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網絡監測系統范文1
關鍵詞：GPRS；熱網；遠程監測
中圖法分類號：TP309文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2007)18-31524-01
Steam Remote Monitoring System Based on GPRS
SHI Wen-yang
(Xunda Automatic System Co.Ltd,wuxi 214155,China)
Abstract:To reducing energy saving, environmental protection, all over the implementation of cogeneration, central heating. Power Plant Steam users located in every corner of the city, the traditional practice of meter reading, artificial inspections, the workload is very large. GPRS (General Packet Radio Service) network with the wider coverage, and convenient Internet access, long-distance transmission of data. Established in GPRS networks on the basis of the thermal remote network monitoring system, remote meter reading can be achieved, on-line monitoring of the heating network status.
Key words:GPRS;Steam;Remote Monitoring
1 引言
當前，眾多的熱電企業實行熱電聯產，向周邊地區集中供熱。各熱電廠的供熱系統大都存在用戶眾多、位置分散、管線長、管損大等問題，甚至出現人情汽、不法用戶偷汽現象。致使熱電企業日常管理工作量大，出現糾紛難以解決，經濟效益受損，嚴重阻礙熱電企業的發展。依據多年的流量計生產應用經驗，充分考慮到流量測量工程中的問題，分析多家熱電企業的需求，結合多家熱電企業在熱網管理中的成功經驗，提出基于GPRS的熱網遠程監測系統。
2 熱網管理現狀與需求
用戶規模從幾十戶到上百戶
供汽范圍可達10公里左右，小范圍在2～3公里
人工抄表，工作量大
人工統計報表，繁瑣，準確度難以保證
無法及時監控供汽質量
無法了解各用戶用汽實時狀態
用戶端出現故障不能及時發現
無法控制人情汽
無法及時發現用戶作弊
需要最大限度降低管損
要做到易收款，無貿易結算糾紛
要求保留幾年的供熱數據，為查詢提供有效保障
3 方案設計
可以把熱網遠程監測系統分成上位機軟件、通信網絡、現場終端儀表三部分。上位機軟件根據實際情況和廠家需求，分單機版和網絡版。單機版實現數據采集、存儲、查詢、報表等基本功能，網絡版充分考慮了系統的安全性、可靠性、分散性，功能更加強大。現場終端儀表大都采取孔板、差壓變送器或渦街頻率變送器加智能流量積算儀。通信網絡采用GPRS網絡。
3.1系統基本功能
(1)通過通信網絡的數據傳輸，獲取各用戶流量、溫度、壓力、累計流量；
(2)實現對各用戶參數的監測，如監測變送器設定參數值，用戶蒸汽狀態等；
(3)對用戶蒸汽溫度、壓力、瞬時流量、累計流量等每秒～每三十分鐘記錄一次，能生成供汽報表及歷史曲線，可以打印輸出，操作員可任意查詢歷史記錄；
(4)用戶停電、線路不通、電池損壞時，發出報警信號；
(5)數據庫無限量容納熱網記錄數據供工廠查詢；
(6)支持開放式關系型數據庫；
(7)基于客戶機/服務器模式，支持網絡操作；
(8)設定分級權限，授權的部門可以通過局域網查詢熱網數據；
(9)全圖形界面操作，簡潔、實用，今后用戶擴展、維護方便。
圖1 系統網絡示意圖
3.2 GPRS網絡技術優勢
GPRS（General Packet Radio Service）是建立在GSM 基礎上的、被稱為2.5G的無線數字蜂窩網絡，它將分組傳輸的技術引入GSM 網絡，為無線設備接入Internet 提供了一種有效且費用低廉的手段，被廣泛應用于移動計算、手持設備的Internet 互聯、遠程數據采集與監控等眾多場合。
GPRS用于無線數據傳輸具有多方面的優勢：一是接入范圍廣，可充分利用全國范圍的移動網絡，方便、快速、低成本地為用戶數據終端提供遠程接入網絡的部署；二是傳輸速率高，數據傳輸速度可達57.6kbps，最高可達到171kbps[1]，是常用有線56k Modem 理想速率的兩倍，下一代GPRS 業務的速度甚至可以達384kbps，完全可以滿足更多的應用需求；三是接入時間短，GPRS 接入等待時間短，可快速建立連接，平均耗時為兩秒；四是提供實時在線功能，現在用GPRS DTU上網，用戶將始終處于連線和在線狀態，這將使訪問服務變得非常簡單、快速；五是按流量計費，用戶只有在發送或接收數據期間才占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶接收和發送數據包的數量來收取費用，用戶即使掛在網上也是不收費的。以上優勢使GPRS 非常適用于小規模數據量的遠程無線接入應用。
3.3通過GPRS網絡建立遠程數據通道
利用GPRS網絡構建數據的遠程無線傳輸通道必須有協議棧的支持。GPRS終端利用PPP協議（Point-to-Point Protocol）與中國移動公司服務器建立點對點的數據連接。PPP是為在同等單元之間傳輸數據包這樣的簡單鏈路設計的鏈路層協議。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數據包。設計目的主要是用來通過撥號或專線方式建立點對點連接發送數據。
PPP協議中提供了一整套方案來解決鏈路建立、維護、拆除、上層協議協商、認證等問題，其包含3大部分：鏈路控制協議LCP（Link Control Protocol）；認證協議，最常用的包括口令驗證協議PAP（Password Authentication Protocol）和挑戰握手驗證協議CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）；網絡控制協議NCP（Network Control Protocol）。在GPRS終端設備與移動服務器建立連接的過程中，LCP負責創建，維護或終止與服務器的物理連接；CHAP負責處理服務器的口令驗證；NCP負責從服務器獲得一個IP地址，和兩個DNS域名服務器地址。 GPRS終端設備與移動服務器的PPP協商的成功，標志著網絡數據連路層的建立，此后將移動的服務器設為網關，可利用TCP/IP協議訪問Internet或其他GPRS終端。這樣GPRS終端之間、GPRS終端和Internet之間的數據通道得以建立，數據即可在此通道上按需流動。
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3.4 GPRS組網方案
組網方案一，通過公共接入點CMNET接入網絡。這種組網方案使GPRS DTU的IP地址不固定，所以需要用一臺接入公網的固定IP地址的服務器，DTU上線后獲得的動態IP地址發送到服務器，建立C/S結構的點對點連接，傳送數據。
這種方案的優點是費用低。方案采用公共接入點和動態IP地址，而非專用接入點和與SIM卡綁定的固定IP地址，只需要為SIM卡開通按流量計費的GPRS CMNET服務。缺點是DTU的IP如果變動，就會出現掉線，撥號重新建立連接，重新獲取IP。另外，服務器端的安全保障工作需要全面規劃。這種方案適合對網絡安全性要求不是特別高，費用控制嚴格的應用。
組網方案二，從移動公司申請專用的APN（Access Point Name），組建專用網。申請了專用的APN后，移動公司可以為SIM卡分配固定的IP號（即DTU固定IP號）。DTU采用固定IP地址的方式接入專用網，進行數據通信。
這種方案的優點是網絡安全性高。域內的用戶只能相互訪問，服務器也與外界完全隔離，可以提供非常高的安全性。DTU的IP地址固定，也很少出現重新撥號連接的情況。本方案的缺點是費用高，要支付向移動公司租用APN的費用。
3.5 GPRS網絡主要工作流程
圖2 網絡工作流程示意圖
4 結束語
熱電廠熱用戶具有多而分散的特點，傳統的人工抄表、人工巡視繁瑣費時，還容易受到一些人為因素的影響。本文提出了一種基于GPRS的熱網遠程監測系統，可以向監控中心提供精確、及時的數據，利于熱電企業掌控生產。GPRS網絡擁有廣闊的覆蓋范圍，可以方便的接入Internet，使得數據可以在多種平臺上自由傳輸。目前，該方案在多家熱電廠得到應用，成功地實現了熱網數據的遠程采集、存儲、實時顯示、任意查詢，大大減輕了熱電企業的工作強度。
參考文獻：
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[4](美)Uyless Black.TCP/IP 及相關協議.北京:電子工業出版社,1998.
