网络监测系统范文

导语：如何才能写好一篇网络监测系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1　WSDM标准

面向服务架构(SOA)将应用程序的不同功能单元包装成“服务(Service)”，通过这些服务之间定义良好的接口和协议联系起来。接口采用中立的方式定义，独立于具体实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，使得构建在各种这样系统中的服务可以使用统一和通用的方式进行通信。这种具有中立接口定义的特征称为服务之间的松耦合。面向服务架构是一种软件体系结构的思想，它需要依赖具体的实现技术。本文采用Web服务分布式管理(WSDM)标准来支持面向服务架构的实现。

为了解决网络环境下管理系统和基础设施的协同工作以及管理集成问题，OASIS组织在IBM、HP、CA等著名公司的大力支持下，于2005年3月推出了Web服务分布式管理(Web services distributed manage-ment，WSDM)标准，对Web Service管理提供标准化的支持，通过使用Web Service来实现对不同平台的管理。

WSDM是一个用于描述特定设备、应用程序或者组件的管理信息和功能的标准。所有描述都是通过Web服务描述语言进行的。WSDM标准实际上是由两个不同的标准组成的，WSDM-MUWS标准以及WS-DM-MOWS标准。

图1是WSDM的工作模式，可管理用户发现这个Web Service端点，然后，通过与端点交换消息，从而获取信息、定制事件以及控制与端点相关联的可管理资源。WSDM规范侧重于提供对可管理资源的访问。管理是资源的一个可能具有的特性，可管理资源的实现是通过Web Service端点提供一组管理功能。WSDM架构不限制可管理资源的实现策略，实现方式包括直接访问资源、用非方法、用管理等，实现细节对于管理消费者来说都是透明的。

WSDM作为一种功能强大的分布式系统集成解决方案，其主要特点如下：

(1)面向资源。WSDM的关注点是资源，因为一个资源就代表了多个Web服务，因此在该标准中，对资源属性和功能的详细描述显得尤为重要。为此，WSDM采用了专门的Web标准(如WS-Resource)对资源相关信息进行定义。

(2)实现分离。由于采用与实现操作无关的WSDL语言定义接口，使得接口与服务实现了分离，所以无论Web服务其内在实现细节如何改变都不会对客户端的操作方式有任何影响。这样做不但较好地封装了管理方法的实现细节，而且实现了对已有资源的重用。

(3)服务的可组合性。WSDM能随着应用环境规模的变化而变化，首先，WSDM标准的自身实现只需定义较少的属性和操作，使得其在小规模的系统中可以得到稳定的应用：其次，对于大规模应用环境而言，WSDM可以随着应用需求的变化灵活地添加某些服务。从而在使用者和部署人员之间起很好的协调作用。

(4)模型的兼容性。主要表现在WSDM能描述和封装任何资源模型(如cIM、SM-NP、SID等)，并为其提供相应的Web服务接口。

2　系统设计方案

网络流量采集使用了三种技术：

(1)基于网管设备MIB的SNMP模式；

(2)基于网络探针技术的IP流量数据捕获模式；

(3)基于NetFlow技术的数据流捕获模式。

针对基于SNMP模式，实现基于WSDM的SNMP网关，通过该网关收集SNMP设备上的MIB信息；针对基于网络探针技术模式，可实现基于WSDM的网络探针服务；针对基于NetFlow技术模式，流量数据是通过NetFlow的主动式数据推送机制获得的，网络设备中的NetFlow是通过规范的报文格式将流量数据送往指定主机，WSDM服务提供了接收和传输NetFlow流量数据的功能。

2.1　系统架构

流量监测系统结构可划分为三个层次，即资源层、管理服务层、展示层，如图2所示。

(1)资源层

资源层由提供流量采集服务的分布式流量采集器(WSDM Agent)组成，它们通过调用管理服务层的WSDM Agent注册服务实行自主注册，具备向管理服务层主动汇报、自主管理和主动服务等功能。

(2)管理服务层

管理服务层包括应用组件、服务组件、管理平台以及数据库。其中应用组件是对展示层提供支持的各种

管理服务，包括策略管理模块、WSDM Agent管理模块、流量数据管理模块以及流量分析模块等系统功能实现的模块。服务组件是对资源层的各种WSDMAgent资源的支持，包括安全审计、日志服务、异常服务、自主管理等，主要是管理服务器自主实现的一些功能。数据库部分是应用组件中各模块对应的数据存储。中间层的管理平台是管理服务层的核心，是对应用组件、服务组件以及数据库的支持，包括Web服务、WSDM服务的引擎和API等。

(3)展示层

展示层实现流量状态显示。可以从流量数据库中取得所要查询的网络流量历史信息，也可以调用管理服务层提供的服务触发流量信息更新采集实时的流量数据，还可以通过服务将合法用户的操作信息送到管理服务层。根据用户需求采用图形用户界面将流量态势分析的结果展示出来。可提供多种格式的流量报表。

2.2　流量分析系统设计

流量分析系统是整个流量监测系统的核心。如图3所示，该系统分为五个模块：流量采集模块、数据接收模块、数据传输模块、流量分析模块、数据存储与管理模块。对照流量监测系统架构，流量分析系统结构中的这五个功能模块分别位于总体架构的各个层次。

位于资源层中的流量采集模块和数据接收模块，通过网络数据流采集技术实现分布式的网络流量数据采集，构成流量采集器；然后由数据传输模块将流量采集器采集到的原始流量数据传送到管理服务层；由流量分析模块对这些分布式的网络流量数据进行全网络的OD流的计算，之后对OD流进行进一步地统计和分析判定。提供包括确定网络关键链路、瓶颈节点，识别网络中的大象流及判定异常流等功能，并将得到的这些分析统计结果保存至流量数据库；流量数据库由数据存储与管理模块进行维护，该模块设计存储网络实时流量和历史流量数据以及统计分析结果数据，由流量数据管理模块将资源层发送上来的经过预处理的原始流量数据保存至该模块设计的原始流量数据当中。

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关键词：蜜罐原理 开源软件 网络攻击源

中图分类号： TP393.08文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016） 04（c）-0000-00

一、引言

近年来随着社会的进步，计算机网络变得发达，人们之间的沟通变得方便了许多。而随之而来的就是网络安全的问题，其影响足以引发每个人的关注。本文将围绕网络安全问题对网络攻击源进行有针对性的信息搜集和监测。

本文针对网路攻击源主要对其攻击行为进行搜集和监测工作，包括仿冒低安全性的主机并搜集监测攻击者的登录信息（攻击时间，攻击者IP，攻击者输入的用户名、密码等）和攻击行为[1]。

二、监测系统原理

本系统根据攻击者的攻击行为在Linux系统上制定了一系列的监测防御措施，采用Linux Shell，php，curl，python等脚本语言对总系统进行编写。

此系统总共分为两部分：监测搜集信息部分和信息处理部分。监测搜集信息部分旨在将含有攻击行为的举动进行搜集，并能够实时监测其举动，达到未受到攻击先进行预防的目的。信息处理部分将会对搜集的攻击信息进行实时分析处理，录入数据库，并能够对数据库进行分组排序，实时统计，最终呈现在客户端， 清晰明了，简单实用[2]。

