽?yōu)點，將GPRS網(wǎng)絡用于傳輸水網(wǎng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)十分適合。

水網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)可分為三大部分：前端采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理。前端數(shù)據(jù)采集主要由流量計完成。數(shù)據(jù)傳輸部分由無線數(shù)據(jù)傳輸終端和Internet構成。數(shù)據(jù)處理部分由組態(tài)軟件完成。以取水口實時監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控，傳統(tǒng)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(wǎng)絡的水網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，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(shù)據(jù)發(fā)送到省級和市級的水網(wǎng)監(jiān)測中心。

圖1 取水口無線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

2.2 無線數(shù)據(jù)傳輸終端的硬件設計

基于GPRS無線網(wǎng)絡的水網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵點在于無線數(shù)據(jù)傳輸終端的設計，本無線數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)為5～48V寬壓輸入電源系統(tǒng)，其中標準電壓為12V輸入。12V電壓經(jīng)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(yè)現(xiàn)場的RS485接口和GPRS無線模塊。無線數(shù)據(jù)傳輸終端的硬件結構可以參照圖(2)。

2.3 無線數(shù)據(jù)傳輸終端的軟件設計

圖2 DTU硬件架構示意圖

無線數(shù)據(jù)傳輸終端的軟件設計包括驅動程序的編寫、網(wǎng)絡協(xié)議棧的使用和基于嵌入式操作系統(tǒng)的應用程序的編寫，其中網(wǎng)絡協(xié)議棧的使用是難點。

利用GPRS網(wǎng)絡構建數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸通道需要有協(xié)議棧的支持，GPRS終端與中國移動公司服務器建立數(shù)據(jù)連接，必須利用PPP協(xié)議（Point-to-Point Protocol）與移動服務器建立點對點的數(shù)據(jù)連接。 PPP是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包這樣的簡單鏈路設計的鏈路層協(xié)議。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)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(fā)送數(shù)據(jù)。

PPP協(xié)議中提供了一整套方案來解決鏈路建立、維護、拆除、上層協(xié)議協(xié)商、認證等問題，其包含3大部分：鏈路控制協(xié)議LCP（Link Control Protocol）；認證協(xié)議，最常用的包括口令驗證協(xié)議PAP（Password Authentication Protocol）和挑戰(zhàn)握手驗證協(xié)議CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）；網(wǎng)絡控制協(xié)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(chuàng)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(xié)商的成功，標志著網(wǎng)絡數(shù)據(jù)連路層的建立，此后將移動的服務器設為網(wǎng)關，可利用TCP/IP協(xié)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(shù)據(jù)通道得以建立，數(shù)據(jù)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(tài)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(fā)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(wěn)定、且功能強大的交互界面輕松實現(xiàn)。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(wǎng)絡的水網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，屬于遠程儀表監(jiān)測方案，相同的原理，用在城市公用事業(yè)則有助于氣網(wǎng)和水網(wǎng)的分析，偷水、漏水的調查；在其他工業(yè)控制領域也有廣泛應用?？傊?，基于無線網(wǎng)絡的水網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]Xavier Lagrange,Philippe Godlewski,Sami Tabbane.GSM網(wǎng)絡與GPRS[M]，電子工業(yè)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

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[關鍵字]無線傳感器 網(wǎng)絡 地震監(jiān)測系統(tǒng) 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(wǎng)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(wǎng)絡的中心就是數(shù)據(jù)傳輸和交換，同時是一種自組織和分布式的網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)來自于傳感網(wǎng)絡中的大量傳感器節(jié)點，在惡劣環(huán)境下，能夠對監(jiān)測對象進行實時監(jiān)測、協(xié)作感知和信息采集，并以無線的形式將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，最終通過無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送給到數(shù)據(jù)中心。無線傳感器網(wǎng)絡在諸多領域有著廣泛的應用，比如空間探測、工農(nóng)業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、軍事國防、智能家居、醫(yī)療監(jiān)護、災害預防等領域。無線傳感網(wǎng)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(wǎng)絡提供了全新的經(jīng)驗。

