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【摘 要】人类的快速发展带来的是严重的自然环境问题，特别是城市淡水资源的污染和匮乏，因此保护城市水资源是非常必要的。本文在“WSN技术在城市水资源监测系统中的应用研究 ”项目背景下，提出了基于WSN的水资源数据管理平台方案。数据管理平台基于Web服务器和安卓app架构，实现了数据查询、消息推送等功能。
【关键词】数据管理 城市水资源 WSN
一、引 言
近年来，随着人类的快速发展，工业生产规模的不断扩大和城市化进程的加速，城市中人们的日常生活所产生的污水和大规模工业生产所带来的工业污水排放给陆地上有限的淡水资源产生了非常巨大的威胁。因此，国内越来越多的研发人员也在致力于城市水资源监测技术的研究工作中来，本文基于“WSN技术在城市水资源监测系统中的应用研究 ”项目，提出了基于移动设备端的城市水资源数据管理平台的方案。
（一）数据管理平台方案
图1是数据管理平台系统方案。无线传感器网络是部署在监测区域内的微型传感器节点组成的，按照其节点功能主要分为两层，即传感器节点和网关节点如上图所示，传感器节点包括路由节点和终端节点，路由节点是为了使分散的节点组成多跳网络，采集并传输水质参数信息；网关节点的主要功能是接收传感区域的水质参数信息并在进行简单的数据处理后发送给Web服务器，Web服务器通过HTTP协议实现与移动设备端的数据交互，通过XMPP协议实现推送消息的发送，同时为了方便后期的平台测试，网关节点与Web服务器通信接口选择为RS-232串口。
（二）数据管理平台需求分析
移动设备端的基础功能类似于PC端数据管理平台，需要保证平台的安全性、能够查询节点状态和数据信息、能够设定节点的报警阀值和采集周期。具体功能需求如下：
a.用户管理模块：保证平台的安全性；
b.节点数据查询：能够查询节点的信息，包括地址、传感器节点采集的数据信息等；
c.节点状态控制：能够设置节点的数据采集周期、设定报警阀值；
d.节点拓扑查询：查看网络中节点的拓扑结构图；
e.数据推送功能：能够及时将超标信息通过XML链路发送给移动终端用户。
二、Web服务器平台实现
Web服务器是无线传感器网络和移动设备端的数据管理平台的数据中转站，Web服务器通过其通信服务接口来实现与数据管理平台的数据交互工作。在本课题中，主要涉及到的通信接口是基于HTTP的通信服务和基于XMPP的推送服务。数据管理平台在启动后，监控人员通过查询或者控制操作，通过HTTP服务请求来访问服务平台，从而实现无线传感器网络的数据查询和控制功能。同时，集成了推送服务功能的Web服务器平台在发现无线传感器网络传感数据超出预设阀值时，会启动XMPP服务给移动设备端发送推送消息来提醒监控人员。
（一）HTTP数据通信
在本文中，选择通过Tomcat服务器和Struts2框架来实现Web服务平台的搭建。其中，HTTP通信服务是通过Struts2来实现的，数据管理平台用户通过HTTP请求来访问服务器平台。Web服务平台中Struts2处理HTTP请求的流程如图3所示。
（二）XMPP消息推送
增加推送功能的主要目的是为了防止报警信息被疏忽，从而导致重大事故。推送服务能够在城市水资源无线传感器网络监测到超过阀值的传感数据后，及时通知安装了监控终端的移动设备用户，这也是本课题的创新点。
在本课题中，通过Androidpn框架来实现XMPP协议的推送服务功能。图4是在Tomcat Web服務器下构建数据推送功能的架构。
Androidpn在Web服务器中的集成也是通过Java来实现的，由图中可以看出在其框架的顶层包含了四个管理组件。Session Manager管理组件主要负责的管理数据管理平台和Web服务器间的会话，当出现用户登录时，Auth Manager组件会对用户的认证进行管理，在用户登录后Auth Manager会负责记录所有曾登录的用户信息，而Presence Manage组件则负责管理当前曾登录客户的登录状态，这也是为了实现推送功能发送方式的需要而增加的管理组件，Notification Manager组件则是负责对数据管理平台客户端按照不同方式进行推送消息的发送工作。管理组件下层的功能主要是负责数据的接收和分发工作、XML Stanza的解析工作等，Web服务器平台以XML格式进行推送消息的发送。
