黃熙岱

摘 ?要： 傳統(tǒng)環(huán)境信息通信系統(tǒng)存在通信信息傳輸效率低下、信息丟包率高等缺點(diǎn)。為了有效解決此問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于Web網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境信息通信系統(tǒng)。通過(guò)硬件網(wǎng)絡(luò)總體框架設(shè)計(jì)、硬件網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、程序模塊設(shè)計(jì)，完成基于Web網(wǎng)絡(luò)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)環(huán)境信息通信軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)、終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)，完成環(huán)境通信軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。模擬新型系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，應(yīng)用新型系統(tǒng)后，環(huán)境通信信息傳輸效率明顯提升，信息丟包率也得到了有效控制。

關(guān)鍵詞： Web網(wǎng)絡(luò); 環(huán)境信息; 通信系統(tǒng); 程序模塊; 協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)程序; 終端節(jié)點(diǎn)程序

中圖分類(lèi)號(hào)： TN711?34; TP399 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2018）10?0077?04

Abstract： The traditional environmental information communication system has the disadvantages of low communication information transmission efficiency and high information packet loss rate. To solve this problem effectively， an environmental information communication system based on Web network is designed. The design of hardware system based on Web network is completed by means of the design of the overall hardware network framework， the hardware network functional structure， and the program module. The design of environment communication software system is completed by means of the design of the environmental information communication software architecture， the coordination node program， and the terminal node program. The contrast experiment was designed by simulating the application environment of the new system. The results show that in comparison with the traditional system， the environment communication information transmission efficiency is improved obviously， and the information packet loss rate is also effectively controlled after the application of the new system.

Keywords： Web network; environmental information; communication system; program module; coordination node program; terminal node program

0 ?引 ?言

傳統(tǒng)環(huán)境信息通信系統(tǒng)包括信息感知層、網(wǎng)絡(luò)層、物聯(lián)網(wǎng)中間層、應(yīng)用層。其中，信息感知層直接控制數(shù)字傳感器、模擬傳感器兩個(gè)感知模塊。數(shù)字傳感器負(fù)責(zé)采集光照、溫濕度、氧含量等外界條件，模擬傳感器負(fù)責(zé)采集土壤濕度、土壤溫度、土壤水文條件等植被生長(zhǎng)所必須的內(nèi)在條件。信息感知層所采集到的信息通過(guò)ZigBee協(xié)議的約束作用，傳輸至網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將植被生長(zhǎng)的內(nèi)、外界條件，與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息對(duì)接。網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)[1]包括2G網(wǎng)絡(luò)模塊、3G網(wǎng)絡(luò)模塊、4G網(wǎng)絡(luò)模塊、GPRS模塊四部分。其中2G網(wǎng)絡(luò)模塊、3G網(wǎng)絡(luò)模塊、4G網(wǎng)絡(luò)模塊，負(fù)責(zé)完成上層信息與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)間的對(duì)接溝通，GPRS模塊負(fù)責(zé)將完成網(wǎng)絡(luò)層處理的信息，傳輸至下一層結(jié)構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)中間層與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)直接相連，該層結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)對(duì)所有相關(guān)環(huán)境信息進(jìn)行暫時(shí)存儲(chǔ)。應(yīng)用層直接面對(duì)使用者，通常情況下，由多臺(tái)中心主機(jī)共同組成。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用后，傳統(tǒng)環(huán)境信息通信系統(tǒng)顯現(xiàn)出通信信息傳輸效率低下、信息丟包率高等弊端。為了更好地解決此問(wèn)題，引入Web網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

1 ?基于Web網(wǎng)絡(luò)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 ?硬件網(wǎng)絡(luò)總體框架設(shè)計(jì)

基于Web網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境信息通信硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總體框架，利用ZigBee技術(shù)搭建系統(tǒng)的環(huán)境信息感知終端[2]。其整體感知過(guò)程需要電源供電模塊、環(huán)境信息顯示模塊等多部分結(jié)構(gòu)，因傳統(tǒng)系統(tǒng)的感知終端，僅由數(shù)字傳感器、模擬傳感器兩部分組成，感知結(jié)果常與真實(shí)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差[3]。為了增加環(huán)境信息的感知準(zhǔn)確度，增設(shè)串行口通信模塊，使得感知終端可以在感知環(huán)境信息的同時(shí)，完成與下一級(jí)結(jié)構(gòu)的信息對(duì)接[4]，增加系統(tǒng)的信息傳遞效率。具體硬件網(wǎng)絡(luò)總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 ?程序模塊設(shè)計(jì)

基于Web網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境信息通信系統(tǒng)硬件程序模塊，以CC?DEBUGGER接口作為模塊核心結(jié)構(gòu)。為了保證環(huán)境信息通信的順利進(jìn)行[5]，將功耗較低的射頻片與小型編程仿真，作為環(huán)境信息的暫存單元，利用IAR軟件的開(kāi)發(fā)、配置功能，完成程序模塊的正常運(yùn)作[6]。程序模塊將上級(jí)結(jié)構(gòu)傳輸而來(lái)的信息，做簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)處理，再根據(jù)信息中的通信節(jié)點(diǎn)分布情況進(jìn)行編程處理。其編程過(guò)程中所使用的語(yǔ)言與C#結(jié)構(gòu)類(lèi)似，部分核心編程代碼如下：

