【正文】 個報文段的應(yīng)用程序的端口號，這和前面介紹的UDP源端口號的作用是一樣的。 在下位機終端接入Internet后，就可進行數(shù)據(jù)傳輸，我們知道Internet網(wǎng)的傳輸層上支持TCP，UDP等協(xié)議，它們是TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議，因此在移動終端分配到IP地址，要對傳輸層上的協(xié)議進行選擇，接下來就來了解一下GPRS通訊的傳輸層協(xié)議。下位機終端工作后會主動與服務(wù)器建立連接，告知服務(wù)器自己的終端地址，服務(wù)器收到后將其加到動態(tài)地址數(shù)據(jù)庫中，服務(wù)器自動定時刷新數(shù)據(jù)庫以確定哪些表還掛在網(wǎng)絡(luò)上，再根據(jù)管理員設(shè)定的自動抄表時間對連接在網(wǎng)絡(luò)上的終端進行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)讀取、校時等操作。下位機終端完成對多功能電能表的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)及事件上報等任務(wù)。 GPRS與無線數(shù)據(jù)通訊的比較 傳輸方式比較內(nèi)容GPRS短消息無線數(shù)傳電臺覆蓋范圍全國全國不大于20km建設(shè)費用一般低高施工難度較低低高計費方式流量，無月租占頻費運行費用較低較高一般通信速率20kbps可靠性較高一般一般傳輸時延短不確定短維護成本低低高通過以上客觀分析可以看出，無論從建設(shè)周期、建設(shè)費用和運行費用，還是系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和技術(shù)的先進性等用戶比較關(guān)心的角度而言，GPRS技術(shù)在遠(yuǎn)程的分散數(shù)據(jù)采集應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的優(yōu)越性。（3）接入時間短分組交換接入時間少于1秒，能提供快速及時的連接，可大幅度提高一些事務(wù)（如信用卡核對、遠(yuǎn)程監(jiān)控等）的效率，并可使己有的Internet應(yīng)用（如Email、網(wǎng)頁瀏覽等）操作更加便捷、流暢。PCU可作為模塊單元插入BSC，或者作為獨立于BSC的單元存在。對外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來說，GPRS系統(tǒng)中的GGSN就是一個路由器，實現(xiàn)GPRS骨干網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（、幀中繼網(wǎng)或ATM網(wǎng)）之間的路由尋址功能。另外GGSN還可具有地址分配、計費、防火墻功能。SGSN還可以集成計費網(wǎng)關(guān)、邊緣網(wǎng)關(guān)（負(fù)責(zé)實現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的互連）和防火墻的功能。它支持TCP/IP協(xié)議，是一個分組型數(shù)據(jù)網(wǎng)，無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接，就可直接將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式與Internet互傳。集中器與主站之間由于傳輸距離較遠(yuǎn)，環(huán)境復(fù)雜，采用專線通信成本太大，工程復(fù)雜，信道易遭破壞，因此系統(tǒng)選擇GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信。選擇什么樣的方式相互配合，需根據(jù)實際情況統(tǒng)籌考慮，混合使用的各種通信方式之間要有很好的相容性，不能相互干擾。為解決這類矛盾，本文提出了復(fù)合通信方案。GPRS以GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用分組交換的高效率傳輸方式，克服了GSM電路變換速率低、資源利用率差等缺點，最大限度地利用了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)資源。GSM網(wǎng)的覆蓋面幾乎遍及全國，故不需要建新基站，抄表不受距離和空間的限制。這種方式在紅外可視距離內(nèi)能非接觸的讀取儀表數(shù)據(jù)，操作簡單方便，實現(xiàn)較可靠，且成本較低，被眾多的軟件和硬件平臺所支持。（2）總線抄表總線通信是目前國內(nèi)自動抄表系統(tǒng)采用較多的一種通信方式，其數(shù)據(jù)傳輸速度較快，可靠、穩(wěn)定，通信質(zhì)量高。目前國內(nèi)10kV以上電壓等級的高壓電力線載波技術(shù)已較成熟，但低壓電力線載波還未能達到令人滿意的水平，制約了電力線載波抄表在我國的應(yīng)用。數(shù)據(jù)通信的設(shè)計要綜合考慮地理環(huán)境、用戶用能行為、技術(shù)水平、管理體制和投資成本等因素。如果這種情況不能得到有效解決，自動抄表行業(yè)必將受到嚴(yán)重影響，其負(fù)面影響將波及到房地產(chǎn)行業(yè)、自來水等專業(yè)公司、智能化產(chǎn)業(yè)以及廣大居民的日常生活。2005年國家電網(wǎng)公司頒布《關(guān)于加強電力營銷現(xiàn)代化的建設(shè)意見》的406號文后，中國迎來了AMR發(fā)展的黃金時期。1994年以色列居民集抄系統(tǒng)進入中國，全國各地供電企業(yè)大多都開展了低壓電力載波技術(shù)試點。目前，遠(yuǎn)程抄表監(jiān)控系統(tǒng)主要基于微處理器，通過GPRS、CDMA等無線通信網(wǎng)絡(luò)，向能源管理系統(tǒng)傳送采集的數(shù)據(jù)。為了滿足美國加州電力市場150方案的要求，美國最大的電能計量計費系統(tǒng)TMR于1998年投入運行。