網絡監測系統范文2
作為國家重點新聞網站，同時也是大陸最大的涉藏網站，中國網的擔心并非多余。2012年2月以來，受到一系列藏人自焚事件的影響，大陸地區一些頗具人氣的藏文博客被關閉。青海湖網的藏文博客一度發出公告稱：“由于部分用戶不按照此博客宗旨發表日志，暫時關閉此博客，敬請廣大博友諒解?！?/p>
此前亦有境外媒體報道稱，著名的藏文博客網站也曾被關停，“原因是該網站發表的詩歌《哀痛》描述了發生在的自焚事件?！?/p>
目前，內地基于中文的網絡輿情監測系統已經有較為成熟的研究成果，但由于少數民族語言文字信息化處理水平整體相對滯后，監管部門尚沒有成熟的軟件系統對少數民族文字的網站進行輿情監測，于是，在一些敏感事件發生之后，不得不關閉網站以應對日益復雜的網絡輿情。
中央民族大學等機構正在進行《藏、維文網絡敏感信息自動發現和預警技術》的課題研究，或許可以從一定程度上改變這種簡單化的管理方式，也將緩解娜科等網站編輯在內容監管方面的工作壓力。
藏文、維文網站是管理重點
中國互聯網絡信中心（CNNIC）的《第28次中國互聯網絡發展狀況統計報告》顯示，截至2011年6月底，大陸網民數量已達4.85億。在公眾對中文網絡的使用越來越熟練的同時，少數民族文字網站也提上官方管理日程。
趙小兵是中央民族大學信息工程學院教授，同時擔任國家語言資源監測與研究中心少數民族語言分中心副主任。據他介紹，目前直接使用少數民族語言文字的網站并不多，主要有蒙古文、藏文、維吾爾文、哈薩克文、柯爾克孜文、朝鮮文、彝文、壯文、傣文等9個民族10種文字（傣文包含新傣文和老傣文兩種文字）。根據該中心2011年的調查，大陸少數民族語言文字的網站總量在389個左右，其中維吾爾文網站175個、藏文網站109個。
1999年12月，世界首家藏文網站在西北民族學院建立，此后藏文網頁的數量不斷增長，大量的藏文論壇和藏文博客涌現出來。藏文網站從2009年的45個發展到2012年的130個。與全國網民增長速度相比，藏族網民的增速較為突出，增幅達86%，遠遠高于全國平均增長速度。
網絡的普及正在改變藏族民眾的生活方式。一些藏傳佛教寺廟里的佛學院也為修行的學僧開設了計算機課程，學習打字、排版和網頁設計等內容，并將推出自己的網站?？紤]到民眾使用藏語文的習慣，也―直致力于藏語言文字與現代化的信息技術同步發展的研究。早在1997年，藏文字符計算機編碼就成為中國第一個具有國際標準、獲得全球信息高速公路通行證的少數民族文字。
1998年，新疆誕生了第一個維文網站――塔克拉瑪干，經過十幾年的發展，維吾爾文網站也形成了一定的規模。但是2009年烏魯木齊市發生“7.5”燒嚴重暴力事件之后，新疆網站數量明顯下降。原因是新疆維吾爾自治區通信管理局對全區已備案網站主體信息進行人工電話核查，從7月到12月，依據《非經營性互聯網信息服務備案管理辦法》注銷了包括中文和維文網站在內的4966家網站備案。
輿情監測的現實困境
少數民族網站在境內蓬勃發展的同時，境外網站數量也有顯著增加。2008年“3?14”事件發生之后，《環球時報》引述外媒的報道稱，在過去幾年內，有大量宣揚“”的網站和網頁出現，“‘流亡政府’已將互聯網當做了一個強有力的吸引藏人對抗中國的武器。”
一年之后，新疆烏魯木齊“7?5”事件讓官方再次注意到互聯網的作用?！??5”事件發生之前，有些維文網站大批轉載廣東韶關旭日玩具廠“6?26”聚眾斗毆事件，利用網絡論壇進行造謠煽動，直到7月4日晚，一些網民在QQ群、維吾爾文論壇和個人空間發帖，響應“世維會”在境外組織的游行示威。大陸學者撰文稱，“從‘7?5’事件我們認識到，維吾爾文個人網站已經成為輿情的重要窗口?！薄澳壳坝行┚S吾爾文個人網站論壇轉載境外信息，報道不實消息，在一定范圍內造成了惡劣的影響。維文新聞信息，特別是時政類信息的宣傳存在著極大的安全隱患?！?2006年6月27日，拉薩，一位年輕的喇嘛在網吧使用互聯網。
其后，隨著越來越多的少數民族運用本民族的文字，通過互聯網來表達自己的情緒、態度、意見及要求，形成了少數民族地區的網絡輿情。許多研究機構和市場主體聲稱，他們可以為客戶提供這類網絡輿情的監測服務：其輿情監控系統可在短時間內實現對新聞、論壇、博客、貼吧等各類網絡信息進行匯集、分類、整合、篩選，也可對定制關鍵詞的相關主題進行實時監測，全面分析網絡輿隋發展趨勢，提供基于網絡輿情監測的決策參考和風險預警。
但政府部門對網絡中藏文輿隋監控尚處于傳統的人工方式，人民網輿情監測室盡管能夠提供蒙古、藏、維吾爾、哈薩克、朝鮮等少數民族語言的輿情報告但也是通過人工檢索進行分析，與中文輿情報告相比，欠缺科學的分析工具。
一些商業機構如谷尼國際軟件公司，也開發了“谷尼互聯網輿情監控系統（多語言版）”，支持維文、斯拉夫維文、拉丁維文的輿情服務。中科點擊科技有限公司生產的“軍犬網絡輿情監測系統”，也聲稱“可有效監控藏文、維吾爾文、蒙古文、彝文、朝鮮文等少數民族語言輿情信息”。
谷尼國際軟件公司副總鄒鴻強告訴記者，針對少數民族語言輿情監測需求，在“3?14”事件和“7?5”事件后明顯增多，客戶不僅有宣傳部門，還有公安機關和安全部門。
但是，谷尼國際軟件公司提供的少數民族語言監測服務，目前僅能實現定向采集與全網搜索這兩種監測方式，至于中文輿情監測中的內容情感分析、主題詞自動提取、全文檢索等服務則無法實現，主要原因是“沒有少數民族語言的相關詞庫和知識庫?！边@些都有賴于相關學術機構提供基礎性的研究成果。
預警敏感信息
目前大陸開展少數民族信息處理研究的學術機構并不多，主要集中在中央民族大學、新疆大學、大學、內蒙古大學、西北民族大學、青海師范大學和中國社會科學院等高等院校和科研機構。隨著少數民族網絡輿情監控系統的應用需求越來越強烈，大陸近年來明顯加強了這方面的研究投入。
中央民族大學承擔的“藏、維文網絡敏感信息自動發現和預警技術研究”課題，獲得了國家民委的資助;西北民族大學中國民族信息技術研究院也開展了相關研究，其研究論文《基于藏文網頁的網絡輿情監控系統研究》獲得了國家863項目“多語言基礎資源庫研制和共享”的基金資助。
趙小兵介紹說：“藏文信息處理技術的發展與中英文相比具有一定的滯后性，存在著編碼方式不統一、藏文分詞技術不成熟等問題，這樣將對敏感詞的監控以及話題的發現與跟蹤造成極大的困難，很大程度上影響輿情監控的質量?！?/p>
中央民大學信息工程學院副教授閆曉東是“藏、維文網絡敏感信息自動發現和預警技術研究”課題負責人。她告訴記者，該項目到2013年結項，預期目的是能夠針對各類敏感信息，提出不同級別的預警方案，“目前能做到敏感詞的自動發現和跟蹤?！?/p>
