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【摘 要】 无线传感网络是一种以通信为中心无线网络。通过使用无线传感网络人们可以实现信息的快速、大范围、自动化的采集和传输。它可以广泛的运用于国防军事、环境监测、物流领域、高效农业、智能交通、医疗保健、制造业等领域。
【关键词】 无线网；传感器；网络设计
前言：
本文主要讲述了按照无线传感器网络在物流网的应用，设计的一套基于软件即服務模型的软件系统。该系统提供了面向信息化建设的应用信息平台无线传感器网络应用平台，实现了网络侦听、跟踪、监测等网络管理与诊断功能。通过无线传感器网络技术以及无线传感网络应用平台技术，引入无线传感器网络应用平台系统。本文主要从无线传感器的概念及特点出发，对无线传感器网络应用平台系统的需求分析以及相关技术进行详细的概述。
一、无线传感器的研究背景及意义
随着社会经济、科技和文化的发展，尤其是计算机通信技术和网络技术的发展。人类置身于信息化时代，人类有了强烈的信息意识。以互联网为代表的信息网络在人类的生活中起到重大作用。人们可以通过互联网及时了解世界各地新闻、股市行情、旅游、商品介绍等信息，还可以参加一些网上的娱乐活动。人们通过无线传感器网络直接的感知客观世界，极大地扩大了现有网络的功能和人类认知世界的能力。无线传感器网络涉及众多学科，是目前it行业的研究热点之一。现在，互联网为人们提供快捷的通信平台，极大地方便了人们的信息交流。在下一代互联网中无线传感器网络将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。
二、无线传感器的概念及特点
传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络所有者的。无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。潜在的应用领域可以归纳为：军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。无线传感器网络具有以下特点：1.硬件资源有限。无线传感器网络节点一般采用嵌入式处理器和存储器，因此，计算机和存储能力十分有限。2.电源容量有限。为了测量真实世界的具体值，在各节点密集地分布于待测区域，每个节点都需要储备可供于长期使用的能量，或从外部汲取能量3.无中心。在无线传感器网络中所有节点都是平等的，没有一个预先指定的中心，它是一个对等式的网络。无中心网络不会因为某个节点的脱离而受到损害，具有很强的抗毁性。4.自组织。无线传感器网络系统的节点都具有自动组网的功能，各节点之间相互通信协调工作5.多跳路由。无线传感器网络节点因受到通信距离、功率控制、节能的限制，当节点无法与网关直接通信时，需要由其他节点转发来完成数据的传输。6.动态拓扑：无线传感器网络是一个动态的网络，传感器节点可能因为能量消耗完或者其他故障而终止工作，这些因素都会使网络拓扑结构发生变化，所以，无线传感器网络具有动态拓扑组织的功能。7.节点数量众多，分布密集：无线传感器网络中节点数量大、分布广不便维护。所以，需要提高无线传感器网络的软、硬件的健壮性和容错性。
三、对无线传感器网络应用平台系统的需求分析
根据平台在无线传感器网络中的作用和地位，该无线传感器网络应用平台系统的需求可分为以下几方面：
功能需求对于无线传感器网络系统，有数据接收与应答和多通讯接口两方面需求。数据接收与应答，接收的是无线传感器网络的数据，并对接收到得数据实现应答。多通讯接口（TCP/IP或其他），无线传感器网络可能通过串口或光纤接入，所以系统至少要支持两种通讯接口。
对于上层应用系统，有订阅服务和发布服务两方面需求。订阅服务，向应用系统提供服务接口，是应用系统通过订阅服务接口向平台进行数据服务的定制。发布服务，在订阅期间，应用系统向平台系统公布了数据的接收端口，当平台系统接收到该应用所需要的数据时，将向服务系统进行数据的发布。
安全需求由于网络环境存在不安全因素，如果以明文的方式进行通讯，将会对平台系统不稳定，所以在系统之间进行数据交互时要对数据内容进行加密，在通讯期间要针对两个方面进行数据加密。无线网络系统与平台系统进行通讯时要针对所发送的数据进行数据加密，同样平台系统在向无线网络进行数据应答时，也应当采用相同的加密手段对数据进行加密。平台系统与应用系统间也要进行双向的数据加密。
性能需求部分应用系统对数据的及时性有较高要求，为了保持系统的实时性，无线传感器网络应用平台系统要具备高性能计算能力，在短时间内实现数据的过虑，解析，存储与发布。扩展需要软件系统要具备优良的体系结构，易于升级，维护，管理，配置。
四、无线传感器网络应用平台系统结构及设计方案
