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        WSN與WCDMA網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的研究

        2017-03-08 03:34:42徐志偉倪潔王鋼趙洪林馬永奎
        中國新通信 2017年1期

        徐志偉+倪潔+王鋼+趙洪林+馬永奎

        【摘要】 本文以中興通訊公司的WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)和奧爾斯公司的WSN系統(tǒng)為研究背景,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案。本文設(shè)計(jì)了基于中間件技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案,并通過WEB中間件實(shí)現(xiàn)其功能。

        【關(guān)鍵詞】 WCDMA技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中間件

        RESEARCH ON NETWORK INTERCONNECTION OF WSN AND WCDMA

        Xu Zhiwei,Ni Jie,Wang Gang,Zhao Honglin,Ma Yongkui (Harbin Institute of Technology,Heilongjiang Harbin,150001)

        Abstract:ON the background of WCDMA mobile communication system of ZTE and WSN system of OURS, the article designs the interconnection scheme and realizes its function through B/S structure. The article designs the interconnection scheme on middleware technology and realizes its function through WEB.

        Keywords: WCDMA technology, wireless sensor network, middleware

        一、 課題研究背景

        WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)是哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信工程系與中興通訊公司共建的碩士生和本科生校內(nèi)實(shí)踐基地。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的WCDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)只具備基本的語音通信和數(shù)據(jù)通信功能,學(xué)生們不能充分體會到通過移動(dòng)通信終端控制實(shí)際設(shè)備的功能,這樣就會使學(xué)生缺少對系統(tǒng)的更全面的認(rèn)識和興趣。本文設(shè)計(jì)WSN與WCDMA網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的具體方案,提出以中間件技術(shù)進(jìn)行WCDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)的具體方案,配置網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)所需要的主要參數(shù)。本文利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)WSN和WCDMA系統(tǒng)的互聯(lián),驗(yàn)證移動(dòng)通信終端通過WCDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來訪問和控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能。

        二、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案的設(shè)計(jì)

        本文中系統(tǒng)的組建主要包括WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的組建和WSN實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組建兩部分。WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)采用WCDMA R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),利用中興通訊公司的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。WSN實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是基于奧爾斯公司OURS-IOTV2-EP平臺組建的。WSN和WCDMA網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是通過中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

        2.1 WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成

        本文采用WCDMA R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為組建移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的模型。WCDMA R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由Node B、RNC、CS和PS等組成。CS域的功能實(shí)體主要包括移動(dòng)媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)和移動(dòng)軟交換中心(MSC)。PS域的功能實(shí)體主要包括SGSN和GGSN等設(shè)備。

        基站(Node B)在RNC控制下完成射頻信號的接收和發(fā)射,與移動(dòng)終端進(jìn)行通信,對信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)和定位信息管理。RNC通過接口電路完成對基站的管理,RNC通過接口電路與核心網(wǎng)進(jìn)行通信。RNC負(fù)責(zé)信道分配、信道切換、邏輯信道到傳輸信道的映射、信道傳輸格式設(shè)置。核心網(wǎng)由電路域(CS)和分組域(PS)構(gòu)成。電路域(CS)主要完成用戶的語音通信功能,包括話音業(yè)務(wù)、短信業(yè)務(wù)和視頻通話。分組域(PS)主要管理用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)。本文選擇基站的型號是中興通訊公司的ZXSDR B8200 +ZXWR R8840,RNC選用的型號是ZXWR-RNCV3,移動(dòng)媒體網(wǎng)關(guān)型號是ZXWN MGW,移動(dòng)軟交換中心型號是ZXWN MSC,分組域的型號是ZXWN PS。

        2.2 WSN實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成

        該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件部分組成。硬件設(shè)備包括8個(gè)無線通信模塊、8個(gè)傳感器模塊、8個(gè)電源板模塊、高性能嵌入式網(wǎng)關(guān)和其他配套設(shè)備。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包含4個(gè)無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)和一個(gè)無線互聯(lián)網(wǎng)解調(diào)器。

        2.3通過WEB中間件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

        中間件是在操作系統(tǒng)(包含底層通訊協(xié)議)和多類分布式應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)系的單個(gè)應(yīng)用中間件,中間件的主要功能是屏蔽軟件系統(tǒng)的差異,實(shí)現(xiàn)對上層系統(tǒng)透明傳輸?shù)墓δ?,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中間件軟件制定需要遵守如下的標(biāo)準(zhǔn):