三、监测系统应用范围

此监测系统可以对有攻击行为的攻击源进行搜集和监测。其功能能够搜集攻击源的攻击时间，攻击IP，记录攻击者输入的用户名，密码，最终能够对这些搜集的信息以某种媒体的方式呈现出来。

四、系统流程

下面是监测系统总的流程：

搜集攻击源信息-远程上传至中心服务器-分析攻击源信息-中心数据库进行处理-中心数据库数据统计-攻击源监测客户端呈现。

五、信息搜集服务器工作原理

信息搜集服务器为分散在各地的子服务器，专门用来搜集具有攻击行为的攻击源。

其中中心处理服务器将负责收集由各地子服务器上传上来的攻击信息，进行选取实时录入数据库。

六、基于蜜罐原理的信息搜集系统的设计

1.蜜罐技术的发展背景

网络与信息安全技术的核心问题是对计算机系统和网络进行有效的防护，而蜜罐技术可以采取主动的方式来进行防护。顾名思义，就是用特有的特征吸引攻击者，同时对攻击者的各种攻击行为进行分析并找到有效的对付办法 [3]。

2.kojoney开源软件介绍

Kojoney是一套仿SSH 服务器的低阶互动式诱补系统。本软件是以Python 所写的daemon，使用Twisted Conch 函数库。

3.文件上传部分的设计

上传部分代码主要分为两部分：upload.sh和upload.php。

upload.sh负责在子服务器上将含有攻击信息的文本文件attacklist.txt上传到中心处理服务器，upload.php负责将上传上来的文件转移到其他的目录下，等待中心服务器来进行处理。

以下为upload.sh主要代码：

#To upload file to remote service

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

下面介绍upload.php主要流程和代码：

upload.php流程分两部分：数据库验证部分和文件转移部分。

下面是upload.php的主要代码：

//put the file where we like it

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

4.数据处理和统计部分的设计

将攻击信息录入数据库，通过shell脚本将attacklist.txt中的攻击信息录入到MySQL数据库中，其关键代码为：

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

以下为mysql_in.sh中主要循环遍历的代码：

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.数据库实时统计

需要有一定的MySQL数据库命令经验，选取相对数据信息进行分组并降序排序，取前10位记录量最多的元素进行显示，其中主要MySQL代码为：

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

以下为mysql_count.sh的主要代码：

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负责将上传上来的攻击信息逐条录入数据库，mysql_count.sh负责将数据库中录入的攻击信息进行分组排序，实时汇总。

七、信息部分的设计

平台是以Javascript+flash结合，通过对含有攻击信息的xml文件或文本文件进行读取，将信息以饼状图或云图的形式实时显示出来。本人通过编写脚本将密码，用户名，攻击IP记录量最多的前10位的记录载入平台的攻击信息记录文本文件中，最后形成了数据库信息与平台的交互过程。

以下是数据库中攻击信息传递给饼状图过程的主要代码：

echo "" > "$pass_file"

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

echo "" >> "$pass_file"

本部分利用javascript+flash的饼状图结合自己编写的程序，将数据库中统计的攻击信息传递给饼状图程序，使其能够形象直观的显示出来。

参考文献

1. 王登第， 柴乔林， 孙翔飞. 新的传感器网络假冒攻击源检测方案[J].计算机应用， 2010， 08： 65-70.

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关键词：SNMP 性能监测 数据分析

1 概述

随着网络技术的迅猛发展，网络结构越来越复杂，异构性也越来越强，使得网络管理成为网络能否正常、高效运行的重中之重。如何对网络进行有效的及时管理，综合全网的各种因素自动进行有效及时的反映，变得格外重要。性能管理作为网络管理系统的重要功能之一，不仅可用来帮助网络管理者实时监测网络运行状态，了解网络设备运行情况，使其正常发挥，保障系统的平稳、有效运行，还可帮助管理者解决网络存在的各种问题，如响应时间较慢等。

2 SNMP网络管理模型

SNMP全称是简单网络管理协议，它首先被提出是为解决Internet上的路由器管理问题的，但实际上到目前为止，SNMP已成为应用最广泛的TCP/IP网络管理框架，成为真正意义上的IP网络管理的国际性管理标准。SNMP是一系列协议组和规范，它们提供了一种从网络上的设备中收集网络管理信息的方法。SNMP也为设备向网络管理工作站报告问题和错误提供了一种方法。

SNMP网络管理系统主要由四部分构成：管理站、管理、管理信息库和网络管理协议。①管理站（Manager）一般是指网络中的工作站或服务器，负责安装网络软件；②驻留在被管理设备上的一个模块就是管理（Agent），基本上每一个支持SNMP的网络设备里都有一个管理，它能够把网络设备的各种情况真实的记录下来，并且网络管理程序能够对这些信息进行查询或者修改处理，一旦发现不支持SNMP协议的设备，可以及时的开发委托（prosy agent）来支持SNMP协议。SNMP协议是管理和管理站之间进行通信的桥梁。管理站会周期性的向各个设备的管理发送有关管理信息，通过这些管理信息判断各个设备是否处于正常的运行状态。如果发现设备不是处于正常的运行状态，应该及时的使用Trap信息的报文主动向管理者发送陷阱消息，汇报出现的异常事件。③管理信息库（MIB）是一个数据库，它代表了某个设备或服务的一套可管理对象。MIB在每一台SNMP管理的主机上都有，主机上的可管理对象就是由它来描述的。必须用精确的组织结构来定义全部的MIB，只有这样其他在和SNMP管理器连接时，才能准确的知道MIB中的信息是怎样组织起来的。④SNMP网络管理协议主要有以下三个功能：a取值（Get）能使网络管理站从被管设备的处获得相应对象的值；b设置值（Set）能使网络管理站在被管设备的上设置相应对象的值；c当管理信息库MIB的值有重大变化或其他重要事件发生时，告警信息（Trap）能使被管设备的能够通知管理站、端（Agent）。

3 基于SNMP的网络性能监测系统模型

根据上面对SNMP网络管理模型的分析，设计了一种性能监测模块的基本结构，该性能监测模块主要包括性能数据的采集、数据存储、数据分析和告警管理四个部分，如图1所示。

4 基于SNMP的网络性能监测系统的设计

系统是使用SNMP++软件包来实现SNMP协议操作的。SNMP++是HP公司开发的软件，该公司公开了SNMP++程序的源代码，让喜欢SNMP的用户可以免费使用。我们使用SNMP协议在Window平台上做开发应用，通过SNMP协议获取管理信息，实现网络设备的监控。因此，SNMP协议的实现是整个系统的基础。通过SNMP++软件包来实现SNMP协议的开发，实现SNMP网络管理的基本功能。