地震監(jiān)測，指的是通過獲得地震發(fā)生時的震動信號，通過有線或無線的媒介將獲取的監(jiān)測信息發(fā)送到監(jiān)控中心。有線網(wǎng)絡的穩(wěn)定性較好，同時是重要信息的傳輸方式，但是有線網(wǎng)絡不能及時有效地對一些超出人力范圍的惡劣環(huán)境地區(qū)進行有效的地震監(jiān)測，而且有線網(wǎng)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(jiān)測信息傳送到監(jiān)測中心。相比于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡，無線傳感器網(wǎng)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(huán)境，各種有線網(wǎng)絡無法有效監(jiān)測到的地區(qū)進行監(jiān)測，對實現(xiàn)災難的預警與救助有很重要的意義。

2無線傳感器網(wǎng)絡的結構

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

3系統(tǒng)的硬件設計

3.1傳感器節(jié)點設計

無線傳感器節(jié)點一般由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和電源組成。

無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)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(shù)據(jù)采集模塊、存儲模塊和數(shù)據(jù)控制、無線通信模塊和能量供應模塊。其中，數(shù)據(jù)采集模塊主要是對監(jiān)測區(qū)域內信息進行采集和數(shù)據(jù)的轉換，處理器模塊主要負責對整個傳感器的節(jié)點進行控制操作，處理、存儲節(jié)點自身傳送過來的數(shù)據(jù)和由其他節(jié)點傳送過來的數(shù)據(jù)，無線通信模塊主要是負責與其它傳感器節(jié)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(fā)采集來的數(shù)據(jù)，能量供應模塊主要是為傳感器節(jié)點提供正常工作所需的能量，能夠保證系統(tǒng)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(jié)點具有觀測半徑 和通信半徑 ，一般地， > 。

3.2 GPRS網(wǎng)關設計

GPRS網(wǎng)關負責接收各個無線監(jiān)測電路發(fā)來的數(shù)據(jù)以及狀態(tài)信息，進行一定的處理后通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送到監(jiān)測站，并且可以利用GPRS網(wǎng)絡對控制指令進行接收，繼而轉發(fā)給各個無線監(jiān)測的節(jié)點。無線轉發(fā)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(wǎng)絡的構建

CC2520無線收發(fā)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(fā)器，這款收發(fā)器可以支持幀處理、突發(fā)傳輸、數(shù)據(jù)緩沖、數(shù)據(jù)鑒權、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jié)點的正常工作提供了能量；傳感器節(jié)點是網(wǎng)絡的基本單元，其承擔著計算、存儲、通信、傳感和執(zhí)行的任務。無線傳感器節(jié)點的硬件部分包括微功耗處理器模塊、無線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電源等部分。

4系統(tǒng)的軟件部分

基于無線傳感器網(wǎng)絡的地震監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分主要包括了數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)的收發(fā)與轉發(fā)、監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)管理、WEB瀏覽等幾部分，，系統(tǒng)的軟件主要分為節(jié)點軟件、監(jiān)控中心管理軟件、WEB瀏覽。節(jié)點軟件主要包括了數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)融合軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、數(shù)據(jù)收發(fā)與轉發(fā)軟件；監(jiān)控中心管理軟件的作用是將接收到的數(shù)據(jù)進行解析處理、顯示和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行調用并用來對監(jiān)控區(qū)域中的數(shù)據(jù)進行分析和處理。

5結語

本文通過對監(jiān)測系統(tǒng)結構進行分析，介紹了節(jié)點的軟硬件設計，對無線傳感網(wǎng)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(wǎng)絡對地震監(jiān)測的一種思路。對基于無線傳感器網(wǎng)絡的地震監(jiān)測系統(tǒng)設計的研究和探討，對實現(xiàn)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(wǎng)絡測量系統(tǒng).2007.

[2]李善倉，張克旺編著.無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡協(xié)議與體系結構. 2007.

