基于ZigBee的無線傳感器網絡數據管理平臺
1 數據管理平臺設計
數據管理平臺允許用戶在客戶端瀏覽器上實時監測來自ZigBee無線傳感器網絡傳來的數據,工作原理,如圖l所示。文中搭建的ZigBee無線傳感器網絡采用TI公司的CC2430芯片以及Figure8 Wireless ZigBee Protocol Stack協議棧來實現,采用樹形(Cluster一Tree)組網方式,網絡節點包括協調器、路由器和終端節點,協調器負責收集各終端節點上傳的數據。
數據管理平臺分為兩大部分:一是數據的采集、分析與計算,由通信計算機完成這部分工作;二是運行于客戶端瀏覽器的Web頁面,主要完成數據的查詢及顯示。這種基于B/S結構設計的數據管理平臺,結合了asp.net在Web應用上的優勢,很好的實現了遠程終端瀏覽器在線監測、分析和處理傳感器節點數據的功能。
協調器發布廣播,要求終端節點上傳各自的信息數據,終端節點在收到協調器下發的命令后,將傳感器采集到的數據通過路由器轉發或者直接發送給協調器。終端節點上傳數據包的結構為:包頭+命令類別+數據內容+包尾,數據包為16進制編碼,如圖1所示。
協調器通過串口與通信控制計算機連接,通信控制計算機首先完成數據采集工作。數據采集采用定時響應模式,采集周期時間可以預先設定,每隔一個采集周期,協調器將收集到的數據通過串口傳輸到通信控制計算機。通信控制計算機接下來將數據進行分析、計算,處理后的數據再通過以太網傳輸到數據庫服務器上,寫入自定義的數據庫。
運行于客戶端瀏覽器的Web頁面是基于.net框架開發的,開發工具主要有Visual Studio 2005和SQL Server 2000。Web頁面主要功能模塊包括即時數據、歷史數據、設備管理、用戶管理。即時數據模塊允許用戶查看當天各個終端節點上傳的數據,歷史數據模塊允許用戶選擇時間范圍查看各個終端節點上傳的數據,設備管理模塊允許用戶對設備節點進行重命名、新增、刪除操作,用戶管理模塊允許用戶更改密碼,管理員用戶可以進行新增用戶、刪除用戶、授予權限等操作。普通用戶不具備設備管理、用戶管理權限。
2 客戶端軟件設計
2.1 數據庫設計
根據需要,在數據庫的設計中,主要包含以下數據表:Station_Info、Ark_Info、Node_Info、Device_Info、User_Info、Temperature_Record。Station_Info為站點信息表,Ark_Info為監測點信息表,Node_Info為終端節點信息表,它們的數據庫關系圖,如圖2所示。Device_Info為節點關系表,User_Info為用戶信息表,Temperature_Record為溫度日志表。
數據庫的設計比較繁雜,在這里僅以節點關系表I)evice_Info為例進行說明。Device_Info表能大致但不能嚴格地反映出ZigBee無線傳感器網絡的拓撲結構,這是由于終端節點位置的關系,上報數據的過程中,有可能要經過二級以上路由轉發到協調器。如表2所示,l#監測點是指實際的地點,它下面的各個終端節點上報數據經過的路徑可能并不完全一致,也即是說實際的網絡拓撲可能會更加復雜一些。在實際應用中,并不需要十分關注網絡的拓撲結構,更多的關注點是終端節點上傳數據的實際情況。因此,在設計節點關系表Device_Info時,不用把ZigBee無線網絡的每個節點都反映出來,這樣可以進行簡化設計,它的結構類似于,如表2所示結構。
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