基于Web網絡的環境信息通信系統設計

黃熙岱

摘 ?要： 傳統環境信息通信系統存在通信信息傳輸效率低下、信息丟包率高等缺點。為了有效解決此問題，設計基于Web網絡的環境信息通信系統。通過硬件網絡總體框架設計、硬件網絡功能結構設計、程序模塊設計，完成基于Web網絡的硬件系統設計。通過環境信息通信軟件架構設計、協調節點程序設計、終端節點程序設計，完成環境通信軟件系統設計。模擬新型系統的應用環境，設計對比實驗結果表明，與傳統系統相比，應用新型系統后，環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。

關鍵詞： Web網絡; 環境信息; 通信系統; 程序模塊; 協調節點程序; 終端節點程序

中圖分類號： TN711?34; TP399 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 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

傳統環境信息通信系統包括信息感知層、網絡層、物聯網中間層、應用層。其中，信息感知層直接控制數字傳感器、模擬傳感器兩個感知模塊。數字傳感器負責采集光照、溫濕度、氧含量等外界條件，模擬傳感器負責采集土壤濕度、土壤溫度、土壤水文條件等植被生長所必須的內在條件。信息感知層所采集到的信息通過ZigBee協議的約束作用，傳輸至網絡層。網絡層負責將植被生長的內、外界條件，與移動網絡進行信息對接。網絡層結構[1]包括2G網絡模塊、3G網絡模塊、4G網絡模塊、GPRS模塊四部分。其中2G網絡模塊、3G網絡模塊、4G網絡模塊，負責完成上層信息與移動網絡間的對接溝通，GPRS模塊負責將完成網絡層處理的信息，傳輸至下一層結構。物聯網中間層與后臺數據庫直接相連，該層結構負責對所有相關環境信息進行暫時存儲。應用層直接面對使用者，通常情況下，由多臺中心主機共同組成。經過長時間的應用后，傳統環境信息通信系統顯現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題，引入Web網絡技術手段，對傳統系統進行改進。

1 ?基于Web網絡的硬件系統設計

1.1 ?硬件網絡總體框架設計

基于Web網絡的環境信息通信硬件系統網絡總體框架，利用ZigBee技術搭建系統的環境信息感知終端[2]。其整體感知過程需要電源供電模塊、環境信息顯示模塊等多部分結構，因傳統系統的感知終端，僅由數字傳感器、模擬傳感器兩部分組成，感知結果常與真實結果產生較大偏差[3]。為了增加環境信息的感知準確度，增設串行口通信模塊，使得感知終端可以在感知環境信息的同時，完成與下一級結構的信息對接[4]，增加系統的信息傳遞效率。具體硬件網絡總體框架結構如圖1所示。

1.2 ?程序模塊設計

基于Web網絡的環境信息通信系統硬件程序模塊，以CC?DEBUGGER接口作為模塊核心結構。為了保證環境信息通信的順利進行[5]，將功耗較低的射頻片與小型編程仿真，作為環境信息的暫存單元，利用IAR軟件的開發、配置功能，完成程序模塊的正常運作[6]。程序模塊將上級結構傳輸而來的信息，做簡單的存儲處理，再根據信息中的通信節點分布情況進行編程處理。其編程過程中所使用的語言與C#結構類似，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 ?環境信息通信軟件系統設計

2.1 ?環境信息通信軟件架構設計

基于Web網絡的環境信息通信系統軟件架構，以TI Z?Stack協議棧作為操作系統查詢依據。TI Z?Stack協議棧實現了系統初始化及操作系統輪轉查詢。系統初始化的實現，保證當有環境通信代碼條件出現時，硬件系統與軟件系統可各自進入相應的構建模塊，并保持相互獨立工作狀態，互相之間不產生影響[7]。操作系統輪轉查詢程序的實現，保證系統在完成初始化的同時，做好下一步信息查詢任務的準備工作，加速了系統的處理運行速率。通信軟件架構主要工作流程如圖2所示。

2.2 ?協調節點程序設計

基于Web網絡的環境信息通信系統協調節點程序，以建立協調器網絡作為核心環節。協調器網絡的建立，可以總結為信息節點參數指定、通信系統信道設置等步驟，當供電設備開始供電時，環境信息通信系統開始程序初始化，根據初始化結果判斷信息節點是否已完成協調[8]。當環境信息通信協調器進入工作狀態后，可觸發環境信息事件，若已觸發事件滿足Z?Stack限制條件，系統會自行判斷協調節點程序準備完畢，后續模塊可進入工作狀態。具體協調節點程序工作流程如圖3所示。

2.3 ?終端節點程序設計

基于Web網絡的環境信息通信系統終端節點程序，負責將硬件模塊采集到的環境因素，進行整理并生成完整環境信息通信數據[9]。終端節點程序的核心功能，是促使終端節點順利加入網絡。當中心主機發送初始化請求，協調器會根據接收到信息，判斷是否可以允許環境節點信息進入終端網絡。若判斷結果為“是”，終端末層節點會自動做出允許回應[10]。當所有環境信息都進入終端網絡后，通信數據才會以數據包的形式，向客戶端發送。終端節點程序工作流程如圖4所示。

3 ?實驗結果與分析

3.1 ?實驗參數設置

表1中參數名稱依次為環境信息總量、預估信息傳輸效率、預估丟包率、系統連接參數、最大信息通信量、系統故障率。實驗組與對照組預估丟包率數值不同，為了保證實驗的公平性，其他參數均保持一致。

3.2 ?通信信息傳輸效率對比

完成實驗參數設置后，令實驗組與對照組計算機同時開始工作，并分別記錄兩組的通信信息傳輸效率。環境信息通信系統傳輸效率與QMJ指標保持反比關系，當QMJ指標逐漸增加時，系統傳輸效率逐漸減小，反之則增大。具體實驗記錄結果如圖5、圖6所示。

對比圖5、圖6可知，對照組QMJ指標最大值為4.25×104，出現在第40 s;對照組通信信息傳輸效率最大值為1.67×104，出現在第25 s。實驗組QMJ指標最大值為2.03×104，出現在第29 s;實驗組通信信息傳輸效率最大值為3.66×104，出現在第23 s。所以，可證明應用基于Web網絡的環境信息通信系統后，信息傳輸效率得到明顯提升。

4 ?結 ?語

基于Web網絡的環境信息通信系統，發揚傳統系統的優勢，對傳統系統的弊端進行有效改進。通過應用新型系統，使得通信信息傳輸效率低下、信息丟包率高等問題得到有效控制。

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