【正文】 協(xié)議轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)和控制指令穿透各種網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸。特別對通常用于無人值守環(huán)境下的無線傳感網(wǎng)，管理能力尤為重要。前者負(fù)責(zé)獲取傳感器節(jié)點的標(biāo)識、狀態(tài)、屬性等，并且實現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動、關(guān)閉、控制和分析等功能；后者負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的注冊管理、診斷管理、配置管理、升級維護(hù)等。具體來說，感知層綜合了傳感器技 術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、智能組網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器的協(xié)作實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息。 感知層中涉及的技術(shù)包括即傳感器技術(shù)、物品標(biāo)識技術(shù)（ RFID和二維碼）以及短距離無線傳輸技術(shù)（ ZigBee和藍(lán)牙）等技術(shù)。他們是系統(tǒng)的最底層，充當(dāng)著系統(tǒng)的 “ 感知器官 ” 。感知只是第一步，但是感知的信息，如果沒有一個龐大的網(wǎng)絡(luò)體系，不能進(jìn)行管理和整合，那這個網(wǎng)絡(luò)就沒有意義。 在物聯(lián)網(wǎng)中，要求網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知層感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送，它解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，尤其是遠(yuǎn)距離地傳輸問題。 由于廣域通信網(wǎng)絡(luò)在早期物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的缺位，早期的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用往往在部署范圍、應(yīng)用領(lǐng)域等諸多方面有所局限，終端之間以及終端與后臺軟件之間 都難以開展協(xié)同。 由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是建立在 Inter和移動通信網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，除具有目前已江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 8 經(jīng)比較成熟的如遠(yuǎn)距離有線、無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)外，為實現(xiàn) “物物相連 ”的需求，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將綜合使用 IPv 2G/3G、 WiFi等通信技術(shù)，實現(xiàn)有線與無線的結(jié)合、寬帶與窄帶的結(jié)合、感知網(wǎng)與通信網(wǎng)的結(jié)合。感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù) 決策和行為的技術(shù)。 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層 物聯(lián)網(wǎng)最終目的是要把感知和傳輸來的信息更好地利用，甚至有學(xué)者認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)本身就是一種應(yīng)用，可見應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中的地位。 應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動力和目的。這一層解決的是信息處理和人機(jī)界面的問題。目前，軟件開發(fā)、智能控制技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用層技術(shù)將會為用戶提供豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層能夠為用戶提供豐富多彩的業(yè)務(wù)體驗，然而，如何合理高效地處理從網(wǎng)絡(luò)層傳來的海量數(shù)據(jù)，并從中提取有效信息，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層要解決的一個關(guān)鍵問題。在管理系統(tǒng)中主要用于分析各種 水質(zhì)參數(shù)，充當(dāng)著 系統(tǒng)的 “ 大腦 ” 。它綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù) ,能夠根據(jù)環(huán)境自主完成監(jiān)測、目標(biāo)江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 9 發(fā)現(xiàn)、識別與跟蹤等任務(wù)。 