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關鍵詞：農(nóng)田環(huán)境參數(shù)；無線傳感器網(wǎng)絡；傳感器節(jié)點；實時監(jiān)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(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到溫度、濕度、水分等多種農(nóng)田環(huán)境因素的影響。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中引入現(xiàn)代信息技術，可以準確、高效地收集農(nóng)田信息，對提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量具有重要意義。

針對農(nóng)田環(huán)境復雜、監(jiān)測難度大等特點，充分利用無線傳感器網(wǎng)絡靈活而強大的組網(wǎng)功能，設計了基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、互聯(lián)網(wǎng)和用戶終端等組成［1］，利用安裝在被監(jiān)測區(qū)的傳感器節(jié)點采集農(nóng)田環(huán)境參數(shù)后，通過ZigBee技術發(fā)送到控制中心，再對數(shù)據(jù)進行分析和處理，使農(nóng)田管理者能精確直觀地控制農(nóng)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(shù)，對在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中實現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能有著很好的實用價值［2］。

1 農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)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(wǎng)絡的組建中。與其他無線通信技術相比，ZigBee具有網(wǎng)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(wǎng)能力強和安全等優(yōu)點［3，4］；ZigBee由終端設備、協(xié)調器和路由器構成。終端設備是指傳感器節(jié)點，將其按一定規(guī)律安裝在農(nóng)田里，配備低功耗的微處理器，監(jiān)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(shù)。一定區(qū)域內的傳感器節(jié)點構成一個簇，這些節(jié)點又分為簇首和普通節(jié)點。簇首主要進行數(shù)據(jù)的融合及轉發(fā)，能把簇中普通節(jié)點采集到的信息發(fā)送到上級的協(xié)調器，也能把協(xié)調器接收的信息在簇內進行傳播；普通節(jié)點只能與本簇的簇首交換信息。協(xié)調器把監(jiān)測到的信息傳輸?shù)骄W(wǎng)關，然后網(wǎng)關通過GPRS把數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。ZigBee網(wǎng)絡主要有網(wǎng)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(xiàn)故障整個網(wǎng)絡就癱瘓；網(wǎng)狀拓撲覆蓋能力強、可靠性好，但結構復雜［5］。農(nóng)田區(qū)域環(huán)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(jié)點。ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡由傳感器節(jié)點組成，傳感器節(jié)點一般由電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊組成（圖2）。

數(shù)據(jù)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(jiān)測區(qū)域內以上參數(shù)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊對采集模塊獲得的數(shù)據(jù)進行處理和存儲；無線通信模塊主要是和簇首或協(xié)調器交換信息；電源模塊向系統(tǒng)提供能量；傳感器節(jié)點多選用低功耗器件，而且節(jié)點大多數(shù)時間處于休眠狀態(tài)，所以電源模塊可使用干電池。簇首節(jié)點因為頻繁發(fā)送數(shù)據(jù)耗費能量多，可使用光電池供電。

篇8

[關鍵詞] 合理用藥；監(jiān)測系統(tǒng)；醫(yī)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(jīng)成為了威脅人類健康的全球性問題。據(jù)世界衛(wèi)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(fā)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(fā)達國家的衛(wèi)生預算支出中，藥品的支出比重在10%～20%之間，而在發(fā)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(yī)學界的一道難題。隨著信息技術的發(fā)展，利用信息系統(tǒng)來協(xié)助醫(yī)師，實現(xiàn)合理用，越來越成為大多數(shù)醫(yī)院的一種選擇。

北京航天總醫(yī)院院采用的是大通合理用藥的系統(tǒng)。合理用藥監(jiān)測系統(tǒng)（Prescription Automatic Screening System，PASS）是一種供醫(yī)療專業(yè)人員從事處方或醫(yī)囑即時性監(jiān)測、藥物信息咨詢和病人用藥教育的藥物數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)。PASS 在對網(wǎng)絡信息環(huán)境下住院病人醫(yī)囑監(jiān)測的優(yōu)勢已經(jīng)在多家醫(yī)院得到驗證，在同類軟件系統(tǒng)中的優(yōu)越性也有專文論述。

合理用藥平臺包括以下幾系統(tǒng)：藥物咨詢及用藥安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括醫(yī)囑監(jiān)控功能（住院）和處方監(jiān)控功能（門診）；抗菌藥品使用分析及控制系統(tǒng)；處方審核與點評系統(tǒng)；臨床藥學工作站。這四個子系統(tǒng)針對不同的使用者，包括住院醫(yī)生和門診醫(yī)生，統(tǒng)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(yī)囑的實時監(jiān)控和提醒功能

