摘要：無線傳感器網絡廣泛部署于工業、農業、醫療及多種場景。面向網絡應用的信息管理需求，設計并實現了一種基于Web的無線傳感器網絡可視化管理系統。傳感器節點采集用戶感興趣的對象信息，通過多跳方式匯聚至網關，網關利用以太網或GPRS／CDMA等多種Internet接入方式將信息傳送給網絡服務器。用戶利用終端設備，可跨平臺訪問此管理系統，執行對IPv6無線傳感器網絡狀態信息和傳感信息的動態實時檢測，并可對節點設備進行遠程控制與管理。
關鍵詞：無線傳感器網絡；可視化；管理系統；監測；控制

0 引言
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)是由大量傳感器節點通過無線通信方式組成的一個多跳自組織網絡系統。無線傳感器節點可以將節點覆蓋區域內的傳感信息通過無線多跳路由方式傳送到接收者，也可以通過反向路由方式傳送控制命令，使受控對象按照指令執行相應操作。無線傳感器網絡極大地提高了人類對世界的認識能力和改造能力，在國防軍事、環境檢測、農業生產、醫療衛生、智能家居等領域扮演著越來越重要的角色。
本文以室內環境檢測IPv6無線傳感器網絡為研究背景。系統由傳感器節點和網關設備組成。每個傳感器節點既可以發送本身的傳感信息，也可以路由轉發其他傳感器節點信息。監測區域內的傳感信息由傳感器節點收集，通過多跳路由方式匯聚到網關，并由網關通過以太網或GPRS／CDMA等互聯網接入方式傳送到網絡服務器。
由于無線傳感器網絡中的傳感器節點會在短時間內采集大量的傳感信息，直接查詢和處理這些大量的傳感信息非常不便。因此，有必要設計一個方便、友好、高效的無線傳感器網絡可視化管理系統。本文設計實現了一種基于Web的無線傳感器網絡可視化管理系統。通過本系統，用戶不僅可以實時地以曲線圖或數據表的形式查看溫度、濕度等多種傳感信息，動態拓撲路由變化信息，還可以對傳感器節點和空調等設備實現遠程控制。

1 主流WSN可視化技術介紹
當前無線傳感器網絡的研究熱點主要集中在網絡體系架構、網絡通信協議、網絡安全管理等方面，針對傳感信息可視化方面的研究相對較少。到目前為止，針對無線傳感器網絡設計的可視化工具主要有SpyGlass，Surge Network Viewer等。SpyGlass使用多層次的體系結構，是一個模塊化的、易于擴展的無線傳感器網絡可視化工具。其體系結構由傳感器網絡、網關、可視化軟件三部分組成。網關使用TCP／IP通信協議將收集到的傳感信息提供給遠程計算機的可視化軟件。SurgeNetwork Viewer是Crossbow公司使用實現的無線傳感器網絡可視化工具。通過Surge Network Viewer用戶可以監測傳感器網絡和分析mesh網絡的性能。
上述無線傳感器網絡可視化工具雖然在一定程度上可以完成傳感網絡信息的管理功能，但由于建立在特定的應用環境基礎上，其通用性、可移植性比較差，不能直接應用在其他平臺上。針對這些局限性，考慮到當前瀏覽器／服務器(Browser／Server，B／S)模式可以隨時隨地進行查詢、瀏覽等業務處理分布性特點以及業務擴展方便、維護方便等優點，開發了基于Web的無線傳感器網絡可視化管理系統來實現傳感信息和網絡拓撲信息的可視化。通過本系統提供的傳感信息、拓撲信息、節點配置信息和節點狀態信息的動態顯示和管理平臺，可以較好地適應無線傳感器網絡復雜多變的部署環境。

2 基于Web的WSN可視化管理系統體系結構
基于Web的無線傳感器網絡可視化管理系統體系結構包括服務器端和客戶端兩部分，如圖1所示。

考慮到傳感器節點處理能力及存儲能力等限制，需要及時將采集到的傳感信息傳送給網絡服務器，由網絡服務器來統一存儲和管理，并向用戶提供所需的可視化管理服務。在客戶端，用戶可以使用計算機、移動終端等終端設備通過互聯網訪問網絡服務器的方式隨時隨地進行對無線傳感器網絡的管理。
2．1 服務器端
服務器端主要包括Web服務器、數據發送模塊、數據接收模塊、數據服務模塊、數據管理模塊。服務器端各模塊提供的功能如下：
Web服務器提供互聯網信息瀏覽服務，是服務器端的核心部分；數據發送模塊將控制命令發送到網關，由網關解析并轉發到相應的傳感器節點；數據接收模塊使用套接字通信技術接收網關傳送的傳感信息或控制命令的反饋信息，解析并交給數據管理模塊；數據服務模塊是基于Web服務器基礎上實現的，接受客戶端的請求進行處理，再將處理結果格式化輸出給客戶端；數據管理模塊主要指一個關系型數據庫，進行數據的組織、存儲和管理。
2．2 客戶端
在B／S模式中客戶端就是瀏覽器，是用戶直接面對的可視化管理平臺，包括拓撲路由信息模塊、傳感信息模塊、空調控制模塊等?？蛻舳烁髂K提供的功能如下：
拓撲路由信息模塊動態顯示當前無線傳感器網絡的傳感器節點及其狀態信息和拓撲路由信息。通過該模塊，用戶可以實時查看當前網絡的拓撲變化，更好地管理網絡。傳感信息模塊以動態數據表、動態曲線圖等形式顯示溫度、濕度、光強等傳感信息。用戶可以對傳感信息進行排序、篩選等操作，以所需方式查看傳感信息。節點及空調控制模塊能控制節點的工作模式和狀態，如改變節點的采集信息速率、控制節點進行休眠等。同時，還可以通過節點控制空調設備，如控制空調的工作狀態、工作模式等。

3 基于Web的WSN可視化管理系統設計及其實現
3．1 系統層次結構
根據功能，可以將本系統劃分為數據層、業務層和表現層三層結構，如圖2所示。

數據層包括數據庫或數據源以及數據接入部分，位于最底層；業務層是系統的核心業務部分，負責業務邏輯實現，位于中間層，是數據層與表現層的連接橋梁；表現層指用戶交互界面，位于最上層。