（计算机应用技术专业论文）基于无线传感器网络的智能车场设计与实现.pdf

， 勺 l _ 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本 本人签名： 肆叠盎 日 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：霹必 吼 导师签名： 日期：迦21 ；，丝 j 一 一 r 基于无线传感器网络的智能车场设计与实现 摘要 无线传感器网络是一个全新的研究领域，它综合了传感器技术、嵌入式计算 技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，应用前景十分广泛，已经成为目前 的一个研究热点。微型传感器，隐藏在环境的细微角落，感知环境信息，再通 过无线通信将数据传递给指挥部。如当有车辆、人员经过时，紧贴地面的传感器 可将感知的信息发送回监控中心，监控中心就能实时地监测环境中人员、车辆的 运动，并作出相应的决策。目前，无线传感器网络在商务应用上可以用到车辆的 追踪和监控上。 本文的主要研究目标是在无线传感器网络对车辆检测的基础上，设计一个智 能车场综合管理服务系统，试图通过无线传感器网络技术的信息服务，并结合短 信语音的快捷通讯使车位预定、停车、取车更加简洁、方便，从而有效地解决停 车难问题，这一系统的实现具有很现实的应用价值。 系统的总体设计思路是在停车场中的每个车位上各布置一到若干个无线传 感器节点，这些节点通过感应设施获取本车位的相关信息，并自组织形成一个无 线传感器网络。感应到的信息在网络中进行传递，最终被传送到一个名叫s i n k 的终端传感器节点。s i n k 节点通过一定方式将这些信息发送给控制中心，由控 制中心进行信息处理，从而达到对车场的管理。用户通过移动终端向车场服务器 发送短信语音信息进行车位的预定，取车等操作。 文章首先介绍了研究背景，包括无线传感器网络结构、t i n y o s 操作系统和 t i n y d b 数据查询处理机制；然后提出了智能车场系统结构和模块设计，详细介 绍了系统三层体系结构：w s n 子系统，管理子系统和服务子系统的功能、模块 划分及接口设计并给出了部分模块的实现。为实现车场服务器和移动终端的通 信，提出了车场人机接口算法，研究了s m s 短消息收发及d t m f 多音双频信号 的解码和检测的实现。最后针对车辆跟踪的应用，作者提出了无线传感器网络拓 扑管理问题。 关键词：无线传感器网络；车场管理；s m s ；d t m f ；拓扑管理 一 一 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fi n t e l l i g e n tp a r k i n gs y s t e m b a s e do nw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s a b s t r a c t w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r ki sa t e c h n o l o g y , e m b e d d e dc o m p u t i n g n e ws t u d yf i e l d ，w h i c h i n t e g r a t e st h es e n s o r t e c h n o l o g y , d i s t r i b u t e di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g t e c h n o l o g ya n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s ，v e r yb r o a d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t sa si ti s i th a sb e c o m eah o t s p o t an u m b e ro fw i r e l e s ss e n s o rn o d e sa r e a s s i g n e di nt h ec o m e rf o rc o l l e c t i n gi n f o r m a t i o na b o u te n v i r o n m e n ta n dt r a n s f e rt h e s e d a t at h r o u g hw i r e l e s sn e t w o r kt oh e a d q u a r t e r s f o re x a m p l e ，w h e nav e h i c l eo ra s o m e b o d yi sp a s s i n gb y ，t h es e n s o r ss e n tt h e s ep e r c e p t r o n e di n f o r m a t i o nb a c kt ot h e m o n i t o rc e n t e r s ot h ec o n t r o lc e n t e rw i l lb