4.1 性能数据的采集 性能数据的采集方式有只轮询（polling-only）和基于中断（interrupt-based）的方法两种。

只轮询（polling-only）的方法：管理站通过轮询机制，定时向驻留在被管对象中的发送报文请求；对请求者进行身份验证，提取信息向请求者回送响应报文；管理站通过返回的报文取得网络设备的各种状态信息，采集的数据存入数据库，也可以根据需要同时发往控制台。用于分析统计的性能参数主要采用该机制进行数据采集。应提到的是，只轮询方法在数据采集时的时间间隔要设置在一个合理的范围，时间间隔过短会占用过多的网络资源。

基于中断（interrupt-based）的方法：通过对关键事件的预定义，Agen在这些事件发生时，向管理者发送Trap报文。事件驱动对监视状态变化不很频繁的对象时用处很大，当有异常事件发生时，基于中断的方法可以立即通知网络管理工作站。

4.2 数据分析 为了把网络性能的状况和网络中存在的性能问题反映出来，在统计性能数据的时候可以用数值表或者曲线图的方式表现出来。

利用率可以反映信道的利用程度，换句话说，利用率高可以表明信道资源被利用的很充分，但是如果利用率过高，可能说明信道存在着一定的潜在风险，需要进行升级。

丢包是网络中数据传输的时候出现数据丢失的现象，丢包率是指丢包数据占总传输数据的百分比。长期的高丢包率说明路由器没有充分的资源来处理报文，应考虑增大路由器的缓冲区，短期的持续高丢包率说明网络出现了拥塞。

差错率反映了出错报文所占总报文的百分比，差错率过大说明信道的传输质量差。

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

当系统采集到网络设备的MIB对象值之后，需对其进行进一步的加工处理，才能得到所需的信息。

以下给出网络性能监测部分关键性能参数的计算公式，部分性能参数分为输入和输出两种情况。

线路利用率=接口利用率=（（ifInOctets+ifOut

Octets）*8）/（T*ifSpeed）*100%

丢包率（入）=ifInDiscards/T*100%

丢包率（出）=ifOutDiscards/T*100%

差错率（入）=ifInErrors/T*100%

差错率（出）=ifOutErrors/T*100%

吞吐量（入）= （ifInOctets）/T

吞吐量（出）= （ifoutOctets）/T

以上公式中T=ifInUcastPkts+ifInNUcastPkts表示查询频率，表示某对象在一个查询周期内的变化值。

其中各数据对象表示的含义如下：①ifInOctets 表示接口流入字节数；②ifOutOctets表示接口流出字节数；③ifSpeed 表示接口的带宽；④IfInDiscards表示接口丢弃输入包数；⑤ifOutDiscards表示接口丢弃输出包数；⑥ifInErrors 表示包含错误的输入包数；⑦ifOutErrors 表示由于包含错误而不能传输的输出包数；⑧ifInUcastPkts表示发往高层协议的单播包数；⑨ifOutNUcastPkts 表示高层协议请求的非单播包数。

4.3 告警管理 告警功能的实现较为简单，首先将主要的网络性能设置一个特定的阈值，当采集到的数据与数据库中该数据项对应的阈值相比较时，一旦超出，性能管理工具就会向网络管理员提交警告报告或调用相应的默认处理过程。告警功能的应用即阈值的设置使网络管理员能够在一个问题影响网络性能之前就找出并处理它。

5 结束语

基于SNMP协议的网络性能管理模式是目前计算机网络管理技术发展的必然趋势，对于这一个计算机领域的热点，我们还应不断努力研究，以完善基于SNMP的网络性能监测系统设计，不断提高网络安全管理。

参考文献：

[1]苗红宾.校园网网络性能管理系统的设计与实现[J].科技信息，2009-04-25.

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关键词：网络化；环境辐射；监测；核能；应用

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

中图分类号：X8 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）00-0000-00

核能科学技术给人来带来巨大的经济效益同时，也时刻存在着核泄漏的风险，在核能技术应用的几十年内，世界各国出现了核事故、核恐怖给当地的社会发展和人民健康造成了巨大的损失，甚至一些大型核泄漏事件对泄漏区域造成毁灭性灾难。网络化环境辐射监测系统是核能使用中的重要工具，通过有效的核辐射监测可以对核泄漏起到应急保障的作用，对于核泄漏的防护以及核泄漏救援工作提供了必要的科学依据，网络化环境辐射监测系统采用网络信息构架，利用最新通信技术、计算机处理技术、3G/4G网络终端传输技术以及GPS定位系统对核辐射情况进行数据库统计。

一、网络化环境辐射监测系统简介

网络化环境辐射监测系统的硬件部分是由传感节点、汇聚节点、无线传输网络和中心控制器组成，系统中传感节点是由传感探测器、传感电路、数据处理器、分析转换器和传感器网络传送模块组成。在系统运行过程中，传感节点对区域内辐射情况进行探测，将探测情况以数据形式传递给汇聚节点，汇聚节点可以通过自带传感器网络传输模块将信息发送到计算机上进行处理，有专门的辐射监测控制软件对相应数据进行编码统计，通过打印、绘制等方式显示辐射状况。

图1 传感节点系统

探测器通过γ射线对探测区域内的辐射情况进行扫描，探测器配备有G-M管电机脉冲信号输出系统，输出信号通过机芯外接电路进行传输选择，传感节点在接到脉冲信号之后经过调节电路对矩形脉冲信号进行数字转换。处理器终端采用单片机作为设备的控制中心，在环境辐射的探测过程中，根据计算机探测指令，控制终端会向传感器发射电磁脉冲信号，探测节点开始运行，探测信号数据也进行相应的传输。控制器根据探测节点的数据传回对测量结果进行初步处理，并通过无线网络模块将初步处理的数据以编码形式发送至计算机辐射监控软件中。

二、环境辐射监控的发展现状

大型核电设备的核燃料后期处理过程必须考虑到核安全以及放射性排放物的标准监测，因此对于放射性核废料的管理必须通过有效的环境辐射监测进行有效的控制。目前国内外通过对几次世界性的大规模核泄漏问题进行研究分析，充分认识到核泄漏对于人类生存造成的巨大威胁，而国际上对于环境辐射的监控标准基本涵盖在以下几个方面：

