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网络监测系统范文1
关键词：GPRS；热网；远程监测
中图法分类号：TP309文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31524-01
Steam Remote Monitoring System Based on GPRS
SHI Wen-yang
(Xunda Automatic System Co.Ltd,wuxi 214155,China)
Abstract:To reducing energy saving, environmental protection, all over the implementation of cogeneration, central heating. Power Plant Steam users located in every corner of the city, the traditional practice of meter reading, artificial inspections, the workload is very large. GPRS (General Packet Radio Service) network with the wider coverage, and convenient Internet access, long-distance transmission of data. Established in GPRS networks on the basis of the thermal remote network monitoring system, remote meter reading can be achieved, on-line monitoring of the heating network status.
Key words:GPRS;Steam;Remote Monitoring
1 引言
当前，众多的热电企业实行热电联产，向周边地区集中供热。各热电厂的供热系统大都存在用户众多、位置分散、管线长、管损大等问题，甚至出现人情汽、不法用户偷汽现象。致使热电企业日常管理工作量大，出现纠纷难以解决，经济效益受损，严重阻碍热电企业的发展。依据多年的流量计生产应用经验，充分考虑到流量测量工程中的问题，分析多家热电企业的需求，结合多家热电企业在热网管理中的成功经验，提出基于GPRS的热网远程监测系统。
2 热网管理现状与需求
用户规模从几十户到上百户
供汽范围可达10公里左右，小范围在2～3公里
人工抄表，工作量大
人工统计报表，繁琐，准确度难以保证
无法及时监控供汽质量
无法了解各用户用汽实时状态
用户端出现故障不能及时发现
无法控制人情汽
无法及时发现用户作弊
需要最大限度降低管损
要做到易收款，无贸易结算纠纷
要求保留几年的供热数据，为查询提供有效保障
3 方案设计
可以把热网远程监测系统分成上位机软件、通信网络、现场终端仪表三部分。上位机软件根据实际情况和厂家需求，分单机版和网络版。单机版实现数据采集、存储、查询、报表等基本功能，网络版充分考虑了系统的安全性、可靠性、分散性，功能更加强大。现场终端仪表大都采取孔板、差压变送器或涡街频率变送器加智能流量积算仪。通信网络采用GPRS网络。
3.1系统基本功能
(1)通过通信网络的数据传输，获取各用户流量、温度、压力、累计流量；
(2)实现对各用户参数的监测，如监测变送器设定参数值，用户蒸汽状态等；
(3)对用户蒸汽温度、压力、瞬时流量、累计流量等每秒～每三十分钟记录一次，能生成供汽报表及历史曲线，可以打印输出，操作员可任意查询历史记录；
(4)用户停电、线路不通、电池损坏时，发出报警信号；
(5)数据库无限量容纳热网记录数据供工厂查询；
(6)支持开放式关系型数据库；
(7)基于客户机/服务器模式，支持网络操作；
(8)设定分级权限，授权的部门可以通过局域网查询热网数据；
(9)全图形界面操作，简洁、实用，今后用户扩展、维护方便。
图1 系统网络示意图
3.2 GPRS网络技术优势
GPRS（General Packet Radio Service）是建立在GSM 基础上的、被称为2.5G的无线数字蜂窝网络，它将分组传输的技术引入GSM 网络，为无线设备接入Internet 提供了一种有效且费用低廉的手段，被广泛应用于移动计算、手持设备的Internet 互联、远程数据采集与监控等众多场合。
GPRS用于无线数据传输具有多方面的优势：一是接入范围广，可充分利用全国范围的移动网络，方便、快速、低成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署；二是传输速率高，数据传输速度可达57.6kbps，最高可达到171kbps[1]，是常用有线56k Modem 理想速率的两倍，下一代GPRS 业务的速度甚至可以达384kbps，完全可以满足更多的应用需求；三是接入时间短，GPRS 接入等待时间短，可快速建立连接，平均耗时为两秒；四是提供实时在线功能，现在用GPRS DTU上网，用户将始终处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单、快速；五是按流量计费，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，用户即使挂在网上也是不收费的。以上优势使GPRS 非常适用于小规模数据量的远程无线接入应用。
3.3通过GPRS网络建立远程数据通道
利用GPRS网络构建数据的远程无线传输通道必须有协议栈的支持。GPRS终端利用PPP协议（Point-to-Point Protocol）与中国移动公司服务器建立点对点的数据连接。PPP是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据。
PPP协议中提供了一整套方案来解决链路建立、维护、拆除、上层协议协商、认证等问题，其包含3大部分：链路控制协议LCP（Link Control Protocol）；认证协议，最常用的包括口令验证协议PAP（Password Authentication Protocol）和挑战握手验证协议CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）；网络控制协议NCP（Network Control Protocol）。在GPRS终端设备与移动服务器建立连接的过程中，LCP负责创建，维护或终止与服务器的物理连接；CHAP负责处理服务器的口令验证；NCP负责从服务器获得一个IP地址，和两个DNS域名服务器地址。 GPRS终端设备与移动服务器的PPP协商的成功，标志着网络数据连路层的建立，此后将移动的服务器设为网关，可利用TCP/IP协议访问Internet或其他GPRS终端。这样GPRS终端之间、GPRS终端和Internet之间的数据通道得以建立，数据即可在此通道上按需流动。
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3.4 GPRS组网方案
组网方案一，通过公共接入点CMNET接入网络。这种组网方案使GPRS DTU的IP地址不固定，所以需要用一台接入公网的固定IP地址的服务器，DTU上线后获得的动态IP地址发送到服务器，建立C/S结构的点对点连接，传送数据。
这种方案的优点是费用低。方案采用公共接入点和动态IP地址，而非专用接入点和与SIM卡绑定的固定IP地址，只需要为SIM卡开通按流量计费的GPRS CMNET服务。缺点是DTU的IP如果变动，就会出现掉线，拨号重新建立连接，重新获取IP。另外，服务器端的安全保障工作需要全面规划。这种方案适合对网络安全性要求不是特别高，费用控制严格的应用。
组网方案二，从移动公司申请专用的APN（Access Point Name），组建专用网。申请了专用的APN后，移动公司可以为SIM卡分配固定的IP号（即DTU固定IP号）。DTU采用固定IP地址的方式接入专用网，进行数据通信。
这种方案的优点是网络安全性高。域内的用户只能相互访问，服务器也与外界完全隔离，可以提供非常高的安全性。DTU的IP地址固定，也很少出现重新拨号连接的情况。本方案的缺点是费用高，要支付向移动公司租用APN的费用。
3.5 GPRS网络主要工作流程
图2 网络工作流程示意图
4 结束语
热电厂热用户具有多而分散的特点，传统的人工抄表、人工巡视繁琐费时，还容易受到一些人为因素的影响。本文提出了一种基于GPRS的热网远程监测系统，可以向监控中心提供精确、及时的数据，利于热电企业掌控生产。GPRS网络拥有广阔的覆盖范围，可以方便的接入Internet，使得数据可以在多种平台上自由传输。目前，该方案在多家热电厂得到应用，成功地实现了热网数据的远程采集、存储、实时显示、任意查询，大大减轻了热电企业的工作强度。
参考文献：
[1]Xavier Lagrange,Philippe Godlewski,Sami Tabbane,顾肇基.译.GSM网络与GPRS[M].北京:电子工业出版社,2002.222-227.
