1、I摘 要无线传感器网络是由大量无处不在的微小传感器节点组成，它能根据环境自主完成指定任务的自治监控功能，使用灵活、方便，已在国内外军用、民用领域得到广泛关注，是对 21 世纪产生巨大影响力的技术之一。本文主要是提出无线传感器网络应用于战场环境监控方面的数据远程传输解决方案。通过串口与汇聚节点连接，接收汇聚节点发送过来的数据，实现无线传感器网络监测功能。本地监控软件系统后台采用 Microsoft Office Access 2007 数据库，实现数据的存储。通过利用定时器定时读取数据库，完成对节点采集数据信息的实时更新。本设计选用 SQL Server 2008 完成以太网中数据库远程连接，并
2、将数据通过以太网传输至远程计算机终端。远程监控预警软件系统前台应用Visual Studio 2008 编程开发环境，采用 C#语言对进行界面设计、实现。本设计通过数据库远程访问技术和 C#软件编程，完成了无线传感器网络数据的远程传输，实现了远程终端对无线传感器网络数据的访问，为无线传感器网络与军用网络无缝连接提供了解决办法，对无线传感器网络网络在实战中的地位、作用提高有重大意义。关键词： 无线传感器网络；界面设计；数据库远程访问；串口通信IIAbstractWSN consists of a mass of sensor nodes deployed everywhere . It can
3、perform assigned task automaticlly according to deployed environment and it is flexible and convenient . Due to these advantages , WSN has gained extensive attention in military and civilian field and it has been one of technologies which have greet influence on the 21st century.In this paper , we p
4、ut forward a data remote transmission solution to battlefield environment monitoring using WSN .In this solution , we connect lower computer through serial port to perform monitoring function .We apply Microsoft Office Access 2007 Database in the backgwind of local monitoring software system to comp
5、lete data storage ,the timer in reading database to accomplish read-time updates of information collected ,the SQL Server 2008 in realizing remote connection of data ethernet and transmitting data to remote terminal . In the foreground of remote monitoring software system , we use C# which based on
6、VS platform to design interface . the data remote transmission solution contribute to expanding function of WSN and it offers solution to seamless connection of WSN and military network.The date romote transmission and the remote terinal access to data of Wireless Sensor Network are completed in Thi
7、s design by the remote database access technology and C# software programming . It can perform assigned task according to environment .Its flexible and convenient . Key Words: Wireless Sensor Network , interface designation,Remote access databases, Serial communicationIII目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .II
8、I第一章 绪论 .11.1 引言 .11.2 课题背景与研究意义 .21.3 无线传感器网络应用研究现状 .31.4 设计任务 .5第二章 无线传感器网络和以太网简介 .72.1 无线传感器网络 .72.1.1 无线传感器网络工作机制 .72.1.2 无线传感器网络的协议 .82.1.3 无线传感器网络构架 .82.2 以太网 .92.2.1 IEEE802.3 标准 .92.2.2 CSMA/CD 共享介质以太网 .102.2.3 以太网的工作原理 .11第三章 基于 WSN 的侦察与监控系统 .123.1 基于 WSN 的侦察与监控系统设计 .123.2 节点的硬件系统 .133.3 侦查
9、与监控系统本地监控软件系统 .143.3.1 本地监控软件功能设计 .143.3.2 本地数据库设计 .15第四章 远程传输方案实现 .164.1 数据远程传输方案的论证 .164.2 远程监控预警软件设计要求 .164.3 远程监控与远程预警功能设计思路 .174.4 远程监控预警软件开发平台 .19II4.4.1 开发工具的选择 .204.4.2 开发工具概述 .204.5 远程终端串口数据获取 .234.6 数据库的远程访问 .244.6.1 远程终端的数据获取 .244.6.2 SQL SERVER2008 设置开启远程连接 .254.6.3 ACCESS 数据库升迁到 SQL SER
