【摘 要】人類的快速發(fā)展帶來的是嚴重的自然環(huán)境問題，特別是城市淡水資源的污染和匱乏，因此保護城市水資源是非常必要的。本文在“WSN技術在城市水資源監(jiān)測系統(tǒng)中的應用研究 ”項目背景下，提出了基于WSN的水資源數據管理平臺方案。數據管理平臺基于Web服務器和安卓app架構，實現了數據查詢、消息推送等功能。

【關鍵詞】數據管理 城市水資源 WSN

一、引 言

近年來，隨著人類的快速發(fā)展，工業(yè)生產規(guī)模的不斷擴大和城市化進程的加速，城市中人們的日常生活所產生的污水和大規(guī)模工業(yè)生產所帶來的工業(yè)污水排放給陸地上有限的淡水資源產生了非常巨大的威脅。因此，國內越來越多的研發(fā)人員也在致力于城市水資源監(jiān)測技術的研究工作中來，本文基于“WSN技術在城市水資源監(jiān)測系統(tǒng)中的應用研究 ”項目，提出了基于移動設備端的城市水資源數據管理平臺的方案。

（一）數據管理平臺方案

圖1是數據管理平臺系統(tǒng)方案。無線傳感器網絡是部署在監(jiān)測區(qū)域內的微型傳感器節(jié)點組成的，按照其節(jié)點功能主要分為兩層，即傳感器節(jié)點和網關節(jié)點如上圖所示，傳感器節(jié)點包括路由節(jié)點和終端節(jié)點，路由節(jié)點是為了使分散的節(jié)點組成多跳網絡，采集并傳輸水質參數信息；網關節(jié)點的主要功能是接收傳感區(qū)域的水質參數信息并在進行簡單的數據處理后發(fā)送給Web服務器，Web服務器通過HTTP協議實現與移動設備端的數據交互，通過XMPP協議實現推送消息的發(fā)送，同時為了方便后期的平臺測試，網關節(jié)點與Web服務器通信接口選擇為RS-232串口。

（二）數據管理平臺需求分析

移動設備端的基礎功能類似于PC端數據管理平臺，需要保證平臺的安全性、能夠查詢節(jié)點狀態(tài)和數據信息、能夠設定節(jié)點的報警閥值和采集周期。具體功能需求如下：

a.用戶管理模塊：保證平臺的安全性；

b.節(jié)點數據查詢：能夠查詢節(jié)點的信息，包括地址、傳感器節(jié)點采集的數據信息等；

c.節(jié)點狀態(tài)控制：能夠設置節(jié)點的數據采集周期、設定報警閥值；

d.節(jié)點拓撲查詢：查看網絡中節(jié)點的拓撲結構圖；

e.數據推送功能：能夠及時將超標信息通過XML鏈路發(fā)送給移動終端用戶。

二、Web服務器平臺實現

Web服務器是無線傳感器網絡和移動設備端的數據管理平臺的數據中轉站，Web服務器通過其通信服務接口來實現與數據管理平臺的數據交互工作。在本課題中，主要涉及到的通信接口是基于HTTP的通信服務和基于XMPP的推送服務。數據管理平臺在啟動后，監(jiān)控人員通過查詢或者控制操作，通過HTTP服務請求來訪問服務平臺，從而實現無線傳感器網絡的數據查詢和控制功能。同時，集成了推送服務功能的Web服務器平臺在發(fā)現無線傳感器網絡傳感數據超出預設閥值時，會啟動XMPP服務給移動設備端發(fā)送推送消息來提醒監(jiān)控人員。

（一）HTTP數據通信

在本文中，選擇通過Tomcat服務器和Struts2框架來實現Web服務平臺的搭建。其中，HTTP通信服務是通過Struts2來實現的，數據管理平臺用戶通過HTTP請求來訪問服務器平臺。Web服務平臺中Struts2處理HTTP請求的流程如圖3所示。

（二）XMPP消息推送

增加推送功能的主要目的是為了防止報警信息被疏忽，從而導致重大事故。推送服務能夠在城市水資源無線傳感器網絡監(jiān)測到超過閥值的傳感數據后，及時通知安裝了監(jiān)控終端的移動設備用戶，這也是本課題的創(chuàng)新點。

在本課題中，通過Androidpn框架來實現XMPP協議的推送服務功能。圖4是在Tomcat Web服務器下構建數據推送功能的架構。

Androidpn在Web服務器中的集成也是通過Java來實現的，由圖中可以看出在其框架的頂層包含了四個管理組件。Session Manager管理組件主要負責的管理數據管理平臺和Web服務器間的會話，當出現用戶登錄時，Auth Manager組件會對用戶的認證進行管理，在用戶登錄后Auth Manager會負責記錄所有曾登錄的用戶信息，而Presence Manage組件則負責管理當前曾登錄客戶的登錄狀態(tài)，這也是為了實現推送功能發(fā)送方式的需要而增加的管理組件，Notification Manager組件則是負責對數據管理平臺客戶端按照不同方式進行推送消息的發(fā)送工作。管理組件下層的功能主要是負責數據的接收和分發(fā)工作、XML Stanza的解析工作等，Web服務器平臺以XML格式進行推送消息的發(fā)送。

三、數據管理平臺的實現

本文選擇在全球用戶最多的Android移動操作平臺平臺來開發(fā)城市水資源數據管理移動設備端的數據管理軟件，軟件表現形式為Android應用，軟件用Java語言開發(fā)，因此在開發(fā)此應用時，不僅需要Android SDK開發(fā)環(huán)境，也需要在PC操作平臺上部署JDK環(huán)境。

（一）Web服務器搭建

在Web服務器部署之前，利用Peanuthull軟件免費申請一個動態(tài)域名，同時Peanuthull不管你的域名ip是動態(tài)還是靜態(tài)的，都可以利用它自帶的解析功能（DDNS）提供一個固定在internet上的真實ip。但需要注意的是，在使用Peanuthull的DDNS功能后，需要將Tomcat文件的server.xml進行部分修改，如port口由8080改為80。

（二）平臺界面

在平臺主界面，可以看到所有的節(jié)點信息，在界面頂部可以根據節(jié)點分類進行選擇，當點擊單個節(jié)點時，界面跳轉入單個節(jié)點的詳細數據信息界面，并可以下拉刷新。

同時，也可以設定節(jié)點的外設狀態(tài)，報警閥值和采集周期，當水質超過預設閥值時，Web服務器給平臺發(fā)送推送消息。

四、結語

本文基于“WSN技術在城市水資源監(jiān)測系統(tǒng)中的應用研究 ”項目，研究設計了基于移動設備端的數據管理平臺。平臺的總體架構基于安卓app和Web服務器，總體功能包括數據查詢、狀態(tài)設定、消息推送等。經測試，平臺功能達到了設計要求，兼容性和可擴展性較強，具有一定的實際應用價值。

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項目名稱：

WSN技術在城市水資源監(jiān)測系統(tǒng)中的應用研究（12JK503）。