WSN與WCDMA網絡互聯技術的研究

徐志偉+倪潔+王鋼+趙洪林+馬永奎

【摘要】 本文以中興通訊公司的WCDMA移動通信系統和奧爾斯公司的WSN系統為研究背景，設計并實現了以B/S架構的網絡互聯方案。本文設計了基于中間件技術的網絡互聯方案，并通過WEB中間件實現其功能。

【關鍵詞】 WCDMA技術 無線傳感器網絡 中間件

RESEARCH ON NETWORK INTERCONNECTION OF WSN AND WCDMA

Xu Zhiwei，Ni Jie，Wang Gang，Zhao Honglin，Ma Yongkui （Harbin Institute of Technology，Heilongjiang Harbin，150001）

Abstract：ON the background of WCDMA mobile communication system of ZTE and WSN system of OURS， the article designs the interconnection scheme and realizes its function through B/S structure. The article designs the interconnection scheme on middleware technology and realizes its function through WEB.

Keywords： WCDMA technology， wireless sensor network， middleware

一、 課題研究背景

WCDMA移動通信系統是哈爾濱工業大學通信工程系與中興通訊公司共建的碩士生和本科生校內實踐基地。實驗室現有的WCDMA移動通信網絡只具備基本的語音通信和數據通信功能，學生們不能充分體會到通過移動通信終端控制實際設備的功能，這樣就會使學生缺少對系統的更全面的認識和興趣。本文設計WSN與WCDMA網絡互聯的具體方案，提出以中間件技術進行WCDMA移動通信網絡和無線傳感器網絡進行互聯的具體方案，配置網絡互聯所需要的主要參數。本文利用無線傳感器網絡中間件技術實現WSN和WCDMA系統的互聯，驗證移動通信終端通過WCDMA移動通信網絡來訪問和控制無線傳感器網絡的功能。

二、網絡互聯方案的設計

本文中系統的組建主要包括WCDMA移動通信系統的組建和WSN實驗系統的組建兩部分。WCDMA移動通信系統采用WCDMA R4網絡結構，利用中興通訊公司的技術實現。WSN實驗系統是基于奧爾斯公司OURS-IOTV2-EP平臺組建的。WSN和WCDMA網絡互聯是通過中間件技術實現。

2.1 WCDMA移動通信系統的組成

本文采用WCDMA R4網絡結構作為組建移動通信網絡的模型。WCDMA R4網絡結構主要由Node B、RNC、CS和PS等組成。CS域的功能實體主要包括移動媒體網關（MGW）和移動軟交換中心（MSC）。PS域的功能實體主要包括SGSN和GGSN等設備。

基站（Node B）在RNC控制下完成射頻信號的接收和發射，與移動終端進行通信，對信號進行調制解調和定位信息管理。RNC通過接口電路完成對基站的管理，RNC通過接口電路與核心網進行通信。RNC負責信道分配、信道切換、邏輯信道到傳輸信道的映射、信道傳輸格式設置。核心網由電路域（CS）和分組域（PS）構成。電路域（CS）主要完成用戶的語音通信功能，包括話音業務、短信業務和視頻通話。分組域（PS）主要管理用戶訪問互聯網的業務。本文選擇基站的型號是中興通訊公司的ZXSDR B8200 +ZXWR R8840，RNC選用的型號是ZXWR-RNCV3，移動媒體網關型號是ZXWN MGW，移動軟交換中心型號是ZXWN MSC，分組域的型號是ZXWN PS。

2.2 WSN實驗系統的組成

該實驗系統主要由硬件部分和軟件部分組成。硬件設備包括8個無線通信模塊、8個傳感器模塊、8個電源板模塊、高性能嵌入式網關和其他配套設備。實驗系統包含4個無線傳感網通信節點和一個無線互聯網解調器。