应用支撑层主要为各应用业务服务提供通用服务，中间件技术是这层的核心技术，为管理和信息安全提供保障。中间平台系统又主要分为四个层次：网络配置层、基础软件层、应用开发层和应用业务适配层。网络配置层主要对无线传感器操作系统进行封装，基础软件层中的各种无线传感器网络中间件提供了灵活性、模块性和可移植性，而应用开发层和应用业务适配层则是无线传感器网络的支撑结构，它支持应用业务的开发并实现。网络基础设施层为应用层提供基础信息，平台系统实现从无线传感网获取的信息，到应用层进行实现的过程。
五、无线传感器网络应用平台系统的相关技术
1.多通讯接口（光纤，串口，无线射频）扩展无线传感器网络应用平台系统采用串口与以太网口两种种通讯接口，根据系统运行参数配置，系统提供两种网络通讯服务，采用同异步通讯机制。 2.支持多协议解析无线传感器网络应用平台系统的一项关键技术是多协议支持技术，即可支持多个不同类型的协议解析。多协议支持的实现依赖于三个方面：首先，输入数据具备统一的可识别格式；其次，能够实现数据到对象的映射；最后，具有独立的协议原语规则。在平台系统中，ID，ContextBuilder和協议原语规则满足了以上条件，所以能够实现多协议支持。
3.采用中间数据技术。无线传感器网络应用平台系统中所使用的中间语言，是指在系统的不同层次间以及不同系统间采用一种统一格式的数据形式，这种中间数据是网络与应用数据的中间形式，即可以表述为半解析数据。1241在无线传感器网络应用平台系统中，中间数据有原数据（Metadata）PDU（ProtocolDataUnit简称PUD）两种数据，这两种数据的区别，是网络层使用MetaData，而应用层使用PUD。采用中间数据的好处是使数据解析与协议格式分离，可根据上下文的不同生成多种与之对应的应用数据。
六、国内外研究现状
近年来，无线传感器网络技术迅速发展，尽管工业以太网凭借其成熟的技术、广泛的应用领域、高速的传输速率在工业应用中占据了大片江山，但其以安装维护成本低廉、可扩展性强、无需现场布线等优势，逐渐走入工业领域。同时，物联网的普及及应用领域的拓展，为工业无线网络市场带来了新的发展空间。从测控系统网络化的发展历程来看，仪表电气、现场总线、工业以太网到无线网络中，可以注意到目前无线融入技术与有线无线异构成为测控网络化的发展趋势，这也从另一方面助推着物联网在工业领域的深化发展。“无线通讯技术在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高宽带的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构。”目前，无线通讯技术从最初的作为有线技术的补充发展为无线有线共存，最终将发展到实现感知网络、工业环境下的物联网世界。
（一）国内研究现状
我国在无线传感器网络的应用研究基本上是与国外发达国家同步启动的，第一次是出现在1999年中国科学院《只是创新工程试点领域方面研究》的“信息与自动化领域研究报告”中的。国内的一部分科研单位和大学（中国科学院自动化所，软件所及清华大学）从2002年开始在时间同步与定位、传感器数据管理系统方面开展了研究工作。重庆大学也在同一时间考试研究嵌入式无线传感器网路节点、可重构技术、无线传感器中的定位等技术。2004年，中国国家自然科学基金委员会将一项无线传感器网络项目列为重点研究项目。2005年，将无线传感器网络基础理论和相关的技术列入计划。2006年，将水下移动传感器网络的的关键技术列为重点研究项目，国家发改委将无线传感器网络相关的课题部署在下一代的互联网示范工程中，国内也有越累越多的企业开始关注无线传感器网络技术的发展。
（二）无线传感器网络国外的研究现状
1998年，美国国防部提出了了“智能尘埃”的概念，开始了无线传奇网络技术的研究，其当时的主要目的是为了监控敌方的活动情况而不被察觉。2001年，美国陆军提出“灵巧传感网络通信”计划，将无人值守弹药，传感器和未来战斗系统所用的机器人系统练成网络，以便成倍提高单一传感器的能力，从而提高未来战斗系统的生存能力。2002年，英特尔公司发布了基于微型传感器网络的新型计算发展规划，该规划主要致力于微型传感器网络在医学、环境监测、森林灭火、等领域的应用。同年欧盟就提出了一项为期三年的EYES计划，主要研究无线传感器网络的构架、节点的协作，网络协议和安全等。美国著名院校几乎都有研究小组在从事无线传感器网络相关技术的研究。加州大学伯克利分校、麻省理工、哈佛大学等在无线传感器网络研究领域成绩较为突出。
七、结束语
目前，我国的无线传感器网络研究还处在起步阶段。因此，不论在理论研究还是商用领域，无线传感器网络的研究存在巨大的研究空间和发展前景。
参考文献：
[1]孙利民，李建中，陈瑜等.无线传感器网络「M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]徐君丽，刘翼伟，王志良.基于无线网络的智能监控系统设计与实现「J」.微计算机信息，2005.
