0 引 言

将因特网和无线传感网无缝连接，可以对放置于人员无法接近的危险、恶劣环境的传感器进行实时在线监测[1-4]，但是，依靠复杂的应用层网关将因特网接入Zigbee无线传感网是一个构建异构网络的难题，难点在于无线传感网一般采用的是专用协议，而广泛应用于因特网协议栈中的IP协议对内存和带宽的要求都比较高，如果要将IP协议无缝接入无线传感网就必须降低它对运行环境的要求，才能适应微控制器以及低功率下的无线连接，但是实际操作起来很困难。因此，设计一种网关用于支持异构网络中不同传输协议的共存问题，不改造、不附加现有的网络传输协议，不影响网络协议对运行环境的要求，利用网关转化传输数据的方法来解决网络异构问题，具有重要的理论意义和应用价值。

2017年11月，美国霍尼韦尔国际公司(Honeywell International)宣布美国唯一铀转化厂即梅特罗波利斯(Metropolis)厂暂停运行。

目前有关无线传感网网关的研究，有以下3种不同的设计方案。第一，文献[5]采用基于ARM11高速芯片的网关提供多种外设接口，同时连接Zigbee、以太网、CDMA、WiFi这4个不同的网络通信模块，使用C语言在Linux系统下实现4种网络之间的通信，但并未涉及不同传输协议的数据转换以及传输方式。第二，文献[6]设计的网关是基于SNMP协议实现对无线传感网节点进行监控管理，但是SNMP服务通常位于防火墙保护圈之外的设备上运行，使得无线传感网接入因特网时面临许多风险。第三，文献[7]将逆向云算法应用到物联网网关中，使网关具有自适应性和智能性，但是外界环境因素对网关测控子系统的智能性产生了影响，使该类网关具有局限性。

本文描述了一种通过Internet-Zigbee网关转化因特网请求信息和Zigbee无线传感网数据的方法，实现了不同传输协议下的两种网络的互联，使得因特网用户能够在浏览器上监测Zigbee无线传感网数据。设计的Internet-Zigbee网关同时包含嵌入式web服务器和Zigbee协调器，在数据开始转化之前，因特网和Zigbee无线传感网的传输数据已经完成了各自的安全认证程序，而网关通过CGI程序在因特网请求信息和传感器数据之间进行转化时，并未影响两个网络传输协议的独立性，从而给整个网络异构过程提供了较高的安全保障。

1 Internet-Zigbee网关程序结构

Internet-Zigbee网关在因特网和Zigbee无线传感网之间起一个中介的作用，从而实现两个不同网络协议下的数据互通。网关主要由3个部分组成：可编程嵌入式web服务器、Zigbee协调器、数据转化中心。使用开源的AppWeb 6.2.3作为Internet-Zigbee网关中的嵌入式web服务器，它是一个嵌入式HTTP web服务器，可以直接集成到应用设备上，支持动态网页、服务器端嵌入式脚本过程中的CGI，可加载模块、Apache样式配置、单线程和多线程应用程序等。此外，以TI公司的CC2530和Z-Stack为硬软件平台作为实验背景，使用具备2.4 GHz /IEEE 802.15.4兼容无线收发器的Zigbee CC2530芯片作为Internet-Zigbee网关中的Zigbee协调器，它支持离线烧写文件[8]。Zigbee协调器依靠RS232接口与集成了嵌入式web服务器的设备相连。数据转化中心用于解析、转化来往于因特网客户端和Zigbee传感器之间的数据信息。Internet-Zigbee网关中的嵌入式web服务器和Zigbee协调器都烧录了数据转化中心的CGI程序。图1是因特网用户通过Internet-Zigbee网关与Zigbee传感器进行通信，其中包含了Internet-Zigbee网关程序结构。

  

图1 因特网远程连接Zigbee无线传感网结构

数据转化中心的数据来自因特网用户和Zigbee传感器，所以在数据转化之前，网关两端通信准备工作已经完成，分别是：因特网用户与网关的嵌入式web服务器已经完成了一系列程序初始化，经过“三次握手”之后建立了TCP连接，用户可以向嵌入式web服务器发送请求并接受服务器回复。另一端，Zigbee协调器节点是Zigbee无线传感网的全功能设备(FFD)，包括建立Zigbee无线传感网和处理Zigbee传感器入网申请等，Zigbee传感器经过一系列初始化程序认证后加入网络，Zigbee协调器分配16bit网络短地址给Zigbee传感器，Zigbee传感器通过网络短地址与Zigbee协调器进行来回应答式通信和收发数据。

