吳清秀

摘 要：文中介紹了基于WSN的網關通信設計原理，分析了Socket套接字的工作原理和過程，采用C#編寫了基于TCP/IP協(xié)議的Socket客戶端和服務器端的網關程序。

關鍵詞：WSN；Socket；網關；C

中圖分類號：TN915.05 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）08-00-02

0 引 言

物聯(lián)網網關在無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）和傳統(tǒng)通信網絡中具有重要的紐帶作用，其主要功能是數(shù)據(jù)轉發(fā)、不同類型感知網絡之間的協(xié)議轉換和控制管理等作用，同時可以集成其它安全和計費等功能。支持方式有傳統(tǒng)通信網絡、2G/4G網絡接入、ADSL或光纖接入等，其主要原因是在無線傳感器網絡內部實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)匯聚和轉發(fā)，是傳感器網絡與傳統(tǒng)通信網絡的橋接。

1 物聯(lián)網網關通信設計原理

網關的功能是信息數(shù)據(jù)匯聚和轉發(fā)，在整個網絡中起到中轉站的作用。無線傳感器網絡的突出特點是網絡中的節(jié)點可以獨立采集環(huán)境中的信息，信息交互是節(jié)點與節(jié)點之間以無線傳遞的方式進行，環(huán)境數(shù)據(jù)信息通過節(jié)點傳感器采集而得，由無線傳感器網絡的協(xié)調節(jié)點通過串口結合特定的網關程序轉發(fā)到其它網絡。網關節(jié)點系統(tǒng)的核心部分是一些特定硬件及軟件的組合，網關在WSN網絡中的作用不僅僅是構建網絡和維護管理，更重要的是數(shù)據(jù)轉發(fā)和協(xié)議轉換等功能，ZigBee協(xié)議和TCP/IP協(xié)議之間的數(shù)據(jù)交換與解析都可以在網關節(jié)點內實現(xiàn)。

作為網關設備，物聯(lián)網網關可以實現(xiàn)異型網絡之間的協(xié)議轉換和互聯(lián)，同時可以進行設備管理，運營商通過物聯(lián)網網關設備可以管理底層的各感知節(jié)點并實現(xiàn)遠程控制。具體功能表現(xiàn)在以下四個方面：

（1）數(shù)據(jù)收發(fā)，物聯(lián)網網關最基本的功能，在互聯(lián)網與傳感網絡之間起到承上啟下的作用，傳感網節(jié)點與互聯(lián)網端交互所收集的信息通過物聯(lián)網網關收發(fā)，而且需要準確地向兩者發(fā)送數(shù)據(jù)。

（2）協(xié)議轉換，從不同的感知網絡到接入網絡的協(xié)議轉換，統(tǒng)一封裝下層標準格式的數(shù)據(jù)，確保各種異型網絡的協(xié)議能夠變成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信令格式。向上采用移動電話網絡、ADSL等接入方式接入上層并進行信息交互，向下物聯(lián)網網關通過ZigBee協(xié)議與傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信，因此，物聯(lián)網網關應在接收到傳感器數(shù)據(jù)后，對傳感器數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉換，將重封裝后的傳感器數(shù)據(jù)上報。

（3）控制管理，如注冊管理、權限管理、狀態(tài)監(jiān)管等，具體表現(xiàn)在網關實現(xiàn)子網內節(jié)點的管理上，如獲取節(jié)點的標識、狀態(tài)、能量等，以及遠程實現(xiàn)喚醒、控制、診斷、升級和維護等。

（4）接入廣泛，目前用于近程通信的技術標準有很多，常見的有Lonworks、ZigBee、 6LowPAN、RUBEE等。

物聯(lián)網網關功能體現(xiàn)在通信設計方面，運用Socket套接字在客戶機與服務器之間建立雙向基于流的數(shù)據(jù)交換連接，其中計算機網絡通信的基本構成是Socket網絡套接字，通信端口可以被命名和尋址，通過Socket網絡套接字向網絡發(fā)出請求或者應答網絡請求。在互聯(lián)網絡協(xié)議中客戶機及服務器是兩個進程間相互的主機模式，首先服務器啟動請求模式，開啟某一個信息通道來接收網絡中客戶機的地址請求，等待并處理客戶機的請求，然后對請求進行回應，最后關閉服務器?？蛻魴C則開啟一個信息通道，請求連接服務器的某一個通信端口，當發(fā)送請求報文被服務器接收并回應后，關閉通道。

2 網關的程序設計與實現(xiàn)

編寫一個網關程序，該程序通過串口連接的調制協(xié)調器接收來自ZigBee網絡的數(shù)據(jù)信息，通過網關程序傳輸?shù)椒掌鞫说臄?shù)據(jù)庫或特定的客戶端。網關結構原理圖如圖1所示。

3 結 語

基于WSN的網關通信設計原理，在分析物聯(lián)網網關的功能和Socket套接字基本原理與工作過程的基礎上，采用C#語言編寫網關應用程序，運行在安裝有Windows系統(tǒng)的平板電腦上，實現(xiàn)了ZigBee協(xié)議和TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)轉發(fā)功能，從服務器端收集到來自ZigBee網絡的數(shù)據(jù)。

參考文獻

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