WSN與WCDMA網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的研究

徐志偉+倪潔+王鋼+趙洪林+馬永奎

【摘要】 本文以中興通訊公司的WCDMA移動通信系統(tǒng)和奧爾斯公司的WSN系統(tǒng)為研究背景，設(shè)計并實現(xiàn)了以B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案。本文設(shè)計了基于中間件技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案，并通過WEB中間件實現(xiàn)其功能。

【關(guān)鍵詞】 WCDMA技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中間件

RESEARCH ON NETWORK INTERCONNECTION OF WSN AND WCDMA

Xu Zhiwei，Ni Jie，Wang Gang，Zhao Honglin，Ma Yongkui （Harbin Institute of Technology，Heilongjiang Harbin，150001）

Abstract：ON the background of WCDMA mobile communication system of ZTE and WSN system of OURS， the article designs the interconnection scheme and realizes its function through B/S structure. The article designs the interconnection scheme on middleware technology and realizes its function through WEB.

Keywords： WCDMA technology， wireless sensor network， middleware

一、 課題研究背景

WCDMA移動通信系統(tǒng)是哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信工程系與中興通訊公司共建的碩士生和本科生校內(nèi)實踐基地。實驗室現(xiàn)有的WCDMA移動通信網(wǎng)絡(luò)只具備基本的語音通信和數(shù)據(jù)通信功能，學(xué)生們不能充分體會到通過移動通信終端控制實際設(shè)備的功能，這樣就會使學(xué)生缺少對系統(tǒng)的更全面的認識和興趣。本文設(shè)計WSN與WCDMA網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的具體方案，提出以中間件技術(shù)進行WCDMA移動通信網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)的具體方案，配置網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)所需要的主要參數(shù)。本文利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)實現(xiàn)WSN和WCDMA系統(tǒng)的互聯(lián)，驗證移動通信終端通過WCDMA移動通信網(wǎng)絡(luò)來訪問和控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能。

二、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案的設(shè)計

本文中系統(tǒng)的組建主要包括WCDMA移動通信系統(tǒng)的組建和WSN實驗系統(tǒng)的組建兩部分。WCDMA移動通信系統(tǒng)采用WCDMA R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用中興通訊公司的技術(shù)實現(xiàn)。WSN實驗系統(tǒng)是基于奧爾斯公司OURS-IOTV2-EP平臺組建的。WSN和WCDMA網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是通過中間件技術(shù)實現(xiàn)。

2.1 WCDMA移動通信系統(tǒng)的組成

本文采用WCDMA R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為組建移動通信網(wǎng)絡(luò)的模型。WCDMA R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由Node B、RNC、CS和PS等組成。CS域的功能實體主要包括移動媒體網(wǎng)關(guān)（MGW）和移動軟交換中心（MSC）。PS域的功能實體主要包括SGSN和GGSN等設(shè)備。

基站（Node B）在RNC控制下完成射頻信號的接收和發(fā)射，與移動終端進行通信，對信號進行調(diào)制解調(diào)和定位信息管理。RNC通過接口電路完成對基站的管理，RNC通過接口電路與核心網(wǎng)進行通信。RNC負責信道分配、信道切換、邏輯信道到傳輸信道的映射、信道傳輸格式設(shè)置。核心網(wǎng)由電路域（CS）和分組域（PS）構(gòu)成。電路域（CS）主要完成用戶的語音通信功能，包括話音業(yè)務(wù)、短信業(yè)務(wù)和視頻通話。分組域（PS）主要管理用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)。本文選擇基站的型號是中興通訊公司的ZXSDR B8200 +ZXWR R8840，RNC選用的型號是ZXWR-RNCV3，移動媒體網(wǎng)關(guān)型號是ZXWN MGW，移動軟交換中心型號是ZXWN MSC，分組域的型號是ZXWN PS。

2.2 WSN實驗系統(tǒng)的組成

該實驗系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件部分組成。硬件設(shè)備包括8個無線通信模塊、8個傳感器模塊、8個電源板模塊、高性能嵌入式網(wǎng)關(guān)和其他配套設(shè)備。實驗系統(tǒng)包含4個無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點和一個無線互聯(lián)網(wǎng)解調(diào)器。

2.3通過WEB中間件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

中間件是在操作系統(tǒng)（包含底層通訊協(xié)議）和多類分布式應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)系的單個應(yīng)用中間件，中間件的主要功能是屏蔽軟件系統(tǒng)的差異，實現(xiàn)對上層系統(tǒng)透明傳輸?shù)墓δ?，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中間件軟件制定需要遵守如下的標準：