該院的PASS 系統(tǒng)是采用SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫，按照醫(yī)學、藥學的專業(yè)審查原理，以醫(yī)學、藥學專業(yè)知識為標準，在開處方或錄入醫(yī)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(xié)助醫(yī)師正確地篩選藥物和確定合適的處方或醫(yī)囑，并在發(fā)現(xiàn)問題時能及時進行提醒和警示，以減少錯誤發(fā)生的可能。在門診醫(yī)生工作站中，合理用藥系統(tǒng)是以內嵌的方式運行。具體流程如圖1所示。

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

其中有4盞燈依次擺開。監(jiān)測著醫(yī)生所開的處方。如果一切正確，則不會有任何提示，如果出現(xiàn)上述幾個方面與規(guī)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(yī)生根據(jù)提示信息及時地調整處方，對于嚴重的問題，醫(yī)生需要高度重視，重新調整處方。對于橙色燈提示的問題，醫(yī)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?？梢圆樵兊幕拘畔ǎ核幤访Q、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(guī)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(yī)師的實時咨詢。系統(tǒng)查詢界面如圖2所示。

1.3 方便快捷的統(tǒng)計功能

本軟件一個非常好的功能就是根據(jù)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(tǒng)計部門。在安裝此軟件之前，只能手工統(tǒng)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(yōu)勢

2.1 減少了潛在的不合理處方和醫(yī)囑

該軟件的使用，減少了潛在的不合理處方和醫(yī)囑，使醫(yī)師的處方和醫(yī)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(yī)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(yī)師的身旁。醫(yī)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(yī)療工作。

2.3 快捷方便地完成統(tǒng)計工作

此軟件可以根據(jù)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(jīng)常更新藥品信息，保證本院新進的藥品都出現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫中。只有做到及時更新，醫(yī)生才能從數(shù)據(jù)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(yī)師提供參考。

3.2 醫(yī)生輸入的診斷與ICD10編碼最大程度相符

為了更好地實現(xiàn)診斷與藥品相符，便于軟件進行甄別，醫(yī)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(yī)師這方面的知識積累。醫(yī)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(yī)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(tǒng)對我院臨床合理用藥情況的監(jiān)測與分析[J].中國藥業(yè)，2010，19（7）.

[2]全國合理用藥監(jiān)測辦公室.國外合理用藥概述[J].中國執(zhí)業(yè)藥師，2011，8（2）.

篇9

關鍵詞：倉庫火災；無線傳感網(wǎng)絡；傳感器節(jié)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(jiān)測系統(tǒng)的研究意義

倉庫火災是一種突發(fā)性強、傷害力大的企業(yè)災害。做好倉庫防火工作，預防火災事故的發(fā)生，是各個企業(yè)都迫切需要的。當倉庫火災發(fā)生時，能做到早發(fā)現(xiàn)、早報警、早撲滅就能將企業(yè)損失降到最小。現(xiàn)有的企業(yè)防火技術主要有視頻監(jiān)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(fā)現(xiàn)火災。而較早的總線型線纜火災探測系統(tǒng)，有小動物啃食、環(huán)境腐蝕的危險，一旦發(fā)生一處線路斷裂，則整個系統(tǒng)就會癱瘓。針對這一現(xiàn)狀，提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡的倉庫火災監(jiān)控系統(tǒng)。

無線傳感網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)具有傳感器節(jié)點體積小、數(shù)量多，節(jié)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(jié)點本身具有一定的計算和存儲能力，可以對環(huán)境的變化進行較為復雜的監(jiān)控和判斷；同時又具有無線通信能力，可以進行節(jié)點間協(xié)同監(jiān)控，并能在網(wǎng)絡遭到破壞時進行自動恢復組網(wǎng)、傳遞信息。

2 倉庫火災監(jiān)測系統(tǒng)研究與設計

2.1 無線傳感網(wǎng)絡

無線傳感網(wǎng)絡是由大量的密集部署在監(jiān)控區(qū)域的智能傳感器節(jié)點構成的一種網(wǎng)絡應用系統(tǒng)[1]。無線傳感網(wǎng)絡綜合運用了現(xiàn)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(xiàn)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(guī)模、低功耗、多節(jié)點分布式協(xié)作工作的特點。