        A 由于節(jié)點(diǎn)的能源、運(yùn)算、儲存性能和通訊性能不足,因此WSN中間件需要的是較輕能耗程度的器件,且可以在功能和能源利用間實(shí)現(xiàn)均衡。

        B 傳感網(wǎng)環(huán)境比較復(fù)雜,因而中間件軟件還需要供給優(yōu)越的容錯(cuò)體制、自變化體制和自保護(hù)體制。

        C 中間件軟件的下層支持是多類軟件節(jié)點(diǎn)和操作平臺(如TinyOS、MANTIS OS、SOS等),因而中間件系統(tǒng)不用考慮下層的差異。

        D中間件系統(tǒng)由不同的軟件組成,為各種上層軟件供給相同的、能夠拓展的接口,進(jìn)而進(jìn)行應(yīng)用的研制。

        IOTService 是基于微軟操作系統(tǒng)運(yùn)行的,其功能主要是把不同的軟件服務(wù)集成到一個(gè)系統(tǒng)中。其它的系統(tǒng)和終端通過不同的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)與IOTService進(jìn)行連接。IOTService的主要優(yōu)點(diǎn)是為不同的用戶提供統(tǒng)一的軟件接口,可通過服務(wù)器/客戶端的模式通信,也可以搭建 WebService,通過WebService 和 IOTService 進(jìn)行通信,再進(jìn)一步編寫 B/S 架構(gòu)的應(yīng)用軟件。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于WSN的中間件技術(shù)能夠很好的在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行,因此選取中間件技術(shù)作為WSN和WCDMA網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方案。

        2.4基于VPN技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全互聯(lián)

        雖然WSN和WCDMA網(wǎng)絡(luò)本身都有一些安全協(xié)議來保證信息在傳輸?shù)倪^程中的安全性,但由于在實(shí)際應(yīng)用中WSN與WCDMA進(jìn)行互聯(lián)時(shí)都要通過Internet,由于Internet對所用用戶是開放的,因此信息經(jīng)過Internet傳輸時(shí)容易受到黑客的攻擊,所以研究WSN和WCDMA安全互聯(lián)技術(shù)很重要。本文研究并實(shí)現(xiàn)了基于VPN技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全互聯(lián)的方案。

        虛擬專用網(wǎng)(Virtual Private Network)是通過互聯(lián)網(wǎng)等建立一種基于安全協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接,通過VPN建立起的網(wǎng)絡(luò)連接是經(jīng)過安全協(xié)議加密的,因此能夠?qū)σ獋鬏數(shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密,實(shí)現(xiàn)在開放的互聯(lián)網(wǎng)中安全通信的目的。在VPN中,任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接并沒有穿通專用的端到端物理鏈路,而是架構(gòu)在公用網(wǎng)絡(luò)平臺上。VPN對用戶端透明,用戶使用一條專用線路進(jìn)行通信。

        三、實(shí)驗(yàn)過程

        實(shí)驗(yàn)過程主要包括:(1)運(yùn)行計(jì)算機(jī)中的中間件。(2)修改tcpser.ip和 tcpsbm.ip為中間件所在計(jì)算機(jī)的IP 地址。(3)修改tcpser.port 和 tcpsbm.port為無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) TCP 端口和管理中間件TCP 端口。(4)把jdbc.url中的DBQ部分修改為Access數(shù)據(jù)庫的路徑。(5)運(yùn)行startup.bat批處理命令。(6)在WCDMA制式的移動(dòng)終端瀏覽器中輸入IP地址后,移動(dòng)終端的屏幕上出現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)管理界面,在這里可以完成相關(guān)模塊的管理功能,實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的顯示和管理等功能。

        四、結(jié)束語

        本文完成以下研究工作:

        1、組建以WCDMA R4為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)通信系統(tǒng),設(shè)計(jì)Node B、RNC和核心網(wǎng)的主要參數(shù),實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信終端通過WCDMA網(wǎng)絡(luò)的語音和數(shù)據(jù)通信功能。

        2、分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與WCDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方案,選取中間件技術(shù)的互聯(lián)方案。

        3、設(shè)計(jì)基于VPN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案,并驗(yàn)證該方案能夠?qū)SN和WCDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全互聯(lián)。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1]孫卓. 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的接入選擇機(jī)制研究. 北京郵電大學(xué)博士論文,2007.

        [2]竇中兆,雷湘編著.WCDMA 系統(tǒng)原理與無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化. 清華大學(xué)出版社,2009.

        [3]3GPP, TS32.106-5, V3.2.0. Basic Configuration Management IRP: Information Model Version-1 (Release 1999). 2001.

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