<script>

void function（a，b，c，d）;

{a.along object name=b[c，d，e]//function（）;

rand=i，i>a;

along object config.sample&&（i=！1）;

i&&along（"exception.send"，）;

{b，c，d！}，！1};

</script>

2 ?環(huán)境信息通信軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 ?環(huán)境信息通信軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于Web網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境信息通信系統(tǒng)軟件架構(gòu)，以TI Z?Stack協(xié)議棧作為操作系統(tǒng)查詢依據(jù)。TI Z?Stack協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)初始化及操作系統(tǒng)輪轉(zhuǎn)查詢。系統(tǒng)初始化的實(shí)現(xiàn)，保證當(dāng)有環(huán)境通信代碼條件出現(xiàn)時(shí)，硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)可各自進(jìn)入相應(yīng)的構(gòu)建模塊，并保持相互獨(dú)立工作狀態(tài)，互相之間不產(chǎn)生影響[7]。操作系統(tǒng)輪轉(zhuǎn)查詢程序的實(shí)現(xiàn)，保證系統(tǒng)在完成初始化的同時(shí)，做好下一步信息查詢?nèi)蝿?wù)的準(zhǔn)備工作，加速了系統(tǒng)的處理運(yùn)行速率。通信軟件架構(gòu)主要工作流程如圖2所示。

2.2 ?協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

基于Web網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境信息通信系統(tǒng)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)程序，以建立協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)作為核心環(huán)節(jié)。協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)的建立，可以總結(jié)為信息節(jié)點(diǎn)參數(shù)指定、通信系統(tǒng)信道設(shè)置等步驟，當(dāng)供電設(shè)備開(kāi)始供電時(shí)，環(huán)境信息通信系統(tǒng)開(kāi)始程序初始化，根據(jù)初始化結(jié)果判斷信息節(jié)點(diǎn)是否已完成協(xié)調(diào)[8]。當(dāng)環(huán)境信息通信協(xié)調(diào)器進(jìn)入工作狀態(tài)后，可觸發(fā)環(huán)境信息事件，若已觸發(fā)事件滿足Z?Stack限制條件，系統(tǒng)會(huì)自行判斷協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)程序準(zhǔn)備完畢，后續(xù)模塊可進(jìn)入工作狀態(tài)。具體協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)程序工作流程如圖3所示。

2.3 ?終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

基于Web網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境信息通信系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)程序，負(fù)責(zé)將硬件模塊采集到的環(huán)境因素，進(jìn)行整理并生成完整環(huán)境信息通信數(shù)據(jù)[9]。終端節(jié)點(diǎn)程序的核心功能，是促使終端節(jié)點(diǎn)順利加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)中心主機(jī)發(fā)送初始化請(qǐng)求，協(xié)調(diào)器會(huì)根據(jù)接收到信息，判斷是否可以允許環(huán)境節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)入終端網(wǎng)絡(luò)。若判斷結(jié)果為“是”，終端末層節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)做出允許回應(yīng)[10]。當(dāng)所有環(huán)境信息都進(jìn)入終端網(wǎng)絡(luò)后，通信數(shù)據(jù)才會(huì)以數(shù)據(jù)包的形式，向客戶端發(fā)送。終端節(jié)點(diǎn)程序工作流程如圖4所示。

3 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 ?實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

表1中參數(shù)名稱(chēng)依次為環(huán)境信息總量、預(yù)估信息傳輸效率、預(yù)估丟包率、系統(tǒng)連接參數(shù)、最大信息通信量、系統(tǒng)故障率。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組預(yù)估丟包率數(shù)值不同，為了保證實(shí)驗(yàn)的公平性，其他參數(shù)均保持一致。

3.2 ?通信信息傳輸效率對(duì)比

完成實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置后，令實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組計(jì)算機(jī)同時(shí)開(kāi)始工作，并分別記錄兩組的通信信息傳輸效率。環(huán)境信息通信系統(tǒng)傳輸效率與QMJ指標(biāo)保持反比關(guān)系，當(dāng)QMJ指標(biāo)逐漸增加時(shí)，系統(tǒng)傳輸效率逐漸減小，反之則增大。具體實(shí)驗(yàn)記錄結(jié)果如圖5、圖6所示。

對(duì)比圖5、圖6可知，對(duì)照組QMJ指標(biāo)最大值為4.25×104，出現(xiàn)在第40 s;對(duì)照組通信信息傳輸效率最大值為1.67×104，出現(xiàn)在第25 s。實(shí)驗(yàn)組QMJ指標(biāo)最大值為2.03×104，出現(xiàn)在第29 s;實(shí)驗(yàn)組通信信息傳輸效率最大值為3.66×104，出現(xiàn)在第23 s。所以，可證明應(yīng)用基于Web網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境信息通信系統(tǒng)后，信息傳輸效率得到明顯提升。

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

基于Web網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境信息通信系統(tǒng)，發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)的弊端進(jìn)行有效改進(jìn)。通過(guò)應(yīng)用新型系統(tǒng)，使得通信信息傳輸效率低下、信息丟包率高等問(wèn)題得到有效控制。

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