無線傳感網(wǎng)絡WSN（Wireless Sensor Network）采用隨機投放的方式部署傳感器節(jié)點，節(jié)點與節(jié)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(wǎng)絡的每一個節(jié)點都具有路由功能，當某個節(jié)點出現(xiàn)物理故障退出網(wǎng)絡通訊或需要新增傳感器節(jié)點時，通過自我修護、自我協(xié)調，能自動重新布置形成網(wǎng)絡。無線傳感網(wǎng)絡的研究實體對象主要有4類：目標、觀測節(jié)點、傳感節(jié)點和感知現(xiàn)場。傳感節(jié)點隨機部署好后，通過自組織方式構成網(wǎng)絡，協(xié)調工作形成對目標的感知現(xiàn)場。傳感節(jié)點監(jiān)測到目標信號后經(jīng)鄰近節(jié)點多跳傳輸?shù)接^測節(jié)點。觀測節(jié)點對內進行向傳感節(jié)點查詢請求或派發(fā)任務；對外作為中繼器和網(wǎng)關完成傳感器網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信與轉換。所以一般將無線傳感網(wǎng)絡分成數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡和控制管理中心三個部分組成，其中設計的重點就是數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡，即傳感器節(jié)點的設計。

2.2 倉庫火災監(jiān)測系統(tǒng)設計

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

1）無線傳感器節(jié)點

負責采集節(jié)點偵測周圍環(huán)境如溫度、氣體濃度、光亮度等數(shù)據(jù)，是無線傳感網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡。

2）中心節(jié)點

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

3）管理監(jiān)控中心

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

2.3 傳感器節(jié)點設計

倉庫火災的監(jiān)測系統(tǒng)就是對無火狀態(tài)、陰燃狀態(tài)和起火狀態(tài)這三種火災狀態(tài)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(jiān)測系統(tǒng)的重點監(jiān)測對象是火災陰燃狀態(tài)信息，即使對煙霧和溫度的監(jiān)測。同時，對發(fā)生起火狀態(tài)燃燒時光度也能進行監(jiān)測。

根據(jù)倉庫火災的特性進行傳感器節(jié)點設計，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的體系結構圖如圖2所示。無線傳感器節(jié)點是一個具有信息收集和處理能力的微系統(tǒng)，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(xiàn)場內信息的采集和轉換，根據(jù)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(jié)點對自身采集數(shù)據(jù)的存儲和處理或其他節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)。無線通訊模塊則負責與其他傳感器節(jié)點進行通訊，能量供應模塊負責對整個傳感器網(wǎng)絡的運行進行能量的供應。

3 結束語

本文介紹了根據(jù)倉庫火災特性構建的，基于無線傳感器網(wǎng)絡的倉庫火災監(jiān)控系統(tǒng)。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(jié)點。但要讓無線傳感器網(wǎng)絡正常運行并大量投入使用還面臨著許多問題，如：網(wǎng)絡內通信問題、傳感器節(jié)點成本問題、傳感器節(jié)點能量供應問題。這些問題的解決，將為實現(xiàn)高效的無線傳感器網(wǎng)絡結構奠定基礎。

參考文獻：

篇10

關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)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(jiān)測是環(huán)境保護的基礎，其目的是為環(huán)境保護提供科學決策的依據(jù)，目前我國對污染氣體的監(jiān)測主要采用2種方法：一種是傳統(tǒng)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(jiān)測進行在線監(jiān)測的方法［1］。這2種方法都有監(jiān)測成本過高，移動不便的不足之處。為應對現(xiàn)有污染氣體監(jiān)測設備的不足而設計了基于無線傳感器網(wǎng)絡的污染氣體監(jiān)測系統(tǒng)，取2種監(jiān)測方法的長處，切實地滿足了環(huán)境監(jiān)測部門的需要。監(jiān)測人員只需在易發(fā)大氣污染事件的現(xiàn)場布置傳感器節(jié)點，就可以實時的監(jiān)測污染突發(fā)現(xiàn)場的各種污染氣體濃度，為及時處置大氣污染突發(fā)事件提供有力的技術保證。