ea b l et og e ti n f o r m a t i o no fv e h i c l e sa n d m a k et h ec o r r e s p o n d i n g d e c i s i o n s c u r r e n t l y , w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k sc a nb eu s e dt o v e h i c l e st r a c ka n dm o n i t o ri nc o m m e r c i a l a p p l i c a t i o n t h e m a i n g o a l o ft h i sa r t i c l ei st o d e s i g n a n i m p l e m e n ta ni n t e l l i g e n t m a n a g e m e n ts y s t e ms y s t e mb a s eo nt h ed e t e c t i o no fv e h i c l e sb vw i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k s t h ea u t h o ra t t e m p tt oc o m b i l ei n f o r m a t i o ns e r v i c eb yw i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k st e c h n o l o g ya n dq u i c kc o m m u n i c a t i o n sb ys m sa n dv o i c es e r v i c eo f m o b i l et e r m i n a lt om a k ep a r k i n gs c h e d u l em o r ec o n v e n i e n t l ya n de a s i e r t h e r e a l i z a t i o no ft h i ss y s t e mw i l lb ev a l u a b l ei nc o m m e r c i a l a p p l i c a t i o n t h eo v e r a l ld e s i g ni st h a tan u m b e ro fw i r e l e s ss e n s o rn o d e sa r ea s s i g n e da t e v e r ys p a c ei n t h ep a r k ，w h i c hc a ng e tt h er e l e v a n ti n f o r m a t i o no fp a r k i n g s p a c e t h r o u g hs e n s o re s t a b l i s h m e n t ，a n dc r e a t eas e l f - o r g a n i z i n gw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s t h ei n f o r m a t i o nc o l l e c t e db ys e n s o r sw a st r a n s f e r e da n de v e n t u a l l yt r a n s m i t t e dt oa t e r m i n a ln a m e ds i n ks e n s o rn o d e s s i n kn o d ew i l ls e n dt h e s em e s s g e st o c o n t r o l c e n t e rf o ri n f o r m a t i o np r o c e s s i n gt oa c h i e v et h em a n a g e m e n to ft h ep a r ka n dt h e s y s t e mt h e np r o v i d et h ei n q u i r i e sa n db o o ks e r v i c e st op u b l i ct h r o u g hs m so rv o i c e i i i t h i sp a p e rd e s c r i b e st h eb a c k g r o u n dk n o w l e d g ef i r s t ，i n c l u d i n gw i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k s ，t i n y o sa n dt i n y d bd a t aq u e r yp r o c e s s i n gs y s t e m t h e nt h ed e s i g no f p a r k i n gs y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dm o d u l ei sg i