【关键词】 无线网；传感器；网络设计
前言：
本文主要讲述了按照无线传感器网络在物流网的应用，设计的一套基于软件即服務模型的软件系统。该系统提供了面向信息化建设的应用信息平台无线传感器网络应用平台，实现了网络侦听、跟踪、监测等网络管理与诊断功能。通过无线传感器网络技术以及无线传感网络应用平台技术，引入无线传感器网络应用平台系统。本文主要从无线传感器的概念及特点出发，对无线传感器网络应用平台系统的需求分析以及相关技术进行详细的概述。
一、无线传感器的研究背景及意义
随着社会经济、科技和文化的发展，尤其是计算机通信技术和网络技术的发展。人类置身于信息化时代，人类有了强烈的信息意识。以互联网为代表的信息网络在人类的生活中起到重大作用。人们可以通过互联网及时了解世界各地新闻、股市行情、旅游、商品介绍等信息，还可以参加一些网上的娱乐活动。人们通过无线传感器网络直接的感知客观世界，极大地扩大了现有网络的功能和人类认知世界的能力。无线传感器网络涉及众多学科，是目前it行业的研究热点之一。现在，互联网为人们提供快捷的通信平台，极大地方便了人们的信息交流。在下一代互联网中无线传感器网络将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。
二、无线传感器的概念及特点
传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络所有者的。无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。潜在的应用领域可以归纳为：军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。无线传感器网络具有以下特点：1.硬件资源有限。无线传感器网络节点一般采用嵌入式处理器和存储器，因此，计算机和存储能力十分有限。2.电源容量有限。为了测量真实世界的具体值，在各节点密集地分布于待测区域，每个节点都需要储备可供于长期使用的能量，或从外部汲取能量3.无中心。在无线传感器网络中所有节点都是平等的，没有一个预先指定的中心，它是一个对等式的网络。无中心网络不会因为某个节点的脱离而受到损害，具有很强的抗毁性。4.自组织。无线传感器网络系统的节点都具有自动组网的功能，各节点之间相互通信协调工作5.多跳路由。无线传感器网络节点因受到通信距离、功率控制、节能的限制，当节点无法与网关直接通信时，需要由其他节点转发来完成数据的传输。6.动态拓扑：无线传感器网络是一个动态的网络，传感器节点可能因为能量消耗完或者其他故障而终止工作，这些因素都会使网络拓扑结构发生变化，所以，无线传感器网络具有动态拓扑组织的功能。7.节点数量众多，分布密集：无线传感器网络中节点数量大、分布广不便维护。所以，需要提高无线传感器网络的软、硬件的健壮性和容错性。
三、对无线传感器网络应用平台系统的需求分析
根据平台在无线传感器网络中的作用和地位，该无线传感器网络应用平台系统的需求可分为以下几方面：
功能需求对于无线传感器网络系统，有数据接收与应答和多通讯接口两方面需求。数据接收与应答，接收的是无线传感器网络的数据，并对接收到得数据实现应答。多通讯接口（TCP/IP或其他），无线传感器网络可能通过串口或光纤接入，所以系统至少要支持两种通讯接口。
对于上层应用系统，有订阅服务和发布服务两方面需求。订阅服务，向应用系统提供服务接口，是应用系统通过订阅服务接口向平台进行数据服务的定制。发布服务，在订阅期间，应用系统向平台系统公布了数据的接收端口，当平台系统接收到该应用所需要的数据时，将向服务系统进行数据的发布。
安全需求由于网络环境存在不安全因素，如果以明文的方式进行通讯，将会对平台系统不稳定，所以在系统之间进行数据交互时要对数据内容进行加密，在通讯期间要针对两个方面进行数据加密。无线网络系统与平台系统进行通讯时要针对所发送的数据进行数据加密，同样平台系统在向无线网络进行数据应答时，也应当采用相同的加密手段对数据进行加密。平台系统与应用系统间也要进行双向的数据加密。
性能需求部分应用系统对数据的及时性有较高要求，为了保持系统的实时性，无线传感器网络应用平台系统要具备高性能计算能力，在短时间内实现数据的过虑，解析，存储与发布。扩展需要软件系统要具备优良的体系结构，易于升级，维护，管理，配置。
四、无线传感器网络应用平台系统结构及设计方案
应用支撑层主要为各应用业务服务提供通用服务，中间件技术是这层的核心技术，为管理和信息安全提供保障。中间平台系统又主要分为四个层次：网络配置层、基础软件层、应用开发层和应用业务适配层。网络配置层主要对无线传感器操作系统进行封装，基础软件层中的各种无线传感器网络中间件提供了灵活性、模块性和可移植性，而应用开发层和应用业务适配层则是无线传感器网络的支撑结构，它支持应用业务的开发并实现。网络基础设施层为应用层提供基础信息，平台系统实现从无线传感网获取的信息，到应用层进行实现的过程。
