远程数据采集技术的研究与应用

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3.0 陈辉 2024-11-19 5 4 1.02MB 39 页 15积分

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第一章绪论

§1.1 课题来源及研究意义

在科技飞速发展的今天，依然存在着许多条件恶劣的工作环境，不适合人类

工作，但由于各方面的需要，又必须要在那样的环境下作业，此时人们就想到了

远程监控作业，利用无线传输技术，将工作环境的信息传输到远程的操作端，再

由操作端发出控制信号，对工作现场中的设备进行操作控制。

随着科学技术的发展，通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术也是发展迅

速和日益成熟，人们根据生活和工作的需要研制出了具有感知能力、计算能力和

通信能力的各种微型传感器。由许多这样的微型传感器构成的无线传感器网络更

是给人们的生活带来了方便。

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，以下简称 WSN）综合了传感器

技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术等各方面的优点，能够

对工作现场网络分布区域内的各种环境或检测对象的信息进行实时监测、感知、

采集，并对这些信息进行处理，获得详尽准确的信息，传送到需要这些信息的用

户。WSN 可以使人们更方便的获取大量详实可靠的工作现场信息，并可以广泛的

应用于工业制造、国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造

业、反恐抗灾等领域。WSN 是信息感知和采集的一场革命，在新一代网络中具有

关键作用[1]。

Browser/Server(以下简称 B/S)构架也就是指的浏览器/服务器的构架，它是

基于客户端/服务器（Client/Server,以下简称 C/S）构架的一种改进的结构，是

在 Internet 技术出现以后兴起的。B/S 构架下的用户工作界面主要是通过浏览器

来实现的，用户可以通过浏览器来接收和浏览采集到的数据，还有一少部分事务

逻辑是在前端实现的，而主要事务逻辑都是在服务器端实现。B/S 构架的优点很

明显，它大大简化了客户端电脑的载荷，使得用户的成本也得到了有效的降低，

同时也使得系统维护与升级的成本和工作量得到了有效的降低。这是一种高效率

的开发，能一次性解决不同的人员从不同的地点，以不同的接入方式访问和操作

同一个数据库；而且它还能有效地保护数据平台，并能管理访问权限，服务器数

据库也相对比较安全。以目前的技术看，局域网建立 B/S 构架的网络应用，并通

过英特网模式下数据库应用，相对易于把握、成本也是较低的。B/S 构架管理软

件更是方便、速度快、效果优。业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务

远程数据采集技术的研究与应用

器功能。具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览等业务处理。其维护起

来也简单方便，只需要改变网页得一些内容，就可以实现所有用户的同步更新，

开发简单，共享性非常强[2]。

本课题就是在上述背景下提出的，目的在于对当前无线传感器网络更加优化

和合理的利用，无线传感器网络和B/S构架的结合使得WSN能够被广泛的应用，能

够更加方便快捷的获取信息，方便用户的升级，而且大量的数据实际都被存放在

数据库服务器中，也为用户节约了一定的资源。客户端除了浏览器以外，基本不

需要其他程序，所以使用方便，只需将所需要的程序从Web服务器上下载到本地来

执行就好，在程序的下载过程中如果遇到了一些与数据库有关的指令，会自动由

Web服务器交给数据库服务器来解释执行这些指令，这对WSN的普及和推广有着

极大的现实意义[3]。

§1.2 无线传感器网络（WSN）数据采集系统应用开发意义

无线传感器网络（WSN）数据采集系统目前的应用非常广泛，数据采集与工业

生产和国民生活息息相关，大到电力部门各变电站的远程监控、矿业生产单位的

安全生产，小到社区居民的电表、水表抄表系统，因此数据采集与通信系统直接

关系到人们生活质量的提高。

现有的WSN系统在性能方面还不能很好地满足实际需要，存在生存时间短、数

据传输不够可靠等问题，需要继续在多个方面研究改进方法。其中，WSN网络层协

议是目前研究的重点内容之一。目前已经提出了很多WSN路由协议，如gossiping,