v e n t h es y s t e mi sd i v i d e di n t o3 s u b s y s t e m ，w s ns u b s y s t e m ，m a n a g e m e n ts u b s y s t e m ，a n ds e r v i c e ss u b s y s t e m t h e a u t h o rg i v et h ed e t a i l e d d e s c r i p t i o no ff u n c t i o n s ，m o d u l e s ，i n t e r f a c e so ft h e s e s u b s y s t e m t oa c h i e v et h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ep a r k i n gs y s t e ma n dm o b i l e t e r m i n a l s ，am a n - m a c h i n ei n t e r f a c ea l g o r i t h ma b o u tt h ei m p l e m e n t a t i o no fs m sa n d d t m f ( d o u b l e - t o n em u l t i - f r e q u e n c y ) a l g o r i t h mi sg i v e n f i n a l l y , i n o r d e rt o c o m p l e t et h et r a c k i n go ft h et a r g e tv e h i c l e ，t h ea u t h o r sh a v ed os o m er e s e a r c ho n w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r kt o p o l o g ym a n a g e m e n ta l g o r i t h m k e yw o r ds ：w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s ；p a r km a n a g e m e n t ；s m s ；d t m f ； t o p o l o g ym a n a g e m e n t i v 一 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 研究动机目的3 1 3 论文篇章结构3 第二章车场系统结构与模块设计5 2 1 系统体系结构5 2 2w s n 子系统6 2 3 管理子系统7 2 3 1 模块划分7 2 3 1 1 用户界面8 2 3 1 2 语法分析8 2 3 1 3 命令分发9 2 3 1 4 网络适配一9 2 3 1 5 数据更新1 0 2 3 1 6 信息提取1 0 2 - 3 2 接口设计。1 0 2 3 3 用户界面模块实现1 0 2 3 3 1c w s n 类1 1 2 3 3 2c m o t e 类1l 2 3 3 3c p a r k 类11 2 3 3 4c p a r k s p a c e 类1 1 2 3 3 5c d i s p l a y 及其子类12 2 3 3 6c u s e r q u e r i 伪类1 2 2 3 3 7 界面显示1 2 2 4 服务子系统16 2 4 1 模块划分1 6 2 4 2 用户交互模块18 2 4 3 人机接口2 1 2 4 4p c 端逻辑处理模块21 2 4 4 1 调度管理2 1 2 4 4 2 车位检测2l 2 4 4 3 地图生成2 2 2 4 4 4 计费2 3 2 4 4 5 报警2 3 2 5 本章小节。2 4 第三章车场人机接口实现2 5 3 1 短消息收发2 5 3 1 1 短信收发a = r 指令简介2 6 3 1 2g s ms m s 原理2 7 3 1 3p d u 串的结构和编排方式2 8 3 1 4p d u 的地址编解码2 9 v 3 1 5p d u 的用户数据编解码一2 9 3 1 6 用a t 命令发收短消息流程3 2 3 2d t m f 信号解码和检测3 4 3 2 1 音频数据采集。3 5 3 2 2d t m f 的原理3 6 3 2 - 3d t m f 信号检测3 7 3 2 4 选择采样率3 7 3 2 5 块人小的设置3 7 3 2 6 能量值计算3 8 3 2 7 检测算法流程4 0 3 3 本章小节4 l 第四章无线传感器网络拓扑管理4 3 4 1 目标定位4 3 4 2 目标预测4 4 4 3 拓扑管理4 5 4 3 1 节点角色划分4 6 4 3 2 节点状态分类4 7 4 3 3 节点状态切换4 8 4 3 4 节点选择算法4 9 4 4 本章小节一5 0 结束语。5 3 致谢5 5 参考文献5 7 v i 1 1 研究背景 第一章绪论 无线传感器网络( w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s ，w s n ) 由大量廉价的微型无线 传感器节点组成，这些节点部署在待检测的区域内并通过无线通信方式形成网 络，他们协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中的感知对象的信息并将这些信 息发送到控制中心 1 】。