樊 鐳，龔聞天，施曉秋

(溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院，浙江溫州 325035)

1 問題與挑戰(zhàn)

然而，由于WSNs具有自組織、多跳傳輸、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)多元時(shí)空關(guān)聯(lián)、一經(jīng)部署很難更改等特點(diǎn)，使得有效的數(shù)據(jù)收集和處理面臨較大挑戰(zhàn)。對(duì)于大規(guī)模長(zhǎng)期部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景，首先，Sink結(jié)點(diǎn)在收取大量匯聚數(shù)據(jù)時(shí)存在性能瓶頸，如文獻(xiàn)［7］中通過在傳感器結(jié)點(diǎn)中使用嵌入式Web服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和發(fā)布，用戶能夠直接通過瀏覽器監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)，但對(duì)于資源有限的傳感器結(jié)點(diǎn)來說這種方式開銷大，且效率較低無法滿足性能需求，不適合大規(guī)模結(jié)點(diǎn)部署和大數(shù)據(jù)量處理;其次，WSN長(zhǎng)期增量部署過程中，面臨如何靈活高效的適應(yīng)有新的異構(gòu)結(jié)點(diǎn)加入時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢等問題，文獻(xiàn)［8］給出的方案能夠?qū)崟r(shí)處理測(cè)試組網(wǎng)中10個(gè)結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，但其將收數(shù)程序、服務(wù)程序以及數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)全部集中在嵌入式網(wǎng)關(guān)，功能擴(kuò)充與軟件升級(jí)缺乏足夠的靈活性，可擴(kuò)展性較差，網(wǎng)關(guān)易成為網(wǎng)絡(luò)的單故障點(diǎn)，且基于C/S的監(jiān)測(cè)模式需要安裝專門的客戶端軟件，不利于數(shù)據(jù)發(fā)布和共享。再次，在需要長(zhǎng)期大規(guī)模部署的情況下，動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土畠r(jià)的傳感器結(jié)點(diǎn)等不穩(wěn)定因素使得系統(tǒng)可靠性和可擴(kuò)展性難以保證，而采用復(fù)雜的網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)融合、嵌入式數(shù)據(jù)處理等技術(shù)進(jìn)一步增加了網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算、通信、存儲(chǔ)、能量等開銷，縮短了整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存期［1，9］;另外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收集的數(shù)據(jù)最終必須能夠被方便的查詢和使用才有意義，而現(xiàn)有文獻(xiàn)都沒有詳細(xì)涉及對(duì)WSN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多元時(shí)空數(shù)據(jù)流的可視化處理方法，而這對(duì)于提高系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的可用性也是非常必要的。

針對(duì)上述問題，本文給出了一種適合大規(guī)模長(zhǎng)期部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的數(shù)據(jù)收集與處理解決方案，并將基于該方案開發(fā)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)實(shí)例Receiver用于基于WSNs的楊梅生長(zhǎng)環(huán)境生態(tài)監(jiān)測(cè)任務(wù)，取得了良好的效果。下文第2節(jié)詳述了系統(tǒng)架構(gòu)與各模塊設(shè)計(jì)，第3節(jié)給出了系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)，第4節(jié)介紹了系統(tǒng)運(yùn)行在真實(shí)環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，第5節(jié)對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)包括收數(shù)、存儲(chǔ)與發(fā)布三大模塊，圖1給出了與上述功能所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)總體架構(gòu)。該架構(gòu)采用了集中式設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)潔高效，接口清晰，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確收取、靈活持久存儲(chǔ)以及多元時(shí)空數(shù)據(jù)的可視化等功能;盡可能降低與底層網(wǎng)絡(luò)硬件、通信協(xié)議的耦合性，以便較好的適應(yīng)今后網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)結(jié)點(diǎn)的加入;各模塊之間采用TCP/IP通訊協(xié)議傳遞數(shù)據(jù)，部署靈活，且容易擴(kuò)展和移植。匯聚到各個(gè)Sink結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)包首先由收數(shù)模塊采用獨(dú)立線程實(shí)時(shí)監(jiān)聽并批量收取，然后經(jīng)過抽取、錯(cuò)誤分析、翻譯等必要處理，根據(jù)包的信息結(jié)構(gòu)拆分存儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)表中，最后基于B/S模式和AJAX技術(shù)的Web在線發(fā)布模塊對(duì)存儲(chǔ)模塊中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多元時(shí)空數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行可視化處理，供終端用戶使用。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