10、VER数据库 .264.7 远程监控软件的程序设计 .304.7.1 传感器数据远程监控功能实现 .304.7.2 远程预警功能实现 .334.7.3 数据库远程连接设置功能实现 .38第五章 无线传感器网络数据远程传输测试 .425.1 远程传输测试环境搭建 .425.2 远程传输测试内容 .425.3 远程传输测试步骤 .435.3.1 远程监控预警软件初始化 .435.3.2 远程数据库连接测试 .445.3.3 远程监控预警功能测试 .455.4 远程传输测试结果 .47第六章 总结与展望 .486.1 工作总结 .486.2 展望 .496.2.1 系统发展建议 .496.2.2 本
11、设计发展建议 .49谢 辞 .51参考文献 .52附 录 .54附录 A：主窗口的主要程序代码 .54附录 B：后台设置框口主要代码 .78附录 C：预警图片窗口主要代码 .91附录 D：数据库操作 DBHELPERSQL.CS 代码 .941第一章 绪论作为一种新兴技术无线传感器网络以其节点体积小、节点数量大且具有自适应性、无中心自组织、网络动态性强等特点，受到国内外专家的关注，近几年随着对无线传感器网络的研究深入，以其为技术基础开发的应用已经广泛的应用于军、民用领域中。1.1 引言更小、更廉价的低功耗计算设备代表的“后 PC 时代”冲破了传统台式计算机和高性能服务器的设计模式，普遍的网络化
12、带来的计算处理能力是难以估量的，微机电系统(micro-electro-mechanism system,简称 MEMS)的迅速发展奠定了设计和实现片上系统(system on chip,简称 SOC)的基础。以上三方面的高度集成又孕育出了许多新的信息获取和处理模式,传感器网络就是其中一例。随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络,借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外 声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。在通信方式上,虽然可以采用有线
13、、无线、红外和光等多种形式,但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用。目前 GSM 和 3G 等无线移动通信技术以及蓝牙、WIFI、Ad-hoc 等无线局域网技术应用日益广泛，但这些通信技术普遍存在设备系统复杂、功耗较大、成本很高，因而不适合在一些低数据速率和通信范围较小的场合应用。而无线传感器网络采用的 ZigBee 是一种新兴的适合短距离、低速率无线组网通信技术。作为一种介于无线标记技术与蓝牙技术之间的技术提案，无线传感器网络主要用于近距离无线连接。它有自己的无线标准，通过数千个微小的传感器之间相互协调来实现通信。具有成本低、体积小、省去复杂的布线等优点。以传感器和自组织网
14、络为代表的无线应用并不需要2较高的传输带宽，但却要求具有较低的传输延时和极低的功率消耗，使用户能拥有较长的电池寿命和较多的器件阵列。如果将采用 ZigBee 技术的无线传感器网络与现有的其他各种网络连接，实现远程实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种监测对象的信息，例如将传感器节点采集到的数据通过互联网（局域网）或卫星发送给用户，则可以大大拓展无线传感器网络在各领域的应用。1.2 课题背景与研究意义无线传感器网络的出现引起了全世界范围的广泛关注。无线传感器网络技术的研究起源于 20 世纪 70 年代，最早应用于军事领域，在卡耐基一梅隆大学成立了新一代分布式传感器网络工作组。此后，DA 联合美国
15、自然科学基金委员会设立了多项有关无线传感器网络的研究项目。我国近两年也以多种形式支持无线传感器网络的研究。这些研究推动了以网络技术为核心的新军事革命，诞生了网络中心战的思想和体系。战场感知是目前无线传感器网络技术的一个重要应用，已成为 C4ISRT 战场指挥系统的重要组成部分。近年来，美军相继确立了“灵巧传感器网络通信计划”、 “战场环境侦察与监控系统” 、 “无人值守地面传感器群”及“协同作战能力计划”等 23 个项目。无线传感器网络是由大量无处不在的具有通信与计算机能力的微小传感器节点，密集布设在无人值守的监控区域而构成的，能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治监控网络系统。无线传感器
16、网络是一种超大规模、无人值守、资源严格受限的全分布系统，采用多跳对等的通信方式，其网络拓扑动态变化，具有自组织、自治、自适应等智能属性。本设计是完成一种基于 ZigBee 技术的无线传感器网络系统数据的远程传输，进而将其应用于战场环境的远程监控方面。因为这种远程监控网络成本较低、无需布线，多个传感器节点布置于各种监控环境。无线传感器网络技术是一种低功耗、自组织的短距离技术，可以实现监测、感知和采集网络分布区域内的3各种环境对象数据。传感器网络配合监控软件就可以实现数据的采集和分析，从而降低人工维护成本和设备成本。基于 ZigBee 的传感器网络技术如果结合有线网络(如以太网)开发应用，能够实现
17、整个战场范围敌我态势的远程实时监控;也可以将其结合无线蜂窝网络技术可以实现手机等移动终端对战场的实时监测，因此无线传感器网络数据的远程传输的研究具有重要的应用价值。对比外军,我军尚无用于实战的无线传感器网络系统，无线传感器网络用于战场环境侦察与监控，相比人工侦察、监控手段更加隐蔽、更加准确，情报传递也更加即时。采用无线传感器网络不但节省了人力、保障了士兵的生命安全，更重要的是它能够更加高效的为指挥员提供一个实时、透明战场态势图，为我军作战决策提供重要依据。目前我军有线光线网络已经成熟，本设计的实现将为无线传感器网络与现有军用有线网络无缝连接提供可行解决方案，为指挥员在战时决策提供情报依据。1.
