1.绪论
三网融合，指的是将无线传感网络、因特网(Internet)、移动3G网这三种网络融合在一起。无线传感网络，即由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络，借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。Internet是一组全球信息资源的总汇。有一种粗略的说法，认为INTERNET是由于许多小的网络(子网)互联而成的一个逻辑网，每个子网中连接着若干台计算机(主机)。Internet以相互交流信息资源为目的，基于一些共同的协议，并通过许多路由器和公共互联网而成，它是一个信息资源和资源共享的集合。移动3G网，即利用第三代移动通信技术形成的网络。第三代移动通信技术(3rd—generation，3G)，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。3G时代即将到来，由最新的无线宽带上网到手机电视、视频通话、手机网游等应用越来越多。
在无线传感网络和物联网嘲同应用快速发展的趋势下，本文提出了一套基于三网融合的感知与控制物联网平台的架构，该架构通过无线传感网络连接终端节点，进行感知与反馈控制；基于Internet，通过B/S模式，提供对系统的访问和控制；基于移动3G网络，提供手机等手持终端对系统的访问和控制。
2.系统的整体框架
系统通过融合物联网、Internet、移动3G网这三网，旨在开发一个通用、方便、快捷的物联网感知与控制平台。该平台允许用户随时随地访问系统，获取无线传感网络的监控数据，对无线传感网络进行反馈控制。
系统由无线传感网络、服务器、手持终端组成。无线传感网络包括采集节点、中继节点、汇集节点(SINK)，完成监控数据的采集和反馈控制；服务器中的Web服务器和客户端浏览器组成B/S结构，Socket服务器与手持终端组成C/S结构，两者都可以完成监控数据的显示、发起反馈控制等操作，手持终端可以采用Android平台。本系统的整体设计框架如图l所示：
图1 基于三网融合的感知与控制物联网平台的整体框架
系统可以划分为几个模块：无线传感器网络；数据服务器；Web服务器(包括Socket服务器)以及手持终端。平台将无线传感网络、Internet、移动3G网这三网融合，将无线节点与PC、移动手持终端连接到一起。该平台既可以通过无线传感网络监测环境信息或设备状态，在手持终端或Web服务器等处获取得到的监测信息；也可以从手持终端或Web服务器等处，对无线传感网络进行反馈控制。
3.系统的数据流
系统的数据流分为监控数据数据流和反馈数据流，本节描述监控数据数据流以及反馈数据数据流的过程。
3.1 监控数据数据流
监控数据数据流如下：由无线传感网络的采集节点采集数据，将数据传送到汇集节点(可能会通过中继节点转发)，然后由汇集节点将数据发送到数据服务器，数据服务器每隔一定的时间，将当前时间间隔内收到的数据打包后，发送到Web服务器，Web服务器会将数据保存进数据库中，同时还会向Socket服务器发送数据包让手持终端也能够接收到即时数据并显示。监控数据活动的过程如图2所示：
图2 监控数据活动图
3.2 反馈控制数据流
反馈控制数据流如下：反馈控制可以由手持终端发起，也可由是浏览器端发起，所有反馈指令汇集到Web服务器(若是手持终端发起的反馈控制，先通过Socket服务器向Web服务器请求指令信息，然后手持终端选择反馈指令发送给Web服务器)，最终由Web服务器在数据服务器通过Http协议向其post数据时，将所有反馈指作为返回值发送给数据服务器，然后由数据服务器通过串口发送给汇集结点(Sink节点)，汇集节点通过无线模块发送反馈指令，采集节点收到反馈指令后，验证节点I后执行反馈操作。反馈数据活动的过程如图3所示：
收到反馈指令后，验证节点ID后执行反馈操作。反馈数据活动的过程如图3所示：
图3 反馈控制活动图
4.各个模块的设计
4.1 手持终端模块的设计
手持终端在这个系统中的作用，是让用户可以随时随方便地访问系统，并可以完成可以获取监控数据、执行反馈控制等基本操作。
