基于Web网络的环境信息通信系统设计

黄熙岱

摘  要： 传统环境信息通信系统存在通信信息传输效率低下、信息丢包率高等缺点。为了有效解决此问题，设计基于Web网络的环境信息通信系统。通过硬件网络总体框架设计、硬件网络功能结构设计、程序模块设计，完成基于Web网络的硬件系统设计。通过环境信息通信软件架构设计、协调节点程序设计、终端节点程序设计，完成环境通信软件系统设计。模拟新型系统的应用环境，设计对比实验结果表明，与传统系统相比，应用新型系统后，环境通信信息传输效率明显提升，信息丢包率也得到了有效控制。

关键词： Web网络; 环境信息; 通信系统; 程序模块; 协调节点程序; 终端节点程序

中图分类号： TN711?34; TP399                 文献标识码： A                    文章编号： 1004?373X（2018）10?0077?04

Abstract： The traditional environmental information communication system has the disadvantages of low communication information transmission efficiency and high information packet loss rate. To solve this problem effectively， an environmental information communication system based on Web network is designed. The design of hardware system based on Web network is completed by means of the design of the overall hardware network framework， the hardware network functional structure， and the program module. The design of environment communication software system is completed by means of the design of the environmental information communication software architecture， the coordination node program， and the terminal node program. The contrast experiment was designed by simulating the application environment of the new system. The results show that in comparison with the traditional system， the environment communication information transmission efficiency is improved obviously， and the information packet loss rate is also effectively controlled after the application of the new system.

Keywords： Web network; environmental information; communication system; program module; coordination node program; terminal node program

0  引  言

传统环境信息通信系统包括信息感知层、网络层、物联网中间层、应用层。其中，信息感知层直接控制数字传感器、模拟传感器两个感知模块。数字传感器负责采集光照、温湿度、氧含量等外界条件，模拟传感器负责采集土壤湿度、土壤温度、土壤水文条件等植被生长所必须的内在条件。信息感知层所采集到的信息通过ZigBee协议的约束作用，传输至网络层。网络层负责将植被生長的内、外界条件，与移动网络进行信息对接。网络层结构[1]包括2G网络模块、3G网络模块、4G网络模块、GPRS模块四部分。其中2G网络模块、3G网络模块、4G网络模块，负责完成上层信息与移动网络间的对接沟通，GPRS模块负责将完成网络层处理的信息，传输至下一层结构。物联网中间层与后台数据库直接相连，该层结构负责对所有相关环境信息进行暂时存储。应用层直接面对使用者，通常情况下，由多台中心主机共同组成。经过长时间的应用后，传统环境信息通信系统显现出通信信息传输效率低下、信息丢包率高等弊端。为了更好地解决此问题，引入Web网络技术手段，对传统系统进行改进。

1  基于Web网络的硬件系统设计

1.1  硬件网络总体框架设计

基于Web网络的环境信息通信硬件系统网络总体框架，利用ZigBee技术搭建系统的环境信息感知终端[2]。其整体感知过程需要电源供电模块、环境信息显示模块等多部分结构，因传统系统的感知终端，仅由数字传感器、模拟传感器两部分组成，感知结果常与真实结果产生较大偏差[3]。为了增加环境信息的感知准确度，增设串行口通信模块，使得感知终端可以在感知环境信息的同时，完成与下一级结构的信息对接[4]，增加系统的信息传递效率。具体硬件网络总体框架结构如图1所示。

1.2  程序模块设计

基于Web网络的环境信息通信系统硬件程序模块，以CC?DEBUGGER接口作为模块核心结构。为了保证环境信息通信的顺利进行[5]，将功耗较低的射频片与小型编程仿真，作为环境信息的暂存单元，利用IAR软件的开发、配置功能，完成程序模块的正常运作[6]。程序模块将上级结构传输而来的信息，做简单的存储处理，再根据信息中的通信节点分布情况进行编程处理。其编程过程中所使用的语言与C#结构类似，部分核心编程代码如下：

<script>

void function（a，b，c，d）;

{a.along object name=b[c，d，e]//function（）;

rand=i，i>a;

along object config.sample&&（i=！1）;

i&&along（"exception.send"，）;

{b，c，d！}，！1};

</script>

2  环境信息通信软件系统设计

2.1  环境信息通信软件架构设计

基于Web网络的环境信息通信系统软件架构，以TI Z?Stack协议栈作为操作系统查询依据。TI Z?Stack协议栈实现了系统初始化及操作系统轮转查询。系统初始化的实现，保证当有环境通信代码条件出现时，硬件系统与软件系统可各自进入相应的构建模块，并保持相互独立工作状态，互相之间不产生影响[7]。操作系统轮转查询程序的实现，保证系统在完成初始化的同时，做好下一步信息查询任务的准备工作，加速了系统的处理运行速率。通信软件架构主要工作流程如图2所示。

2.2  协调节点程序设计

基于Web网络的环境信息通信系统协调节点程序，以建立协调器网络作为核心环节。协调器网络的建立，可以总结为信息节点参数指定、通信系统信道设置等步骤，当供电设备开始供电时，环境信息通信系统开始程序初始化，根据初始化结果判断信息节点是否已完成协调[8]。当环境信息通信协调器进入工作状态后，可触发环境信息事件，若已触发事件满足Z?Stack限制条件，系统会自行判断协调节点程序准备完毕，后续模块可进入工作状态。具体协调节点程序工作流程如图3所示。

2.3  终端节点程序设计

基于Web网络的环境信息通信系统终端节点程序，负责将硬件模块采集到的环境因素，进行整理并生成完整环境信息通信数据[9]。终端节点程序的核心功能，是促使终端节点顺利加入網络。当中心主机发送初始化请求，协调器会根据接收到信息，判断是否可以允许环境节点信息进入终端网络。若判断结果为“是”，终端末层节点会自动做出允许回应[10]。当所有环境信息都进入终端网络后，通信数据才会以数据包的形式，向客户端发送。终端节点程序工作流程如图4所示。

3  实验结果与分析

3.1  实验参数设置

表1中参数名称依次为环境信息总量、预估信息传输效率、预估丢包率、系统连接参数、最大信息通信量、系统故障率。实验组与对照组预估丢包率数值不同，为了保证实验的公平性，其他参数均保持一致。

3.2  通信信息传输效率对比

完成实验参数设置后，令实验组与对照组计算机同时开始工作，并分别记录两组的通信信息传输效率。环境信息通信系统传输效率与QMJ指标保持反比关系，当QMJ指标逐渐增加时，系统传输效率逐渐减小，反之则增大。具体实验记录结果如图5、图6所示。

对比图5、图6可知，对照组QMJ指标最大值为4.25×104，出现在第40 s;对照组通信信息传输效率最大值为1.67×104，出现在第25 s。实验组QMJ指标最大值为2.03×104，出现在第29 s;实验组通信信息传输效率最大值为3.66×104，出现在第23 s。所以，可证明应用基于Web网络的环境信息通信系统后，信息传输效率得到明显提升。

4  结  语

基于Web网络的环境信息通信系统，发扬传统系统的优势，对传统系统的弊端进行有效改进。通过应用新型系统，使得通信信息传输效率低下、信息丢包率高等问题得到有效控制。

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