五、无线传感器网络应用平台系统的相关技术
1.多通讯接口（光纤，串口，无线射频）扩展无线传感器网络应用平台系统采用串口与以太网口两种种通讯接口，根据系统运行参数配置，系统提供两种网络通讯服务，采用同异步通讯机制。 2.支持多协议解析无线传感器网络应用平台系统的一项关键技术是多协议支持技术，即可支持多个不同类型的协议解析。多协议支持的实现依赖于三个方面：首先，输入数据具备统一的可识别格式；其次，能够实现数据到对象的映射；最后，具有独立的协议原语规则。在平台系统中，ID，ContextBuilder和協议原语规则满足了以上条件，所以能够实现多协议支持。
3.采用中间数据技术。无线传感器网络应用平台系统中所使用的中间语言，是指在系统的不同层次间以及不同系统间采用一种统一格式的数据形式，这种中间数据是网络与应用数据的中间形式，即可以表述为半解析数据。1241在无线传感器网络应用平台系统中，中间数据有原数据（Metadata）PDU（ProtocolDataUnit简称PUD）两种数据，这两种数据的区别，是网络层使用MetaData，而应用层使用PUD。采用中间数据的好处是使数据解析与协议格式分离，可根据上下文的不同生成多种与之对应的应用数据。
六、国内外研究现状
近年来，无线传感器网络技术迅速发展，尽管工业以太网凭借其成熟的技术、广泛的应用领域、高速的传输速率在工业应用中占据了大片江山，但其以安装维护成本低廉、可扩展性强、无需现场布线等优势，逐渐走入工业领域。同时，物联网的普及及应用领域的拓展，为工业无线网络市场带来了新的发展空间。从测控系统网络化的发展历程来看，仪表电气、现场总线、工业以太网到无线网络中，可以注意到目前无线融入技术与有线无线异构成为测控网络化的发展趋势，这也从另一方面助推着物联网在工业领域的深化发展。“无线通讯技术在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高宽带的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构。”目前，无线通讯技术从最初的作为有线技术的补充发展为无线有线共存，最终将发展到实现感知网络、工业环境下的物联网世界。
（一）国内研究现状
我国在无线传感器网络的应用研究基本上是与国外发达国家同步启动的，第一次是出现在1999年中国科学院《只是创新工程试点领域方面研究》的“信息与自动化领域研究报告”中的。国内的一部分科研单位和大学（中国科学院自动化所，软件所及清华大学）从2002年开始在时间同步与定位、传感器数据管理系统方面开展了研究工作。重庆大学也在同一时间考试研究嵌入式无线传感器网路节点、可重构技术、无线传感器中的定位等技术。2004年，中国国家自然科学基金委员会将一项无线传感器网络项目列为重点研究项目。2005年，将无线传感器网络基础理论和相关的技术列入计划。2006年，将水下移动传感器网络的的关键技术列为重点研究项目，国家发改委将无线传感器网络相关的课题部署在下一代的互联网示范工程中，国内也有越累越多的企业开始关注无线传感器网络技术的发展。
（二）无线传感器网络国外的研究现状
1998年，美国国防部提出了了“智能尘埃”的概念，开始了无线传奇网络技术的研究，其当时的主要目的是为了监控敌方的活动情况而不被察觉。2001年，美国陆军提出“灵巧传感网络通信”计划，将无人值守弹药，传感器和未来战斗系统所用的机器人系统练成网络，以便成倍提高单一传感器的能力，从而提高未来战斗系统的生存能力。2002年，英特尔公司发布了基于微型传感器网络的新型计算发展规划，该规划主要致力于微型传感器网络在医学、环境监测、森林灭火、等领域的应用。同年欧盟就提出了一项为期三年的EYES计划，主要研究无线传感器网络的构架、节点的协作，网络协议和安全等。美国著名院校几乎都有研究小组在从事无线传感器网络相关技术的研究。加州大学伯克利分校、麻省理工、哈佛大学等在无线传感器网络研究领域成绩较为突出。
七、结束语
目前，我国的无线传感器网络研究还处在起步阶段。因此，不论在理论研究还是商用领域，无线传感器网络的研究存在巨大的研究空间和发展前景。
参考文献：
[1]孙利民，李建中，陈瑜等.无线传感器网络「M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]徐君丽，刘翼伟，王志良.基于无线网络的智能监控系统设计与实现「J」.微计算机信息，2005.