基于Android 平台的智能空间中的网络控制系统

赖文龙　程良伦

摘要：移动设备与智能空间相动为人们提供了更为便捷的信息服务。作为一个主流的移动设备操作系统，Android系统被广泛应用于生活的各个方面。该文介绍了一种基于Android平台的网络控制系统，它结合了计算机无线网络技术与RFID技术，并给出了系统的硬件和软件设计。通过此平台实现网络控制和远程访问。

关键词：RFID；智能空间；Android系统；无线网络；网络控制

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）09-0099-02

Abstract： Mobile devices interacting with the smart space provide more convenient information service for the people. As one of the mainstream mobile device operation system， Android system is being widely applied to all aspects of life. This paper introduces a network control system based on Android platform， which combines computer wireless network technology with RFID technology， and give the design of the systems hardware and software. Hardware platform realizes network control and remote access.

Key words： RFID； smart space； Android system； wirelss network； network control

通过诸如互联网、自组织网络和RFID网络等不同类型的网络，智能空间建立了一个包含计算与信息设备，和多模态传感器的工作区域。近年来，随着数字通信技术的飞速发展，移动设备变得更强大，从而为智能空间的发展提供必要的硬件支持。用户所采取的移动设备不但可以自动的与智能传感设备进行大量的数据交换，而且在移动设备上运行的模块还可以利用资源丰富的设备周边的基础设施获取各种服务。

Android系统作为移动设备的主流的开源操作系统，拥有强大的API和丰富的应用层传感器。开发者可以在其上开发各种应用软件并且与谷歌软件服务实现无缝集成。

本文介绍了一种基于Android平台的网络控制系统。该系统将计算机无线网络技术与RFID网络技术相结合。在该系统中，移动设备上运行的Android操作系统能识别丰富的背景信息并且为用户提供强大的终端服务。

1 系统架构

图1系统架构说明。整个系统由一个服务器、运行Android操作系统的移动设备、连接移动设备和RFID标签的RFID控制器。

进入了智能空间后，所有的移动设备将获得一个动态的IP地址来搜索可用的网络服务器。用户可以通过管理接口提出访问服务器的请求。移动设备会通过Socket接口与服务器通过通信。

移动设备是RFID控制器直接控制设备，控制着RFID控制器的具体操作。用户可以通过RFID控制器让每个物理节点的RFID有源标签自动的交换数据，并通过移动设备将节点信息发到服务器，以便从得到服务器反馈信息。服务器将解决服务请求和为客户调用适当的应用程序。

整个系统结构为C/S结构。移动设备作为客户端，负责节点的数据交换任务和最终用户服务经验。相应地，服务器负责管理接入的移动设备和数据处理。

2 硬件系统设计

硬件系统主要由两部分组成：移动设备的硬件平台；RFID控制器和RFID有源标签。

2.1 移动设备的硬件平台

如图2所示，硬件平台采用了三星的S3C2440芯片作为主芯片，包括外部复位电路，电源电路和时钟电路。hy57v641620ht和AM29LV160DB为SDRAM和FLASH存储芯片，直接与ROM、SRAM / DRAM或SDRAM在主芯片的内存控制器。JTAG接口用于应用程序的设计和调试。

wf8000 U Wi-Fi模块是基于USB接口的无线网络接入模块，用于嵌入式系统的无线通信。模块遵守IEEE 802.11 b / g标准，集成了MAC/BBP，2.4GHz的无线单芯片解决方案，可以直接与路由器链接，并与其它移动终端对接。

硬件平台是通过基于USB接口RFID控制器实现管理和数据采集。

2.2 RFID控制器和RFID有源标签

RFID有源标签的硬件框图如图3所示。RFID控制器和RFID有源标签使用STC12C5A60S2单片机作为微控制器，此单片机具有1280字节60kbyte闪存，SRAM，10位AD转换器，2个定时器，2个SPI接口，2个串行端口和40个可编程的I / O引脚，以及复位电路，电源电路，晶体振荡器电路。

CC1101，低分1 GHz UHF收发器将用于建立RFID网络。工作频带为915MHz。在该系统中，CC1101将通过一个简单的4线SPI兼容接口配置（Si，所以，SCLK和CSN）由微控制器。

3 软件系统设计

软件设计主要包括两个方面：一是网关设计，移动设备通过此网管与服务器进行通信通信；另一方面，RFID控制器和RFID标签之间的通信协议。

3.1 网关设计

网关的设计分为两个部分：在Android系统的客户端程序和服务器程序。图4所示为网关的设计框架。

客户端编程：

当移动装置启动的时候，一个新线程将自动创建。在一个新线程中，TcpClient类的对象将被创建，它使用socket（）函数创建客户端套接字，然后使用connect（）函数向服务器发送连接请求。等待服务器响应：在收到连接请求后，如果服务器端口没有被占用，它会发送一个连接消息发送给客户端；否则，返回错误消息告知端口被占用。在收到正确的返回信息后，客户端将使用send（）函数来发送数据，并通过recv（）函数从服务器获取数据和服务。

为了与RFID控制器交换数据，监控功能将专门创建触发器文件“pubic void onSensorRFID （int addr， unsigned char * values， unsigned char count）”来传输事件信息，参数“addr”为相应的RFID控制器接口地址；参数“values”为数据栈的交互数据的存储指针；参数“count”为数据堆栈的长度计数”。

服务器端编程：

首先，服务器会检查系统堆栈的初始化情况。启动后，系统会监听指定的端口，当连接请求数据包到达，Accept（）函数将验证用户的合法性建立连接。连接成功后，ReceiveData类会将处理不同类型命令。

3.2 RFID控制器和RFID标签之间的通信协议

如果有一个以上的标签与RFID控制器通信，数据之间会发生碰撞。因此，应采用防碰撞机制。

CC1101拥有自动清除信道评估（CCA）功能，能实现载波感测。在本文中，CC1101结合时隙ALOHA算法实现多标签识别。

如图5所示，通信过程如下：

1）RFID控制器将周期性发送同步信号给范围内的所有标签，然后等待响应帧信号回传。

2）在没有发送同步信号的周期内，RFID控制器等待接收状态响应帧。如果能再设定的时间内接收到响应帧，RFID控制器将停止接收其他响应帧，直到设定的时间结束，然后将命令帧回传给确认的这个标签。否则RFID控制器将在一个新的时隙发送下一个同步信号。

3）当标签不工作时处于低功耗状态。当检测到同步信号，标签将被激活。

4）标签接收从RFID控制器发送过来的命令帧，然后确认信道是否为空闲（CCA = 0）。如果是，标签将发送数据帧到RFID控制器。

5）如果信道被检测到占用（CCA=1）在设定时间内，标签将停止发送数据，直到下一个同步信号的到来。

4 结论

运行结果如图6所示。该系统的设计能满足智能网络的要求，实现低成本，低复杂度和高可靠性。通过对信息和任务的维护和管理，已实现了在智能空间的多信息采集。

参考文献：

[1] 伦永亮，程良伦.智能空间可靠感知防冲突模型的研究与仿真[J].计算机仿真，2012（10）.

[2] 张璟璟，汪亮，等.智能空间的资源管理及其应用研究[J].南京大学学报：自然科学版，2010（1）.

[3] 郑誉煌，李迪，叶峰.智能空间的情景感知冲突研究[J].计算机工程与应用，2010（33）.

[4] 余意，易建强，赵冬斌.智能空间研究综述[J].计算机科学，2008（8）.

[5] 徐金星.无线传感器网络研究与设计[D].杭州浙江大学，2005.