1.核电设施以及核废料排放释放的γ射线辐射程度；

2.空气中辐射物质的含量监测（气体溶液、水汽、近海海水辐射物含量）；

3.水资源监测（地表径流、地下水、近海区域海水）；

4.核电设施附近的土壤，包括地表径流河床底泥，探测土壤中的和物质辐射情况；

5.粉尘颗粒物辐射含量监测。

国际上环境辐射监测系统是根据不同核电环境背景采取相应的监测物质取样分析的做法，针对土壤、水流因素对核电设施进行全面的辐射分析。

三、网络化环境辐射监测系统应用

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关键词：GPRS网络；水网监控

中图法分类号:TP309文献标识码:A 文章编号：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

随着城市的扩大、工业、农业、日常用水量的不断增加，对水网数据进行采集、传输、分析、存档显得越来越重要，可以为水网的调度提供参考。相对于监控结点的急剧增长，传统的人工抄表速度慢，实时性差，不能满足现代化的水网管理要求。水网的监控结点分布广泛，使用有线的数据总线形式的监控方式已经不能满足现实要求。近来GPRS网络已经随无线通讯事业的迅猛发展覆盖了大小城市，GPRS(General Packet Radio Service)是一种基于无线数据分组交换的网络。因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输。GPRS网络通过移动的服务器和Internet连在一起，这样我们的数据就可以通过从“无”到“有”的隐形连接到达服务器。通过GPRS模块可以使仪表和GPRS网络结合到一起，这就使远程实时监控成为了可能。GPRS模块可以将现场检测数据直接传输到中心服务器，再利用ifix制作的界面处理并显示这些数据，并为监控中心的服务器设计一个方便、美观、且功能强大的界面。这就构成了一个基于GPRS网络和中心服务器的水网智能监测系统。

2 方案

2.1 概述

GPRS目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS用于无线数据传输具有多方面的优势，一是接入范围广，可充分利用全国范围的移动网络，方便、快速、低成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署；二是传输速率高，数据传输速度可达57.6kbps，最高可达到171kbps，是常用有线56k Modem 理想速率的两倍，下一代GPRS 业务的速度甚至可以达384kbps，完全可以满足更多的应用需求；三是接入时间短，GPRS 接入等待时间短，可快速建立连接，平均耗时为两秒；四是提供实时在线功能，现在用GPRS MODEM上网，用户将始终处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单、快速；五是按流量计费，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源。基于以上优点，将GPRS网络用于传输水网的监测数据十分适合。

水网监测系统可分为三大部分：前端采集、数据传输、数据处理。前端数据采集主要由流量计完成。数据传输部分由无线数据传输终端和Internet构成。数据处理部分由组态软件完成。以取水口实时监控系统为例，取水口广泛分布在浙江各个城市周边的水库，各个取水口距离远，需要对这些取水口的流量进行实时的监控，传统的人工抄表、总线抄表的方法已不能满足要求，而基于GPRS无线网络的水网监测系统，可以满足上述要求。

如图（1），取水口的主管道上安装电磁流量计，用于采集主管道的瞬时流量、总流量信息。电磁流量计通过485接口与GPRS模块连接。GPRS模块每隔3秒，从电磁流量计读一次瞬时流量和总流量值，并定期将数据发送到省级和市级的水网监测中心。

图1 取水口无线监测系统示意图

2.2 无线数据传输终端的硬件设计

基于GPRS无线网络的水网监测系统的关键点在于无线数据传输终端的设计，本无线数据传输终端的硬件平台基于SEP3203微控制器。SEP3203是由江大集成电路系统工程技术有限公司设计的16/32 位RISC 微控制器，面向低成本手持设备和其它通用嵌入式设备应用。存储设备由一片8MB的SDRAM和一片2MB的FLASH组成。电源系统为5～48V宽压输入电源系统，其中标准电压为12V输入。12V电压经过LM2576芯片降压到5V，5V电压通过一组二极管降到4.2V(GPRS模块的工作电压)，同时又通过一个LM317芯片将5V电压降到3V(微控制器的工作电压)，3V电压通过一个二极管得到2.5V电压(微控制器内核电压)。两个RS232接口分别连接工业现场的RS485接口和GPRS无线模块。无线数据传输终端的硬件结构可以参照图(2)。

2.3 无线数据传输终端的软件设计

图2 DTU硬件架构示意图

无线数据传输终端的软件设计包括驱动程序的编写、网络协议栈的使用和基于嵌入式操作系统的应用程序的编写，其中网络协议栈的使用是难点。

利用GPRS网络构建数据的远程无线传输通道需要有协议栈的支持，GPRS终端与中国移动公司服务器建立数据连接，必须利用PPP协议（Point-to-Point Protocol）与移动服务器建立点对点的数据连接。 PPP是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据。

PPP协议中提供了一整套方案来解决链路建立、维护、拆除、上层协议协商、认证等问题，其包含3大部分：链路控制协议LCP（Link Control Protocol）；认证协议，最常用的包括口令验证协议PAP（Password Authentication Protocol）和挑战握手验证协议CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）；网络控制协议NCP（Network Control Protocol）。在GPRS终端设备与移动服务器建立连接的过程中，LCP负责创建，维护或终止与服务器的物理连接；CHAP负责处理服务器的口令验证；NCP负责从服务器获得一个IP地址，和两个DNS域名服务器地址。 GPRS终端设备与移动服务器的PPP协商的成功，标志着网络数据连路层的建立，此后将移动的服务器设为网关，可利用TCP/IP协议访问Internet或其他GPRS终端。这样GPRS终端之间、GPRS终端和Internet之间的数据通道得以建立，数据即可在此通道上按需流动。

2.4 基于ifix构件服务器界面

ifix组态软件内嵌VBA，可以直接装载VB的控件，所以对于熟识VB的开发人员，很容易上手。除了VB常用的控件外，ifix还有很多自带的控件，比如图表控件等，这使得建立方便、美观、稳定、且功能强大的交互界面轻松实现。服务器端软件结构见图（3）。

图3 服务器端软件结构图

3 功效

基于GPRS无线网络的水网监测系统，属于远程仪表监测方案，相同的原理，用在城市公用事业则有助于气网和水网的分析，偷水、漏水的调查；在其他工业控制领域也有广泛应用。总之，基于无线网络的水网监测系统可以避免烦琐的人工操作，使控制中心可以方便的取得、分析、处理监测现场的数据。

参考文献：

[1]Xavier Lagrange,Philippe Godlewski,Sami Tabbane.GSM网络与GPRS[M]，电子工业出版社：顾肇基译.2002

[2]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].清华大学出版社，2003

[3]东芯IV SEP3203F50用户手册.南京博芯电子技术有限公司

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[关键字]无线传感器 网络 地震监测系统 设计

[中图分类号] P315 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-204-1

1概述

无线传感器网络是一种新兴的信息技术，是一种融入通信、计算机、微电子、传感器、嵌入式、信息处理等技术的信息技术，是普适计算机的一种雏形，同时也是人类感官的一种延伸。无线传感器网络的中心就是数据传输和交换，同时是一种自组织和分布式的网络，数据来自于传感网络中的大量传感器节点，在恶劣环境下，能够对监测对象进行实时监测、协作感知和信息采集，并以无线的形式将数据发送出去，最终通过无线网络将数据发送给到数据中心。无线传感器网络在诸多领域有着广泛的应用，比如空间探测、工农业控制、环境监测、军事国防、智能家居、医疗监护、灾害预防等领域。无线传感网络的应用，可以给人们的工作生活带来很大的帮助，能给人们提供最直接有效的真实信息，同时也为下一代网络提供了全新的经验。