趙小兵補充說，如果僅僅依靠關鍵詞匹配的方式進行網站管理，發現敏感詞就進行過濾的話，非常容易產生誤判，也會帶來負面效果?！吧贁得褡逭Z言本身的含義非常豐富，它有很多同義詞，一個所謂的敏感詞放在一句話中也許表達的意思可能并不敏感，同樣，一個非敏感詞恰恰可以用來表達敏感的意思。這種語言的多義勝與復雜性要求我們的檢測軟件更加智能，能夠從詞語的深層含義去判斷它是否敏感，而不是簡單地抓出一個表面形式上的詞。這就要求我們的管理者不能將管理簡單化，一定要人性化、智能化?！?/p>
西北民族大學研發的輿情監控系統目前據稱可以“對藏文網頁的‘敏感點’進行監控以及對‘熱點’實現預警，有效地解決政府部門以傳統人工方式對藏文進行輿情監測的實施難題，為政府掌握藏族地區的輿情狀況以及網絡文化安全作出貢獻?！?/p>
另據記者了解，公安部門也在開發一套藏文輿情監測系統，其目的是掌握境內外藏文網絡輿隋，從源頭上了解境外“”（敵對勢力、民族分裂勢力和暴力恐怖勢力）的最新動向，在應對其可能對境內造成的影響時把握主動權。該軟件目前已經在公安系統內部測試使用。
由于現有技術手段不夠成熟，內地少數民族文字網站普遍面臨較大的監管壓力，對于用戶創造內容的博客和微博業務，一般不會輕易涉足。即使開通了這一業務，也都采用先審核后的辦法，以應對可能出現的內容風險。
網絡監測系統范文3
關鍵詞：SNMP；SYSLOG；NAQ；UDP-jitter
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）28-0020-03
1 概述
目前，我國檢察機關已建成覆蓋從最高檢到區縣級層檢察院的專線網絡，并建立了大量應用系統，如電子郵件、內網網站、網上辦公、網上辦案等。但由于檢察院信息化平臺沒有統一的架構，各業務系統之間的連接不緊密，沒有統一的管理系統和監測系統，檢察業務的連續性存在潛在威脅，響應速度滯后。2014年，檢察系統統一業務軟件正式運行后，大部分業務均需網上辦理，這就對網絡和整個硬件平臺的穩定性提出了很高的要求。因此，對網絡實施不間斷的智能監控，實時監測網絡上各類設備的運行狀態，對可能影響網絡穩定的隱患提早發現、提早解決變得尤為重要。目前，檢察系統的信息化硬件設備不僅會有多廠家多品牌設備共存的情況，而且會擁有數量眾多的網絡設備、存儲、服務器、安全設備等，統一的網絡監測系統在進行設計時，如何對各類設備的數據的進行采集和分析則是一大重點。
本文將分析最廣泛適應的數據采集手段，規劃數據采集范圍，并提供數據分析的基本方法，完成監測系統的數據采集與分析的功能設計。
2 數據采集的基本方法
目前，對各類網絡設備、服務器等硬件設備的信息進行采集主要遵循了SNMP和Syslog協議。SNMP協議主要用于收集各類設備管理信息庫（MIB）中的信息，Syslog協議主要用于收集設備的運行日志信息。
2.1 SNMP協議原理
簡單網絡管理協議（SNMP）是管理進程和進程之間的通信協議，由一組網絡管理的標準組成，包含應用層協議、數據庫模型和資源對象。網絡管理包含兩個部分：被管網絡單元（也叫被管設備）和網絡管理站（也叫管理進程，manager）。被管設備端與網絡管理站通訊的程序被稱為程序（agent）或進程。一般來說，管理進程和進程之間的通信為兩種方式。一種是管理進程主動向進程發出請求，詢問一個具體的參數值或修改某一個具體的參數值，這種方式一般由管理方自主設定通訊的時間間隔。另一種方式是進程主動向管理進程報告有重要事情的發生，這種方式被稱為被動式，通訊的時間間隔不定[1]?；赟NMP協議的網絡管理模型如下：
上圖中，NMS是網絡管理站，MIB是所有進程包含的，且能夠被管理進程進行查詢和設置的信息的集合，其包含一套所有設備通用的結構和表示符號（SMI）。網絡管理站通過SNMP協議與設備上的進程通信，以完成對MIB的讀取和修改操作，從而實現對網絡設備上的監控與管理功能。SNMP是網絡管理站與設備之間通信的載體，通過其定義的PDU（協議數據單元）來完成信息的交換。進程的主要工作包括與NMS通信（接受NMS的信息，報告特殊事件Trap）、監控設備的各項參數并對設備的MIB庫進行維護。而設備的MIB庫信息類別一般由設備廠商指定。
2.2 Syslog協議原理
Syslog是一種工業標準的協議，用于記錄設備的日志，一般用在嵌入式系統中。路由器、交換機等網絡設備的系統日志一般記錄系統中任何時間發生的大小事件。管理者可以通過查看系統日志隨時掌握系統狀況，其可記錄的事件類別也必須由設備廠商預先定義好。在嵌入式系統里，可被syslog協議記錄的事件可以被記錄到不同的文件，還可以通過網絡實現機器之間的信息傳遞[2]。Syslog協議提供了一個傳遞方式，允許一個設備通過網絡把事件信息傳遞給事件信息接受者（也稱之為日志服務器）。Syslog協議的發送者和接受者之間不要求有嚴格的相互協調。目前，幾乎所有的網絡設備都可以通過syslog 協議將日志信息以發送UDP數據包的方式傳送到遠端日志服務器，遠端日志服務器通過監聽UDP 514端口來接收日志，并且根據syslog.conf中的配置來處理本機和接收訪問系統的日志信息，通過篩選后把指定的事件寫入檔案中，供后臺數據庫管理之用。Syslog協議存在不足之處，由于syslog是以UDP方式傳送，當網絡狀態不穩定時，某些日志消息可能會丟失。在網絡設備崩潰的情況下，難以將有用的信息發送到syslog服務器上，這對于排除故障難以起到指引作用。
由于大多數網絡設備、安全設備以及服務器均支持SNMP協議，而各類設備的MIB庫中存放的數據信息也比設備日志信息完善不少。因此，在進行檢察系統網絡監測系統設計時，在數據采集手段方面，本文建議以SNMP為主，Syslog協議為輔的方法。
3 所需采集的數據類型
數據采集的類型與范圍直接決定了監測系統所能發揮的功能，因此應盡可能地多采集數據，以便進行綜合全面地分析，得出最準確的結論。目前，架設在檢察專線網上的設備有網絡設備、安全設備、服務器、存儲設備、視頻設備等，設備類型多樣且品牌型號均不一致，但一般均有MIB或日志信息庫。下面，本文按設備分類，給出網絡上運行的四大類主要設備的數據采集的基本范圍。