Zigbee 技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信技術(shù)種類眾多，如 Bluetooth、 WiFi(IEEE )、 RFID、IrDA、 Zigbee等等，他們各自有其特點 ,由于基于 ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有功耗低、網(wǎng)絡(luò)容量大、成本低、覆蓋范圍廣、時延短、動態(tài)組網(wǎng)、自動路由等特點 ,綜合比較后在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中選用 Zigbee技術(shù)。 ZigBee協(xié)議是由 ZigBee聯(lián)盟制定的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，它以 準(zhǔn)定義的物理層及 MAC層為基礎(chǔ) ,并對其進(jìn)行了擴(kuò)展，對網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和 API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化 ,定義了一個靈活、安全的網(wǎng)絡(luò)層，此外， ZigBee聯(lián)盟還制定了應(yīng)用接口層、高層應(yīng)用規(guī)范等。 GPRS 無線通信技術(shù)概念及簡介 GPRS即通用分組無線服務(wù)技術(shù) (General Packet Radio Service)的簡稱，它是 GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封?(Packet)式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。 水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)中主要利用的就 是 GPRS作為網(wǎng) 絡(luò)層來傳輸數(shù)據(jù)。通俗地講， GPRS 是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以 “ 分組 ” 的形式傳送資料到用戶手上。目 前， 香港 作為第一個進(jìn)行 GPRS 實地測試的地區(qū)，已經(jīng)取得了良好的收效。此外，使用 GPRS上網(wǎng)的方法與 WAP 并不同，用 WAP 上網(wǎng)就如在家中上網(wǎng)，先 撥號連接 ，而上網(wǎng)后便不能同時使用該電話線，但 GPRS 就較為優(yōu)越，下載資料和通話是可以同時進(jìn)行的。而且發(fā)展 GPRS 技術(shù)也十分 “ 經(jīng)濟(jì) ” ，因為只須沿用現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)來發(fā)展即可。 現(xiàn)在手機(jī)上網(wǎng)的口號就是 Always Online、 IP In Hand，使用了 GPRS 后，數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組發(fā)送和接收，這同時意味著用戶總是在線且按流量計費，迅速降低了服務(wù)成本 。 而 GPRS 的最大優(yōu)勢在于：它的數(shù)據(jù)傳輸速度不是 WAP 所能比擬的。 GPRS 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的 GSM網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。 GSN是 GPRS網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。 GSN可以 完成移動臺和各種數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)之 間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換。 GSN有兩種類型：一種為 SGSN（ Serving GSN，服務(wù) GSN），另一種為 GGSN（ GatewayGSN，網(wǎng)關(guān) GSN）， SGSN的主要作用是記錄移動臺的當(dāng)前位置信息，并且在移動臺和 GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。有的文獻(xiàn)中，把 GGSN稱為 GPRS路由器。 GPRS 協(xié)議模型 Um接口是 GSM的空中接口。 Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負(fù)責(zé)提供空中接口的各種邏輯信道。 如果 8個物理信道都分配為傳送 GPRS數(shù)據(jù)，則原始數(shù)據(jù)速率可達(dá) 200kb/s。 MAC為媒質(zhì)接入控制層。 GPRS的邏輯信道共有 3類，分別是公共控制信道、分組業(yè)務(wù)信道和 GPRS廣播信道。分組業(yè)務(wù)信道用來傳送分組數(shù)據(jù)。 LLC層為邏輯鏈路控制層。LLC層負(fù)責(zé)在高層 SNDC層的 SNDC數(shù)據(jù)單元上形成 LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀 。 BSS中的 LLR層是邏輯鏈路傳遞層。 LLR層對于 SNDC數(shù)據(jù)單元來說是透明的，即不負(fù)責(zé)處理 SNDC數(shù)據(jù)。它的主要作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組、打包，確定TCP/IP地址和加密方式。 SNDC數(shù)據(jù)包單元生成后被放置到 LLC幀內(nèi)。 