[2]R.J.(Bud)Bates.朱洪波.等.译.通用分组无线业务(GPRS)技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2004.
[3]韩斌杰.GPRS原理及其网络优化[M].北京:机械工业出版社,2003.
[4](美)Uyless Black.TCP/IP 及相关协议.北京:电子工业出版社,1998.
网络监测系统范文2
作为国家重点新闻网站，同时也是大陆最大的涉藏网站，中国网的担心并非多余。2012年2月以来，受到一系列藏人自焚事件的影响，大陆地区一些颇具人气的藏文博客被关闭。青海湖网的藏文博客一度发出公告称：“由于部分用户不按照此博客宗旨发表日志，暂时关闭此博客，敬请广大博友谅解。”
此前亦有境外媒体报道称，著名的藏文博客网站也曾被关停，“原因是该网站发表的诗歌《哀痛》描述了发生在的自焚事件。”
目前，内地基于中文的网络舆情监测系统已经有较为成熟的研究成果，但由于少数民族语言文字信息化处理水平整体相对滞后，监管部门尚没有成熟的软件系统对少数民族文字的网站进行舆情监测，于是，在一些敏感事件发生之后，不得不关闭网站以应对日益复杂的网络舆情。
中央民族大学等机构正在进行《藏、维文网络敏感信息自动发现和预警技术》的课题研究，或许可以从一定程度上改变这种简单化的管理方式，也将缓解娜科等网站编辑在内容监管方面的工作压力。
藏文、维文网站是管理重点
中国互联网络信中心（CNNIC）的《第28次中国互联网络发展状况统计报告》显示，截至2011年6月底，大陆网民数量已达4.85亿。在公众对中文网络的使用越来越熟练的同时，少数民族文字网站也提上官方管理日程。
赵小兵是中央民族大学信息工程学院教授，同时担任国家语言资源监测与研究中心少数民族语言分中心副主任。据他介绍，目前直接使用少数民族语言文字的网站并不多，主要有蒙古文、藏文、维吾尔文、哈萨克文、柯尔克孜文、朝鲜文、彝文、壮文、傣文等9个民族10种文字（傣文包含新傣文和老傣文两种文字）。根据该中心2011年的调查，大陆少数民族语言文字的网站总量在389个左右，其中维吾尔文网站175个、藏文网站109个。
1999年12月，世界首家藏文网站在西北民族学院建立，此后藏文网页的数量不断增长，大量的藏文论坛和藏文博客涌现出来。藏文网站从2009年的45个发展到2012年的130个。与全国网民增长速度相比，藏族网民的增速较为突出，增幅达86%，远远高于全国平均增长速度。
网络的普及正在改变藏族民众的生活方式。一些藏传佛教寺庙里的佛学院也为修行的学僧开设了计算机课程，学习打字、排版和网页设计等内容，并将推出自己的网站。考虑到民众使用藏语文的习惯，也―直致力于藏语言文字与现代化的信息技术同步发展的研究。早在1997年，藏文字符计算机编码就成为中国第一个具有国际标准、获得全球信息高速公路通行证的少数民族文字。
1998年，新疆诞生了第一个维文网站――塔克拉玛干，经过十几年的发展，维吾尔文网站也形成了一定的规模。但是2009年乌鲁木齐市发生“7.5”烧严重暴力事件之后，新疆网站数量明显下降。原因是新疆维吾尔自治区通信管理局对全区已备案网站主体信息进行人工电话核查，从7月到12月，依据《非经营性互联网信息服务备案管理办法》注销了包括中文和维文网站在内的4966家网站备案。
舆情监测的现实困境
少数民族网站在境内蓬勃发展的同时，境外网站数量也有显著增加。2008年“3・14”事件发生之后，《环球时报》引述外媒的报道称，在过去几年内，有大量宣扬“”的网站和网页出现，“‘流亡政府’已将互联网当做了一个强有力的吸引藏人对抗中国的武器。”
一年之后，新疆乌鲁木齐“7・5”事件让官方再次注意到互联网的作用。“7・5”事件发生之前，有些维文网站大批转载广东韶关旭日玩具厂“6・26”聚众斗殴事件，利用网络论坛进行造谣煽动，直到7月4日晚，一些网民在QQ群、维吾尔文论坛和个人空间发帖，响应“世维会”在境外组织的游行示威。大陆学者撰文称，“从‘7・5’事件我们认识到，维吾尔文个人网站已经成为舆情的重要窗口。”“目前有些维吾尔文个人网站论坛转载境外信息，报道不实消息，在一定范围内造成了恶劣的影响。维文新闻信息，特别是时政类信息的宣传存在着极大的安全隐患。” 2006年6月27日，拉萨，一位年轻的喇嘛在网吧使用互联网。
其后，随着越来越多的少数民族运用本民族的文字，通过互联网来表达自己的情绪、态度、意见及要求，形成了少数民族地区的网络舆情。许多研究机构和市场主体声称，他们可以为客户提供这类网络舆情的监测服务：其舆情监控系统可在短时间内实现对新闻、论坛、博客、贴吧等各类网络信息进行汇集、分类、整合、筛选，也可对定制关键词的相关主题进行实时监测，全面分析网络舆隋发展趋势，提供基于网络舆情监测的决策参考和风险预警。
但政府部门对网络中藏文舆隋监控尚处于传统的人工方式，人民网舆情监测室尽管能够提供蒙古、藏、维吾尔、哈萨克、朝鲜等少数民族语言的舆情报告但也是通过人工检索进行分析，与中文舆情报告相比，欠缺科学的分析工具。
一些商业机构如谷尼国际软件公司，也开发了“谷尼互联网舆情监控系统（多语言版）”，支持维文、斯拉夫维文、拉丁维文的舆情服务。中科点击科技有限公司生产的“军犬网络舆情监测系统”，也声称“可有效监控藏文、维吾尔文、蒙古文、彝文、朝鲜文等少数民族语言舆情信息”。
谷尼国际软件公司副总邹鸿强告诉记者，针对少数民族语言舆情监测需求，在“3・14”事件和“7・5”事件后明显增多，客户不仅有宣传部门，还有公安机关和安全部门。
但是，谷尼国际软件公司提供的少数民族语言监测服务，目前仅能实现定向采集与全网搜索这两种监测方式，至于中文舆情监测中的内容情感分析、主题词自动提取、全文检索等服务则无法实现，主要原因是“没有少数民族语言的相关词库和知识库。”这些都有赖于相关学术机构提供基础性的研究成果。
预警敏感信息
目前大陆开展少数民族信息处理研究的学术机构并不多，主要集中在中央民族大学、新疆大学、大学、内蒙古大学、西北民族大学、青海师范大学和中国社会科学院等高等院校和科研机构。随着少数民族网络舆情监控系统的应用需求越来越强烈，大陆近年来明显加强了这方面的研究投入。
中央民族大学承担的“藏、维文网络敏感信息自动发现和预警技术研究”课题，获得了国家民委的资助;西北民族大学中国民族信息技术研究院也开展了相关研究，其研究论文《基于藏文网页的网络舆情监控系统研究》获得了国家863项目“多语言基础资源库研制和共享”的基金资助。
赵小兵介绍说：“藏文信息处理技术的发展与中英文相比具有一定的滞后性，存在着编码方式不统一、藏文分词技术不成熟等问题，这样将对敏感词的监控以及话题的发现与跟踪造成极大的困难，很大程度上影响舆情监控的质量。”