1）網絡設備：網絡設備的信息收集是所有設備中最重要的，因為網絡的穩定是整個監測系統發揮作用的基石。若網絡發送中斷，則整個監測系統面臨失效的風險。網絡設備中最重要的信息為性能狀態信息（如CPU、內存、緩存狀態信息等）、設備告警信息、路由信息、網絡拓撲信息和接口狀態信息（如接口速率、丟包率、錯誤包率、廣播包率等），考慮到網絡設備本身的硬件故障率很小，絕大部分網絡故障是由于網絡結構發生變化或因病毒等原因導致數據風暴造成數據阻塞所致，因此路由信息、網絡拓撲信息和接口狀態信息的收集尤為重要，這三類信息是判定絕大多數網絡故障所必需的。其次，設備的運行日志信息、所有者信息、配置文件信息、鏈路管理信息、IP地址等也應一并收集。
2）服務器、存儲設備：服務器和存儲設備一般用于承載應用系統，其穩定的運行是應用系統不癱瘓的重要保障。由于這類設備的監測目的主要是保障其穩定運行，因此主要應收集性能狀態信息（如CPU、內存、緩存狀態信息等）、設備告警信息、IP地址、硬盤Smart信息、設備運行日志信息、設備所有者信息這幾類。
3）安全設備：安全設備監測的主要目的是為了查找網絡安全隱患，發現潛在的漏洞和攻擊行為，因此主要應收集設備告警信息、配置文件信息、安全防護日志、IP地址這幾類。其接口狀態信息、性能狀態信息（如CPU、內存、緩存狀態信息等）、網絡拓撲信息、設備運行日志信息、設備所有者信息也可一并收集用于輔助判斷。
4）視頻設備：在檢察系統，視頻會議的保障一般都較為重要，因此也要做好視頻設備的運行監測。其監測的目的是為了防止設備突然崩潰導致會議中斷，所以主要應收集設備告警信息、性能狀態信息（如CPU、內存、緩存狀態信息等）、設備運行日志信息、IP地址、設備所有者信息、接口狀態信息（如接口速率、丟包率、錯誤包率、廣播包率等）這幾類。
本文認為，檢察系統的網絡監測系統應該至少能采集到四大類設備的以上信息，才可能保證全面地獲取系統監測和分析所需的數據。
4 數據的分析方法
監測系統除了收集數據還必須能根據在所收集的數據對網絡及各類設備的實時性能進行仔細評估，從而預判系統存在的風險。尤其在視頻會議過程中，網絡的丟包、抖動、延時均能明顯影響到視頻會議的音視頻效果。監測系統可通過在會議前和會議中收集網絡設備上的各項性能指標了解網絡的健康情況，對可能出現的風險進行預判。網絡監控主要的內容為網絡可靠性、延遲、抖動和帶寬等方面。一般來說，網絡性能監測按采集流量數據的方法可以分為主動（Active）方式和被動（Passive）方式。主動方式是指管理方主動發數據包探測網絡設備的運行情況，從反饋結果中分析網絡的現有性能來得到需要的信息。被動方式是指管理方被動地采集網絡中現有的標志性數據以分析網絡設備的運行情況。主動方式由于是管理方主動發起，因此具備實時性，而且不受管理權限、范圍的限制，但會對網絡性能造成影響。被動方式實時性差，一般需要得到被管理設備的管理權限，但一般不會對網絡性能造成影響。以下分別對這兩種方式進行簡要說明：
4.1 被動方式
這種方式下，監測系統一般通過分析各類設備MIB II庫中的信息來了解網絡及設備的性能情況。MIB II庫中，網絡設備的管理信息庫共包括9大類信息，對網絡性能的監控需要采集所有網絡設備MIB庫中的接口組、IP組、TCP組、UDP組的數據。并結合相關公式計算出所需要的實時和歷史數據性能指標值，比如接口速率、丟包率、錯誤率、轉發率等。如在MIB庫的接口組，監測系統可以根據以下采集的內容對設備當前接口的狀態進行判斷：
1）ifType（OID為.1.3.6.1.2.1.2.2.1.3）：用于定義接口的類型。
2）iMftu（OID為.1.3.6.1.2.1.2.2.1.4）： 用于定義在該接口上可發送或接受的最大包的大小。太小的MTU值會導致網絡和設備效率低下。
3）ifSpeed（OID為.1.3.6.1.2.1.2.2.1.5）： 用于定義傳輸速率，單位為位/s。
4）ifInOctets（OID為.1.3.6.1.2.1.2.2.1.10）： 用于定義在接口處收到的總字節數。
5）ifIndiscards（OID為.1.3.6.1.2.1.2.2.1.13）： 用于定義由于資源緊張導致丟棄包的數目。如果一個接口的包丟棄率較高，則表示該設備存在擁塞問題。
6）ifInErrors（OID為.1.3.6.1.2.1.2.2.1.14）： 用于定義由于出錯而導致丟棄的接受包的數目。錯誤率較高時表示存在接收器問題或壞線路問題。
7）ifOutOctests（OID為.1.3.6.1.2.1.2.2.1.16）： 用于定義從該接口上發送的字節總數。
8）ifOutDiscards（OID為.1.3.6.1.2.1.2.2.1.19）： 用于定義由于資源局限而導致丟棄的發出包的總數。高丟包率表示需要為該口分配更多的緩沖區空間。
9）ifOutErrors（OID為.1.3.6.1.2.1.2.2.1.20）： 用于定義由于出錯而導致丟棄的發出包的總數目。高出錯率表示存在硬件問題。
通過采集以上幾組數據，可以大致分析出以下幾類結果：
1）收集不同時間段網絡接口的ifSpeed數據可以判斷該接口連接的傳輸鏈路是否出現抖動；
2）計算ifOutDiscards除以ifOutOctests的值可得出該接口的發送數據丟包率，計算ifOutErrors除以ifOutOctests的值可得出該接口的發送數據錯誤率；
3）計算ifIndiscards除以ifInOctets的值可得出該接口的發送數據丟包率，計算ifInErrors除以ifInOctets的值可得出該接口的發送數據錯誤率；
4）通過ifSpeed、ifInOctets、ifOutOctests數據以及傳輸帶寬可以計算出當前的帶寬利用率。
4.2 主動方式
監測系統可采取NQA測試的方式來測試網絡目前的性能狀態。網絡質量分析 （Network Quality Analyzer，NQA）是一種實時的網絡性能探測和統計技術，可以對網絡的響應時間、抖動、丟包率等信息進行統計。NQA一般通過發送測試報文來對網絡性能或服務質量進行分析，進而為用戶提供網絡性能參數，如HTTP的總時延、抖動時延、DHCP響應時延、FTP連接時延、TCP連接時延和文件傳輸速率等[3]。利用NQA的測試結果，可以及時了解網絡的性能狀況，對網絡故障進行診斷和定位，然后針對不同的情況進行相應的處理。NQA包括ICMP-echo、UDP-echo、UDP-jitter、Voice測試以及TCP測試等多種測試機制。而UDP-jitter則是探測網絡狀況，監視實時性業務服務質量的重要手段。在UDP-jitter測試中抖動 （Jitter）和單向延遲定義如下圖所示，T1為A發送報文Packet1的發送時間，T2為報文Packet1的接收時間（這里將處理報文的時間忽略），T3為接收B所發出的響應報文的時間，T4、T5、T6的定義以此類推。