一个典型的无线传感器网络节点结构示意图如图1 1 所 示，在不同应用中，传感器网络节点的组成不尽相同，但一般都由数据采集、数据 处理、数据传输和电源这4 部分组成【5 】。 曰早一阜 图1 1无线传感器节点结构示意图 无线传感器网络中的节点之间通过无线链路进行通信，节点可以通过自组织 形成网络，并交换有关现实世界的信息，这使得整个网络能够实时地监测、感知 和采集各种环境或监测对象( 如车辆) 的信息。然后节点通过多跳中继方式将监 测数据传到s i n k 节点，s i n k 将整个区域内的数据传送到远程中心进行集中处理。 图1 2 所示，为无线传感器网络结构的一般性描述。 图1 2 无线传感器网络结构示意图 黟警 丫i 。 t i n y o s 是一个资源开放的软件平台和系列工具，最初是由美国加州大学伯 克利分校开发的，现在是许多无线传感器网络的标准。它是基于一种组件 ( c o m p o n e n t - - b a s e d ) 的架构方式，使得能够快速实现各种应用。t i n y o s 的程 序采用的是模块化设计，所以它的程序核心往往都很小，能够突破传感器存储资 源少的限制，这能够让t i n y o s 很有效的运行在无线传感器网络上并去执行相应 的管理工作等。 t i n y o s 本身提供了一系列的组件，可以很简单方便的编制程序，用来获取和 处理传感器的数据并通过无线电来传输信息。t i n y o s 系统、库及应用程序都是 用n e s c 语言写的语言写的，n e s c 语言是一种新的用于编写结构化的基于组件 的应用程序的语言。n e s c 语言主要用于诸如传感器网络等嵌入式系统。n e s t 具 有类似于c 语言的语法，但支持t i n y o s 的并发模型，同时具有机构化机制、 命名机制，能够与其他软组件链接在一起从而形成一个鲁棒的网络嵌入式系统。 其主要目标是帮助应用程序设计者建立可易于组合成完整、并发式系统的组件， 并能够在编译时执行广泛的检查。 t i n y d b 6 1 是一种从无线传感器网络中析取信息的查询处理系统。t i n y d b 提 供了一种简单、类似于s q l 的接口来指定需要析取的数据，并为查询提供所需 的参数，如数据更新的频率等。对于任意一个查询，只需指定感兴趣的数据， t i n y d b 就会从传感微粒中收集那些数据，并将之过滤、聚集以及选择路由，最 终送到p c 机。要使用t i n y d b ，必须将其t i n y o s 组件安装到传感器网络中的 每个微粒上。t i n y d b 为查询和析取数据的p c 应用程序提供了一套简单的j a v a a p i ；t i n y d b 的最主要目标就是期望简化程序员的工作，使得数据驱动的应用 程序开发和部署尽可能地快速。 目前，传感器在环境监测中发挥着越来越重要的作用。尤其是微型传感器， 可以隐藏在环境的细微角落，感知环境信息，再通过无线通信将数据传递给指 挥部。如当有车辆、人员经过时，紧贴地面的传感器可将感知的震动信号转化为 电信号，发送回监控中心，监控中心就能实时地监测环境中人员、车辆的运动， 并作出相应的决策。但单个传感器能力有限，难以胜任环境感知的任务，需要将 传感器组成网络，收集各类信息如振动、声、光、温度等，把不同的资料集中 在一起进行分析，并把真实情报实时传递给指挥部；同时要求传感器必须足够小， 能够隐蔽地分布于环境各个角落，避免被发现遭到破坏。网络化、微型化的传感 器研究一直是国内外关注的重点课题之一。美国五角大楼提出了“智能尘埃的 设计思想，目的是在战场上抛撒数千个微小的具有无线通信功能的传感器模块， 用于监控敌人的活动情况。“智能尘埃 对相关原始数据进行过滤，通过自组织 2 的无线传感器网络把重要的信息发送给指挥部。目前，无线传感器网络的应用已 由军事领域扩展到其他许多应用领域，因为它能完成传统系统无法完成的任务， 在商务应用上可以用到车辆的追踪和监控上。由于h o n e y w e l l 的磁阻传感器非常 小且环保，他们提供了非常低成本的用于车辆和交通监测的很好的方案。无论是 安装在公路上或是小巷上，h o n e y w e l l 的磁阻传感器技术提供了一种高灵敏度的 车辆检测的方法。汽车、火车还是飞机，这些车辆上均含有铁性物质，会干扰地 磁场的分布状况。在不依赖于特定的识别电路的情况下，传感器可以在一米之内 识别到车辆。典型的应用包括开门，路况监测，停车场检测，车辆位置监测等。 1 2 研究动机目的 停车难问题在近几年的“两会”中都是代表和委员们关注的问题。随着私家 车数量和增长速度的快速增加，停车难的问题还将日益突出。奥运将至，“科技 奥运”是2 0 0 8 年北京奥运的重要特征之一，如何有效解决快速停车仍是较为困 难的问题之一。因此，本系统将试图通过基于无线传感器网络技术的信息服务， 并结合人机短信语音的快捷通讯使车位预定，停车，取车更加简洁、方便快速， 从而有效地解决停车难问题，这一系统的实现具有很现实的应用价值。 基于无线传感器网络得智能车场综合管理服务系统是无线传感器网络在车 辆检测中的一个应用。