TCP/IP和 于傳統(tǒng)的 GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如 BSS和 NSS等設(shè)備）是透明的 。 本章小結(jié) 本章 是 對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān) 技術(shù)的介紹，簡單介紹了物聯(lián)網(wǎng)的體系節(jié)結(jié)構(gòu)， Zigbee技術(shù)和GPRS技術(shù) 的相關(guān)知識。本章節(jié)的研究為后續(xù)部分打下了基礎(chǔ)，是整個項目不可或缺的環(huán)節(jié)。論文將在本章中詳細(xì)分析物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的架構(gòu)和特性，并提出相應(yīng)的解決方案。 本系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)的 DCM三層架構(gòu)來建立完整的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)，每層架構(gòu)應(yīng)用最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并始終體現(xiàn) “ 軟件即服務(wù) ” 的思 想，并實現(xiàn)效果和設(shè)計理念上體現(xiàn)可視化、泛在化、智能化、個性化、一體化的特點。 下面介紹一下整個系統(tǒng)的運作流程： 首先管理系統(tǒng)在養(yǎng)殖地布置硬件設(shè)備：多個水上節(jié)點 (水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點、遠(yuǎn)程視頻采集節(jié)點、水質(zhì)參數(shù)調(diào)節(jié)節(jié)點、 ZigBee+GPRS無線網(wǎng)關(guān) )。 其次通過水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點實時采集 PH值、水溫、水位、溶氧量等水質(zhì)參數(shù)，并通過 ZigBee Endpoint上傳給無線網(wǎng)關(guān)的 Zi gBee Coor dinator，再由后者經(jīng)串口送入 GPRS傳送到 TOMCAT服務(wù)器。 再次檢測硬件設(shè)備，如果設(shè)備正常啟動增氧機(jī)或 PH值 調(diào)節(jié)設(shè)備、水泵等，實時調(diào)節(jié)水質(zhì) 參數(shù)。 一、實時數(shù)據(jù)查詢 提供感知信息服務(wù)。水質(zhì)預(yù)警信息，水質(zhì)變化預(yù)報；實時監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)等。用戶通過手機(jī)發(fā)送一個特殊的指令到短信平臺，平臺根據(jù)用戶的指令來執(zhí)行相應(yīng)的動作，如控制增氧機(jī)電磁閥的開關(guān)； 三、視頻監(jiān)控 養(yǎng)殖場視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對養(yǎng)殖環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測管理。 四、自動報警 當(dāng)水質(zhì)參數(shù)超過一定的指標(biāo)，服務(wù)器會會向養(yǎng) 殖戶發(fā)送短信、提醒用戶是否、遠(yuǎn)程控制硬件設(shè)備調(diào)節(jié)水質(zhì)參數(shù)。 監(jiān)測效果好：相比手工監(jiān)測，自動化監(jiān)測更及時和準(zhǔn)確。前期投資少、見效快，后期升級、維護(hù)成本低。 使用方便：靈活的數(shù)據(jù)傳輸與報警選擇，可以傳送到監(jiān)測中心或 家中；監(jiān)控軟件友好的用戶界面，便于長期監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與決策。 軟件平臺 軟件平臺：提供業(yè)界優(yōu)秀的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)管理平臺，采用面向高性能計算機(jī)的可定制化服務(wù)器，應(yīng)用智能化的計算機(jī)測控管理平臺，充分實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一備份。 本章小結(jié) 本章是 水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的總體設(shè)計及其功能做一個具體介紹，首先通過流程圖介紹一下總體設(shè)計的流程，其次對系統(tǒng)的功能及其特點詳細(xì)說明，最后介紹系統(tǒng)的整體布局。 江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 17 第四章 WEB 開發(fā)的相關(guān)技術(shù) C/S 模式體系架構(gòu) 隨著 Inter 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)突飛猛進(jìn) ，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序得到了飛速發(fā)展。 傳統(tǒng)的兩層 C/S 模式 傳統(tǒng)的 C/S 模式把系統(tǒng)分為客戶機(jī)和服務(wù)器兩部分，如圖 41所示。負(fù)荷不均勻使得客戶端的管理越來越困難，因為如果系統(tǒng)升級，必須為所有的客戶端一一升級。