Jitter測試中，A端以固定的時間間隔向B端發送指定數量的UDP報文。每次探測發送的Jitter報文的數量和發送頻率A端都可以根據自己的需要進行設置。假設一次Jitter探測發送了10個UDP報文，可以得到的探測結果有以下幾點：
1）報文往返時延RTD（Round-Trip Delay）：Packet1的往返時延RTD1 = T3 - T1；
2）報文單向時延OWD（One-Way Delay）（這種測試需要A和B之間首先進行時鐘同步）：SD（源地址到目的地址）、DS（目的地址到源地址）
Packet1：SD-Delay1=T2-T1，DS-Delay1=T3-T2；
Packet2：SD-Delay2=T5-T4，DS-Delay2=T6-T5；
3）網絡抖動Jitter：
SD方向：SD Jitter1=（T5-T4）-（T2-T1）；
DS方向：DS Jitter1=（T6-T5）-（T3-T2）；
由此可見，如果成功收到的回應報文數為10，則計算得到的Jitter抖動數應該為9，UDP-jitter即可對這些統計值計算出抖動的最值、方差等做計算統計，從而了解到網絡狀況[4]。
不論是采取哪種方式采集數據，均應設置合理的數據采集周期以及數據分析函數，對某一時間段內的所有數據進行綜合分析來進行判斷，不可能只針對某一時刻所采集的數據進行分析。因此，數據采集周期和分析函數的確定將直接關系到數據分析的準確性和及時性。采集周期過大可能會導致無法及時地反映網絡的實時狀態，采集周期過小則會增加大大網絡的負擔、浪費網絡資源。采用何種函數對所采集的數據進行分析也直接決定了監測系統的準確性。主動方式與被動方式各有其優缺點。主動方式和被動方式也都有其各自的用途。對于不同的參數、不同的目的，可采取不同的方式進行分析。對端到端的時延，丟包，時延變化等參數進行分析比較適合使用主動方式，而對于路徑吞吐量等流量參數分析來說被動方式則更適合。
在檢察機關網絡監測系統中，可采取主動與被動結合的方式對網絡進行監測，在不對網絡性能造成較大影響的情況下，力求做到監測信息的及時、準確。
5 總結
本文概括了目前在網絡性能監測方面的發展、技術和理論。根據檢察系統的網絡現狀，描述了網絡監測系統在設計時可采取的數據采集手段，劃定了大致的數據采集范圍，并給出了數據分析的兩種基本方法與設計原則。在進行檢察系統網絡監測系統設計時，本文具有現實的指導意義。
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網絡監測系統范文4
關鍵詞：甲烷 監測 無線傳感器網絡 節點
中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）01-0076-02
1 引言
我國煤炭資源豐富，但是煤炭開采卻面臨諸多困難，近年全國各地煤炭瓦斯事故不斷發生，如何準確有效的監測瓦斯濃度成為煤炭安全生產的主要問題。本文主要對當前瓦斯氣體監測有線方式布線難，檢測效率不高、無人值守、檢測設備攜帶不方便等問題，提出了設計基于無線傳感器網絡煤礦瓦斯氣體監測系統。
2 傳感器結點硬件電路的設計
傳感器結點電路的設計主要包括兩類結點的設計，分別是移動結點和固定結點。移動傳感器結點負責現場的信息感知，并將現場的信息通過自組網的方式傳送到所在簇的簇頭。移動結點是根據通信空間的關系或者地理位置的不同分成若干個簇，每個簇以固定結點為簇頭，簇頭作為路由將信息實時的傳送到地面監控中心的網關服務器部分，然后網關服務器將再將接收到的信息傳送給瓦斯監控平臺，經過處理后實時顯示監測區域的瓦斯濃度。圖2為節點關系圖。
2.1 移動節點與固定節點硬件組成結構
移動節點結構主要由四部分組成：傳感器模塊、無線通信模塊、控制器模塊和電源模塊。圖3為傳感器移動節點模塊結構圖。
考慮系統的性能要求及性價比我們選擇加密性強、運行速度快、抗干擾能力超強（高抗靜電ESD保護、EFI測試輕松過2KV/4KV快速脈沖干擾、寬電壓，不怕電源抖動、款溫度范圍、芯片電源經過特殊處理）、超低功耗的STC12C5A60S2單片機芯片，無線通訊模塊我們這里采用射頻芯片nRF905，該芯片廣泛應用的射頻收發通訊中。
對于固定結點是傳感器結點匯聚信息的紐帶，在設計中使用了和移動節點一樣的硬件結構，唯一不同的是固定結點中的匯聚結點增加了RS-485接口通信，便于與地面進行有線通信。
3 瓦斯數據采集軟件的設計
瓦斯傳感器結點需要實時采集監測區域瓦斯的濃度，然后將采集的數據信息進行相應的處理后，使其構成無線傳感器網絡，并將數據信息傳輸到監控和管理系統。
在井下監控區域內需要建立合適的無線傳感器網絡系統，按照功能可分為瓦斯數據采集和瓦斯數據傳輸兩個模塊。瓦斯數據采集模塊中又包含了瓦斯數據采集和處理。瓦斯數據采集模塊流程圖如圖5-6所示。
瓦斯信息采集后還需要瓦斯處理，瓦斯數據處理流程圖如下。
4 瓦斯數據傳輸模塊軟件的設計
瓦斯數據傳輸模塊主要負責通過控制模塊處理后進行數據通信。通信設備有兩部分組成，一部分是發射器，一部分是接收器。圖7為傳輸模塊流程圖。
5 網絡的建立與新結點入網
在自組織的無線傳感器網絡中，網絡的性能主要依賴于拓撲控制。如何有效的滿足網絡覆蓋和連通度，去除結點不需要的通信鏈路，是傳感器網絡拓撲控制的主要目的，這樣可以形成一個數據轉發的優化的網絡結構，最終延長網絡的生存周期。一個好的拓撲結構可以增加路由協議和MAC協議的傳輸效率。本設計是運用層次型無線傳感器網絡的拓撲控制，依據分簇的方法形成一個處理并轉發數據的網絡。在網絡的形成階段，首先需要協調器建立一個網絡，然后固定結點和移動結點分別加入到網絡中，對于無線傳感器網絡，有許多的信道可以供使用，為了減少網絡的建立時間可設計監測系統在一個固定的信道上，如果在一個監測區內需要多個無線傳感器網絡，則可以將它們固定在不同的信道上，這樣可以減少網絡間的相互干擾。建網過程開始后，固定結點首先要對能量進行掃描，通過掃描協調器可以獲得所規定信道內無線信號的哪些能量高哪些能量低，以便查得能量峰值，如果預期設定的可接受標準低于能量峰值，協調器會繼續進行能量掃描，一直到該信道上能量峰值滿足要求為止，如果能力掃描結果可以接受，固定結點為即將建立的網絡選擇一個網絡ID作為它的唯一標識。