根据手持终端的功能，结合Android平台的特点，可以划分出下面几个相对独立子模块：与服务器通信模块，负责与Socket服务器通信，相当于一个SocketClient；后台通信服务模块，负责控制与服务器的通信，并通过广播，协调其余各个模块的运行； 数据显示模块，负责即时显示各种数据信息；用户登入/登出模块，负责用户登入，登出服务器；数据存储模块，负责存储接收到的数据信息；历史数据查询模块，负责给用户提供查询历史数据的功能；反馈控制模块，负责发起反馈控制。手持终端各个模块间的通信如图4所示：
图4 手持终端各个模块间的通信
各个模块间需要通过通信来相互协作，从而顺利地完成手持终端的各个功能的实现。如下图所示，手持终端的七个子模块紧密联系，其中最核心的模块就是后台通信服务模块，它的作用相当于一个主控模块，由它负责控制与服务器的通信，并通过广播，协调其余各个模块的运行。
4.2 服务器的设计
基于三网融合的感知与控制物联网平台的服务器可以划分为Web服务器和数据服务器，其中Web服务器包括Socket服务器。
Web服务器是系统的一个枢纽，其与数据服务器进行通信，并可以让用户通过浏览器端或是手持终端来访问系统，包括获取无线传感网络的监控数据、发起对无线传感网络的反馈控制；并允许管理员通过浏览器端来管理系统，包括管理系统用户、数据库等。Web服务器包括以下主要功能：与数据服务器通信，处理数据服务器发送的数据；汇集需要执行的反馈指令(来自浏览器端和手持终端)，发送给数据服务器；数据库的管理和维护；将实时数据广播到各个网页端，并在页面绘出实时曲线图；控制Socket服务器，从而实现与手持终端数据交互；管理Web页面的用户交互。对应这些功能可以划分相应的Web服务器的模块。
数据服务器负责对无线传感网络收集的数据进行收集和处理，即接收无线传感网络中的汇集节点发来的温度数据，同时验证、解析并组织温度数据；同时，数据服务器也负责与Web服务器进行通信，即将温度数据打包发送至Web服务器，同时接收Web服务器发送的反馈指令，并发送到无线传感网络中的汇集节点。
4.3 无线传感网络模块的设计
无线传感网络由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点构成，借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外等信号，从而探测包括温度、湿度、光强度、加速度等众多我们感兴趣的物质现象。同时，除了可以监测环境信息或设备状态，该无线传感网络也可以对节点进行反馈控制。
基于三网融合的感知与控制物联网平台的无线传感网络包括采集节点、汇集节点以及中继节点。具体工作过程可以通过采集节点采集数据，采集的数据通过无线网络将数据传送到汇集节点，并通过汇集节点传送到数据服务器；同时汇集节点从数据服务器接收反馈信息，并通过无线网络将反馈信息传送到采集节点，采集节点验证反馈指令，然后对执行需要执行的反馈指令。中继节点可以根据设定，转发收到的特定无线网络数据，从而提高无线网络的覆盖范围。
5.总结
本文通过三网融合，构建了一个物联网平台，使用户可以方便、快捷地对无线传感网络进行监控和反馈控制。该系统通过无线传感网络采集数据和执行反馈控制，用户可以通过Web方式或是通过基于Android的手机平台方式，来访问系统，获取无线传感网络的监控数据，也可以对无线传感网络进行反馈控制。本系统提供Web方式和通过基于Android的手机平台方式对系统的访问，用户可以方便、快捷地监控无线传感网络的数据、进行反馈控制。系统集成了无线通信、数据处理、传感器模块的微小节点分布在不同的地方来获取数据、收集信息的，这些微小节点体积小、易于安装，对环境要求很低，因此用它们来进行数据的采集十分方便，可以省掉很多不必要的工作。本系统中的微小节点功耗非常小，对环境要求低、适应性很好，它们既可以接外接电源也可以独立电池供电。同时，因为尽可能简化了节点的处理，使得将来可以用更简单、低功耗的节点来代替现有的通用节点，提高节点的工作时间。
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本文标题：基于三网融合的感知与控制物联网平台的构架
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