采用集中式的設(shè)計(jì)方案主要基于以下考慮:

(1)性能開銷:數(shù)據(jù)收集處理往往需要大量的運(yùn)算資源，而廉價(jià)傳感器結(jié)點(diǎn)資源非常有限，分布式的數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)必然增加結(jié)點(diǎn)的計(jì)算、存儲(chǔ)、通信等開銷，并增加結(jié)點(diǎn)能耗［9］，導(dǎo)致系統(tǒng)生存期縮短。集中式處理可以避開這種限制，通過利用上位機(jī)端資源，有效減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部開銷，同時(shí)提高了收集與處理的效率。

(2)靈活性:與嵌入在結(jié)點(diǎn)中的分布式處理方法相比，集中式設(shè)計(jì)不對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的底層部署做任何假設(shè)和限制，降低了各功能模塊之間的耦合度，可以有效的與底層實(shí)現(xiàn)分離，更好的適應(yīng)不同組網(wǎng)機(jī)制。而分布式設(shè)計(jì)通常依賴于具體的硬件、嵌入式操作系統(tǒng)、MAC層協(xié)議、拓?fù)淇刂频葘?shí)現(xiàn)，不利于擴(kuò)展和移植。

(3)可靠性:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的部署經(jīng)驗(yàn)表明，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部引入復(fù)雜的處理機(jī)制會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)行為難以理解、程序難以調(diào)試，除錯(cuò)及修復(fù)的復(fù)雜度增加，應(yīng)該使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的處理盡可能簡(jiǎn)單，以最大程度的確保無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成功實(shí)施。將數(shù)據(jù)集中在上位機(jī)端進(jìn)行處理，僅把網(wǎng)絡(luò)中的傳感器結(jié)點(diǎn)當(dāng)作采集數(shù)據(jù)的從屬設(shè)備，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的設(shè)計(jì)，有效克服了分布式處理中易造成網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的弊端，使得系統(tǒng)功能擴(kuò)充和升級(jí)更加容易，即使個(gè)別傳感器結(jié)點(diǎn)的故障和失效也不會(huì)影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)其他部分的正常運(yùn)行，增強(qiáng)了系統(tǒng)在大規(guī)模長(zhǎng)期部署應(yīng)用中的可靠性和可用性。

下面分別介紹系統(tǒng)各組成模塊中關(guān)鍵技術(shù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

[lsw1[s1-Eth-Trunk1]mode lacp-static“配置鏈路聚合為L(zhǎng)ACP靜態(tài)模式”

2.1 數(shù)據(jù)批量實(shí)時(shí)收集處理

收數(shù)模塊位于系統(tǒng)的第一層，由監(jiān)聽、批量收取、抽取、錯(cuò)誤分析檢測(cè)和翻譯等功能組成，性能上確?？焖贉?zhǔn)確。圖2給出了收數(shù)模塊的流程設(shè)計(jì)。

圖2 收數(shù)模塊處理流程

程序啟動(dòng)初始化后，創(chuàng)建獨(dú)立的線程持續(xù)監(jiān)聽Sink結(jié)點(diǎn)的匯聚狀態(tài)，當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，觸發(fā)收取事件將本次數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)。由于采用批量方式，一次收取的數(shù)據(jù)可以由多個(gè)包組成，需要根據(jù)包頭標(biāo)識(shí)抽取出單獨(dú)的原始包;數(shù)據(jù)收取后，通過校驗(yàn)原始包的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、固定位置的值等預(yù)定義規(guī)則來分析原始包是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，若有錯(cuò)誤則記錄錯(cuò)誤類型代碼，否則由翻譯函數(shù)按照每個(gè)原始包的結(jié)構(gòu)格式判斷所屬類型，轉(zhuǎn)換得出包中各個(gè)字節(jié)代表的屬性值，并將這些處理后得到的結(jié)果交給存儲(chǔ)模塊按相應(yīng)設(shè)計(jì)予于保存。批量收取并拆分的方式能夠明顯改進(jìn)處理大量數(shù)據(jù)時(shí)的效率，同時(shí)該過程中得到的錯(cuò)誤類型信息可被后面的數(shù)據(jù)發(fā)布模塊用來決定是否排除，或者供研發(fā)人員作為排查錯(cuò)誤原因的線索，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的網(wǎng)絡(luò)問題。