三、数据管理平台的实现
本文选择在全球用户最多的Android移动操作平台平台来开发城市水资源数据管理移动设备端的数据管理软件，软件表现形式为Android应用，软件用Java语言开发，因此在开发此应用时，不仅需要Android SDK开发环境，也需要在PC操作平台上部署JDK环境。
（一）Web服务器搭建
在Web服务器部署之前，利用Peanuthull软件免费申请一个动态域名，同时Peanuthull不管你的域名ip是动态还是静态的，都可以利用它自带的解析功能（DDNS）提供一个固定在internet上的真实ip。但需要注意的是，在使用Peanuthull的DDNS功能后，需要将Tomcat文件的server.xml进行部分修改，如port口由8080改为80。
（二）平台界面
在平台主界面，可以看到所有的节点信息，在界面顶部可以根据节点分类进行选择，当点击单个节点时，界面跳转入单个节点的详细数据信息界面，并可以下拉刷新。
同时，也可以设定节点的外设状态，报警阀值和采集周期，当水质超过预设阀值时，Web服务器给平台发送推送消息。
四、结语
本文基于“WSN技术在城市水资源监测系统中的应用研究 ”项目，研究设计了基于移动设备端的数据管理平台。平台的总体架构基于安卓app和Web服务器，总体功能包括数据查询、状态设定、消息推送等。经测试，平台功能达到了设计要求，兼容性和可扩展性较强，具有一定的实际应用价值。
参考文献：
[1]杨兆中.基于CC2531的无线传感器网络采集节点软件设计与实现[D].成都：电子科技大学，2011.
[2]宋杰.无线传感器网络节点设计及Delphi监控软件开发[D].河北：河北大学，2010.
[3]Patrick Kinney. ZigBee Technology. Wireless Control that Simply Works， 2005.
[4]王伦.基于Zigbee技术的无线传感器网络及其应用[J].科技创新导报，2011，06（6）：10-11.
项目名称：
WSN技术在城市水资源监测系统中的应用研究（12JK503）。
【关键词】数据管理 城市水资源 WSN
一、引 言
近年来，随着人类的快速发展，工业生产规模的不断扩大和城市化进程的加速，城市中人们的日常生活所产生的污水和大规模工业生产所带来的工业污水排放给陆地上有限的淡水资源产生了非常巨大的威胁。因此，国内越来越多的研发人员也在致力于城市水资源监测技术的研究工作中来，本文基于“WSN技术在城市水资源监测系统中的应用研究 ”项目，提出了基于移动设备端的城市水资源数据管理平台的方案。
（一）数据管理平台方案
图1是数据管理平台系统方案。无线传感器网络是部署在监测区域内的微型传感器节点组成的，按照其节点功能主要分为两层，即传感器节点和网关节点如上图所示，传感器节点包括路由节点和终端节点，路由节点是为了使分散的节点组成多跳网络，采集并传输水质参数信息；网关节点的主要功能是接收传感区域的水质参数信息并在进行简单的数据处理后发送给Web服务器，Web服务器通过HTTP协议实现与移动设备端的数据交互，通过XMPP协议实现推送消息的发送，同时为了方便后期的平台测试，网关节点与Web服务器通信接口选择为RS-232串口。
（二）数据管理平台需求分析
移动设备端的基础功能类似于PC端数据管理平台，需要保证平台的安全性、能够查询节点状态和数据信息、能够设定节点的报警阀值和采集周期。具体功能需求如下：
a.用户管理模块：保证平台的安全性；
b.节点数据查询：能够查询节点的信息，包括地址、传感器节点采集的数据信息等；
c.节点状态控制：能够设置节点的数据采集周期、设定报警阀值；
d.节点拓扑查询：查看网络中节点的拓扑结构图；
e.数据推送功能：能够及时将超标信息通过XML链路发送给移动终端用户。
二、Web服务器平台实现