地震监测，指的是通过获得地震发生时的震动信号，通过有线或无线的媒介将获取的监测信息发送到监控中心。有线网络的稳定性较好，同时是重要信息的传输方式，但是有线网络不能及时有效地对一些超出人力范围的恶劣环境地区进行有效的地震监测，而且有线网络在需要应急的情况下一般都被破坏了，而不能将余震的监测信息传送到监测中心。相比于传统的有线网络，无线传感器网络具有“自组织、自愈合”的功能特点，因而可以适用于复杂多变的环境，各种有线网络无法有效监测到的地区进行监测，对实现灾难的预警与救助有很重要的意义。

2无线传感器网络的结构

无线传感器网络体系结构由许多随机分布的传感器节点构成的无线传感网络，传感器节点采用的是自组织方式，其目的是能够对监测对象进行实时监测、协作感知和信息采集，并以无线的形式将数据发送出去，最终通过无线网络将数据发送给到数据中心。对感知信息的感知、采集、处理和传送是无线传感器网络的基本功能。感知数据是传感器网络的核心，则不是网络硬件。构成无线传感网络的三要素：传感器、感知对象、观测者。

3系统的硬件设计

3.1传感器节点设计

无线传感器节点一般由数据采集、数据处理、数据传输和电源组成。

无线传感器网络的节点，主要是由四个部分组成，包括了A/D转换和传感器组成的数据采集模块、存储模块和数据控制、无线通信模块和能量供应模块。其中，数据采集模块主要是对监测区域内信息进行采集和数据的转换，处理器模块主要负责对整个传感器的节点进行控制操作，处理、存储节点自身传送过来的数据和由其他节点传送过来的数据，无线通信模块主要是负责与其它传感器节点或者基站进行无线的通信、交流和交换控制信息，以及接收和转发采集来的数据，能量供应模块主要是为传感器节点提供正常工作所需的能量，能够保证系统的正常有效的运行，一般使用的是微型电池。无线传感器的节点具有观测半径 和通信半径 ，一般地， > 。

3.2 GPRS网关设计

GPRS网关负责接收各个无线监测电路发来的数据以及状态信息，进行一定的处理后通过GPRS网络发送到监测站，并且可以利用GPRS网络对控制指令进行接收，继而转发给各个无线监测的节点。无线转发站通常采用的是3.6V的高能电池进行供电，同时还具有太阳能自动充电的功能，可进行长期的工作。

3.3 无线传感器网络的构建

CC2520无线收发模块是采用的2.4GHz免授权ISM频带专用的第二代ZigBee/IEEE802.15.4无线射频收发器，这款收发器可以支持帧处理、突发传输、数据缓冲、数据鉴权、数据加密、空闲频道检测、连接质量指示以及帧定时信息等功能，从而达到降低了主控制器负载的目的。传感器数据采集模块的作用是进行信号的接收和转换；电源模块为传感器节点的正常工作提供了能量；传感器节点是网络的基本单元，其承担着计算、存储、通信、传感和执行的任务。无线传感器节点的硬件部分包括微功耗处理器模块、无线收发模块、数据采集模块、电源等部分。

4系统的软件部分

基于无线传感器网络的地震监控系统的软件部分主要包括了数据采集与处理、数据的收发与转发、监控中心的数据管理、WEB浏览等几部分，，系统的软件主要分为节点软件、监控中心管理软件、WEB浏览。节点软件主要包括了数据采集软件、数据融合软件、数据处理软件、数据收发与转发软件；监控中心管理软件的作用是将接收到的数据进行解析处理、显示和数据库的存取等控制操作；远程WEB浏览的作用主要是利用远程的方式对数据库中的数据进行调用并用来对监控区域中的数据进行分析和处理。

5结语

本文通过对监测系统结构进行分析，介绍了节点的软硬件设计，对无线传感网络中的关键技术问题进行了探讨，并提供了利用无线传感器网络对地震监测的一种思路。对基于无线传感器网络的地震监测系统设计的研究和探讨，对实现灾难的预警与救助有很重要的意义。

参考文献

[1]王雪编著.无线传感器网络测量系统.2007.

[2]李善仓，张克旺编著.无线传感器网络原理与应用.2008.

[3]（德）卡勒，维里西著；邱天爽等译.无线传感器网络协议与体系结构. 2007.

篇7

关键词：农田环境参数；无线传感器网络；传感器节点；实时监控；ZigBee

中图分类号：S126 文献标识码：A 文章编号：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

我国是农业大国，农业是国民经济的基础产业，农业生产受到温度、湿度、水分等多种农田环境因素的影响。因此，在农业生产过程中引入现代信息技术，可以准确、高效地收集农田信息，对提高农产品产量具有重要意义。

针对农田环境复杂、监测难度大等特点，充分利用无线传感器网络灵活而强大的组网功能，设计了基于ZigBee无线传感器网络的农田环境监测系统，该系统由传感器节点、汇聚节点、互联网和用户终端等组成［1］，利用安装在被监测区的传感器节点采集农田环境参数后，通过ZigBee技术发送到控制中心，再对数据进行分析和处理，使农田管理者能精确直观地控制农作物种植过程中的空气温度、相对湿度、CO2含量、水位等关键参数，对在农业生产过程中实现增产节能有着很好的实用价值［2］。

1 农田环境监测系统总体结构设计

ZigBee技术是一种短距离、低速率的无线通信技术，被广泛应用在无线传感网络的组建中。与其他无线通信技术相比，ZigBee具有网络容量大、工作频段灵活、架构简单、功耗低、成本低、可靠性高、组网能力强和安全等优点［3，4］；ZigBee由终端设备、协调器和路由器构成。终端设备是指传感器节点，将其按一定规律安装在农田里，配备低功耗的微处理器，监测空气温度、相对湿度、CO2含量、水位、雨量、风向、光照强度、土壤含水量等参数。一定区域内的传感器节点构成一个簇，这些节点又分为簇首和普通节点。簇首主要进行数据的融合及转发，能把簇中普通节点采集到的信息发送到上级的协调器，也能把协调器接收的信息在簇内进行传播；普通节点只能与本簇的簇首交换信息。协调器把监测到的信息传输到网关，然后网关通过GPRS把数据传送到监控中心。ZigBee网络主要有网状和星状，星状拓扑结构简单，但是覆盖能力差，且只要簇首出现故障整个网络就瘫痪；网状拓扑覆盖能力强、可靠性好，但结构复杂［5］。农田区域环境复杂，存在很多不利因素，为提高ZigBee的精确性，该设计采用星状—簇首—路由拓扑结构［6］（图1）。

2 功能模块设计

2．1 硬件结构设计

1）传感器节点。ZigBee无线传感器网络由传感器节点组成，传感器节点一般由电源模块、数据采集模块、数据处理模块和无线通信模块组成（图2）。

数据采集模块主要由空气温度、相对湿度、CO2含量、水位、雨量、风向、光照强度、土壤含水量传感器以及A／D转换器组成，负责监测区域内以上参数的数据。数据处理模块对采集模块获得的数据进行处理和存储；无线通信模块主要是和簇首或协调器交换信息；电源模块向系统提供能量；传感器节点多选用低功耗器件，而且节点大多数时间处于休眠状态，所以电源模块可使用干电池。簇首节点因为频繁发送数据耗费能量多，可使用光电池供电。