1 無線傳感器網(wǎng)絡的系統(tǒng)結構

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

圖1 無線傳感器網(wǎng)絡的系統(tǒng)架構

2 Zigbee技術簡介

ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡是由許多傳感器以自組織方式構成的無線網(wǎng)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(yè)監(jiān)測、安全系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)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(wǎng)絡技術。傳輸范圍一般介于10～100 m 之間,在增加RF 發(fā)射功率后,亦可增加到1～3km。通過路由和各節(jié)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(yōu)勢有：低功耗、低成本、低速率、短時延、高容量、高安全、免執(zhí)照頻段等［6］。由這些技術優(yōu)勢，選擇進行了支持ZigBee 802.15.4協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的硬件設計。

3 節(jié)點的硬件電路設計

本文無線收發(fā)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(wǎng)狀網(wǎng)絡和900 MHz工作頻段通信距離長的優(yōu)勢，基于快速的156 Kb/s無線射頻平臺，實現(xiàn)了DigiMesh對等構架，簡化了網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡，同時提供了先進的網(wǎng)絡功能如支持路由器休眠模式和更高的網(wǎng)絡節(jié)點密度。從而可以使OEM廠商延長依靠電源供電的網(wǎng)絡運行時間，確保網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。

產(chǎn)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(wǎng)狀網(wǎng)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(yè)級寬溫(-40~+85 ℃)等。

利用此芯片開發(fā)的無線通信設備支持數(shù)據(jù)傳感器硬件節(jié)點組成框圖如圖2所示。

圖2 傳感器節(jié)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(tǒng)，SOCCPU有效地管理模擬和數(shù)字外設可以關閉單個或全部外設以節(jié)省功耗，F(xiàn)LASH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(shù)據(jù)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(xiàn)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(jù)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(tǒng)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(tǒng)的處理是很重要的，擴展的中斷系統(tǒng)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(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，是標準8051指令執(zhí)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(fā)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(tǒng)的安全、操作的靈活性以及零功耗系統(tǒng)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(shù)據(jù)轉發(fā)給無線收發(fā)模塊。處理模塊與無線收發(fā)模塊之間的連接非常簡單，處理模塊將接收到的數(shù)據(jù)轉換成串行數(shù)據(jù)發(fā)給無線收發(fā)模塊，所有只需要將單片機端的TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)）、RXD(接受數(shù)據(jù))分別于無線收發(fā)模塊的DIN，DOUT相連就可以了。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)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(huán)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(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡的應用，節(jié)點需要在無人看守的情況下工作，能量供應是系統(tǒng)持續(xù)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(fā)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(jié)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(xù)輸送功能，非常適用于延長單節(jié)鋰電池、多節(jié)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(fā)模塊需要外部提供3.3 V的電壓，數(shù)據(jù)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(fā)模塊仿真

無線收發(fā)模塊負責節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸及組網(wǎng)功能，利用NS2網(wǎng)絡仿真軟件對ADHOC自組織網(wǎng)絡進行仿真。NS2（Network Simulator version 2）是一種面向對象的網(wǎng)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(shù)據(jù)追蹤能力跟蹤和監(jiān)視。跟蹤生成“.nam”和“.tr”文件。能夠將每個數(shù)據(jù)包在任何時刻的狀態(tài)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(jiān)視用戶有選擇地記錄自己需要的數(shù)據(jù)，利用Gawk，Gnuplot等工具統(tǒng)計發(fā)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(xié)議，路由采用DSR協(xié)議。20個節(jié)點，分布在300×300 m的正方形區(qū)域中，每個節(jié)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(lián)機數(shù)目為6個，每一條數(shù)據(jù)流每秒送出5個封包（可以根據(jù)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(jié)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(jù)。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(jié)點在7.918327669秒時發(fā)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(jié)點的MAC地址為0，IP頭的源地址為7節(jié)點的2號端口，目的地址為9號節(jié)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(tǒng)計MAC層cbr包的丟包和延遲信息。得到數(shù)據(jù)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(wǎng)絡的分布范圍有關，也就是和節(jié)點間的傳輸距離有關。在節(jié)點數(shù)不變和其他各種設置條件不變的情況下，網(wǎng)絡范圍越廣， 節(jié)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(wǎng)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(nóng)業(yè)、環(huán)境、醫(yī)療等領域都有廣泛的應用。對于長距離節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸，減少丟包率這方面還有待研究和改善。

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