使用TI公司的Packet Sniffer软件抓取实验数据包，图2表示Zigbee关联响应命令帧，Short_addr的值为Zigbee协调器分配给Zigbee传感器的网络短地址。图3表示Zigbee应用层数据帧图，APS Cluster Id表示簇标识符，“簇”可以理解为一种约定，表示网关的Zigbee协调器对Zigbee传感器属性的处理方式[9]。在帧载荷域，即APS Payload段包含了Zigbee传感器采集的信息，如：温度、湿度、父节点地址等数据。

  

图2 Zigbee关联响应命令帧图

  

图3 Zigbee应用层数据帧图

2 数据传输和转化过程

2.1 数据从客户端到嵌入式web服务器

在应用层的HTTP协议下，因特网用户通过post方法以表单的方式发送请求报文给Internet-Zigbee网关的嵌入式web服务器端，用户的输入是以“变量名=变量值” 值对集合的形式提交给服务器进行处理，而用户端的web浏览器在将请求数据发送给服务器前，按照“变量名=变量值”这样的数据对格式进行编码，编码类型采用HTML默认的application/x-www-form-urlencoded编码类型，最后形成一串字符序列提交给嵌入式web服务器。

2.2 数据经过数据转化中心从嵌入式web服务器到ZigBee协调器

根据图1箭头标示的数据传输走向，网关的嵌入式web服务器通过标准输入(stdin)向数据转化中心的CGI程序传输用户请求字符序列String，例如，查找Zigbee传感器B的温度值。按照application/x-www-form-urlencoded编码类型，提交给CGI程序的字符序列String为：name=sensorB&attribution=temperature。

本文研制的是一种无机泡沫吸波材料，是利用碎玻璃或火山灰等为主要原材料，在其中添加电磁损耗物质，熔融发泡而成的一种隐身材料，如图7所示。

(1)数据转化中心的CGI程序根据ASCII码表将请求信息的字符序列String转化成一串十进制数字X。另一方面，在组建Zigbee无线传感网时，网关的Zigbee协调器分配给Zigbee传感器B的16bit网络短地址是用十六进制数Y表示。而网关的Zigbee协调器和Zigbee传感器B拥有相同的簇标识符，它的值在Zigbee应用层数据帧中是用十六进制数Z表示。

(2)建立X的值与两个十六进制数Y、Z值的映射关系。

16位短地址=Zigbee传感器B的短地址Y；

……

(3)在数据转化中心的CGI程序中，调用Z-Stack协议栈发送函数AF_DataRequest()进行点对点发送数据之前，当X的值为映射关系中Y对应的值时，则网关的Zigbee协调器和Zigbee传感器B之间的数据包采用单播发送，将单播发送模式的目标地址设为16位短地址，此时目标地址为Zigbee传感器B的短地址Y。部分程序设计思路为：

当时沂南县共有人口28万人，据统计在鲁南战役、莱芜战役、孟良崮战役和淮海战役中，沂南人民一共出动了小推车10796辆，出动民工162849人次，几乎人人上战场。

1.5 统计学方法 采用SPSS 20.0进行数据分析,计量资料以 s表示，采用配对t检验和方差分析。所有统计分析均为双侧，P<0.05为有显著的统计学意义。

中断；

这样，Zigbee传感器B就使用自己的网络地址Y与网关的Zigbee协调器进行通信，由于单播发送的方式决定了数据包只发送给一个目标设备，网关的Zigbee协调器就建立了与Zigbee传感器B之间的唯一信道。另外，在数据转化中心的CGI程序中，当X的值为映射关系中Z对应的值时，则在Zigbee传感器B端触发接收信息命令事件，使得Zigbee传感器B开始接受网关的Zigbee协调器发送的请求信息。部分程序设计思路为：

鉴于预算管理工作人员的现状，首先，财税预算管理人员要有自我进步的意识。国土资源财税预算管理人员需要拥有会计、审计、核算、管理等多方面的能力，还要对预算管理的相关法律法规有相当程度的了解，更要明确整个预算管理流程，才能对预算管理工作进行切实的执行。所以，必须要使其自身有积极进取的意识，才能更好地开展预算管理工作。

事件函数

{……

接收信息命令事件：

调用应用信息函数

……

……}

在处理接收信息命令事件时，调用了应用信息函数，该函数的作用是根据簇标识符在接收信息中代表的不同含义执行相对应的操作，簇标识符的功能在第1节中已经提到。换句话说，在Zigbee联盟增加的Zigbee cluster library(ZCL)中提供了读写传感器属性值的操作函数，在调用操作函数时，根据Z的值可知，Zigbee传感器B从网关的Zigbee协调器得到的请求信息是读取传感器温度值。