網絡建立起后，便可以接受未入網的新結點加入到網絡，新結點首先會在提前設定好的一個信道撒花姑娘進行一個固定時間的主動掃描。在掃描國產中，新結點將向網絡中的所有結點廣播信標請求信息，協調器和已入網的結點收到這個信息后會向該結點發送自己的信標幀，因此在網絡連通狀況良好的情況下，新結點將會收到很多個信標信息。掃描結束后，新結點將會選擇與信標中標識允許連接的網絡結點進行連接，如果多個網絡結點允許連接，那么新結點會按照所收到信標幀的順序來選擇靠前的結點連接。如果主動掃描結束后，新結點沒有收到任何一個信標幀，則新結點會重復主動掃描過程，直到發現可以連接的網絡結點為止。為了使結點可以獲取網絡中鄰居結點的信息，便于數據傳輸，設計每個結點都維護一個記錄了該鄰居結點信息的鄰居表，對于每一個新結點，其鄰居表初始值為空，一旦新結點進入到網絡，它將會把信標信息保存到鄰居表中，并將鄰居表中的做出記錄，之后新結點將會向網絡中結點發送請求加入信息，該信息包括了結點類型信息，網絡中結點收到這個信息后，如果允許該結點加入，則會為該結點分配相應的網絡地址，并將信息存入到鄰接表中，然后網絡中的結點向新加入的結點發送應答信息，包括網絡ID、給該結點分配的網絡地址等相關參數信息，新結點收到這個應答信息后，記錄其中的內容，這樣就完成了新結點入網的過程。
6 結語
最后通過傳感器節點的軟硬件設計，在實驗室及走廊取三個傳感器節點進行了實驗，通過數據結果分析，效果良好。為以后實時運用的煤礦生產現場奠定了基礎。
參考文獻
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網絡監測系統范文5
關鍵詞：RSSI測距；無線傳感器網絡；室內定位；ZigBee
無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）由大量成本低廉的傳感器節點以無線通信的方式組建而成，各網絡節點可獨立進行數據采集、處理和傳輸。無線傳感器網絡由于其網絡組織形式靈活、節點分布范圍廣泛、組網成本較低的特點，在醫療監控、環境檢測、國防軍事等領域得到廣泛應用。因此無線傳感器網絡可以為定位系統的構建提供良好的硬件基礎和實現條件。
無線傳感器網絡定位技術按照測量原理可劃分為基于測距和無需測距兩類[1]，其中基于測距的WSN定位方法（如toa，aoa，tdoa）一般需要裝設用于精確測量信號來源方向或信號接收時間的裝置[2-3]，定位精度相對較高，但存在節點體積大、網絡造價高等不足[4]。通過檢測接收信號強度指示（Received Signal Strength Indicator， RSSI）實施距離估計[5]。由于RSSI測距技術無需額外添置測距設備，實現原理簡單，具有節點體積小、功耗低、成本低廉的優點，適用于運算性能與硬件功耗受限的無線傳感器定位網絡[6]。
1 測距原理與硬件設計
1.1 RSSI測距原理
RSSI測距技術通過檢測接收信號強度指示實施距離估計，利用經過校準的理論模型或經驗公式，將信號強度值轉化為節點間距離，并通過位置解算實現目標定位[7]?；赗SSI測距的無線傳感器網絡定位系統通常采用傳統的對數距離路徑損耗模型[8]，其模型參數一般用經驗值代替，其表達式如下：
（1）
式中d為收發節點之間的距離，p（d）為收發節點之間的信號強度損耗值，d0為信號強度參考點，p（d0）為參考點的信號損耗值，n為與環境因素相關的路徑損耗因子；xσ為服從正態分布的誤差修正項，有xσ～n（0，σ2）。設發射節點的傳輸功率為pt，則接收節點處信號強度可用下式計算：
（2）
根據理論分析，在自由空間中傳播的ism頻段（2.4 GHz）無線信號隨著距離增加，大致呈對數規律衰減。在信號源附近區域信號衰減迅速，信號強度因測量誤差或環境隨機干擾造成的偏差經過測距換算后，將產生明顯誤差。在遠離信號源區域信號衰減趨勢平緩，信號強度幾乎無法反映距離特征。因此定位網絡各節點之間的間距不宜過大或過小。
1.2 節點硬件設計
無線傳感器網絡由協調器（coordinator）、路由器（router）、終端節點（end node）組成，采用自組織的方式組建無線傳感網絡，其中協調器是網絡的核心，負責網絡的初始組建和運行監督。按照節點位置信息的獲取方式可將定位網絡節點分為盲節點（blind nodes）和錨節點（anchor nodes）兩類，基于RSSI測距定位網絡的主要功能就是根據已知的錨節點位置坐標和節點間距，推算出待求的盲節點坐標。
各節點的硬件電路由微處理器核心、人機交互模塊、超聲波測距模塊和電源模塊組成，硬件結構如圖1所示。其中微處理器核心采用ti公司CC2530芯片，外接32.768 kHz晶振，與單根豎直放置的3 dbi全向天線配套使用，其片上的無線傳輸模塊最大發射功率可達4.5 dbm。微處理器核心利用ZigBee協議（ieee 802.15.4）建立射頻通訊，選擇合適信道與周圍節點建立低功耗、短距離無線通信網絡。
節點電路采用兩節18650鋰離子電池串聯供電，經電源管理模塊穩壓后向其余各部分電路提供持續的3.3V和5V直流穩壓電源。人機交互模塊由lcd液晶屏、蜂鳴器、按鍵等組成（見圖2），用于指示電源狀態、顯示提示信息。系統將通過lcd屏幕實時展示裝置的運行狀況，向用戶適時發出操作提示信號。用戶也可通過按鍵調整節點裝置的參數設置，保證人機交互的準確性和高效性。
超聲波測距模塊采用RB-URF02型超聲波傳感器，通過超聲波遇障回傳的時間差間接測得距離，具有精度高、能耗小、成本低的優點，可實現視距范圍內的精確測距。微處理器接收到超聲波測距模塊回傳的響應信號后，經過換算后獲知兩節點間的距離，其測量結果將作為兩節點間的實際距離供信號校準參考。
2 校柿鞒逃肴砑設計
2.1 節點定位流程
本文設計實現的網絡節點定位程序采用iar embedded workbench for8051編寫，各節點接收信號的強度由cc2530內置的射頻通訊模塊測出，RSSI數值從z-stack協議棧中的結構體afincomingmsgpacket_t中取出。定位網絡中各節點依據表1中所列流程實現實時定位。
表1 節點定位流程
節點定位流程
1. 各節點加入WSN網絡。
2. 用戶在上位機監測程序中標記各節點坐標、類型。
3. 對當前環境進行模型參數校準。
4.盲節點廣播自身設備編號值，各錨節點接收信號的同時提取RSSI數值，取5次連續測量的RSSI數值，并對測量結果作均值濾波處理。
5.各節點的RSSI數據上傳至上位機監控程序匯總并解算盲節點坐標。
6.如果接收到上位機監控程序的參數校驗指令則返回步驟3，重新校準模型參數；否則返回步驟4，實時更新各盲節點的位置坐標。
錨節點坐標、節點間距與盲節點坐標之間滿足下列關系
（3）