在停车场中的每个车位上各布置一到若干个无线传感器节 点，这些节点通过感应设施获取本车位的相关信息，并自组织形成一个无线传感 器网络。感应到的车位信息在网络中进行传递，最终被传送到一个名叫s i n k 的 终端传感器节点。s i i l l 【节点通过一定方式将这些信息发送给控制中心，由控制 中心进行信息处理，从而达到对车场的管理。与传统的车场管理设备相比，使用 无线传感器来进行车场管理，具有体积小，无线设施，易于管理的优点。移动通 信工具与p c 的结合，使得整套车场服务流程无人值守、智能、方便快捷。用户 可以提前预定车位，并可进行取消，取车等操作，能够有效解决停车难问题。 4 3 论文篇章结构 本文在无线传感器网络对车辆检测的基础上设计了一种基于无线传感器智 能车场综合管理服务系统，为实现人与机器的信息互通，对s m s 短消息收发和 d t m f 多音双频信号的解码和检测算法也进行了研究，最后提出了对车辆目标 跟踪的拓扑管理算法。 第一章绪论中作者首先介绍了研究背景包括无线传感器网络结构，t i n y o s 操作系统和t i n y d b 数据查询处理机制。 第二章介绍了车场系统结构设计以及各模块功能。先后介绍三层系统体系结 构，w s n 子系统，管理子系统和服务子系统模块设计。作者的工作集中在管理 子系统用户界面模块设计与实现，服务子系统中用户交互模块的设计。 第三章详细介绍了车场人机接口算法。这部分内容处在服务子系统中用户交 互模块中用户信息的收发部分。为实现人和p c 机的信息互通，作者研究了s m s 短消息收发及d t m f 多音双频信号的解码和检测算法研究。 第四章介绍了无线传感器网络拓扑管理。针对车辆跟踪的应用，首先提出了 目标定位和预测问题，在车辆行进过程中对网络拓扑结构进行管理，有效关闭检 测范围外的节点，从而达到节能目的。 4 第二章车场系统结构与模块设计 在无线传感器网络对车位信息监测的基础上，设计了智能车场管理服务系 统。本章详细介绍了系统的体系结构划分和各系统模块设计，并给出了部分模块 的实现。 2 1 系统体系结构 本系统可划分为三个子系统：无线传感器网络( w s n ) 子系统，管理子系统， 服务提供子系统。通过布置在停车场每个车位上的传感器节点采集本车位状态信 息，并通过无线传感器网络传送回控制中心，通过管理子系统为管理员提供当前 停车场所有车位信息；通过服务提供子系统，为公众提供多个停车场的车位查询 和预订服务。为了便于车场管理，管理子系统还应具备以下功能：查询指令的下 发，数据的静态和动态显示，网络拓扑结构、网络包发送路径的显示，管理子系 统需要具有图形用户界面。w s n 子系统和管理子系统之间由基站( b a s e ) 连接。 服务提供子系统应该能够对外提供多种服务提供方式( 短信，语音) 向用户提供 车位的查询和预定操作。w s n 子系统包括多个传感器节点，其硬件平台为x b o w 公司的m i c a zm o t e ，在其上运行t i n y o s 操作系统；管理子系统运行于一台p c 机， 操作系统是w i n d o w s ；服务提供子系统的服务器端运行于p c 机，操作系统是 w i n d o w s ，通过g s mm o d e m 和移动终端连接，移动终端采用一般的手机。系统 框架图如下： 图2 1 车场体系结构图 2 2w s n 子系统 无线传感器网络子系统是由一系列部署在车位上的传感器节点构成，节点接 受管理员下发的查询命令，收集管理员需要的数据，如磁场数据；通过布置在停 车场每个车位上的传感器节点采集本车位状态信息，并通过无线传感器网络传送 回控制中心。无线传感器网网络是由多个m o t e 节点通过无线链路连接而成的， 具有一定的网络拓扑。主要完成信息数据的采集、整合、分析，并向上层提供满 足应用需求的判断依据。w s n 根据接收到的任务，采集相关的有效数据，然后 经b a s e 转发回给p c 。 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， w s n 中的每一个m o t e 节点都要完成的主要功能有： 通过无线链路，接收和发送数据： 控制位于本m o t e 节点上的磁感应器及相关感应器进行数据采集； 对磁感应器采集到的数据进行处理； 对接收到的其它m o t e 节点的数据进行会聚； 根据当前的路由信息，将数据发送给上一级m o t e 节点( 父节点) ，并最终经 b a s e 将数据发送给p c ； 6 ，执行路由策略，维护路由信息； 7 ，电源管理。 无线传感器网络子系统使用的硬件平台及型号见下表： 硬件平台型号说明 m i c a p l a t f o r m m i c a zm i c am o t e p r o c e s s o ra n d f r e q u e n c yr a n g e ：2 4 0 0t o2 4 8 3 5 m h z r a d i op l a t f o r m 口r 2 4 0 0 c b s e n s o rb o a r d m t s 3 1 0 c a 支持l i g h t ，t e m p ，a c o u s t i c ，s o u n d e r , m a g n e t i c c o m l 窜口( 接m i c a z ) ，以太网口( 接 m o t e i n t e r f a c em i b 6 0 0 c a 主机) ，电源插口 b o a r d 表2 1w s n 硬件平台 在每个传感器节点上安装t i n y d b a p p 应用程序，设置每个节点的n o d e i d ， 6 s i n k 节点的n o d e i d 设置为0 ，设定节点组号和发射功率，采用电池给微粒供电， 并将编号为o 的微粒通过m i b 6 0 0 c a 连接到p c 机的串行端口上。