中央民大学信息工程学院副教授闫晓东是“藏、维文网络敏感信息自动发现和预警技术研究”课题负责人。她告诉记者，该项目到2013年结项，预期目的是能够针对各类敏感信息，提出不同级别的预警方案，“目前能做到敏感词的自动发现和跟踪。”
赵小兵补充说，如果仅仅依靠关键词匹配的方式进行网站管理，发现敏感词就进行过滤的话，非常容易产生误判，也会带来负面效果。“少数民族语言本身的含义非常丰富，它有很多同义词，一个所谓的敏感词放在一句话中也许表达的意思可能并不敏感，同样，一个非敏感词恰恰可以用来表达敏感的意思。这种语言的多义胜与复杂性要求我们的检测软件更加智能，能够从词语的深层含义去判断它是否敏感，而不是简单地抓出一个表面形式上的词。这就要求我们的管理者不能将管理简单化，一定要人性化、智能化。”
西北民族大学研发的舆情监控系统目前据称可以“对藏文网页的‘敏感点’进行监控以及对‘热点’实现预警，有效地解决政府部门以传统人工方式对藏文进行舆情监测的实施难题，为政府掌握藏族地区的舆情状况以及网络文化安全作出贡献。”
另据记者了解，公安部门也在开发一套藏文舆情监测系统，其目的是掌握境内外藏文网络舆隋，从源头上了解境外“”（敌对势力、民族分裂势力和暴力恐怖势力）的最新动向，在应对其可能对境内造成的影响时把握主动权。该软件目前已经在公安系统内部测试使用。
由于现有技术手段不够成熟，内地少数民族文字网站普遍面临较大的监管压力，对于用户创造内容的博客和微博业务，一般不会轻易涉足。即使开通了这一业务，也都采用先审核后的办法，以应对可能出现的内容风险。
网络监测系统范文3
关键词：SNMP；SYSLOG；NAQ；UDP-jitter
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）28-0020-03
1 概述
目前，我国检察机关已建成覆盖从最高检到区县级层检察院的专线网络，并建立了大量应用系统，如电子邮件、内网网站、网上办公、网上办案等。但由于检察院信息化平台没有统一的架构，各业务系统之间的连接不紧密，没有统一的管理系统和监测系统，检察业务的连续性存在潜在威胁，响应速度滞后。2014年，检察系统统一业务软件正式运行后，大部分业务均需网上办理，这就对网络和整个硬件平台的稳定性提出了很高的要求。因此，对网络实施不间断的智能监控，实时监测网络上各类设备的运行状态，对可能影响网络稳定的隐患提早发现、提早解决变得尤为重要。目前，检察系统的信息化硬件设备不仅会有多厂家多品牌设备共存的情况，而且会拥有数量众多的网络设备、存储、服务器、安全设备等，统一的网络监测系统在进行设计时，如何对各类设备的数据的进行采集和分析则是一大重点。
本文将分析最广泛适应的数据采集手段，规划数据采集范围，并提供数据分析的基本方法，完成监测系统的数据采集与分析的功能设计。
2 数据采集的基本方法
目前，对各类网络设备、服务器等硬件设备的信息进行采集主要遵循了SNMP和Syslog协议。SNMP协议主要用于收集各类设备管理信息库（MIB）中的信息，Syslog协议主要用于收集设备的运行日志信息。
2.1 SNMP协议原理
简单网络管理协议（SNMP）是管理进程和进程之间的通信协议，由一组网络管理的标准组成，包含应用层协议、数据库模型和资源对象。网络管理包含两个部分：被管网络单元（也叫被管设备）和网络管理站（也叫管理进程，manager）。被管设备端与网络管理站通讯的程序被称为程序（agent）或进程。一般来说，管理进程和进程之间的通信为两种方式。一种是管理进程主动向进程发出请求，询问一个具体的参数值或修改某一个具体的参数值，这种方式一般由管理方自主设定通讯的时间间隔。另一种方式是进程主动向管理进程报告有重要事情的发生，这种方式被称为被动式，通讯的时间间隔不定[1]。基于SNMP协议的网络管理模型如下：
上图中，NMS是网络管理站，MIB是所有进程包含的，且能够被管理进程进行查询和设置的信息的集合，其包含一套所有设备通用的结构和表示符号（SMI）。网络管理站通过SNMP协议与设备上的进程通信，以完成对MIB的读取和修改操作，从而实现对网络设备上的监控与管理功能。SNMP是网络管理站与设备之间通信的载体，通过其定义的PDU（协议数据单元）来完成信息的交换。进程的主要工作包括与NMS通信（接受NMS的信息，报告特殊事件Trap）、监控设备的各项参数并对设备的MIB库进行维护。而设备的MIB库信息类别一般由设备厂商指定。
2.2 Syslog协议原理
Syslog是一种工业标准的协议，用于记录设备的日志，一般用在嵌入式系统中。路由器、交换机等网络设备的系统日志一般记录系统中任何时间发生的大小事件。管理者可以通过查看系统日志随时掌握系统状况，其可记录的事件类别也必须由设备厂商预先定义好。在嵌入式系统里，可被syslog协议记录的事件可以被记录到不同的文件，还可以通过网络实现机器之间的信息传递[2]。Syslog协议提供了一个传递方式，允许一个设备通过网络把事件信息传递给事件信息接受者（也称之为日志服务器）。Syslog协议的发送者和接受者之间不要求有严格的相互协调。目前，几乎所有的网络设备都可以通过syslog 协议将日志信息以发送UDP数据包的方式传送到远端日志服务器，远端日志服务器通过监听UDP 514端口来接收日志，并且根据syslog.conf中的配置来处理本机和接收访问系统的日志信息，通过筛选后把指定的事件写入档案中，供后台数据库管理之用。Syslog协议存在不足之处，由于syslog是以UDP方式传送，当网络状态不稳定时，某些日志消息可能会丢失。在网络设备崩溃的情况下，难以将有用的信息发送到syslog服务器上，这对于排除故障难以起到指引作用。
由于大多数网络设备、安全设备以及服务器均支持SNMP协议，而各类设备的MIB库中存放的数据信息也比设备日志信息完善不少。因此，在进行检察系统网络监测系统设计时，在数据采集手段方面，本文建议以SNMP为主，Syslog协议为辅的方法。
3 所需采集的数据类型
数据采集的类型与范围直接决定了监测系统所能发挥的功能，因此应尽可能地多采集数据，以便进行综合全面地分析，得出最准确的结论。目前，架设在检察专线网上的设备有网络设备、安全设备、服务器、存储设备、视频设备等，设备类型多样且品牌型号均不一致，但一般均有MIB或日志信息库。下面，本文按设备分类，给出网络上运行的四大类主要设备的数据采集的基本范围。