這些系統(tǒng)曾先后投入試運行，但由于投資較大，均僅用于用電大戶、聯(lián)網(wǎng)結(jié)算或部分住宅區(qū)的集中電能表數(shù)據(jù)的讀取。 國外自動抄表技術(shù)的發(fā)展在自動抄表系統(tǒng)中，一個重要的抉擇，就是通信方式的選擇。 （3）改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改進BP是一種基于誤差反饋綜合比較的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),由于該模型不需要具有精確的數(shù)學(xué)模型,只需要將外界已知的原始數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的輸入,對整個網(wǎng)絡(luò)模型進行“學(xué)習(xí)”訓(xùn)練,網(wǎng)絡(luò)層通過輸入層（INPUT）獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)信息,通過中間層（Recurrent）進行數(shù)據(jù)信息處理,再通過輸出層（OUTPUT）獲得對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大,加上電力用戶分散,給供電企業(yè)抄表帶來的巨大的困難。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）被認(rèn)為是影響人類未來生活的重要技術(shù)之一，這一新興技術(shù)為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑。其中后兩者備受關(guān)注。第五章 需要解決的問題 目前的技術(shù)水平讓無線傳感器網(wǎng)正常運行并大量投入使用還面臨著許多問題。不過因為單個節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不算大,這個缺點還是能忍受的。（7）節(jié)點數(shù)量眾多，分布密集WSN節(jié)點數(shù)量大、分布范圍廣，難于維護甚至不可維護。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信，則需要通過中間節(jié)點進行路由。而正因為沒有中心,網(wǎng)絡(luò)便不會因為單個節(jié)點的脫離而受到損害。當(dāng)自身攜帶的電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網(wǎng)絡(luò)的中斷。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點：（1）硬件資源有限WSN節(jié)點采用嵌入式處理器和存儲器，計算能力和存儲能力十分有限。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節(jié)點以自組織的方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。WSN在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展可謂方興未艾，要想進一步推進該技術(shù)的發(fā)展，讓其更好為社會和人們的生活服務(wù)，不僅需要研究人員開展廣泛的應(yīng)用系統(tǒng)研究，更需要國家、地區(qū)，以及優(yōu)質(zhì)企業(yè)在各個層面上的大力推動和支持。浙江大學(xué)計算機系的研究人員開發(fā)了一種基于WSN網(wǎng)絡(luò)的無線水表系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)水表的自動抄錄。2002年，由英特爾的研究小組和加州大學(xué)伯克利分校以及巴港大西洋大學(xué)的科學(xué)家把WSN技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)視大鴨島海鳥的棲息情況。盡管在倉儲物流領(lǐng)域，RFID技術(shù)還沒有被普遍采納，但基于RFID和傳感器節(jié)點在大粒度商品物流管理中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。目前在美國的賓夕法尼亞州的匹茲堡市已經(jīng)建有這樣的智能交通信息系統(tǒng)。在工業(yè)監(jiān)控方面，美國英特爾公司為俄勒岡的一家芯片制造廠安裝了200臺無線傳感器，用來監(jiān)控部分工廠設(shè)備的振動情況，并在測量結(jié)果超出規(guī)定時提供監(jiān)測報告。而且還可以減輕護理人員的負(fù)擔(dān)。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護理技術(shù)。WSN技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控方面將發(fā)揮重要作用。杭州齊格科技有限公司與浙江農(nóng)科院合作研發(fā)了遠(yuǎn)程農(nóng)作管理決策服務(wù)平臺，該平臺利用了無線傳感器技術(shù)實現(xiàn)對農(nóng)田溫室大棚溫度、濕度、露點、光照等環(huán)境信息的監(jiān)測。美國科學(xué)應(yīng)用國際公司采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)筑了一個電子周邊防御系統(tǒng)，為美國軍方提供軍事防御和情報信息。納米電池技術(shù)是目前最有希望的技術(shù)之一。能量獲取主要指將自然環(huán)境的能量轉(zhuǎn)換成節(jié)點可以利用的電能，如太陽能，振動能量、地?zé)帷L(fēng)能等。 精細(xì)控制、深度嵌入的操作系統(tǒng)技術(shù)作為深度嵌入的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，WSN網(wǎng)絡(luò)對操作系統(tǒng)也有特別的要求，既要能夠完成基本體系結(jié)構(gòu)支持的各項功能，又不能過于復(fù)雜。 