這樣就帶來了兩個突出的問題：系統(tǒng)的可伸縮性和安裝維護(hù)困難，正是這樣，使得兩層結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序在 Inter/Intra 環(huán)境下的實際開發(fā)中受到較大限制。 三層 C/S 模式 本課題研究的是怎樣利用 WEB技術(shù)來開發(fā)這一系統(tǒng)的， WEB開發(fā)改善了傳統(tǒng)的采用了三層或多層結(jié)構(gòu)的客戶機(jī)服務(wù)器體系。 江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 18 用 戶 界 面 應(yīng) 用 邏 輯數(shù) 據(jù) 庫 管理 系 統(tǒng)客 戶 機(jī)應(yīng) 用 服 務(wù)器數(shù) 據(jù) 庫 服務(wù) 器 圖 42 三層 C/S模式圖 其中關(guān)鍵是把業(yè)務(wù)邏輯單獨提取出來，構(gòu)成了中間層，從而形成真正的分布式應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)服務(wù)層不再和每個活動客戶保持一個連接，而是若干客戶通過相應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯共享數(shù)據(jù)服務(wù)，從而減少了連接次數(shù)，提高了數(shù)據(jù)服務(wù)器的性能和安全性。這種結(jié)構(gòu)中，我們只需隨機(jī)地增加中間層的服務(wù)（應(yīng)用服務(wù)器），即可滿足擴(kuò)充系統(tǒng)的需要。 用 戶界 面H T M L數(shù) 據(jù) 庫 管理 系 統(tǒng)H T T PH T M LW e b服 務(wù) 器C G I等數(shù) 據(jù) 庫服 務(wù) 器 圖 43 B/S模式 B/S 結(jié)構(gòu)把原來在客戶機(jī)一側(cè)的應(yīng)用程序模塊與顯示功能分開，將它放到 Web 服務(wù)器上單獨組成一層，客戶機(jī)上統(tǒng)一采用易于操作的用戶界面 —瀏覽器，通過把負(fù)荷均衡地分配給了 Web 服務(wù)器，客戶機(jī)變得更 “ 瘦 ” 了，從而使系統(tǒng)更具可控性，給系統(tǒng)維護(hù)帶來極大的方便。在 B/S 模 式中，用戶界面處理、業(yè)務(wù)功能處理、數(shù)據(jù)處理這三個子模型相互獨立，分別由不同的資源、代碼來實現(xiàn)。這樣開發(fā)和維護(hù)工作就會集中到服務(wù)江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 19 器端，便于系統(tǒng)的維護(hù)和升級。 本章主要介紹了，水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的軟件方案 C/S和 B/S體系結(jié)構(gòu)的功能和特點，并最終確定本系統(tǒng)選擇 B/S體系結(jié)構(gòu)。 EJB組件使編寫應(yīng)用程序更為簡單。 另外， J2EE還支持異構(gòu)環(huán)境。 J2EE標(biāo)準(zhǔn)還允許客戶訂購與 J2EE兼容的第三方的現(xiàn)成組件，把其部署到異構(gòu)環(huán)境中， 節(jié)省了由自己制訂整個方案所需的費用。例如：圖形設(shè)計師創(chuàng)建 JSP模板，商業(yè)邏輯由該領(lǐng)域的專家完成， JSP頁面和 EJB由 Java工程師完成，應(yīng)用程序的裝配和部署由團(tuán)隊中其他的成員完成，其中許多工作可以同時進(jìn)行，有助于加速應(yīng)用程序的開發(fā)。 ： 由于在 EJB模型中，各個軟件組件都是嚴(yán)格分離的，因此，可以從現(xiàn)有的軟件組件裝配出服務(wù)器端應(yīng)用程序，這與從現(xiàn)有的 JavaBean可以裝配出客戶端應(yīng)用程序江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 20 一樣，使軟件能夠重用。由于組件可以被獨立地更新和替代，通過更新應(yīng)用程序中特定的組件，新的功能可以被很容易地增加。基于 J2EE平臺的應(yīng)用程序 可被部署到各種操作系統(tǒng)上，例如，可被部署到高端 UNIX或其他的大型機(jī)系統(tǒng)上。 ： 主要的 IT供應(yīng)用商都采納 EJB體系結(jié)構(gòu)，不同供應(yīng)商的產(chǎn)品只要符合EJB體系結(jié)構(gòu)，就都是可互操作的。對于 MySQL來說 ,速度是他們追求的主要目標(biāo)之一，基于這個原因，MySQL在以前的文檔中也曾經(jīng)說過并不準(zhǔn)備支持事務(wù)和觸發(fā)器。但是，仍然有理由相信， MySQL將有可能一直保持速度的優(yōu)勢。 MySQL更適宜在 Windows環(huán)境下運行。 MySQL使用了線程 ,在不同線程之間的環(huán)境轉(zhuǎn)換和訪問公用的存儲區(qū)域顯然要比在不同的進(jìn)程之間要快得多。在絕大多數(shù)情況下 ，你不需要為 MySQL運行任何清除江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 21 程序。 MySQL允許你定義一整套的不同的數(shù)據(jù)級、表級和列級的權(quán)限。 MySQL還允許你指定基于主機(jī)的權(quán)限。相反，因為 MySQL保留無事務(wù)的表類型。 MySQL的 MERGE表提供了一個獨特管理多個表的方法。 它擔(dān)當(dāng)客戶請求（ Web瀏覽器或其他 HTTP客戶程序）與服務(wù)器響應(yīng)（ HTTP服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫或應(yīng)用程序）的中間層