1）网络设备：网络设备的信息收集是所有设备中最重要的，因为网络的稳定是整个监测系统发挥作用的基石。若网络发送中断，则整个监测系统面临失效的风险。网络设备中最重要的信息为性能状态信息（如CPU、内存、缓存状态信息等）、设备告警信息、路由信息、网络拓扑信息和接口状态信息（如接口速率、丢包率、错误包率、广播包率等），考虑到网络设备本身的硬件故障率很小，绝大部分网络故障是由于网络结构发生变化或因病毒等原因导致数据风暴造成数据阻塞所致，因此路由信息、网络拓扑信息和接口状态信息的收集尤为重要，这三类信息是判定绝大多数网络故障所必需的。其次，设备的运行日志信息、所有者信息、配置文件信息、链路管理信息、IP地址等也应一并收集。
2）服务器、存储设备：服务器和存储设备一般用于承载应用系统，其稳定的运行是应用系统不瘫痪的重要保障。由于这类设备的监测目的主要是保障其稳定运行，因此主要应收集性能状态信息（如CPU、内存、缓存状态信息等）、设备告警信息、IP地址、硬盘Smart信息、设备运行日志信息、设备所有者信息这几类。
3）安全设备：安全设备监测的主要目的是为了查找网络安全隐患，发现潜在的漏洞和攻击行为，因此主要应收集设备告警信息、配置文件信息、安全防护日志、IP地址这几类。其接口状态信息、性能状态信息（如CPU、内存、缓存状态信息等）、网络拓扑信息、设备运行日志信息、设备所有者信息也可一并收集用于辅助判断。
4）视频设备：在检察系统，视频会议的保障一般都较为重要，因此也要做好视频设备的运行监测。其监测的目的是为了防止设备突然崩溃导致会议中断，所以主要应收集设备告警信息、性能状态信息（如CPU、内存、缓存状态信息等）、设备运行日志信息、IP地址、设备所有者信息、接口状态信息（如接口速率、丢包率、错误包率、广播包率等）这几类。
本文认为，检察系统的网络监测系统应该至少能采集到四大类设备的以上信息，才可能保证全面地获取系统监测和分析所需的数据。
4 数据的分析方法
监测系统除了收集数据还必须能根据在所收集的数据对网络及各类设备的实时性能进行仔细评估，从而预判系统存在的风险。尤其在视频会议过程中，网络的丢包、抖动、延时均能明显影响到视频会议的音视频效果。监测系统可通过在会议前和会议中收集网络设备上的各项性能指标了解网络的健康情况，对可能出现的风险进行预判。网络监控主要的内容为网络可靠性、延迟、抖动和带宽等方面。一般来说，网络性能监测按采集流量数据的方法可以分为主动（Active）方式和被动（Passive）方式。主动方式是指管理方主动发数据包探测网络设备的运行情况，从反馈结果中分析网络的现有性能来得到需要的信息。被动方式是指管理方被动地采集网络中现有的标志性数据以分析网络设备的运行情况。主动方式由于是管理方主动发起，因此具备实时性，而且不受管理权限、范围的限制，但会对网络性能造成影响。被动方式实时性差，一般需要得到被管理设备的管理权限，但一般不会对网络性能造成影响。以下分别对这两种方式进行简要说明：
4.1 被动方式
这种方式下，监测系统一般通过分析各类设备MIB II库中的信息来了解网络及设备的性能情况。MIB II库中，网络设备的管理信息库共包括9大类信息，对网络性能的监控需要采集所有网络设备MIB库中的接口组、IP组、TCP组、UDP组的数据。并结合相关公式计算出所需要的实时和历史数据性能指标值，比如接口速率、丢包率、错误率、转发率等。如在MIB库的接口组，监测系统可以根据以下采集的内容对设备当前接口的状态进行判断：
1）ifType（OID为.1.3.6.1.2.1.2.2.1.3）：用于定义接口的类型。
2）iMftu（OID为.1.3.6.1.2.1.2.2.1.4）： 用于定义在该接口上可发送或接受的最大包的大小。太小的MTU值会导致网络和设备效率低下。
3）ifSpeed（OID为.1.3.6.1.2.1.2.2.1.5）： 用于定义传输速率，单位为位/s。
4）ifInOctets（OID为.1.3.6.1.2.1.2.2.1.10）： 用于定义在接口处收到的总字节数。
5）ifIndiscards（OID为.1.3.6.1.2.1.2.2.1.13）： 用于定义由于资源紧张导致丢弃包的数目。如果一个接口的包丢弃率较高，则表示该设备存在拥塞问题。
6）ifInErrors（OID为.1.3.6.1.2.1.2.2.1.14）： 用于定义由于出错而导致丢弃的接受包的数目。错误率较高时表示存在接收器问题或坏线路问题。
7）ifOutOctests（OID为.1.3.6.1.2.1.2.2.1.16）： 用于定义从该接口上发送的字节总数。
8）ifOutDiscards（OID为.1.3.6.1.2.1.2.2.1.19）： 用于定义由于资源局限而导致丢弃的发出包的总数。高丢包率表示需要为该口分配更多的缓冲区空间。
9）ifOutErrors（OID为.1.3.6.1.2.1.2.2.1.20）： 用于定义由于出错而导致丢弃的发出包的总数目。高出错率表示存在硬件问题。
通过采集以上几组数据，可以大致分析出以下几类结果：
1）收集不同时间段网络接口的ifSpeed数据可以判断该接口连接的传输链路是否出现抖动；
2）计算ifOutDiscards除以ifOutOctests的值可得出该接口的发送数据丢包率，计算ifOutErrors除以ifOutOctests的值可得出该接口的发送数据错误率；
3）计算ifIndiscards除以ifInOctets的值可得出该接口的发送数据丢包率，计算ifInErrors除以ifInOctets的值可得出该接口的发送数据错误率；
4）通过ifSpeed、ifInOctets、ifOutOctests数据以及传输带宽可以计算出当前的带宽利用率。
4.2 主动方式
监测系统可采取NQA测试的方式来测试网络目前的性能状态。网络质量分析 （Network Quality Analyzer，NQA）是一种实时的网络性能探测和统计技术，可以对网络的响应时间、抖动、丢包率等信息进行统计。NQA一般通过发送测试报文来对网络性能或服务质量进行分析，进而为用户提供网络性能参数，如HTTP的总时延、抖动时延、DHCP响应时延、FTP连接时延、TCP连接时延和文件传输速率等[3]。利用NQA的测试结果，可以及时了解网络的性能状况，对网络故障进行诊断和定位，然后针对不同的情况进行相应的处理。NQA包括ICMP-echo、UDP-echo、UDP-jitter、Voice测试以及TCP测试等多种测试机制。而UDP-jitter则是探测网络状况，监视实时性业务服务质量的重要手段。在UDP-jitter测试中抖动 （Jitter）和单向延迟定义如下图所示，T1为A发送报文Packet1的发送时间，T2为报文Packet1的接收时间（这里将处理报文的时间忽略），T3为接收B所发出的响应报文的时间，T4、T5、T6的定义以此类推。