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[关键词] 合理用药；监测系统；医院信息化

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

[中图分类号] R197.32；TP311 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）11- 0158- 03

0 前 言

药物的不合理使用已经成为了威胁人类健康的全球性问题。据世界卫生组织（WHO）2010 年6月的公告称，全球有超过50%的药品在处方、配发或销售过程中存在不合理性，有50%的患者不能正确地使用药物。在发达国家的卫生预算支出中，药品的支出比重在10%～20%之间，而在发展中国家却达到了40%左右，非合理用药问题十分严重。合理用药，一直是困扰医学界的一道难题。随着信息技术的发展，利用信息系统来协助医师，实现合理用，越来越成为大多数医院的一种选择。

北京航天总医院院采用的是大通合理用药的系统。合理用药监测系统（Prescription Automatic Screening System，PASS）是一种供医疗专业人员从事处方或医嘱即时性监测、药物信息咨询和病人用药教育的药物数据库软件系统。PASS 在对网络信息环境下住院病人医嘱监测的优势已经在多家医院得到验证，在同类软件系统中的优越性也有专文论述。

合理用药平台包括以下几系统：药物咨询及用药安全监测系统，包括医嘱监控功能（住院）和处方监控功能（门诊）；抗菌药品使用分析及控制系统；处方审核与点评系统；临床药学工作站。这四个子系统针对不同的使用者，包括住院医生和门诊医生，统计室，临床药学室，逐渐成为他们工作的得力助手。

1 合理用药平台的主要功能

1.1 处方或医嘱的实时监控和提醒功能

该院的PASS 系统是采用SQL Server 2005数据库，按照医学、药学的专业审查原理，以医学、药学专业知识为标准，在开处方或录入医嘱时能提供相关药品资料信息，并对药物与药物相互作用、重复用药（ 重复成份、重复治疗） 、药物与病症、禁忌证副作用、过敏史、用法用量剂量、给药途径、特殊人群、老年人用药、儿童用药、妊娠期用药、哺乳期用药等进行审查，来协助医师正确地筛选药物和确定合适的处方或医嘱，并在发现问题时能及时进行提醒和警示，以减少错误发生的可能。在门诊医生工作站中，合理用药系统是以内嵌的方式运行。具体流程如图1所示。

每当门诊医生站启动，PASS 系统自动启动，一个简洁的可以拖动的工具条便出现在屏幕的右上方。

其中有4盏灯依次摆开。监测着医生所开的处方。如果一切正确，则不会有任何提示，如果出现上述几个方面与规定不符的情况，则会亮灯提示。

提示灯亮起时从左到右为依次为惊叹号、红、黄、橙四个灯。惊叹号灯表示该处方有重要问题，红色灯亮表示该处方中药品有配伍问题；黄色灯亮表示该处方中药品有相互作用；橙色灯亮表示该处方中药品有其他问题（包括慎用，同种、同类、同成份、抗菌谱相同或交叉等问题的提示）。

医生根据提示信息及时地调整处方，对于严重的问题，医生需要高度重视，重新调整处方。对于橙色灯提示的问题，医生可视情况选择修改处方或者忽略此提示，直接保存此处方。

1.2 丰富的查询功能

软件提供了丰富的查询功能。可以查询的基本信息包括：药品名称、形状、药理毒理、药代动力学、用法用量、不良反应、适应症、禁忌症、注意事项、孕妇用药、老年人用药、相互作用、药物过量、药物规格。如果想知道某种药品的某项信息，可以在查询栏输入药品的名称或者拼音字头，也可以进行模糊查询，即可方便地找到需要的信息，快速定位到需要的部分，极大得方便了医师的实时咨询。系统查询界面如图2所示。

1.3 方便快捷的统计功能

本软件一个非常好的功能就是根据上级部门的要求，可以设定不同的查询条件，生成所需要的报表。这极大地方便了有关的统计部门。在安装此软件之前，只能手工统计。此软件运行之后，极大了降低了有关部门的工作量。

2 合理用药平台的优势

2.1 减少了潜在的不合理处方和医嘱

该软件的使用，减少了潜在的不合理处方和医嘱，使医师的处方和医嘱更加合理，这一方面减少了药品的不合理使用，另一方面，也保障了患者的利益，使有效的资金做到了利益最大化。

2.2 满足了医生实时查询相关知识的需求

这个软件的这个功能相当于一个实时的秘书在医师的身旁。医师在开处方的过程中，如果遇到哪一项不清楚，比如用法用量，适应症或者禁忌症等，可以方便地查询，快速地定位，从而高质量地完成医疗工作。

2.3 快捷方便地完成统计工作

此软件可以根据不同的查询条件，生成各种报表，极大地方便了使用者。

3 合理用药平台应用注意事项

3.1 及时更新药品信息

为了能够实时获取本院所有药品的信息，就需要经常更新药品信息，保证本院新进的药品都出现在数据库中。只有做到及时更新，医生才能从数据库中随时都能方便快捷地调出所需的药品信息。从而更好地服务临床，为一线医师提供参考。

3.2 医生输入的诊断与ICD10编码最大程度相符

为了更好地实现诊断与药品相符，便于软件进行甄别，医师给出的诊断应该尽量与ICD10编码相符。只有二者相符，才能便于软件对处方合理性做出判断，给出相应的提示信息。这就需要提高医师这方面的知识积累。医院在推进信息化的基础信息方面应做更加细致的工作。

3.3 服务器的配置需要较高，提供较好的用户体验

为了获得更好的用户体验，需要服务器有较高的配置，较大的内存，如16 M或32 M，运行速度较快的处理器，比较宽松的硬盘空间。这样，客户端的软件运行不会有延迟的感觉，医师会有较好的用户体验。

主要参考文献

[1]齐荔红，陈磊.PASS系统对我院临床合理用药情况的监测与分析[J].中国药业，2010，19（7）.

[2]全国合理用药监测办公室.国外合理用药概述[J].中国执业药师，2011，8（2）.