2.2 基于結(jié)構(gòu)化信息的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)模塊為數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)的中間層，負(fù)責(zé)永久保存上一階段收集處理后得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，為上層功能模塊提供數(shù)據(jù)源服務(wù)。文件形式存儲(chǔ)是最原始的方法，即按時(shí)間段將數(shù)據(jù)直接寫入 TXT、CVS、XML或Excel等格式的文件，雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但不利于并發(fā)查詢與處理。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)能夠充分發(fā)揮存儲(chǔ)模塊的作用，但需要合理的設(shè)計(jì)才能保證靈活高效?；谑諗?shù)模塊分析翻譯處理后得到的原始包結(jié)構(gòu)化信息，圖3給出了相應(yīng)的概念模式設(shè)計(jì)。

圖3 存儲(chǔ)模塊關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)

根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中原始數(shù)據(jù)包的信息組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)拆分建立相應(yīng)的存儲(chǔ)表，所有表都建立一個(gè)自增字段作為邏輯主鍵，在被參照時(shí)作為外鍵使用，保證關(guān)系模式的實(shí)體完整性約束和參照完整性約束。其中包頭信息表、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息表、狀態(tài)信息表、路由結(jié)點(diǎn)表和鄰居結(jié)點(diǎn)表之間按上下文聯(lián)系建立一對(duì)一或一對(duì)多的參照關(guān)系。整個(gè)關(guān)系模式設(shè)計(jì)符合BC范式要求，消除冗余且保持查詢效率和擴(kuò)展的靈活性，這在今后應(yīng)對(duì)新類型的數(shù)據(jù)加入時(shí)非常便利，只要為其特有的信息創(chuàng)建新表即可，其他共同的信息部分可以重用現(xiàn)有設(shè)計(jì)，使得數(shù)據(jù)收集模塊程序和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系模式的修改都大大減少;即使今后部署使用不同嵌入式操作系統(tǒng)和路由協(xié)議的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，只要收集的數(shù)據(jù)信息類似，也可以按照屬性值存入相應(yīng)的表和字段，達(dá)到數(shù)據(jù)整合的目的。

2.3 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和多元時(shí)空監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化處理

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收集到的數(shù)據(jù)流是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的分布。數(shù)據(jù)發(fā)布模塊針對(duì)這種特點(diǎn)，給出了一種可視化的查詢分析方案，著重對(duì)隨時(shí)間變化的WSN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等狀態(tài)信息以及多元時(shí)空關(guān)聯(lián)的傳感數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，提高了系統(tǒng)的可用性。具體功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示(圖中實(shí)線和虛線分別表示數(shù)據(jù)支持和可視化支持，方框表示空間相關(guān)，圓框表示時(shí)間相關(guān)，圓角方框表示時(shí)空相關(guān))。

圖4 可視化發(fā)布模塊功能設(shè)計(jì)

由于C/S模式中專門的桌面監(jiān)測(cè)軟件對(duì)用戶平臺(tái)有一定限制要求，且客戶端安裝和維護(hù)的工作量大，不利于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和使用，因此本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)布模塊基于B/S模式設(shè)計(jì)。多元時(shí)空信息的在線交互式Web頁(yè)面采用AJAX(Asynchronous JavaS-cript And XML)技術(shù)進(jìn)行可視化處理。相對(duì)于Flash和Java applet等交互式技術(shù)，AJAX是一種使用戶操作與服務(wù)器響應(yīng)異步化的輕量級(jí)解決方案，不需要用戶安裝額外的插件或運(yùn)行環(huán)境，且遵循W3C標(biāo)準(zhǔn)，有很好的開放性、兼容性和可移植性。另外為了能夠在瀏覽器端及時(shí)更新數(shù)據(jù)，Web程序中加入定時(shí)器后臺(tái)實(shí)時(shí)檢查數(shù)據(jù)收集狀況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有新數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)更新頁(yè)面顯示并給用戶發(fā)出提醒信息，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效果。數(shù)據(jù)發(fā)布模塊將以上網(wǎng)絡(luò)部署狀態(tài)信息和傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息集成在一起，任何連接到Internet的終端用戶都可以簡(jiǎn)單的通過瀏覽器遠(yuǎn)程在線訪問，并能夠通過可視化環(huán)境動(dòng)態(tài)交互的查詢和分析收集的數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)真正走出實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮其特有的優(yōu)勢(shì)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)——Receiver