指定微粒的编 号使用的命令为m a k em i c ai n s t a l l n o d e i d ，其中n o d e i d 即是想要编给微粒的号码。 通过t i n y d b a p p 应用程序完成了m o t e 节点通过无线链路进行数据的接收和发 送，控制位于本m o t e 节点上的磁感应器及相关感应器进行数据采集，并将之过 滤、聚集以及选择路由并最终经b a s e 将数据发送给p c 。 2 3 管理子系统 2 3 1 模块划分 管理员通过运行于p c 机上的管理模块的图形用户界面输入相关的查询信息 或管理信息，管理模块经过分析处理，将任务发送给b a s e ，b a s e 再转发给无线 传感器网( w s n ) 。管理模块经过一系列的后台处理后，最终将有用的信息或图 形呈现给管理员。 管理子系统可以划分为六个模块：用户界面，语法分析，命令分发，网络适 配，数据更新，信息提取。用户界面模块负责用户查询条件的录入和传递，结果 集的接收，结果的分类显示和网络拓扑的显示。语法分析模块把用户输入的整个 查询解析成多个子查询并将这些子查询封装成多条a m ( a c t i v em e s s a g e ) 消息， 进行发送。命令分发模块结果集合的筛选与传送完成查询命令的分发和处理，保 持查询语义完整性，正确性。网络适配模块负责接收a m 消息，通过路由功能 将封装了q u e r ym e s s g e 的a mm e s s g e 分发给网络中的m o t e 节点。数据更新解析 a m 消息，产生结果向量，更新数据库。信息提取模块根据界面显示的要求，从 数据库中提取相关信息。w s n 子系统和管理子系统语法分析，命令分发，网络 适配，数据更新由t i n y d b 无线传感器网络查询处理机制完成。对于t i n y d bp c 端的语法分析，命令分发，网络适配，数据更新，信息提取模块进行了封装，完 成了数据的收集，收集的数据作为车辆车位信息判断的依据，通过图形用户界面 进行显示。作者的工作定位于用户界面的设计和实现。 7 2 3 1 1 用户界面 b a s e 图2 - 2 管理子系统模块划分 用户界面模块负责用户查询条件的录入和传递，结果集的接收，结果的分类 显示和网络拓扑的显示。其各子模块功能和实现将在2 3 3 节中详细描述。 2 3 1 2 语法分析 把用户输入的整个查询解析成多个子查询，每条子查询包含的元素：属性名 称，谓词，聚集函数。将这些子查询封装成多条a m 消息，进行发送。词法分 析根据查询关键字s e l e c t 等，从输入的t i n y s q l 串中提取查询的子句；语法 分析根据查询子句进行语法分析，形成查询命令；命令构造根据查询命令，构造 a m 消息。 8 2 3 1 3 命令分发 图2 - 3 语法解析模块 通过结果集合的筛选与传送完成查询命令的分发和处理，保持查询语义完整 性，正确性。消息处理分析接收到a m 消息，如果是本地接收，那么解析消息， 得到筛选条件和属性名；如果不是本地接收的消息调用下层的路由模块进行传 递；结果筛选根据属性名和筛选条件对本地的传感器结果结合进行筛选；结果传 递筛选的最终结果，调用下层的路由模块进行传递。 语法解析 2 3 1 4 网络适配 数据更新 图2 4 命令分发模块 接收a mm e s s a g e 。通过路由功能将封装了q u e r ym e s s a g e 的a mm e s s a g e 分发给网络中的m o t e 节点。 9 2 3 1 5 数据更新 解析a m ，产生结果向量，更新数据库，并结合e p o c h 维持查询的语义。解 析消息侦听端口发送来的a m 消息，从a m 消息中提取属性值集合，把属性值 集合存入数据库。 数据库更新模块 【a m 】 【属性值】。【属性值l i 解析消息数据保存 r i 2 3 1 6 信息提取 图2 5 数据更新模块 根据界面显示的要求，从数据库中提取相关信息。信息提取的功能用户界面 中数据呈现部分的结合非常紧密。 2 3 2 接口设计 用户界面和语法解析模块之间接口：用户输入的查询的字符串，即t i n y s q l 语句；语法解析模块，命令分发模块，和网络适配模块之间的接口：封装了q u e r y m e s s a g e 或者c o m m a n d 的a mm e s s a g e ；网络适配和数据更新模块问的接口：包 含结果集合的a mm e s s a g e ；数据更新模块把结果集合通过属性值的方式写入数 据库；信息提取模块和用户界面模块之间的接口：属性值集合或者属性集合的计 算结果。 