Web服务器是无线传感器网络和移动设备端的数据管理平台的数据中转站，Web服务器通过其通信服务接口来实现与数据管理平台的数据交互工作。在本课题中，主要涉及到的通信接口是基于HTTP的通信服务和基于XMPP的推送服务。数据管理平台在启动后，监控人员通过查询或者控制操作，通过HTTP服务请求来访问服务平台，从而实现无线传感器网络的数据查询和控制功能。同时，集成了推送服务功能的Web服务器平台在发现无线传感器网络传感数据超出预设阀值时，会启动XMPP服务给移动设备端发送推送消息来提醒监控人员。
（一）HTTP数据通信
在本文中，选择通过Tomcat服务器和Struts2框架来实现Web服务平台的搭建。其中，HTTP通信服务是通过Struts2来实现的，数据管理平台用户通过HTTP请求来访问服务器平台。Web服务平台中Struts2处理HTTP请求的流程如图3所示。
（二）XMPP消息推送
增加推送功能的主要目的是为了防止报警信息被疏忽，从而导致重大事故。推送服务能够在城市水资源无线传感器网络监测到超过阀值的传感数据后，及时通知安装了监控终端的移动设备用户，这也是本课题的创新点。
在本课题中，通过Androidpn框架来实现XMPP协议的推送服务功能。图4是在Tomcat Web服務器下构建数据推送功能的架构。
Androidpn在Web服务器中的集成也是通过Java来实现的，由图中可以看出在其框架的顶层包含了四个管理组件。Session Manager管理组件主要负责的管理数据管理平台和Web服务器间的会话，当出现用户登录时，Auth Manager组件会对用户的认证进行管理，在用户登录后Auth Manager会负责记录所有曾登录的用户信息，而Presence Manage组件则负责管理当前曾登录客户的登录状态，这也是为了实现推送功能发送方式的需要而增加的管理组件，Notification Manager组件则是负责对数据管理平台客户端按照不同方式进行推送消息的发送工作。管理组件下层的功能主要是负责数据的接收和分发工作、XML Stanza的解析工作等，Web服务器平台以XML格式进行推送消息的发送。
三、数据管理平台的实现
本文选择在全球用户最多的Android移动操作平台平台来开发城市水资源数据管理移动设备端的数据管理软件，软件表现形式为Android应用，软件用Java语言开发，因此在开发此应用时，不仅需要Android SDK开发环境，也需要在PC操作平台上部署JDK环境。
（一）Web服务器搭建
在Web服务器部署之前，利用Peanuthull软件免费申请一个动态域名，同时Peanuthull不管你的域名ip是动态还是静态的，都可以利用它自带的解析功能（DDNS）提供一个固定在internet上的真实ip。但需要注意的是，在使用Peanuthull的DDNS功能后，需要将Tomcat文件的server.xml进行部分修改，如port口由8080改为80。
（二）平台界面
在平台主界面，可以看到所有的节点信息，在界面顶部可以根据节点分类进行选择，当点击单个节点时，界面跳转入单个节点的详细数据信息界面，并可以下拉刷新。
同时，也可以设定节点的外设状态，报警阀值和采集周期，当水质超过预设阀值时，Web服务器给平台发送推送消息。
四、结语
本文基于“WSN技术在城市水资源监测系统中的应用研究 ”项目，研究设计了基于移动设备端的数据管理平台。平台的总体架构基于安卓app和Web服务器，总体功能包括数据查询、状态设定、消息推送等。经测试，平台功能达到了设计要求，兼容性和可扩展性较强，具有一定的实际应用价值。
参考文献：
[1]杨兆中.基于CC2531的无线传感器网络采集节点软件设计与实现[D].成都：电子科技大学，2011.
[2]宋杰.无线传感器网络节点设计及Delphi监控软件开发[D].河北：河北大学，2010.
[3]Patrick Kinney. ZigBee Technology. Wireless Control that Simply Works， 2005.
[4]王伦.基于Zigbee技术的无线传感器网络及其应用[J].科技创新导报，2011，06（6）：10-11.
项目名称：
WSN技术在城市水资源监测系统中的应用研究（12JK503）。