Jitter测试中，A端以固定的时间间隔向B端发送指定数量的UDP报文。每次探测发送的Jitter报文的数量和发送频率A端都可以根据自己的需要进行设置。假设一次Jitter探测发送了10个UDP报文，可以得到的探测结果有以下几点：
1）报文往返时延RTD（Round-Trip Delay）：Packet1的往返时延RTD1 = T3 - T1；
2）报文单向时延OWD（One-Way Delay）（这种测试需要A和B之间首先进行时钟同步）：SD（源地址到目的地址）、DS（目的地址到源地址）
Packet1：SD-Delay1=T2-T1，DS-Delay1=T3-T2；
Packet2：SD-Delay2=T5-T4，DS-Delay2=T6-T5；
3）网络抖动Jitter：
SD方向：SD Jitter1=（T5-T4）-（T2-T1）；
DS方向：DS Jitter1=（T6-T5）-（T3-T2）；
由此可见，如果成功收到的回应报文数为10，则计算得到的Jitter抖动数应该为9，UDP-jitter即可对这些统计值计算出抖动的最值、方差等做计算统计，从而了解到网络状况[4]。
不论是采取哪种方式采集数据，均应设置合理的数据采集周期以及数据分析函数，对某一时间段内的所有数据进行综合分析来进行判断，不可能只针对某一时刻所采集的数据进行分析。因此，数据采集周期和分析函数的确定将直接关系到数据分析的准确性和及时性。采集周期过大可能会导致无法及时地反映网络的实时状态，采集周期过小则会增加大大网络的负担、浪费网络资源。采用何种函数对所采集的数据进行分析也直接决定了监测系统的准确性。主动方式与被动方式各有其优缺点。主动方式和被动方式也都有其各自的用途。对于不同的参数、不同的目的，可采取不同的方式进行分析。对端到端的时延，丢包，时延变化等参数进行分析比较适合使用主动方式，而对于路径吞吐量等流量参数分析来说被动方式则更适合。
在检察机关网络监测系统中，可采取主动与被动结合的方式对网络进行监测，在不对网络性能造成较大影响的情况下，力求做到监测信息的及时、准确。
5 总结
本文概括了目前在网络性能监测方面的发展、技术和理论。根据检察系统的网络现状，描述了网络监测系统在设计时可采取的数据采集手段，划定了大致的数据采集范围，并给出了数据分析的两种基本方法与设计原则。在进行检察系统网络监测系统设计时，本文具有现实的指导意义。
参考文献：
[1] 陈海蓉，张玉明.SNMP协议及其应用开发[J].华北电力大学学报，2000，19（3）：58-61.
[2] 王晓文. Syslog在网络管理中的应用[J].电信快报》，2005，6（6）：7-10.
网络监测系统范文4
关键词：甲烷 监测 无线传感器网络 节点
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）01-0076-02
1 引言
我国煤炭资源丰富，但是煤炭开采却面临诸多困难，近年全国各地煤炭瓦斯事故不断发生，如何准确有效的监测瓦斯浓度成为煤炭安全生产的主要问题。本文主要对当前瓦斯气体监测有线方式布线难，检测效率不高、无人值守、检测设备携带不方便等问题，提出了设计基于无线传感器网络煤矿瓦斯气体监测系统。
2 传感器结点硬件电路的设计
传感器结点电路的设计主要包括两类结点的设计，分别是移动结点和固定结点。移动传感器结点负责现场的信息感知，并将现场的信息通过自组网的方式传送到所在簇的簇头。移动结点是根据通信空间的关系或者地理位置的不同分成若干个簇，每个簇以固定结点为簇头，簇头作为路由将信息实时的传送到地面监控中心的网关服务器部分，然后网关服务器将再将接收到的信息传送给瓦斯监控平台，经过处理后实时显示监测区域的瓦斯浓度。图2为节点关系图。
2.1 移动节点与固定节点硬件组成结构
移动节点结构主要由四部分组成：传感器模块、无线通信模块、控制器模块和电源模块。图3为传感器移动节点模块结构图。
考虑系统的性能要求及性价比我们选择加密性强、运行速度快、抗干扰能力超强（高抗静电ESD保护、EFI测试轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰、宽电压，不怕电源抖动、款温度范围、芯片电源经过特殊处理）、超低功耗的STC12C5A60S2单片机芯片，无线通讯模块我们这里采用射频芯片nRF905，该芯片广泛应用的射频收发通讯中。
对于固定结点是传感器结点汇聚信息的纽带，在设计中使用了和移动节点一样的硬件结构，唯一不同的是固定结点中的汇聚结点增加了RS-485接口通信，便于与地面进行有线通信。
3 瓦斯数据采集软件的设计
瓦斯传感器结点需要实时采集监测区域瓦斯的浓度，然后将采集的数据信息进行相应的处理后，使其构成无线传感器网络，并将数据信息传输到监控和管理系统。
在井下监控区域内需要建立合适的无线传感器网络系统，按照功能可分为瓦斯数据采集和瓦斯数据传输两个模块。瓦斯数据采集模块中又包含了瓦斯数据采集和处理。瓦斯数据采集模块流程图如图5-6所示。
瓦斯信息采集后还需要瓦斯处理，瓦斯数据处理流程图如下。
4 瓦斯数据传输模块软件的设计
瓦斯数据传输模块主要负责通过控制模块处理后进行数据通信。通信设备有两部分组成，一部分是发射器，一部分是接收器。图7为传输模块流程图。
5 网络的建立与新结点入网
在自组织的无线传感器网络中，网络的性能主要依赖于拓扑控制。如何有效的满足网络覆盖和连通度，去除结点不需要的通信链路，是传感器网络拓扑控制的主要目的，这样可以形成一个数据转发的优化的网络结构，最终延长网络的生存周期。一个好的拓扑结构可以增加路由协议和MAC协议的传输效率。本设计是运用层次型无线传感器网络的拓扑控制，依据分簇的方法形成一个处理并转发数据的网络。在网络的形成阶段，首先需要协调器建立一个网络，然后固定结点和移动结点分别加入到网络中，对于无线传感器网络，有许多的信道可以供使用，为了减少网络的建立时间可设计监测系统在一个固定的信道上，如果在一个监测区内需要多个无线传感器网络，则可以将它们固定在不同的信道上，这样可以减少网络间的相互干扰。建网过程开始后，固定结点首先要对能量进行扫描，通过扫描协调器可以获得所规定信道内无线信号的哪些能量高哪些能量低，以便查得能量峰值，如果预期设定的可接受标准低于能量峰值，协调器会继续进行能量扫描，一直到该信道上能量峰值满足要求为止，如果能力扫描结果可以接受，固定结点为即将建立的网络选择一个网络ID作为它的唯一标识。