WSN的安全技術(shù)安全通信和認(rèn)證技術(shù)在軍事和金融等敏感信息傳遞應(yīng)用中有直接需求。該技術(shù)通過部署或者指定一些節(jié)點為代理節(jié)點，代理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測任務(wù)收集興趣數(shù)據(jù)。GPS技術(shù)是室外慣常采用的自定位手段，但一方面成本較高，另一方面在有遮擋的地區(qū)會失效。常用方法是通過時間同步協(xié)議完成節(jié)點間的對時，通過濾波技術(shù)抑制時鐘噪聲和漂移。 移動控制模型隨著WSN組織結(jié)構(gòu)從固定模式向半移動乃至全移動轉(zhuǎn)換，節(jié)點的移動控制模型變得越來越重要。傳感器網(wǎng)絡(luò)大量的節(jié)點如果沒有質(zhì)量控制，將很難完成實時監(jiān)測環(huán)境變化的任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)也是提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率的一項技術(shù)。 路由、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及跨層設(shè)計 WSN網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流向與Internet相反：在Internet網(wǎng)絡(luò)中，終端設(shè)備主要從網(wǎng)絡(luò)上獲取信息；而在WSN網(wǎng)絡(luò)中，終端設(shè)備是向網(wǎng)絡(luò)提供信息。復(fù)雜環(huán)境的短距離無線鏈路特性與長距離完全不同，短距離無線射頻在其覆蓋范圍內(nèi)的過渡臨界區(qū)寬度與通信距離的比例要大得多，因而更多鏈路呈現(xiàn)復(fù)雜的不穩(wěn)定特性。 媒體訪問控制和鏈路控制媒體訪問控制（MAC）和鏈路控制解決無線網(wǎng)絡(luò)中普遍存在的沖突和丟失問題，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流狀態(tài)控制臨近節(jié)點，乃至網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的信道訪問方式和順序，達到高效利用網(wǎng)絡(luò)容量，減低能耗的目的。 Kumar S等研究了在睡眠喚醒進行能耗控制的網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)k 連通的條件。 拓?fù)淇刂平M網(wǎng)模式?jīng)Q定了網(wǎng)絡(luò)的總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但為了實現(xiàn)WSN網(wǎng)絡(luò)的低能耗運行，還需要對節(jié)點連接關(guān)系的時變規(guī)律進行細(xì)粒度控制。Kim等提出的SEAD分發(fā)協(xié)議就是針對這種組網(wǎng)模式。Akyildiz L F等總結(jié)了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式。（2）基于分簇的層次型組網(wǎng)模式節(jié)點分為普通傳感節(jié)點和用于數(shù)據(jù)匯聚的簇頭節(jié)點，傳感節(jié)點將數(shù)據(jù)先發(fā)送到簇頭節(jié)點，然后由簇頭節(jié)點匯聚到后臺。 核心關(guān)鍵技術(shù) 組網(wǎng)模式在確定采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計后，首先面臨的問題是采用何種組網(wǎng)模式。中國必將在WSN技術(shù)和市場推進中發(fā)揮重要作用。市場不會向技術(shù)妥協(xié)，如果一項技術(shù)不能在方方面面做到完美就很難被市場所接受。Gartner的2008年技術(shù)預(yù)測報告中沒有對該領(lǐng)域進行預(yù)測也正是基于這一點。2006年，Gartner的評估認(rèn)為該技術(shù)正按照預(yù)定曲線前行，但成熟時間要更長一些；而到了2007年，Gartner發(fā)現(xiàn)對該技術(shù)的關(guān)注度又有大幅度回升，但其市場并沒有走向高產(chǎn)能期，而是似乎又回到了技術(shù)膨脹期。該專項的設(shè)立將大大推進WSN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。截至2008年底，中國國家自然基金共支持面上項目111項、重點項目3項；國家“863”重點項目發(fā)展計劃共支持面上項目30余項，國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃“973”也設(shè)立2項與傳感器網(wǎng)絡(luò)直接相關(guān)的項目；國家發(fā)改委中國下一代互聯(lián)網(wǎng)工程項目（CNGI）也對傳感器網(wǎng)絡(luò)項目進行了連續(xù)資助。除美國以外，日本、英國、意大利、巴西等國家也對傳感器網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出了極大的興趣，并各自展開了該領(lǐng)域的研究工作。自2001年起，美國國防部遠(yuǎn)景研究計劃局（DARPA）每年都投入千萬美元進行WSN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究，并在C4ISR基礎(chǔ)上提出了C4KISR計劃，強調(diào)戰(zhàn)場情報的感知能力、信息的綜合能力和利用能力，把WSN網(wǎng)絡(luò)作為一個重要研究領(lǐng)域，設(shè)立了Smart Sensor Web、靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信、無人值守地面?zhèn)鞲衅魅?