2 3 3 用户界面模块实现 用户界面部分可分为以下几个类和功能模块：c w s n ( 传感器网络) 类，c m o t e ( 传感器节点) 类，c p a r k ( 停车场) 类，c p a r k i n g s p a c e ( 停车场车位) 类，c d i s p l a y ( 显示) 类，c d i s p l a y d a t a ( 数据界面显示) 类，c d i s p l a y c h a r t ( 图表显示) 类， c d i s p l a y t o p o l o g y ( 拓扑显示) 类，c d i s p l a y p a c k e t r o u t e ( 包发送路径显示) 1 0 类，c d i s p l a y p a r k i n f o ( 车场信息显示) 类，c u s e r q u e r i e s ( 用户查询) 类。c w s n 类中包含c m o t e 对象作为成员变量，c p a r k i n g s p a c e 类需要用到c w s n 的一些 方法，c d i s p l a y d a t a 、c d i s p l a y c h a r t 、c d i s p l a y t o p o l o g y 、c d is p l a y p a r k i n f o 为 c d i s p l a y 的子类，以各种静态，动态或图形，表格形式方式对显示相关数据信 息，c u s e r q u e r i e s 类根据用户输入生成查询语句并下发查询。 2 3 3 1c w s n 类 传感器网络类封装了传感器节点的一些共有信息，并提供了对整个传感器网 络节点的管理功能。向外提供对传感器操作( 如获取某传感器节点的值) 的接口。 变量包括c m o t e 类对象，节点数，节点信号强度，频率，无线点发射等；函数 接口包括增加、删除节点，获取当前节点数，连接数据库，编程板，获取节点信 息等。 2 3 3 2c m o t e 类 封装了m o t e 节点本省的信息，包括节点号，节点组号，节点x ，y 坐标， s e n s o r 获取的感应数据，如电压，温度，光强，x ( y ) 轴上的加速器，x ( y ) 轴上的磁场强度，声音，时间等。对属性操作的接口主要提g e t m o t e v a l ( ) ，s e t m o t e v a l ( ) 两种方法，前者用于获取属性值，后者对设定属性值。 2 3 3 3c p a r k 类 一个停车场内含有多个车位，所以一个停车场类含有多个车位类的对象。停 车场类从总体上显示停车场内的各个车位状态( 有车，无车，预订等等) ，并可 以对车位进行管理。 2 3 3 4c p a r k s p a c e 类 停车场中包含若干个车位，每个车位可看作是一个对象，由此抽象出车位类。 2 3 3 5c d i s p l a y 及其子类 鉴于界面显示传感器节点信息方式有多种，这里抽象出一个界面显示基类 c d i s p l a y ，定义一些显示共有的变量和方法。在c d i s p l a y 的子类中c d i s p l a y d a t a ， c d i s p l a y c h a r t ，c d i s p l a y t o p o l o g y ，c d i s p l a y p a c k e t r o u t e ，c d i s p l a y p a r k i n f o 根据不同显示方式和内容分别定义了各自的构造函数并实现了u p d a t e 接口。 c d i s p l a y d a t a 继承了s w i n g 开发包j t a b l e 类，通过w s n 对象获取要显示的属性 值以表格形式显示，其他子类使用j f r e e c h a r t 包库实现，通过w s n 或p a r k 对 象获取显示属性值，显示时间，停车场信息信息通过图形方式显示。 2 3 3 6c u s e r q u e d e s 类 此部分功能主要是向用户提供若干条查询命令，用户如果想得到某种信息， 可以点击此命令，然后由系统生成s q l 语句，向下发送，并访问数据库，得到 相关信息，在界面上显示此信息。 2 3 3 7 界面显示 根据管理子系统的要求，管理子系统需要具有图形用户界面进行数据查询指 令的下法和数据的多种方式的显示，查询下发可以通过两种方式进行查询，一种 是选择查询的节点号和属性进行查询，另一种是选择预定义的常用查询选项，如 温度t e m p ，光强l i g h t ，这里查询的都是对所有节点的查询。数据信息显示可以 通过三种方式，数据界面显示，图形界面显示，拓扑界面显示。数据界面根据查 询要求，以表格形式显示节点查询属性值，节点属性图形界面显示了查询属性值 随时间变化的动态曲线，车场车位信息还要能够实时显示车场车位信息的状态变 化。为显示整个网络的拓扑状况，管理子系统还要通过查询父节点号来显示整个 网络的拓扑结构。由w s n 采集的数据到真实环境信息数据有一个转换的过程， 通过对采集的磁场数据的分析，在没有铁磁性物质影响传感器器节点的时候，节 点采集的数据会是一个稳定的状态；在铁磁性物质接近传感器器节点并保持的时 候，传感器节点采集的数据将会发生跳变，然后会是另外一个稳定状态；移走铁 磁性物质的时候，数据又回重新回到最初稳定的状态。用铁磁性物质模拟车辆