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关键词：仓库火灾；无线传感网络；传感器节点

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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 无线火灾监测系统的研究意义

仓库火灾是一种突发性强、伤害力大的企业灾害。做好仓库防火工作，预防火灾事故的发生，是各个企业都迫切需要的。当仓库火灾发生时，能做到早发现、早报警、早扑灭就能将企业损失降到最小。现有的企业防火技术主要有视频监控、人力巡查等手段，技术手段落后，局限性大且漏洞大，不能及时发现火灾。而较早的总线型线缆火灾探测系统，有小动物啃食、环境腐蚀的危险，一旦发生一处线路断裂，则整个系统就会瘫痪。针对这一现状，提出了基于无线传感器网络的仓库火灾监控系统。

无线传感网络监测系统具有传感器节点体积小、数量多，节点布置灵活的特点，对于大型仓库可以一次布置到位。每个传感器节点本身具有一定的计算和存储能力，可以对环境的变化进行较为复杂的监控和判断；同时又具有无线通信能力，可以进行节点间协同监控，并能在网络遭到破坏时进行自动恢复组网、传递信息。

2 仓库火灾监测系统研究与设计

2.1 无线传感网络

无线传感网络是由大量的密集部署在监控区域的智能传感器节点构成的一种网络应用系统[1]。无线传感网络综合运用了现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算机技术和分布式信息处理技术等多个现代信息处理技术，是一个新兴的多学科交叉研究领域。具有大规模、低功耗、多节点分布式协作工作的特点。

无线传感网络WSN（Wireless Sensor Network）采用随机投放的方式部署传感器节点，节点与节点之间采用多跳（multi-hop）、对等（peer to peer）的无线通信方式，能有效地避免长距离传输时遇到的信号衰减和信号干扰。无线传感网络的每一个节点都具有路由功能，当某个节点出现物理故障退出网络通讯或需要新增传感器节点时，通过自我修护、自我协调，能自动重新布置形成网络。无线传感网络的研究实体对象主要有4类：目标、观测节点、传感节点和感知现场。传感节点随机部署好后，通过自组织方式构成网络，协调工作形成对目标的感知现场。传感节点监测到目标信号后经邻近节点多跳传输到观测节点。观测节点对内进行向传感节点查询请求或派发任务；对外作为中继器和网关完成传感器网络与外部网络的数据通信与转换。所以一般将无线传感网络分成数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三个部分组成，其中设计的重点就是数据获取网络，即传感器节点的设计。

2.2 仓库火灾监测系统设计

基于无线传感网络的仓库火灾监测系统主要由以下3部分组成（系统结构图如图1）。

1）无线传感器节点

负责采集节点侦测周围环境如温度、气体浓度、光亮度等数据，是无线传感网络中的数据获取网络。

2）中心节点

由无线网关、中继器担任，以无线的方式连接无线传感器网络与管理监控中心，将搜集到的信息传送给监控者。

3）管理监控中心

管理监控中心就是用户节点。无线网络将搜集到的信息传送给监控者，监控者解读报表信息后便可掌握现场状况进而维护和调整相关系统。反之，用户也通过管理控制中心对传感器网络监控任务和收集监测数据，进行无线传感器网络的配置和管理。

2.3 传感器节点设计

仓库火灾的监测系统就是对无火状态、阴燃状态和起火状态这三种火灾状态空间的识别。因为仓库存放物件多，通风不良，以物质无可见光进行缓慢燃烧的火灾阴燃为主，所以仓库火灾监测系统的重点监测对象是火灾阴燃状态信息，即使对烟雾和温度的监测。同时，对发生起火状态燃烧时光度也能进行监测。

根据仓库火灾的特性进行传感器节点设计，无线传感器网络节点的体系结构图如图2所示。无线传感器节点是一个具有信息收集和处理能力的微系统，集成了传感器模块、信息处理模块、无线通讯模块和能量供应模块。

传感器模块负责感知现场内信息的采集和转换，根据仓库火灾特点设置了光亮传感器、烟雾传感器和温度传感器。信息处理模块是核心，它负责管理传感器节点对自身采集数据的存储和处理或其他节点发送来的数据。无线通讯模块则负责与其他传感器节点进行通讯，能量供应模块负责对整个传感器网络的运行进行能量的供应。

3 结束语

本文介绍了根据仓库火灾特性构建的，基于无线传感器网络的仓库火灾监控系统。设计了一个具有光亮传感器、烟雾传感器和温度传感器的多种传感器的无线传感器节点。但要让无线传感器网络正常运行并大量投入使用还面临着许多问题，如：网络内通信问题、传感器节点成本问题、传感器节点能量供应问题。这些问题的解决，将为实现高效的无线传感器网络结构奠定基础。

参考文献：

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关键词：无线传感器网络； NS2仿真； ZigBee技术； 污染气体

中图分类号：TN919-34； TP216 文献标识码：A

文章编号：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

空气质量监测是环境保护的基础，其目的是为环境保护提供科学决策的依据，目前我国对污染气体的监测主要采用2种方法：一种是传统人工取样实验室分析的方法；另一种是采用国外进口的自动化污染气体监测进行在线监测的方法［1］。这2种方法都有监测成本过高，移动不便的不足之处。为应对现有污染气体监测设备的不足而设计了基于无线传感器网络的污染气体监测系统，取2种监测方法的长处，切实地满足了环境监测部门的需要。监测人员只需在易发大气污染事件的现场布置传感器节点，就可以实时的监测污染突发现场的各种污染气体浓度，为及时处置大气污染突发事件提供有力的技术保证。

1 无线传感器网络的系统结构

本文设计的污染气体自动监测系统需要监测一个城市内的各种化工厂以及发电厂的空气环境质量。本文的无线传感器网络的系统架构如图1所示，通常包括传感器节点(Sensor Node)、汇聚节点(Sink)和监测中心［2］。在图1中大量的传感器节点分别放置在工厂内的各个角落以及周边环境，通过自组织的方式构成网络(即子站)，各子站之间相互独立，互不通信，只有子站内部节点可以相互交换数据，子站内的传感器节点负责对数据的感知和采集，数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经多跳路由后到达汇聚节点(各子站网关)［3-5］。汇聚节点对收集到的数据进行处理分析并通过以太网将结果传送到监测中心，监测中心的管理员通过对收集到的数据，做出判断或者决策。

图1 无线传感器网络的系统架构

2 Zigbee技术简介

ZigBee无线传感器网络是由许多传感器以自组织方式构成的无线网络，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和ZigBee技术，可广泛应用于工业监测、安全系统、环境监测和军事等领域。ZigBee技术是一种低速率、低功耗、低复杂度、低成本的双向无线通信网络技术。传输范围一般介于10～100 m 之间,在增加RF 发射功率后,亦可增加到1～3km。通过路由和各节点间通信的接力,传输距离将可以更远。它工作在868 MHz，915 MHz和2.4 GHz3个频段上，采用直接序列扩频技术(DSSS)，共有27个信道。ZigBee的技术优势有：低功耗、低成本、低速率、短时延、高容量、高安全、免执照频段等［6］。由这些技术优势，选择进行了支持ZigBee 802.15.4协议的无线传感器网络节点的硬件设计。

3 节点的硬件电路设计

本文无线收发模块采用芯片XBee-PRO DigiMesh 900［7］。XBee-PRO DigiMesh 900 是长距离通信的嵌入式无线射频模块。它充分结合了易于使用的网状网络和900 MHz工作频段通信距离长的优势，基于快速的156 Kb/s无线射频平台，实现了DigiMesh对等构架，简化了网状网网络，同时提供了先进的网络功能如支持路由器休眠模式和更高的网络节点密度。从而可以使OEM厂商延长依靠电源供电的网络运行时间，确保网络的稳定性。

产品特点如下:

（1） 支持路由器休眠模式，延长电池寿命。

（2） 高级的网状网功能包括自愈和自动搜索。

（3） 支持通过无线配置。

（4） 采用2.1 dB全向天线最大1.8 mile/3 km可视通信距离。

（5） 采用高增益天线最大6 mile/10 km可视通信距离。

（6） 工业级宽温(-40~+85 ℃)等。

利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传感器硬件节点组成框图如图2所示。

图2 传感器节点组成框图

3.1 处理器无线模块接口设计

C8051F系列单片机是真正能独立工作的片上系统，SOCCPU有效地管理模拟和数字外设可以关闭单个或全部外设以节省功耗，FLASH存储器还具有在线重新编程的能力即可用作程序存储器又可用作于非易失性数据存储。其主要具有以下几方面的特点：

(1) 集成了丰富的模拟资源和外部设备接口，具有8~12位多通道ADC，1~2路12位DAC。在片内模拟开关的作用下可实现对多路模拟信号的采集转换。带有I2C/SMBusSPI 1~2个UART多类型串行总线，此外还根据不同的需要集成了SPI、USB、CAN、LIN等接口，外设接口在不使用时可以分别禁止以降低系统功耗。

(2) 增加了中断源，标准的8051只有7个中断源，C8051F系列单片机扩展了中断处理这对于时实多任务系统的处理是很重要的，扩展的中断系统向CIP-51提供22个中断源。

(3) 高速指令处理能力，基于增强的CIP-51内核，其指令集与MCS-51完全兼容，具有标准8051的组织架构。CIP-51采用流水线结构，70%的的指令执行时间为1或2个系统时钟周期，是标准8051指令执行速度的12倍。

(4) 复位方式多样化，C8051F把80C51单一的外部复位发展成多源复位，提供了上电复位、掉电复位、外部引脚复位、软件复位、引脚配置复位等。众多的复位源为保障系统的安全、操作的灵活性以及零功耗系统设计带来极大的好处。

综上所述，我们采用C8051F340作为处理模块，主要任务是完成对所采集的信息进行转换、处理以及存储并将处理好的数据转发给无线收发模块。处理模块与无线收发模块之间的连接非常简单，处理模块将接收到的数据转换成串行数据发给无线收发模块，所有只需要将单片机端的TXD（发送数据）、RXD(接受数据)分别于无线收发模块的DIN，DOUT相连就可以了。

3.2 数据采集模块

数据采集单元用于实时采集周围空气中污染气体的信息，主要由各种传感器及其接口电路组成。本文采用的传感器包括一氧化碳传感器、一氧化氮传感器、氯气传感器、二氧化硫传感器等，这些属于采集环境污染气体信息的最基本传感器。各传感器的基本信息如下表1所示。

3.3 电源模块

作为环境监测的无线传感器网络的应用，节点需要在无人看守的情况下工作，能量供应是系统持续工作的重要保证，本设计采用市面上最常用的锂电池作为电源，可充电的锂离子电池的额定电压为3.6 V。锂离子电池的放电曲线平坦，可以保证无线收发模块在正常工作时具有更好的线性特性。Linear Technology公司的LTC3440是一种高效率、固定频率、降压-升压型DC/DC转换器，能够用单个电感器调节输出电压，使其高于、低于或等于输入电源电压。其输入和输出电压范围均为2.5~5.5 V。LTC3440在所有工作模式下都具备连续输送功能，非常适用于延长单节锂电池、多节碱性或镍氢电池的工作时间，在这些电池中，输入电压随着电池放电而下降。锂离子电池在3.3V左右放电时间较长，能更大限度提高电源效率，延长电池寿命［8］。

无线收发模块需要外部提供3.3 V的电压，数据采集模块需要5 V直流电压，采用LTC3440芯片可以将输入的电池电压转换为3.3 V，5 V，图3是将电源电压转换成3.3 V电压，转换成5 V电压只需要改变电阻、电容值就可以。

图3 电源模块的电路图

4 无线收发模块仿真

无线收发模块负责节点间的数据传输及组网功能，利用NS2网络仿真软件对ADHOC自组织网络进行仿真。NS2（Network Simulator version 2）是一种面向对象的网络仿真器，本质上是一个离散事件模拟器。

为了分析仿真结果，NS2提供了两种基本数据追踪能力跟踪和监视。跟踪生成“.nam”和“.tr”文件。能够将每个数据包在任何时刻的状态保存到指定文件中，记录包在队列或链路中丢弃、到达、离开等；监视用户有选择地记录自己需要的数据，利用Gawk，Gnuplot等工具统计发送包、接收包及丢弃包等结果进行分析［9-10］。

本文的MAC类型采用IEEE802.15.4协议，路由采用DSR协议。20个节点，分布在300×300 m的正方形区域中，每个节点随机随机分布，仿真时间为60 s，pause time设为60 s，也就是在仿真这段时间里没有mobility，流量是设置为cbr流，速率为1.0 b/s，最大联机数目为6个，每一条数据流每秒送出5个封包（可以根据需要对设置进行修改）。利用setdest、cbrgen工具来完成所需的场景设置。图4为.nam的动画模拟图像。

图4 20个节点进行通信

5 结果分析

仿真过程中同时生成一个仿真过程记录文件out.tr，是分析仿真过程的重要依据。以下是其中的一个片段：

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

标号为9的节点在7.918327669秒时发送一个cbr分组，该分组的UID为32，长度36，目标接点的MAC地址为9，原节点的MAC地址为0，IP头的源地址为7节点的2号端口，目的地址为9号节点的0端口，分组的TTL（Time To Live）值为32。

编写.awk文件，用于从跟踪文件中统计MAC层cbr包的丢包和延迟信息。得到数据如下：

将3种情况分析对比可以看出，封包的丢失率和cbr流的传输延迟时间与无线传感器网络的分布范围有关，也就是和节点间的传输距离有关。在节点数不变和其他各种设置条件不变的情况下，网络范围越广， 节点间的距离越长，封包的丢失率越大，cbr流的传输延迟时间也越长。

6 结 语

由于无线传感器网络的丢包率低，延迟时间短等特点，可以使人们在任何时间、地点和条件下，都能获取大量详实、可靠的信息。使得其在军事、农业、环境、医疗等领域都有广泛的应用。对于长距离节点间的数据传输，减少丢包率这方面还有待研究和改善。

参考文献

［1］雷巧玲.基于无线传感器网络的空气质量监测系统的研究［D］.秦皇岛：燕山大学,2008.

［2］崔逊学,王成.无线传感器网络的领域应用于设计技术［M］.北京：国防工业出版社，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］王东,张金荣.利用ZigBee技术构建无线传感器网络［J］.重庆大学学报,2006,29(8):95-110.

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

［8］ JORDAN M.高校单电感升降压同步稳压器使锂离子电池电压转换至3.3 V更容易［J］.电子产品世界，2002(7):25-27.

［9］李长连,王福豹,何戟.无线传感器网络仿真模拟技术比较分析［J］.计算机应用研究,2007,24(3):6-9.