、傳感器組網(wǎng)系統(tǒng)、網(wǎng)狀傳感器系統(tǒng)等一系列的軍事傳感器網(wǎng)絡(luò)研究項目。ACM在2005年還專門創(chuàng)刊ACM Transaction on Sensor Network，用來出版最優(yōu)秀的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成果。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的會議和組織WSN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一經(jīng)提出，就迅速在研究界和工業(yè)界得到廣泛的認(rèn)可。由于無線傳感網(wǎng)在國際上被認(rèn)為是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的第二大網(wǎng)絡(luò)，2003年美國《技術(shù)評論》雜志評出對人類未來生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的十大新興技術(shù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)被列為第一 。第三階段：21世紀(jì)開始至今。只要對方車隊經(jīng)過，傳感器探測出目標(biāo)產(chǎn)生的震動和聲響信息，自動發(fā)送到指揮中心，美機立即展開追殺。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段： 第一階段：最早可以追溯二十世紀(jì)70年代越戰(zhàn)時期使用的傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)。1996年，美國UCLA大學(xué)的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗無線集成微型傳感器”揭開了現(xiàn)代WSN網(wǎng)絡(luò)的序幕。第九章：針對終端的功能需求和主控制器的資源，終端軟件系統(tǒng)采用了多任務(wù)調(diào)度機制；對各功能模塊的軟件實現(xiàn)進行了論述，詳細(xì)論述了GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計思路。第六章：調(diào)研了燃?xì)獗O(jiān)測系統(tǒng)通信的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了燃?xì)膺h(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中幾種傳統(tǒng)的通訊方式，并指出這些通訊方式的優(yōu)點和不足之處，并對GPRS應(yīng)用于電力系統(tǒng)通信進行了可行性分析，明確了課題的研究意義和實用價值。第二章：介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)體系。本文行文安排如下：第一章：介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)歷史背景。第五章：闡述了本文需要解決的一些問題。對終端單元用到的主要器件作了介紹，詳細(xì)地分析了其中的各硬件電路，并對硬件電路設(shè)計中涉及到電磁兼容性問題和抗干擾性措施進行了分析和討論。大量的傳感器節(jié)點將探測數(shù)據(jù)，通過匯聚節(jié)點經(jīng)其它網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給了用戶。美國商業(yè)周刊將WSN網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最有影響的技術(shù)之一，麻省理工學(xué)院（MIT）技術(shù)評論則將其列為改變世界的10大技術(shù)之一。所謂“熱帶樹”實際上是由震動和聲響傳感器組成的系統(tǒng)，它由飛機投放，落地后插入泥土中，只露出偽裝成樹枝的無線電天線，因而被稱為“熱帶樹”。 因此在1999年，商業(yè)周刊將傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最具影響的21項技術(shù)之一 。除了應(yīng)用于情報部門反恐活動以外，在其它領(lǐng)域更是獲得了很好的應(yīng)用，所以2002年美國國家重點實驗室－－橡樹嶺實驗室提出了“網(wǎng)絡(luò)就是傳感器”的論斷。當(dāng)然，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也是符合計算設(shè)備的演化規(guī)律。2003年到2004年，一批針對傳感網(wǎng)技術(shù)的會議相繼組建。 相關(guān)科研和工程項目美國從20世紀(jì)90年代開始，就陸續(xù)展開分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)（DSN）、集成的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器（WINS）、智能塵埃（Smart Dust）、?滋AMPS、無線嵌入式系統(tǒng)（WEBS）、分布式系統(tǒng)可升級協(xié)調(diào)體系結(jié)構(gòu)研究（SCADDS）、嵌入式網(wǎng)絡(luò)傳感（CENS）等一系列重要的WSN網(wǎng)絡(luò)研究項目。Dust Networks和Crossbow Technologies等公司的智能塵埃、Mote、Mica系列節(jié)點已走出實驗室，進入應(yīng)用測試階段。從2002年開始，中國國家自然科學(xué)基金委員會開始部署傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的課題。最值得一提的是