网络建立起后，便可以接受未入网的新结点加入到网络，新结点首先会在提前设定好的一个信道撒花姑娘进行一个固定时间的主动扫描。在扫描国产中，新结点将向网络中的所有结点广播信标请求信息，协调器和已入网的结点收到这个信息后会向该结点发送自己的信标帧，因此在网络连通状况良好的情况下，新结点将会收到很多个信标信息。扫描结束后，新结点将会选择与信标中标识允许连接的网络结点进行连接，如果多个网络结点允许连接，那么新结点会按照所收到信标帧的顺序来选择靠前的结点连接。如果主动扫描结束后，新结点没有收到任何一个信标帧，则新结点会重复主动扫描过程，直到发现可以连接的网络结点为止。为了使结点可以获取网络中邻居结点的信息，便于数据传输，设计每个结点都维护一个记录了该邻居结点信息的邻居表，对于每一个新结点，其邻居表初始值为空，一旦新结点进入到网络，它将会把信标信息保存到邻居表中，并将邻居表中的做出记录，之后新结点将会向网络中结点发送请求加入信息，该信息包括了结点类型信息，网络中结点收到这个信息后，如果允许该结点加入，则会为该结点分配相应的网络地址，并将信息存入到邻接表中，然后网络中的结点向新加入的结点发送应答信息，包括网络ID、给该结点分配的网络地址等相关参数信息，新结点收到这个应答信息后，记录其中的内容，这样就完成了新结点入网的过程。
6 结语
最后通过传感器节点的软硬件设计，在实验室及走廊取三个传感器节点进行了实验，通过数据结果分析，效果良好。为以后实时运用的煤矿生产现场奠定了基础。
参考文献
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[2]谢满温.高瓦斯水掘工作面瓦斯涌现出规律的研究[J].北京：煤炭学报，1997，22（1）：61-66.
网络监测系统范文5
关键词：RSSI测距；无线传感器网络；室内定位；ZigBee
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）由大量成本低廉的传感器节点以无线通信的方式组建而成，各网络节点可独立进行数据采集、处理和传输。无线传感器网络由于其网络组织形式灵活、节点分布范围广泛、组网成本较低的特点，在医疗监控、环境检测、国防军事等领域得到广泛应用。因此无线传感器网络可以为定位系统的构建提供良好的硬件基础和实现条件。
无线传感器网络定位技术按照测量原理可划分为基于测距和无需测距两类[1]，其中基于测距的WSN定位方法（如toa，aoa，tdoa）一般需要装设用于精确测量信号来源方向或信号接收时间的装置[2-3]，定位精度相对较高，但存在节点体积大、网络造价高等不足[4]。通过检测接收信号强度指示（Received Signal Strength Indicator， RSSI）实施距离估计[5]。由于RSSI测距技术无需额外添置测距设备，实现原理简单，具有节点体积小、功耗低、成本低廉的优点，适用于运算性能与硬件功耗受限的无线传感器定位网络[6]。
1 测距原理与硬件设计
1.1 RSSI测距原理
RSSI测距技术通过检测接收信号强度指示实施距离估计，利用经过校准的理论模型或经验公式，将信号强度值转化为节点间距离，并通过位置解算实现目标定位[7]。基于RSSI测距的无线传感器网络定位系统通常采用传统的对数距离路径损耗模型[8]，其模型参数一般用经验值代替，其表达式如下：
（1）
式中d为收发节点之间的距离，p（d）为收发节点之间的信号强度损耗值，d0为信号强度参考点，p（d0）为参考点的信号损耗值，n为与环境因素相关的路径损耗因子；xσ为服从正态分布的误差修正项，有xσ～n（0，σ2）。设发射节点的传输功率为pt，则接收节点处信号强度可用下式计算：
（2）
根据理论分析，在自由空间中传播的ism频段（2.4 GHz）无线信号随着距离增加，大致呈对数规律衰减。在信号源附近区域信号衰减迅速，信号强度因测量误差或环境随机干扰造成的偏差经过测距换算后，将产生明显误差。在远离信号源区域信号衰减趋势平缓，信号强度几乎无法反映距离特征。因此定位网络各节点之间的间距不宜过大或过小。
1.2 节点硬件设计
无线传感器网络由协调器（coordinator）、路由器（router）、终端节点（end node）组成，采用自组织的方式组建无线传感网络，其中协调器是网络的核心，负责网络的初始组建和运行监督。按照节点位置信息的获取方式可将定位网络节点分为盲节点（blind nodes）和锚节点（anchor nodes）两类，基于RSSI测距定位网络的主要功能就是根据已知的锚节点位置坐标和节点间距，推算出待求的盲节点坐标。
各节点的硬件电路由微处理器核心、人机交互模块、超声波测距模块和电源模块组成，硬件结构如图1所示。其中微处理器核心采用ti公司CC2530芯片，外接32.768 kHz晶振，与单根竖直放置的3 dbi全向天线配套使用，其片上的无线传输模块最大发射功率可达4.5 dbm。微处理器核心利用ZigBee协议（ieee 802.15.4）建立射频通讯，选择合适信道与周围节点建立低功耗、短距离无线通信网络。
节点电路采用两节18650锂离子电池串联供电，经电源管理模块稳压后向其余各部分电路提供持续的3.3V和5V直流稳压电源。人机交互模块由lcd液晶屏、蜂鸣器、按键等组成（见图2），用于指示电源状态、显示提示信息。系统将通过lcd屏幕实时展示装置的运行状况，向用户适时发出操作提示信号。用户也可通过按键调整节点装置的参数设置，保证人机交互的准确性和高效性。
超声波测距模块采用RB-URF02型超声波传感器，通过超声波遇障回传的时间差间接测得距离，具有精度高、能耗小、成本低的优点，可实现视距范围内的精确测距。微处理器接收到超声波测距模块回传的响应信号后，经过换算后获知两节点间的距离，其测量结果将作为两节点间的实际距离供信号校准参考。
2 校柿鞒逃肴砑设计
2.1 节点定位流程
本文设计实现的网络节点定位程序采用iar embedded workbench for8051编写，各节点接收信号的强度由cc2530内置的射频通讯模块测出，RSSI数值从z-stack协议栈中的结构体afincomingmsgpacket_t中取出。定位网络中各节点依据表1中所列流程实现实时定位。
表1 节点定位流程
节点定位流程
1. 各节点加入WSN网络。
2. 用户在上位机监测程序中标记各节点坐标、类型。
3. 对当前环境进行模型参数校准。
4.盲节点广播自身设备编号值，各锚节点接收信号的同时提取RSSI数值，取5次连续测量的RSSI数值，并对测量结果作均值滤波处理。
5.各节点的RSSI数据上传至上位机监控程序汇总并解算盲节点坐标。
6.如果接收到上位机监控程序的参数校验指令则返回步骤3，重新校准模型参数；否则返回步骤4，实时更新各盲节点的位置坐标。
锚节点坐标、节点间距与盲节点坐标之间满足下列关系
（3）