基于上文的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)實(shí)例名為Receiver。其中收數(shù)模塊根據(jù)Sink結(jié)點(diǎn)傳送原始數(shù)據(jù)包至上位機(jī)的方式，如RS-232串口或GPRS等，使用Delphi語(yǔ)言多線程監(jiān)聽串口或網(wǎng)絡(luò)端口編程實(shí)現(xiàn);存儲(chǔ)模塊中的表、存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器、視圖等概念模式使用開源的Firebird關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，目前共同運(yùn)行在一臺(tái)Windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)上，專門用于收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，分配內(nèi)網(wǎng)IP為上層應(yīng)用提供服務(wù)。圖5給出了Receiver系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)過程中的用戶界面截圖。

圖5 Receiver收數(shù)模塊工作界面

Receiver系統(tǒng)基于B/S的可視化發(fā)布模塊的服務(wù)端程序使用PHP語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，部署在一臺(tái)配有PHP和Nginx環(huán)境的Linux服務(wù)器上，分配了獨(dú)立IP和域名，通過TCP/IP連接Firebird數(shù)據(jù)庫(kù)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，對(duì)外提供Web服務(wù)(http://network.wzu.edu.cn/wsn/demo/)。瀏覽器端對(duì)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多元時(shí)空監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的的Web在線交互式可視化處理分別實(shí)現(xiàn)如下:工作周期屬于時(shí)間數(shù)據(jù)，通過下拉列表顯示;部署區(qū)域和結(jié)點(diǎn)位置屬于空間數(shù)據(jù)，調(diào)用Google Maps API中的地圖接口實(shí)現(xiàn);每個(gè)工作周期的活動(dòng)結(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息屬于時(shí)間屬性約束下的空間數(shù)據(jù)，分別調(diào)用Google Maps API中的標(biāo)記(Marker)圖層和折線(Polyline)圖層顯示處理;傳感器結(jié)點(diǎn)的溫度、濕度、光照、電壓等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按照時(shí)間和空間兩種角度分片得到“每個(gè)工作周期內(nèi)所有傳感器結(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)”和“每個(gè)傳感器結(jié)點(diǎn)在所有工作周期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)”，分別調(diào)用Google Visualization API中的運(yùn)動(dòng)散點(diǎn)圖(Motion Chart)和時(shí)序說明圖(Annotated Time Line)實(shí)現(xiàn)可視化查詢分析等功能。終端用戶在瀏覽器上監(jiān)測(cè)訪問的界面截圖如圖6所示。

圖6 Receiver可視化發(fā)布模塊頁(yè)面

Receiver系統(tǒng)收數(shù)、存儲(chǔ)和發(fā)布三個(gè)組成部分的部署非常靈活，每個(gè)模塊分別占用一臺(tái)計(jì)算機(jī)或集中部署在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)都是可以的，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)情況任意組合，只要模塊之間能夠通過TCP/IP通信即可。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖7 楊梅生長(zhǎng)環(huán)境生態(tài)監(jiān)測(cè)部署

以基于WSN的楊梅園環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖7所示，在實(shí)驗(yàn)基地約27 000 m2區(qū)域內(nèi)(北緯27°55'5″，東經(jīng) 120°41'32″)部署了 100 個(gè)左右傳感器結(jié)點(diǎn)，通過持續(xù)測(cè)量溫度、濕度、光照、二氧化碳等相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)楊梅生長(zhǎng)環(huán)境的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。原型系統(tǒng)底層組網(wǎng)使用的是運(yùn)行TinyOS 2.1嵌入式操作系統(tǒng)和CTP路由協(xié)議［10］的TelosB結(jié)點(diǎn)，裝配有溫度、濕度、光照等傳感器，部署封裝中使用兩只干電池供電。對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用而言，采樣率過于頻繁的傳感器測(cè)量值一般屬于冗余數(shù)據(jù)［11］，所以為了減少網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)量和通信量，改善結(jié)點(diǎn)能耗以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期，采用Low-duty-cycle周期性同步“休眠—工作”的方法［4，12］對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和傳輸。而這種工作方式也使得每次會(huì)有大量網(wǎng)絡(luò)包集中在很短時(shí)間內(nèi)突發(fā)性的匯聚到Sink結(jié)點(diǎn)。