式中（x，y）為盲節點坐標，網絡中n個錨節點坐標為（xi，yi），di為i號錨節點與盲節點之間的距離。根據3邊定位原理，每個盲節點至少需要獲得與3個錨節點之間的節點間距才能確定其坐標信息[9]。為便于求解，將上述非線性方程組轉化為線性方程組
（4）
（5）
（6）
上位機監控程序接收到各節點上傳的RSSI數據后，可用下式求取方程組的最小二乘解，獲得盲節點的坐標參數。
（7）
2.2 參數校準流程
由于無線信號在密閉空間內存在多徑傳播、非視距傳播、小尺度衰落等因素，在室內空間、山體涵洞等實際應用場景中，理論模型的估算結果存在嚴重偏差，難以獲得較高的測距精度[10]。為了減小環境因素對距離估算結果的影響，提高系統測距精度和定位性能，需對模型參數進行實地校準和現場修正，使模型能準確反映實際應用場景中的信號傳輸特性，從而確保定位系統能在各類環境中獲得較高的測算精度。
本文利用節點硬件電路上，設計了模型參數校準流程（見表2）。選定距離信號源2.5～5 m范圍作為校準距離區段，以0.5 m為間隔均勻取點，定義校準距離序列為{2.5，3.0，3.5，4.5，5.0}（單位：m）。
表2 模型參數校準流程
模型參數校準流程
1. 選定參與模型參數校準的節點組合，確定其設備編號和mac地址。
2. 從校準距離序列中取出本輪循環的校準距離值。
3. 用戶手持校準裝置，朝著遠離目標節點的方向緩慢移動，調整兩節點之間的間距。期間超聲波測距模塊持續開啟，不斷測量目標節點和校準裝置之間的實際距離。
4.判斷超聲波測得的實際距離與預設的測距距離偏差是否大于閾值，如果偏差較大滿足，則進一步判斷其偏差類型。若實際距離偏小，滿足，則亮起遠離指示燈，蜂鳴器鳴響，提醒用戶增大兩節點間距離；否則亮起靠近指示燈，直至實際距離與預設距離的偏差滿足精度要求。
5.測量20次當前位置的RSSI值，取其平均值，保存測量結果。
6. 如果校準序列中尚有未測量RSSI值的位置點，則返回步驟2。
7.將各次測量所得的RSSI值，上傳至上位機或網絡協調器節點進行模型參數解算，并由協調器節點在定位網絡中分發，算法結束。
完成校準工作流程后，其校準結果將通過射頻收發模塊向WSN定位網絡中的協調器節點發送處理結果，及時調整衰減模型參數，使最新模型參數立即在定位網絡中得到應用。校準流程可由用戶根據環境參數變化手動執行，也可由上位機監控程序自動定時觸發，以便及時提高定位系統的測距精度和定位性能。
2.3 監測界面設計
為了簡化WSN定位網絡的管理流程，便于用戶在特定應用空間內架設基于RSSI測距的WSN定位系統，本文采用Microsoft Visual c# 2015 寫上位機監控程序，軟件界面如圖3所示。監控程序提供可視化圖形界面，通過串口協議與網絡中各節點建立無線通信，向用戶提供運行數據實時顯示、測距模型參數管理、節點信息設置、實時位置解算等功能，以提高網絡管理操作的便捷性。
當用戶需要組建WSN定位網絡時，首先應通過設置窗口設置串口通信參數，建立協調器節點與計算機之間的通訊連接。通訊連接建立后，可在上位機程序中為各網絡節點分配設備編號，為各節點逐一選擇節點類型，并為錨節點登記位置坐標。各定位節點的RSSI測距模型在初始化時使用默認參數，用戶可根據環境需要觸發校準流程獲得更準確的模型參數，提高系統定位精度。
WSN定位網絡啟動后，終端節點在本機測量RSSI數值，通過射頻通訊與協調器節點建立聯系，將測量數據上傳至上位機進行匯總分析和實時換算，并將盲節點的位置坐標解算結果實時顯示，在平面圖上標注出區域內各節點的位置信息。用戶可在界面左上方的“實時數據”區域觀察當前網絡中各節點的運行數據，當應用環境發生變化后可以執行校準操作，重新校準該節點的測距模型參數，降低因環境因素造成的定位誤差。
網絡監測系統范文6
【關鍵詞】無線傳感器網絡 ZigBee IEEE 802.15.4 能源管理 數據融合
近年來，隨著無線傳感器網絡技術的迅猛發展，以及人們對于環境保護和環境監督提出的更高要求，越來越多的企業和機構都致力于在環境監測系統中應用無線傳感器網絡技術的研究。通過在監測區域內布署大量的廉價微型傳感器節點，經由無線通信方式形成一個多跳的網絡系統，從而實現網絡覆蓋區域內感知對象的信息的采集量化、處理融合和傳輸應用。無線傳感器網絡技術是應用性非常強的技術，它在當前我國環境監測系統中的應用潛力是巨大的。
一、無線傳感器網絡和ZigBee
無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器結點通過無線通信技術自組織構成的網絡系統。人們可以通過傳感器網絡直接感知客觀世界，在工業自動化領域，利用無線傳感器網絡技術實現遠程檢測、控制，從而極大地擴展現有網絡的功能。傳感器網絡、塑料電子學和仿生人體器官又被稱為全球未來的三大高科技產業。ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度的無線網絡技術。
二、IEEE 802.15.4/ZigBee協議
1、IEEE 802.15.4標準
IEEE標準化協會針對無線傳感器網絡需要低功耗短距離的無線通信技術為低速無線個人區域網絡（LR—WPAN）制定了IEEE 802.15.4標準。該標準把低能量消耗、低速率傳輸、低成本作為重點目標，旨在為個人或者家庭范圍內不同設備之間低速互連提供統一標準。同時ZigBee聯盟也開始推出與之相配套的網絡層及應用層的協議，目的是為了給傳感器網絡和控制系統推出一個標準的解決方案。該標準一出現短短一年多的時間內便有上百家集成電路、運營商等宣布支持IEEE 802.15.4/ZigBee，并且很快在全球自發成立了若干聯盟。IEEE 802.15.4/ZigBee協議棧結構如圖1所示。協議棧中物理層與MAC層由IEEE定義，網絡層與應用程序框架由ZigBee聯盟定義，上層應用程序由用戶自行定義。
2、ZigBee標準
ZigBee這個字源自于蜜蜂群藉由跳ZigZag形狀的舞蹈，來通知其他蜜蜂有關花粉位置等資訊，以達到彼此溝通訊息之目的，故以此作為新一代無線通訊技術之電磁干擾。因此，經過人們長期努力，zigbee協議在2003年中通過后，于2004正式問世了。
ZigBee網絡是自組織的，并能實現自我功能恢復，動態路由，自動組網，直序擴頻的方式故非常具有吸引力。節點搜索其它節點，并利用軟件“選中”某個節點后進行自動鏈接。它指定地址，提供路由表以識別已經證實的通信伙伴。
三、無線傳感器網絡技術特點
