基于WSN的網關節點程序設計與實現

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

物聯網網關在無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）和傳統通信網絡中具有重要的紐帶作用，其主要功能是數據轉發、不同類型感知網絡之間的協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不同的數據匯聚和轉發，是傳感器網絡與傳統通信網絡的橋接。

1 物聯網網關通信設計原理

網關的功能是信息數據匯聚和轉發，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點可以獨立采集環境中的信息，信息交互是節點與節點之間以無線傳遞的方式進行，環境數據信息通過節點傳感器采集而得，由無線傳感器網絡的協調節點通過串口結合特定的網關程序轉發到其它網絡。網關節點系統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，更重要的是數據轉發和協議轉換等功能，ZigBee協議和TCP/IP協議之間的數據交換與解析都可以在網關節點內實現。

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

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

（2）協議轉換，從不同的感知網絡到接入網絡的協議轉換，統一封裝下層標準格式的數據，確保各種異型網絡的協議能夠變成統一的數據和信令格式。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，向下物聯網網關通過ZigBee協議與傳感器節點進行數據通信，因此，物聯網網關應在接收到傳感器數據后，對傳感器數據進行協議轉換，將重封裝后的傳感器數據上報。

（3）控制管理，如注冊管理、權限管理、狀態監管等，具體表現在網關實現子網內節點的管理上，如獲取節點的標識、狀態、能量等，以及遠程實現喚醒、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。

物聯網網關功能體現在通信設計方面，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據交換連接，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出請求或者應答網絡請求。在互聯網絡協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

編寫一個網關程序，該程序通過串口連接的調制協調器接收來自ZigBee網絡的數據信息，通過網關程序傳輸到服務器端的數據庫或特定的客戶端。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系統的平板電腦上，實現了ZigBee協議和TCP/IP協議的數據轉發功能，從服務器端收集到來自ZigBee網絡的數據。

參考文獻

[1]陳琦，韓冰，秦俊偉.基于Zigbee/GPRS物聯網網關系統的設計與實現[J].計算機研究與發展， 2011，48（Z1）：367-372.

[2]張敬申.基于云平臺的智能農業系統中第二代感知適配網關的研制[D].杭州：浙江理工大學，2015.

[3]成金祥.無線傳感器網絡網關節點的設計與實現[D].馬鞍山：安徽工業大學，2013.