18、3 无线传感器网络应用研究现状MEMS 支持下的微小传感器技术和节点间的无线通信能力为传感器网络赋予了广阔的应用前景,目前已经广泛运用在军事、环境、健康、家庭和其他商业领域。1、 军事应用在军事领,传感器网络将会成为 C4ISRT 系统不可或缺的一部分。C 4ISRT 系统的目标是利用先进的高科技技术,为未来的现代化战争设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监控、侦察和定位于一体的战场指挥系统,受到了军事发达国家的普遍重视。因为传感器网络是由密集型 低成本 随机分布的节点组成的,自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃,这一点是传统的传感器技术所无法比拟的
19、,也正是这一点,使传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括监控我军兵力、装备和物资,监控冲突区,侦察敌方地形和布防,定位攻击目标,评估损失,侦察和探测核、生物和化学攻击。在战场,指挥员往往需要及时准确地了解部队、武器装备和军用物资供给4的情况,铺设的传感器将采集相应的信息,并通过汇聚节点将数据送至指挥所,再转发到指挥部,最后融合来自各战场的数据形成我军完备的战区态势图。传感器网络也可避免核反应部队直接暴露在核辐射的环境中。在军事应用中,与独立的卫星和地面雷达系统相比,传感器网络的潜在优势表现在以下几个方面:(1) 分布节点中多角度和多方位信息的综合有效地提高了信噪比,这一直是卫星和雷达这
20、类独立系统难以克服的技术问题之一。(2) 传感器网络低成本、高冗余的设计原则为整个系统提供了较强的容错能力。(3) 传感器节点与探测目标的近距离接触大大消除了环境噪声对系统性能的影响。(4) 节点中多种传感器的混合应用有利于提高探测的性能指标。(5) 多节点联合,形成覆盖面积较大的实时探测区域。(6) 借助于个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构的调整能力,可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点。2、环境科学随着人们对于环境的日益关注,环境科学所涉及的范围越来越广泛。通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作。传感器网络为野外随机性的研究数据获取提供了方便,比如,跟踪候鸟和昆虫的迁移,研究环境变化对
21、农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。?系统中就有数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分,并依此预测爆发山洪的可能性。类似地,传感器网络对森林火灾准确 及时地预报也应该是有帮助的。此外,传感器网络也可以应用在精细农业中,以监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。3、医疗健康如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点,如心率和血压监测设备,利用传感器网络,医生就可以随时了解被监护病人的病情,进行及时处理。还可以利用传感器网络长时间地收集人的生理数据,这些数据在研制新药品的过程中是非常有用的,而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来太多的不便。此外,在药物管理等诸
22、多方面,它也有新颖而独特的应用。总之,传感5器网络为未来的远程医疗提供了更加方便 快捷的技术实现手段。4、空间探索探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想,借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测,应该是一种经济可行的方案。NASA 的 JPL(Jet Propulsion Laboratory)实验室研制的 Sensor Webs 就是为将来的火星探测进行技术准备的,已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和完善。5、其他商业应用自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点,这些特点决定了传感器网络在商业领域应该也会有不少的机会。比如,嵌入家具和家电中的传
23、感器与执行机构组成的无线网络与 Internet 连接在一起将会为我们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境；德国某研究机构正在利用传感器网络技术为足球裁判研制一套辅助系统,以减小足球比赛中越位和进球的误判率。此外,在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产线等众多领域,无线传感器网络都将会孕育出全新的设计和应用模式。当然,在空间探索和灾难拯救等特殊的领域,传感器网络也有其得天独厚的技术优势。1.4 设计任务主要任务是分析 CC2530 协调器串口传输的传感器数据格式，通过 C#.NET串口通信和 C#语言编程实现的 Access 数据库写入、读出处理。将 Acces
24、s 数据库升迁至 SQL Sever 数据库，通过以太网网络设置、SQL Server 数据库账户配置等操作实现以太网内数据的远程传输，供监控程序调用数据，从而实现对无线传感器网络的远程实时监控。并编写可视化界面，实时对传感器数据进行远程监控，同时设置传感器数据报警范围，可以进行报警事件进行记录、弹出图片窗口等处理。本人所做工作主要包括如下几点:1、学习掌握无线传感器网络基本知识和工作原理。62、学习 C#语言，基于 Visual Studio2008 平台，编写完成远程监控预警软件界面设计。3、学习 Visual C#.NET 串口通信，完成串口数据读取、分析。4、学习 SQL Server 数据库的设计、远程访问以及数据分发。