2.3通過WEB中間件實現網絡互聯

中間件是在操作系統（包含底層通訊協議）和多類分布式應用系統聯系的單個應用中間件，中間件的主要功能是屏蔽軟件系統的差異，實現對上層系統透明傳輸的功能，無線傳感器網絡的中間件軟件制定需要遵守如下的標準：

A 由于節點的能源、運算、儲存性能和通訊性能不足，因此WSN中間件需要的是較輕能耗程度的器件，且可以在功能和能源利用間實現均衡。

B 傳感網環境比較復雜，因而中間件軟件還需要供給優越的容錯體制、自變化體制和自保護體制。

C 中間件軟件的下層支持是多類軟件節點和操作平臺（如TinyOS、MANTIS OS、SOS等），因而中間件系統不用考慮下層的差異。

D中間件系統由不同的軟件組成，為各種上層軟件供給相同的、能夠拓展的接口，進而進行應用的研制。

IOTService 是基于微軟操作系統運行的，其功能主要是把不同的軟件服務集成到一個系統中。其它的系統和終端通過不同的局域網和廣域網與IOTService進行連接。IOTService的主要優點是為不同的用戶提供統一的軟件接口，可通過服務器/客戶端的模式通信，也可以搭建 WebService，通過WebService 和 IOTService 進行通信，再進一步編寫 B/S 架構的應用軟件。整個系統結構如圖1所示。由于WSN的中間件技術能夠很好的在不同網絡環境中運行，因此選取中間件技術作為WSN和WCDMA網絡互聯的方案。

2.4基于VPN技術實現網絡安全互聯

雖然WSN和WCDMA網絡本身都有一些安全協議來保證信息在傳輸的過程中的安全性，但由于在實際應用中WSN與WCDMA進行互聯時都要通過Internet，由于Internet對所用用戶是開放的，因此信息經過Internet傳輸時容易受到黑客的攻擊，所以研究WSN和WCDMA安全互聯技術很重要。本文研究并實現了基于VPN技術進行網絡安全互聯的方案。

虛擬專用網（Virtual Private Network）是通過互聯網等建立一種基于安全協議的網絡連接，通過VPN建立起的網絡連接是經過安全協議加密的，因此能夠對要傳輸的數據進行加密，實現在開放的互聯網中安全通信的目的。在VPN中，任意兩個節點之間的連接并沒有穿通專用的端到端物理鏈路，而是架構在公用網絡平臺上。VPN對用戶端透明，用戶使用一條專用線路進行通信。

三、實驗過程

實驗過程主要包括：（1）運行計算機中的中間件。（2）修改tcpser.ip和 tcpsbm.ip為中間件所在計算機的IP 地址。（3）修改tcpser.port 和 tcpsbm.port為無線傳感網絡數據 TCP 端口和管理中間件TCP 端口。（4）把jdbc.url中的DBQ部分修改為Access數據庫的路徑。（5）運行startup.bat批處理命令。（6）在WCDMA制式的移動終端瀏覽器中輸入IP地址后，移動終端的屏幕上出現物聯網管理界面，在這里可以完成相關模塊的管理功能，實現無線傳感器網絡節點拓撲結構的顯示和管理等功能。

四、結束語

本文完成以下研究工作：

1、組建以WCDMA R4為網絡結構的移動通信系統，設計Node B、RNC和核心網的主要參數，實現移動通信終端通過WCDMA網絡的語音和數據通信功能。

2、分析無線傳感器網絡與WCDMA移動通信網絡互聯的方案，選取中間件技術的互聯方案。

3、設計基于VPN技術的網絡互聯方案，并驗證該方案能夠對WSN和WCDMA網絡進行安全互聯。

參 考 文 獻

[1]孫卓. 異構無線網絡中的接入選擇機制研究. 北京郵電大學博士論文，2007.

[2]竇中兆，雷湘編著.WCDMA 系統原理與無線網絡優化. 清華大學出版社，2009.

[3]3GPP， TS32.106-5， V3.2.0. Basic Configuration Management IRP： Information Model Version-1 （Release 1999）. 2001.