式中（x，y）为盲节点坐标，网络中n个锚节点坐标为（xi，yi），di为i号锚节点与盲节点之间的距离。根据3边定位原理，每个盲节点至少需要获得与3个锚节点之间的节点间距才能确定其坐标信息[9]。为便于求解，将上述非线性方程组转化为线性方程组
（4）
（5）
（6）
上位机监控程序接收到各节点上传的RSSI数据后，可用下式求取方程组的最小二乘解，获得盲节点的坐标参数。
（7）
2.2 参数校准流程
由于无线信号在密闭空间内存在多径传播、非视距传播、小尺度衰落等因素，在室内空间、山体涵洞等实际应用场景中，理论模型的估算结果存在严重偏差，难以获得较高的测距精度[10]。为了减小环境因素对距离估算结果的影响，提高系统测距精度和定位性能，需对模型参数进行实地校准和现场修正，使模型能准确反映实际应用场景中的信号传输特性，从而确保定位系统能在各类环境中获得较高的测算精度。
本文利用节点硬件电路上，设计了模型参数校准流程（见表2）。选定距离信号源2.5～5 m范围作为校准距离区段，以0.5 m为间隔均匀取点，定义校准距离序列为{2.5，3.0，3.5，4.5，5.0}（单位：m）。
表2 模型参数校准流程
模型参数校准流程
1. 选定参与模型参数校准的节点组合，确定其设备编号和mac地址。
2. 从校准距离序列中取出本轮循环的校准距离值。
3. 用户手持校准装置，朝着远离目标节点的方向缓慢移动，调整两节点之间的间距。期间超声波测距模块持续开启，不断测量目标节点和校准装置之间的实际距离。
4.判断超声波测得的实际距离与预设的测距距离偏差是否大于阈值，如果偏差较大满足，则进一步判断其偏差类型。若实际距离偏小，满足，则亮起远离指示灯，蜂鸣器鸣响，提醒用户增大两节点间距离；否则亮起靠近指示灯，直至实际距离与预设距离的偏差满足精度要求。
5.测量20次当前位置的RSSI值，取其平均值，保存测量结果。
6. 如果校准序列中尚有未测量RSSI值的位置点，则返回步骤2。
7.将各次测量所得的RSSI值，上传至上位机或网络协调器节点进行模型参数解算，并由协调器节点在定位网络中分发，算法结束。
完成校准工作流程后，其校准结果将通过射频收发模块向WSN定位网络中的协调器节点发送处理结果，及时调整衰减模型参数，使最新模型参数立即在定位网络中得到应用。校准流程可由用户根据环境参数变化手动执行，也可由上位机监控程序自动定时触发，以便及时提高定位系统的测距精度和定位性能。
2.3 监测界面设计
为了简化WSN定位网络的管理流程，便于用户在特定应用空间内架设基于RSSI测距的WSN定位系统，本文采用Microsoft Visual c# 2015 写上位机监控程序，软件界面如图3所示。监控程序提供可视化图形界面，通过串口协议与网络中各节点建立无线通信，向用户提供运行数据实时显示、测距模型参数管理、节点信息设置、实时位置解算等功能，以提高网络管理操作的便捷性。
当用户需要组建WSN定位网络时，首先应通过设置窗口设置串口通信参数，建立协调器节点与计算机之间的通讯连接。通讯连接建立后，可在上位机程序中为各网络节点分配设备编号，为各节点逐一选择节点类型，并为锚节点登记位置坐标。各定位节点的RSSI测距模型在初始化时使用默认参数，用户可根据环境需要触发校准流程获得更准确的模型参数，提高系统定位精度。
WSN定位网络启动后，终端节点在本机测量RSSI数值，通过射频通讯与协调器节点建立联系，将测量数据上传至上位机进行汇总分析和实时换算，并将盲节点的位置坐标解算结果实时显示，在平面图上标注出区域内各节点的位置信息。用户可在界面左上方的“实时数据”区域观察当前网络中各节点的运行数据，当应用环境发生变化后可以执行校准操作，重新校准该节点的测距模型参数，降低因环境因素造成的定位误差。
网络监测系统范文6
【关键词】无线传感器网络 ZigBee IEEE 802.15.4 能源管理 数据融合
近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对于环境保护和环境监督提出的更高要求，越来越多的企业和机构都致力于在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的研究。通过在监测区域内布署大量的廉价微型传感器节点，经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统，从而实现网络覆盖区域内感知对象的信息的采集量化、处理融合和传输应用。无线传感器网络技术是应用性非常强的技术，它在当前我国环境监测系统中的应用潜力是巨大的。
一、无线传感器网络和ZigBee
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点通过无线通信技术自组织构成的网络系统。人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，在工业自动化领域，利用无线传感器网络技术实现远程检测、控制，从而极大地扩展现有网络的功能。传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。
二、IEEE 802.15.4/ZigBee协议
1、IEEE 802.15.4标准
IEEE标准化协会针对无线传感器网络需要低功耗短距离的无线通信技术为低速无线个人区域网络（LR—WPAN）制定了IEEE 802.15.4标准。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。同时ZigBee联盟也开始推出与之相配套的网络层及应用层的协议，目的是为了给传感器网络和控制系统推出一个标准的解决方案。该标准一出现短短一年多的时间内便有上百家集成电路、运营商等宣布支持IEEE 802.15.4/ZigBee，并且很快在全球自发成立了若干联盟。IEEE 802.15.4/ZigBee协议栈结构如图1所示。协议栈中物理层与MAC层由IEEE定义，网络层与应用程序框架由ZigBee联盟定义，上层应用程序由用户自行定义。
2、ZigBee标准
ZigBee这个字源自于蜜蜂群藉由跳ZigZag形状的舞蹈，来通知其他蜜蜂有关花粉位置等资讯，以达到彼此沟通讯息之目的，故以此作为新一代无线通讯技术之电磁干扰。因此，经过人们长期努力，zigbee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。
ZigBee网络是自组织的，并能实现自我功能恢复，动态路由，自动组网，直序扩频的方式故非常具有吸引力。节点搜索其它节点，并利用软件“选中”某个节点后进行自动链接。它指定地址，提供路由表以识别已经证实的通信伙伴。
三、无线传感器网络技术特点