A 由于節(jié)點的能源、運算、儲存性能和通訊性能不足，因此WSN中間件需要的是較輕能耗程度的器件，且可以在功能和能源利用間實現(xiàn)均衡。

B 傳感網(wǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，因而中間件軟件還需要供給優(yōu)越的容錯體制、自變化體制和自保護體制。

C 中間件軟件的下層支持是多類軟件節(jié)點和操作平臺（如TinyOS、MANTIS OS、SOS等），因而中間件系統(tǒng)不用考慮下層的差異。

D中間件系統(tǒng)由不同的軟件組成，為各種上層軟件供給相同的、能夠拓展的接口，進而進行應(yīng)用的研制。

IOTService 是基于微軟操作系統(tǒng)運行的，其功能主要是把不同的軟件服務(wù)集成到一個系統(tǒng)中。其它的系統(tǒng)和終端通過不同的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)與IOTService進行連接。IOTService的主要優(yōu)點是為不同的用戶提供統(tǒng)一的軟件接口，可通過服務(wù)器/客戶端的模式通信，也可以搭建 WebService，通過WebService 和 IOTService 進行通信，再進一步編寫 B/S 架構(gòu)的應(yīng)用軟件。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于WSN的中間件技術(shù)能夠很好的在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運行，因此選取中間件技術(shù)作為WSN和WCDMA網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方案。

2.4基于VPN技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全互聯(lián)

雖然WSN和WCDMA網(wǎng)絡(luò)本身都有一些安全協(xié)議來保證信息在傳輸?shù)倪^程中的安全性，但由于在實際應(yīng)用中WSN與WCDMA進行互聯(lián)時都要通過Internet，由于Internet對所用用戶是開放的，因此信息經(jīng)過Internet傳輸時容易受到黑客的攻擊，所以研究WSN和WCDMA安全互聯(lián)技術(shù)很重要。本文研究并實現(xiàn)了基于VPN技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)安全互聯(lián)的方案。

虛擬專用網(wǎng)（Virtual Private Network）是通過互聯(lián)網(wǎng)等建立一種基于安全協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接，通過VPN建立起的網(wǎng)絡(luò)連接是經(jīng)過安全協(xié)議加密的，因此能夠?qū)σ獋鬏數(shù)臄?shù)據(jù)進行加密，實現(xiàn)在開放的互聯(lián)網(wǎng)中安全通信的目的。在VPN中，任意兩個節(jié)點之間的連接并沒有穿通專用的端到端物理鏈路，而是架構(gòu)在公用網(wǎng)絡(luò)平臺上。VPN對用戶端透明，用戶使用一條專用線路進行通信。

三、實驗過程

實驗過程主要包括：（1）運行計算機中的中間件。（2）修改tcpser.ip和 tcpsbm.ip為中間件所在計算機的IP 地址。（3）修改tcpser.port 和 tcpsbm.port為無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) TCP 端口和管理中間件TCP 端口。（4）把jdbc.url中的DBQ部分修改為Access數(shù)據(jù)庫的路徑。（5）運行startup.bat批處理命令。（6）在WCDMA制式的移動終端瀏覽器中輸入IP地址后，移動終端的屏幕上出現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)管理界面，在這里可以完成相關(guān)模塊的管理功能，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點拓撲結(jié)構(gòu)的顯示和管理等功能。

四、結(jié)束語

本文完成以下研究工作：

1、組建以WCDMA R4為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的移動通信系統(tǒng)，設(shè)計Node B、RNC和核心網(wǎng)的主要參數(shù)，實現(xiàn)移動通信終端通過WCDMA網(wǎng)絡(luò)的語音和數(shù)據(jù)通信功能。

2、分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與WCDMA移動通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方案，選取中間件技術(shù)的互聯(lián)方案。

3、設(shè)計基于VPN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案，并驗證該方案能夠?qū)SN和WCDMA網(wǎng)絡(luò)進行安全互聯(lián)。

參 考 文 獻

[1]孫卓. 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的接入選擇機制研究. 北京郵電大學(xué)博士論文，2007.

[2]竇中兆，雷湘編著.WCDMA 系統(tǒng)原理與無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化. 清華大學(xué)出版社，2009.

[3]3GPP， TS32.106-5， V3.2.0. Basic Configuration Management IRP： Information Model Version-1 （Release 1999）. 2001.