收數(shù)模塊的批量收取超時(shí)的間隔設(shè)為100 ms，即只要兩個(gè)字節(jié)到達(dá)的時(shí)間間隔小于100 ms都被認(rèn)為是同一幀數(shù)據(jù)，否則作為下一幀收取。長(zhǎng)期測(cè)試結(jié)果表明每一幀數(shù)據(jù)從觸發(fā)批量收取開始，經(jīng)過拆分抽取、錯(cuò)誤檢測(cè)、翻譯等處理后批量存入數(shù)據(jù)庫(kù)的延遲一般不超過300 ms，滿足對(duì)上述大量突發(fā)性數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集的需求。表1顯示了Receiver系統(tǒng)的在6個(gè)月WSN增量部署中的數(shù)據(jù)持續(xù)收集情況統(tǒng)計(jì)，在總計(jì)超過70萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)包中，收取的錯(cuò)誤率低于1%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Receiver運(yùn)行穩(wěn)定高效，能夠適用于長(zhǎng)期大規(guī)模部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

表1 Receiver系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)

終端用戶在線監(jiān)測(cè)與查詢分析在圖6頁(yè)面上方的日期和時(shí)間下拉框用于選取工作周期，當(dāng)前顯示的是2010年6月23日22點(diǎn)43分左右的情況。左上方(a)的地圖內(nèi)顯示了部署于楊梅園實(shí)驗(yàn)基地區(qū)域中的部分結(jié)點(diǎn)以及當(dāng)前工作周期的活動(dòng)結(jié)點(diǎn)(高亮顯示)和網(wǎng)絡(luò)路由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。右上方(b)顯示本次工作周期數(shù)據(jù)收集的統(tǒng)計(jì)信息以及所有傳感器結(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的交互式散點(diǎn)圖，其中橫軸為溫度值，縱軸為濕度值，顏色表示電壓值，數(shù)據(jù)點(diǎn)的大小表示光照值(具體顯示模式可調(diào)整)?？梢钥吹疆?dāng)時(shí)15號(hào)結(jié)點(diǎn)的光照值和電壓值明顯異常，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)15號(hào)結(jié)點(diǎn)位于部署區(qū)域邊緣緊鄰校園外的公路，夜晚明亮的路燈和對(duì)面商業(yè)區(qū)的廣告霓虹燈使得此結(jié)點(diǎn)的光照值在夜間也明顯高于其他結(jié)點(diǎn);而較低的電壓值提醒監(jiān)測(cè)人員應(yīng)及時(shí)更換電池。點(diǎn)擊地圖中的某一傳感器結(jié)點(diǎn)圖標(biāo)，頁(yè)面下方(c)出現(xiàn)此結(jié)點(diǎn)所有工作周期的數(shù)據(jù)收集情況統(tǒng)計(jì)以及時(shí)間序列上的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖表，可以看到溫度和濕度這兩條隨時(shí)間變化的曲線基本上呈現(xiàn)一種反比的關(guān)系，這和經(jīng)驗(yàn)以及當(dāng)時(shí)的氣象情況都是相符的。

5 結(jié)語(yǔ)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為獲取數(shù)據(jù)的一種手段正越來越多的應(yīng)用于我們生活的世界，隨著組網(wǎng)技術(shù)的成熟，對(duì)大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效收集與處理尤為關(guān)鍵。本文提出了一種集數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、發(fā)布以及可視化查詢分析的完整設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，基于該方案的實(shí)例Receiver系統(tǒng)在大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期部署測(cè)試中逐漸形成和完善，成功應(yīng)用于實(shí)際監(jiān)測(cè)任務(wù)并取得了較好的效果。進(jìn)一步工作如數(shù)據(jù)分析、異常檢測(cè)、事件報(bào)警等功能的開發(fā)和整合可以在該系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行。另外，該系統(tǒng)架構(gòu)的通用性和靈活性使其能夠很容易移植和擴(kuò)展，從而在更多的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

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