無線傳感器網絡由大量低功耗、低速率、低成本、高密度的微型節點組成，節點通過自我組織、自我愈合的方式組成網絡。區域中分散的無線傳感器節點通過自組織方式形成傳感器網絡。節點負責采集周圍的相關信息，并采用多跳方式將這些信息通過Internet或其他網絡傳遞到遠端的監控設備。
四、系統概述
環境監測應用中無線傳感器網絡屬于層次型的異構網絡結構，最底層為部署在實際監測環境中的傳感器節點。向上層依次為傳輸網絡，基站，最終連接到Internet。傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊組成，傳感器節點的體系結構如圖2所示。為獲得準確的數據，傳感器節點的部署密度往往很大，并且可能部署在若干個不相鄰的監控區域內，從而形成多個傳感器網絡。傳感器節點將感應到的數據傳送到一個網關節點，網關節點負責將傳感器節點傳來的數據經由一個傳輸網絡發送到基站上。傳輸網絡是負責協同各個傳感器網絡網關節點、綜合網關節點信息的局部網絡?；臼悄軌蚝虸nternet
相連的一臺計算機（或衛星通信站），它將傳感數據通過Internet發送到數據處理中心，同時它還具有一個本地數據庫副本以緩存最新的傳感數據。監護人員（或用戶）可以通過任意一臺連入Internet的終端訪問數據中心，或者向基站發出命令。基于無線傳感器網絡的環境監測系統適合于在煤礦、油田安全監測，溫室環境監測、環保部門的大氣監測、突發性環境事故的預測及分析、特殊污染企業的監測，生物群種的生態環境監測以及家庭、辦公室及商場空氣質量監測等領域應用。
五、系統應用特點及架構
1、系統特點
利用無線傳感器網絡實現環境監測的應用領域一般具有以下特點：
（1）無人環境、環境惡劣或超遠距離情況下信息的采集和傳送，保證系統工業級品質安全可靠。（2）生物群種對于外來因素非常敏感，人類直接進行的生態環境監控可能反而會破壞環境的完整性，包括影響生態環境中種群的習性和分布等。（3）需要較大范圍的通信覆蓋，網絡中的設備相對比較多，但僅僅用于監測或控制。（4）系統實施、運行費用要低，無需鋪設大量電纜，支持臨時性安裝，系統易于擴展和更新。（5）具有數據存儲和歸檔能力，能夠使大量的傳感數據存儲到后臺或遠程數據庫，并能夠進行離線的數據挖掘，數據分析也是系統實現中非常重要的一個方面。
2、系統架構
（1）礦井安全監控
礦井利用無線傳感器網絡實現井下安全監控的系統結構框圖如圖3所示。傳感器節點負責井下多點數據采集，主要包括CO、CO2、O2、瓦斯、風速和氣壓等參數，通過井場監控終端（基站）和地面基站傳送給后臺監控中心。后臺監護人員通過該監測系統可及時、有效、全面的掌握礦井情況，有利于礦井實施指揮調度、安全監測，從而可以有效的防止礦井事故的發生。
（2）生態環境監測
傳感器網絡在生態環境監測方面的應用非常典型。美國加州大學伯克利分校計算機系3Intel實驗室和大西洋學院（The College of the Atlantic，COA）聯合開展了一個名為“in—situ”的利用傳感器網絡監控海島生態環境的項目。該研究組在大鴨島（Great Ducklsland）上部署了由43個傳感器節點組成的傳感器網絡，節點上安裝有多種傳感器以監測海島上不同類型的數據。如使用光敏傳感器、數字溫濕度傳感器和壓力傳感器監測海燕地下巢穴的微觀環境；使用低能耗的被動紅外傳感器監測巢穴的使用情況，系統的結構框圖如圖4所不。
（3）智能家居
無線傳感器網絡還可以應用于家居中，其家用遠程環境監控系統的結構框圖如圖5所示。通過在家電和家具中嵌入傳感器節點，通過無線網絡與Internet連接在一起，用戶可以通過遠程監控系統完成對家電的遠程遙控，例如用戶可以在回家之前半小時打開空調，這樣回家的時候就可以直接享受適合的室溫，從而給用戶提供更加舒適、方便和更具人性化的智能家居環境。
六、關鍵技術研究
1、數據融合技術
環境監測應用的最終目標是對監測環境的數據采樣和數據收集。采樣頻率和精度由具體應用確定，并由控制中心向傳感器網絡發出指令。對于傳感器節點來說，需要考慮采樣數據量和能量消耗之間的折中。處于監控區域邊緣的節點由于只需要將收集的數據發送給基站，能量消耗相對較少，而靠近基站的節點由于同時還需要為邊緣節點路由數據，消耗的能量要多2個數量級左右。因此，邊緣節點必須對采集到的數據進行一定的壓縮和融合處理后再發送給基站。Intel實驗室的實驗中使用了標準的Huffman算法和Lempel—Ziv算法對原始數據進行壓縮，使得數據通信量減少了2～4個數量級。如果使用類似于GSM語音壓縮機制的有損算法進一步處理，還可以獲得更好的壓縮效果。表1表明了幾種經典壓縮算法的壓縮效果。
2、安全管理
傳統網絡中的許多安全策略和機制不再適合于無線傳感器網絡，主要表現在以下四個方面：（1）無線傳感器網絡缺乏基礎設施支持，沒有中心授權和認證機構，節點的計算能力很低，這些都使得傳統的加密和認證機制在無線傳感器網絡中難以實現，并且節點之間難以建立起信任關系；（2）有限的計算和能源資源往往需要系統對各種技術綜合考慮，以減少系統代碼的數量，如安全路由技術等；（3）無線傳感器網絡任務的協作特性和路由的局部特性使節點之間存在安全耦合，單個節點的安全泄露必然威脅網絡的安全，所以在考慮安全算法的時候要盡量減小這種耦合性；（4）在無線傳感器網絡中，由于節點的移動性和無線信道的時變特性，使得網絡拓撲結構、網絡成員及其各成員之間的信任關系處于動態變化之中。目前無線傳感器網絡SPINS安全框架在機密性、點到點的消息認證、完整性鑒別、新鮮性、認證廣播方面已經定義了完整有效的機制和算法，安全管理方面目前以密鑰預分布模型作為安全初始化和維護的主要機制，其中隨機密鑰對模型、基于多項式的密鑰對模型等是目前最有代表性的算法。
七、展望
環境監測是一類典型的傳感器網絡應用，在實際的應用中還有很多關鍵技術，包括節點部署、遠程控制、數據采樣和通信機制等。由于傳感器網絡具有很強的應用相關性，在環境監測應用中的關鍵技術需要根據實際情況進行具體的研究。并且隨著無線傳感器網絡技術的日益成熟和完善，我們還可以在各個方面開展許多新的應用，比如軍用傳感網絡可以監測戰場的態勢；交通傳感網絡可以配置在交通要道用于監測交通的流量，包括車輛的數量、種類、速度和方向等相關參數；監視傳感網絡可以用于商場、銀行等場合來提高安全性?？梢灶A見，隨著無線傳感設備性價比的提高以及相關研究的不斷深入和傳感網絡應用的不斷普及，無線傳感器網絡將給人們的工作和生活帶來更多的方便。
參考文獻
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