基于簇的路由协议、分层的路由协议、基于位置信息的路由协议和能量感知的路

由协议等等。各种协议具有不同的特点，分别适合于特定的情况。在Zigbee标准

中，根据网络结构的不同，分别采用了cluster-tree和AODV协议。在TinyOS2.0中

主要实现了用于数据汇集的CTP协议和用于分布的协议[4]。

现有分布式系统很多是通过 C/S 构架来实现的，C/S 构架的一个很重要的优

点就是能够充分发挥客户端 PC 机的处理能力，客户端可以将很多工作做预处理后

再提交给服务器进行处理，这样就提高了系统利用率和数据处理速度。其对应的

优点就是客户端的响应速度比 B/S 构架要快很多，通过它可以充分利用客户端与

服务器端的硬件环境的优势，将任务合理分配到客户端和服务器端来分别实现，

使得系统的通讯开销得到了有效的降低。由于现在的软件应用系统正在向分布式

的 Web 应用发展，Web 和 C/S 构架应用都可以进行同样的业务处理，应用不同的

模块共享逻辑组件，现在大部分应用软件系统都是 C/S 构架形式的两层结构；互

第一章绪论

联网的发展非常迅速，功能也越来越强大，随之而来的是普及的移动办公，这样

就要求我们的系统有良好的可扩展性。用户都可以对新的和现有的应用系统进行

顺利的访问，新的应用系统可以通过对现有的应用系统逻辑进行扩展得到。现在

的应用系统就是朝着这样的方向发展的。这种方式远程访问需要对系统进行专门

的设计来处理分布式的数据，而且也需要专门的技术[6]。

C/S 构架也有很大的缺点，首先是客户端安装需要专用的客户端软件，其次

还有涉及到安装的工作量可能会有点大，最后是如果任何一台电脑出问题，如病

毒、硬件损坏，都需要进行重新安装或维护。另外就是在系统软件升级时，每一

台客户机都需要重新安装，这样就使得维护和升级成本大大增加。

综上所述，目前国内外在此领域的发展还是有限的，有很大的空间可以改善

和提高，改善后不仅降低了维护成本，使系统更加强大，更加容易升级，而且对

于客户的使用更加方便，更加有利于技术的推广。

§1.3 研究内容及论文结构安排

本课题的研究内容是设计一个无线的数据采集与传输系统，传统的有线传感

器网络已经不能满足人们的日常需求，尤其在一些特殊的工作环境，比如腐蚀性

比较严重、人类不容易达到的环境等。通过无线技术来传输传感器采集的数据已

经是必然的选择，论文的结构安排如下：

第一章通过对课题背景的描述，引出了课题的研究范畴及意义，并分析了

本课题的核心技术及其在相关领域的发展和应用。

第二章根据系统的需求分析，提出了系统的设计方案，先是概括了系统实

现的整体步骤，然后简单概括了系统的整体框架，最后分模块介绍了系统的结构，

对整个系统的功能和解决方案有一个系统的了解。

第三章重点介绍了本课题的开发环境，对使用到的开发工具做了简单的介

绍，并对这些工具在本系统中如何使用也做了说明。

第四章本章节是课题的关键内容之一，详细阐述了将无线传感器网络采集

到的数据传输到 PC 并进一步存储到数据库中的方法，对实现过程中用到的一些类

库做了简单的说明。

第五章介绍了实现 Brower 端数据访问的方法。包括服务器端数据库系统

的介绍，通过网络传输数据并通过浏览器来读取这些信息的方法，最后对系统测

试的实验结果进行了分析。

第六章总结概述了本论文的工作，并提出了本课题中存在的一些问题和不

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足，有待于进一步提高和改进的方面，最后给出了下一步的研究方向。

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摘要：

第一章绪论1第一章绪论§1.1课题来源及研究意义在科技飞速发展的今天，依然存在着许多条件恶劣的工作环境，不适合人类工作，但由于各方面的需要，又必须要在那样的环境下作业，此时人们就想到了远程监控作业，利用无线传输技术，将工作环境的信息传输到远程的操作端，再由操作端发出控制信号，对工作现场中的设备进行操作控制。随着科学技术的发展，通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术也是发展迅速和日益成熟，人们根据生活和工作的需要研制出了具有感知能力、计算能力和通信能力的各种微型传感器。由许多这样的微型传感器构成的无线传感器网络更是给人们的生活带来了方便。无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，...

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