无线传感器网络由大量低功耗、低速率、低成本、高密度的微型节点组成，节点通过自我组织、自我愈合的方式组成网络。区域中分散的无线传感器节点通过自组织方式形成传感器网络。节点负责采集周围的相关信息，并采用多跳方式将这些信息通过Internet或其他网络传递到远端的监控设备。
四、系统概述
环境监测应用中无线传感器网络属于层次型的异构网络结构，最底层为部署在实际监测环境中的传感器节点。向上层依次为传输网络，基站，最终连接到Internet。传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块组成，传感器节点的体系结构如图2所示。为获得准确的数据，传感器节点的部署密度往往很大，并且可能部署在若干个不相邻的监控区域内，从而形成多个传感器网络。传感器节点将感应到的数据传送到一个网关节点，网关节点负责将传感器节点传来的数据经由一个传输网络发送到基站上。传输网络是负责协同各个传感器网络网关节点、综合网关节点信息的局部网络。基站是能够和Internet
相连的一台计算机（或卫星通信站），它将传感数据通过Internet发送到数据处理中心，同时它还具有一个本地数据库副本以缓存最新的传感数据。监护人员（或用户）可以通过任意一台连入Internet的终端访问数据中心，或者向基站发出命令。基于无线传感器网络的环境监测系统适合于在煤矿、油田安全监测，温室环境监测、环保部门的大气监测、突发性环境事故的预测及分析、特殊污染企业的监测，生物群种的生态环境监测以及家庭、办公室及商场空气质量监测等领域应用。
五、系统应用特点及架构
1、系统特点
利用无线传感器网络实现环境监测的应用领域一般具有以下特点：
（1）无人环境、环境恶劣或超远距离情况下信息的采集和传送，保证系统工业级品质安全可靠。（2）生物群种对于外来因素非常敏感，人类直接进行的生态环境监控可能反而会破坏环境的完整性，包括影响生态环境中种群的习性和分布等。（3）需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备相对比较多，但仅仅用于监测或控制。（4）系统实施、运行费用要低，无需铺设大量电缆，支持临时性安装，系统易于扩展和更新。（5）具有数据存储和归档能力，能够使大量的传感数据存储到后台或远程数据库，并能够进行离线的数据挖掘，数据分析也是系统实现中非常重要的一个方面。
2、系统架构
（1）矿井安全监控
矿井利用无线传感器网络实现井下安全监控的系统结构框图如图3所示。传感器节点负责井下多点数据采集，主要包括CO、CO2、O2、瓦斯、风速和气压等参数，通过井场监控终端（基站）和地面基站传送给后台监控中心。后台监护人员通过该监测系统可及时、有效、全面的掌握矿井情况，有利于矿井实施指挥调度、安全监测，从而可以有效的防止矿井事故的发生。
（2）生态环境监测
传感器网络在生态环境监测方面的应用非常典型。美国加州大学伯克利分校计算机系3Intel实验室和大西洋学院（The College of the Atlantic，COA）联合开展了一个名为“in—situ”的利用传感器网络监控海岛生态环境的项目。该研究组在大鸭岛（Great Ducklsland）上部署了由43个传感器节点组成的传感器网络，节点上安装有多种传感器以监测海岛上不同类型的数据。如使用光敏传感器、数字温湿度传感器和压力传感器监测海燕地下巢穴的微观环境；使用低能耗的被动红外传感器监测巢穴的使用情况，系统的结构框图如图4所不。
（3）智能家居
无线传感器网络还可以应用于家居中，其家用远程环境监控系统的结构框图如图5所示。通过在家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连接在一起，用户可以通过远程监控系统完成对家电的远程遥控，例如用户可以在回家之前半小时打开空调，这样回家的时候就可以直接享受适合的室温，从而给用户提供更加舒适、方便和更具人性化的智能家居环境。
六、关键技术研究
1、数据融合技术
环境监测应用的最终目标是对监测环境的数据采样和数据收集。采样频率和精度由具体应用确定，并由控制中心向传感器网络发出指令。对于传感器节点来说，需要考虑采样数据量和能量消耗之间的折中。处于监控区域边缘的节点由于只需要将收集的数据发送给基站，能量消耗相对较少，而靠近基站的节点由于同时还需要为边缘节点路由数据，消耗的能量要多2个数量级左右。因此，边缘节点必须对采集到的数据进行一定的压缩和融合处理后再发送给基站。Intel实验室的实验中使用了标准的Huffman算法和Lempel—Ziv算法对原始数据进行压缩，使得数据通信量减少了2～4个数量级。如果使用类似于GSM语音压缩机制的有损算法进一步处理，还可以获得更好的压缩效果。表1表明了几种经典压缩算法的压缩效果。
2、安全管理
传统网络中的许多安全策略和机制不再适合于无线传感器网络，主要表现在以下四个方面：（1）无线传感器网络缺乏基础设施支持，没有中心授权和认证机构，节点的计算能力很低，这些都使得传统的加密和认证机制在无线传感器网络中难以实现，并且节点之间难以建立起信任关系；（2）有限的计算和能源资源往往需要系统对各种技术综合考虑，以减少系统代码的数量，如安全路由技术等；（3）无线传感器网络任务的协作特性和路由的局部特性使节点之间存在安全耦合，单个节点的安全泄露必然威胁网络的安全，所以在考虑安全算法的时候要尽量减小这种耦合性；（4）在无线传感器网络中，由于节点的移动性和无线信道的时变特性，使得网络拓扑结构、网络成员及其各成员之间的信任关系处于动态变化之中。目前无线传感器网络SPINS安全框架在机密性、点到点的消息认证、完整性鉴别、新鲜性、认证广播方面已经定义了完整有效的机制和算法，安全管理方面目前以密钥预分布模型作为安全初始化和维护的主要机制，其中随机密钥对模型、基于多项式的密钥对模型等是目前最有代表性的算法。
七、展望
环境监测是一类典型的传感器网络应用，在实际的应用中还有很多关键技术，包括节点部署、远程控制、数据采样和通信机制等。由于传感器网络具有很强的应用相关性，在环境监测应用中的关键技术需要根据实际情况进行具体的研究。并且随着无线传感器网络技术的日益成熟和完善，我们还可以在各个方面开展许多新的应用，比如军用传感网络可以监测战场的态势；交通传感网络可以配置在交通要道用于监测交通的流量，包括车辆的数量、种类、速度和方向等相关参数；监视传感网络可以用于商场、银行等场合来提高安全性。可以预见，随着无线传感设备性价比的提高以及相关研究的不断深入和传感网络应用的不断普及，无线传感器网络将给人们的工作和生活带来更多的方便。
参考文献
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