基于物联网的短距无线通信系统实验

倪 林， 张义红， 杨 义

(东华大学 信息科学与技术学院， 数字化纺织服装技术教育部工程研究中心， 上海 201620)

0 引 言

物联网是继计算机技术、互联网技术、移动通信技术的又一次信息产业的重大发展。其产业链长，覆盖面广，应用范围几乎涵盖各行各业。物联网与传统产业的深度融合，必将促进传统产业的革命性的转变[1]。作为新型的战略产业，物联网已受到各国政府的高度重视。

物联网可以被认为是利用“泛在网络”实现“泛在服务”[2], 是一种更加广泛深远的网络应用形态。泛在网是在异构网络融合和频谱资源共享基础上实现无所不在的网络覆盖，其中，泛在无线技术是物质世界互动的过程中实现末梢效应和边缘价值的核心技术，是促进物联网产业化应用的关键之一。而短距无线通信是其重要的应用形态[3]。

由于无线通信技术迅速发展，短距无线通信呈现出异彩纷呈的景象。技术性能各异，传输特性不同，市场需求驱动着新技术的不断创新[4]。为了满足社会发展的需求，为培养创新型应用人才，我们结合我校研究生的移动计算理论系统实验，以及本科生的课程设计、毕业设计等教学实践环节，选择主流的短距无线通信技术，开展了基于物联网的短距无线通信技术的系统实验研究，包括：WiFi/IEEE802.11，ZigBee/802.15.4，以及蓝牙(Bluetooth)等基础性实验；以及基于物联网的GSM，CDMA，GPS等与不同短距无线通信技术的网络融合的实验；结合实际案例开展短距无线通信组网的实验研究，以及基于嵌入式系统泛在无线通信技术的综合开发。

1 短距无线通信的基础实验[5-6]

1.1 蓝牙无线通信实验

实验环境。

硬件：Semit ARM9200开发板， PC机1台，串口线(公母)1条，USB电缆1根，网线1条，TTP6603 1块，9 V电源。

软件：RedHat 9. 0以上Linux操作系统。

(1) 蓝牙协议栈移植实验。本实验选择了 Linux 环境下广泛使用的蓝牙开源协议栈 BlueZ 。学生通过将 BlueZ 移植到嵌入式平台的完整过程，理解蓝牙协议的层次结构、同步/异步链路的建立以及常用的蓝牙 Profile ，为蓝牙应用功能的开发奠定基础[7]。

(2) 蓝牙无线数据通信实验[8]。本实验通过软件控制蓝牙实现串口数据无线传输的功能。通过对软件源代码的剖析，使学生理解通过协议栈控制蓝牙设备的过程以及建立异步数据链路的方法，便于学生理解软件协议栈与硬件设备之间的配合工作。

(3) 蓝牙无线语音通信实验[9-10]。本实验通过软件控制蓝牙实现语音无线通信功能。通过对软件源代码的剖析，使学生理解建立蓝牙同步链路以及用同步链路传输语音的方法，作为蓝牙电话网关设计的基础。

1.2 WiFi/IEEE802.11b/g无线通信实验

实验环境：

硬件：Semit ARM9200开发板， PC机一台，串口线(公母)1 条，网线1条，WLAN 11g USB 适配器 1个，9V电源1个，无线路由器1个。

软件：RedHat 9. 0以上Linux操作系统。

本实验通过嵌入式主机上的 802.11b/g无线接入模块，向100 m范围内的 WLAN 终端设备提供无线接入功能，并与WLAN终端进行无线数据传输，提供文件传输的示例软件。

1.3 ZigBee无线通信实验

实验环境：

硬件：Semit ARM9200开发板， PC机一台，串口线(公母)1 条，网线1条，ZigBee模块 2个(1主、1从)，9 V电源1个，5 V电源2个。

软件：RedHat 9. 0以上Linux操作系统。

开发板：

输入cd/mnt/SEMIT_ ProjectdZigBee进入该文件夹。输入./send就可以看到通过串口传来的温度信息了。

2 短距无线通信与异构网络融合的系统实验[11-13]