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综上所述，我们应当意识到市政道路桥梁中伸缩缝施工技术质量的意义与价值，它的好坏能够对整体结构、使用性能以及使用寿命等产生严重的影响。所以，相关施工单位必须注重伸缩缝施工技术的作用，严格按照相关标准进行施工，将质量控制在科学合理的范围之内，进而从本质上保障道路桥梁使用过程中的安全性。

到目前为止，已经完成了从HTTP层到Zigbee应用层的数据转化，网关的Zigbee协调器和Zigbee传感器B之间已经建立了一条有效的信道并且请求读取温度值。以上各步骤全部由CGI程序执行，程序流程如图4所示。

  

图4 嵌入式web服务器到Zigbee协调器方向CGI程序流程

2.3 数据经过数据转化中心从ZigBee协调器到嵌入式web服务器

(3)CGI程序以HTML文本的形式通过标准输出(stdout)将十进制数N传送给网关的嵌入式web服务器。

(1)Zigbee传感器B周期性采集数据并实时发送给Internet-Zigbee网关的Zigbee协调器，用户请求查询的Zigbee传感器B的温度值写在Zigbee应用层传感器数据帧的帧载荷域APS Payload段。网关的Zigbee协调器根据ZCL的读写传感器属性值操作函数，读取具有和本身相同簇标识符的Zigbee传感器B的温度值M。

(2)数据转化中心的CGI程序在Zigbee应用层通过编程读取网关的Zigbee协调器接收的数据M，再根据ASCII码表将十六进制数M转化成十进制数N。

根据图1箭头标示的数据传输走向：

目标地址=16位短地址

到目前为止，已经完成了从Zigbee应用层到HTTP层的数据转化。以上各步骤全部由CGI程序执行，程序流程如图5所示。

  

图5 Zigbee协调器到嵌入式web服务器方向CGI程序流程

2.4 数据从嵌入式web服务器到客户端

在Internet-Zigbee网关的嵌入式web服务器端产生一个HTML的响应给用户的浏览器进行浏览，这个HTML页面包含动态更新的数字N。最后，用户可以在浏览器上查看到Zigbee传感器B的温度值N。

3 实验验证

实验为用户通过浏览器在因特网上查看Zigbee传感器B的温度值。

根据TI公司的Packet Sniffer软件抓到的Zigbee应用层传感器数据帧的帧载荷域如图6所示，即APS Payload 段，Zigbee传感器B采集的温度和父节点地址数据分别是0x30、0x00。经过Internet-Zigbee网关数据转化后，十六进制数30等于十进制数48，而十六进制数0等于十进制数0。所以，Zigbee传感器B温度值应该为48，父节点地址为0。

  

图6 Zigbee应用层数据帧的帧载荷域图

图7是在浏览器中显示的Zigbee无线传感网远程查询系统界面，因特网用户通过打开浏览器选择需要查询的Zigbee传感器B，并且选择该传感器属性“温度”，点击查询，经过Internet-Zigbee网关数据转化后，Zigbee传感器B的温度值显示在新的网页中，数值是48。

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图7 Zigbee无线传感网远程查询系统

实验表明，通过Internet-Zigbee网关连接因特网和Zigbee无线传感网，实现了在两个不同网络传输协议下的数据转化传输，使因特网和Zigbee无线传感网之间的相互通信具有可行性，因特网用户能够方便的在浏览器上查询Zigbee无线传感网的任意传感器数据。

4 结束语

下一代无线网络将是多种接入网共存的异构无线网络[10]，本文提出了一种Internet-Zigbee网关用于因特网和Zigbee无线传感网之间的互联，为因特网用户提供了远程监控Zigbee传感器的途径，最后通过实验验证Internet-Zigbee网关所采用的数据转化机制可行并且有效。用户通过因特网发出的请求信息能够有效传递给目标传感器，目标传感器的数据也能有效反馈到用户的浏览器上，达到了两种不同网络互联的目的。下一步工作是进一步减少数据转化机制的计算开销，在传感器耗能较快的情况下进一步完善Internet-Zigbee网关的性能。

是的，这就是学生工作中的细，他需要像一颗顽强的细胞一样，把积极的思想进行复制，把健康快乐进行感染，从而让一个个独立个体崛壮成长，成为国家未来的可用之才。我，一名高校辅导员，愿意做这一颗细胞君！

参考文献：

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