基于WSN的网关节点程序设计与实现

吴清秀

摘 要：文中介绍了基于WSN的网关通信设计原理，分析了Socket套接字的工作原理和过程，采用C#编写了基于TCP/IP协议的Socket客户端和服务器端的网关程序。

关键词：WSN；Socket；网关；C

中图分类号：TN915.05 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）08-00-02

0 引 言

物联网网关在无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）和传统通信网络中具有重要的纽带作用，其主要功能是数据转发、不同类型感知网络之间的协议转换和控制管理等作用，同时可以集成其它安全和计费等功能。支持方式有传统通信网络、2G/4G网络接入、ADSL或光纤接入等，其主要原因是在无线传感器网络内部实现不同的数据汇聚和转发，是传感器网络与传统通信网络的桥接。

1 物联网网关通信设计原理

网关的功能是信息数据汇聚和转发，在整个网络中起到中转站的作用。无线传感器网络的突出特点是网络中的节点可以独立采集环境中的信息，信息交互是节点与节点之间以无线传递的方式进行，环境数据信息通过节点传感器采集而得，由无线传感器网络的协调节点通过串口结合特定的网关程序转发到其它网络。网关节点系统的核心部分是一些特定硬件及软件的组合，网关在WSN网络中的作用不仅仅是构建网络和维护管理，更重要的是数据转发和协议转换等功能，ZigBee协议和TCP/IP协议之间的数据交换与解析都可以在网关节点内实现。

作为网关设备，物联网网关可以实现异型网络之间的协议转换和互联，同时可以进行设备管理，运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点并实现远程控制。具体功能表现在以下四个方面：

（1）数据收发，物联网网关最基本的功能，在互联网与传感网络之间起到承上启下的作用，传感网节点与互联网端交互所收集的信息通过物联网网关收发，而且需要准确地向两者发送数据。

（2）协议转换，从不同的感知网络到接入网络的协议转换，统一封装下层标准格式的数据，确保各种异型网络的协议能够变成统一的数据和信令格式。向上采用移动电话网络、ADSL等接入方式接入上层并进行信息交互，向下物联网网关通过ZigBee协议与传感器节点进行数据通信，因此，物联网网关应在接收到传感器数据后，对传感器数据进行协议转换，将重封装后的传感器数据上报。

（3）控制管理，如注册管理、权限管理、状态监管等，具体表现在网关实现子网内节点的管理上，如获取节点的标识、状态、能量等，以及远程实现唤醒、控制、诊断、升级和维护等。

（4）接入广泛，目前用于近程通信的技术标准有很多，常见的有Lonworks、ZigBee、 6LowPAN、RUBEE等。

物联网网关功能体现在通信设计方面，运用Socket套接字在客户机与服务器之间建立双向基于流的数据交换连接，其中计算机网络通信的基本构成是Socket网络套接字，通信端口可以被命名和寻址，通过Socket网络套接字向网络发出请求或者应答网络请求。在互联网络协议中客户机及服务器是两个进程间相互的主机模式，首先服务器启动请求模式，开启某一个信息通道来接收网络中客户机的地址请求，等待并处理客户机的请求，然后对请求进行回应，最后关闭服务器。客户机则开启一个信息通道，请求连接服务器的某一个通信端口，当发送请求报文被服务器接收并回应后，关闭通道。

2 网关的程序设计与实现

编写一个网关程序，该程序通过串口连接的调制协调器接收来自ZigBee网络的数据信息，通过网关程序传输到服务器端的数据库或特定的客户端。网关结构原理图如图1所示。

3 结 语

基于WSN的网关通信设计原理，在分析物联网网关的功能和Socket套接字基本原理与工作过程的基础上，采用C#语言编写网关应用程序，运行在安装有Windows系统的平板电脑上，实现了ZigBee协议和TCP/IP协议的数据转发功能，从服务器端收集到来自ZigBee网络的数据。

参考文献

[1]陈琦，韩冰，秦俊伟.基于Zigbee/GPRS物联网网关系统的设计与实现[J].计算机研究与发展， 2011，48（Z1）：367-372.

[2]张敬申.基于云平台的智能农业系统中第二代感知适配网关的研制[D].杭州：浙江理工大学，2015.

[3]成金祥.无线传感器网络网关节点的设计与实现[D].马鞍山：安徽工业大学，2013.