2.1 蓝牙无线通信与GSM/GPRS网络融合的系统实验

实验环境：

硬件：Semit ARM9200开发板， PC机一台，串口线(公母)1条，USB 电缆1 根，网线1条，TTP6603 一块，9 V电源。如图1所示。

图1 蓝牙与GSM/GPRS网络融合

软件：RedHat 9. 0以上Linux操作系统。

在开发板：输入cd /mnt/S EM IT_ Project/Bluetooth_ Cellphone/Bluetooth_ Cellphone_ Server输入./server。

在PC上输入：cd /mnt/S EM IT_ Project/Bluetooth_ Cellphone/Bluetooth_ Cellphone_ Client

在PC端用USB电缆连接TTP6603

在PC端：输入./Bluetooth_link。通过蓝牙，按如上的操作界面提示进行操作，就可以实现在 PC 端与GSM网络通话了。

其中，嵌入式主机为蓝牙电话网关，实现了蓝牙短距无线通信与GSM网络的融合。

2.2 WiFi短距无线通信与广域网的融合

实验拓扑图如图2所示。

在开发板：

输入cd /mnt/SEMIT_Project/Multinet/802. 11

输入./PC1_init。

在PC2端：输入.PC2_init。

输入ping 172.27.0.1和ping 192.168.0.56，如果ping的通，说明通过WiFi成功的实现了PC机与广域网的通信，以及PC机之间的互相通信。

2.3 WSN与广域网的融合系统实验[14]

实验拓扑图如图3所示。

图3 实验拓扑图

实验环境：

硬件：Semit ARM9200开发板， PC机1台，串口线(公母)1 条，网线1条，ZigBee模块 2个(1主、1从)，9 V电源1个，5 V电源2个。

软件： RedHat 9. 0以上Linux操作系统。

在开发板：输入cd /mnt/SEMIT_Project/WSN/WSN_Client

在PC机：输入cd /SEMIT_Project/WSN/WSN_Server

输入./Server。

开发板输入：./client 192.168.0.22(PC机IP)

在PC端就能看到开发板端通过网线传过来的温度信息了。

3 短距无线通信的综合开发系统实验研究[15]

基于物联网应用的典型案例，我们利用Bluetooth、WiFi短距无线通信开发了完整的定位信息无线传输系统。如图4所示。

图4 典型物联网应用案例

其中，嵌入式主机起到主控作用， GPS 模块用于接收定位卫星信号并进行处理，向嵌入式主机提供定位和标准定时信息。网关上的Bluetooth和802.1lb/g 模块作为两种可选的短距离无线通信方式，能够将定位信息以无线的形式传送到其他设备，例如上图 中带有 Bluetooth和802.llb/g通信功能的手机或计算机。

具体实验环境[16-17]：

硬件：Semit ARM9200开发板， PC机一台，串口线(公母)1 条，网线1条，WLAN 11g USB 适配器 2个，GPS模块1个，9 V电源2个，7.5 V电源1个，无线路由器1个。实验拓扑图见图5。

软件：RedHat 9. 0以上Linux操作系统。

图5 实验拓扑图

PC机：

输入cd /SEM IT_Project/GPS_Wireless/GPS_Wireless_Server

输入./pc_config。

在开发板：

输入cd /mnt/SEMIT_Project/GPS_Wire1ess/GPSWire1ess_C1ient

输入./ARM_config

输入Ctrl+C即可停止程序运行。

其中，GPRMC数据格式中，GPS的实用数据含义为：A=数据可用，N=北半球，E=东半球。

4 结 语

物联网是利用“泛在网络”实现“泛在服务”，短距无线通信是推动其发展的重要力量之一。本文从基础实验、以及与异构网络的融合、综合开发等三方面对短距无线通信进行了系统实验研究。通过实验研究，使学生们对主流的短距无线通信不仅有较为深入的感性认识，而且还要有较为系统的用知能力，最终目的是通过实验提高学生的创新实践水平。

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