无线传感器网络下基于射频识别的智能园区方法

专利名称：无线传感器网络下基于射频识别的智能园区方法
技术领域：
本发明涉及一种基于无线传感器网络的无线通信系统的设计和实现方案，以及该系统在RFID终端读写设备上的实现，两者有机结合构成无线传感器网络架构下的基于 RFID技术的智能园区系统，属于无线传感器网络，RFID，无线通信的交叉领域。
背景技术：
RFID(射频识别)是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间藕合(电感揭合或电磁藕合)传输特性，实现对被识别物体的自动识别，具有许多传统的自动识别技术无可比拟的优点，如非接触、距离远、可读写、信息量大、无须人工干预、多目标同时识别等。电子标签分为有源电子标签和无源电子标签，有源电子标签内含电池，由有源电子标签构成的系统即主动射频系统一电子标签主动发送某一频率的电磁波，由阅读器进行读取。有源电子标签的识别距离较远，可以达到几十米至上百米。由于电池的寿命是有限的，因此有源电子标签的寿命也受到限制。无源电子标签则无内部电源，工作时，依靠阅读器发来的电磁波获得能量，将标签中的信息发送出去.无源电子标签的识别距离较短。对于被动射频系统，当阅读器遇见RFID标签时，就发出电磁波，在标签周围形成电磁场，标签从电磁场中获得能量激活微芯片电路，将存储在标签中的信息(UID或用户数据)转换成电磁波，然后发送给阅读器，阅读器再把它转换成相关数据，然后发送给数据传输和处理系统，从而对这些数据进行管理和控制.对于主动射频系统，则是由电子标签主动发送某一频率的电磁波，由阅读器进行读取.无线传感网络正是全新网络技术，它是由具有感知、处理和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式形成的网络，它能够使我们延伸至更广阔的交互空间，获得围绕我们周围动态的状态信息，实现对于外围世界更加精确而深邃的认识和控制，因而在军事、环境、健康、家庭、交通、制造业、商业、设施管理、运输、安全、空间探索和灾难拯救等领域有着广阔的应用前景，对人们的生活和工作方式、产业发展和变革产生革命性的影响。无线传感网络综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代计算机网络技术及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种先进技术，网络中的节点能够相互协作地进行实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。无线传感器网络将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在了一起，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。无线传感器络作为当今信息与计算机领域的一个全新的研究方向，综合了多种学科的前沿技术，现在已经受到学术界和工业界的广泛关注。作为无线传感网络平台的硬件载体，无线传感器节点的设计需要遵循微型化，低功耗，扩展性强，稳定性高，安全性好，成本低等众多因素。然而，作为一种新兴出现的技术， 建立一个运转良好、鲁棒性好的无线传感器网络还是面临着许多挑战。而且由于它的一些独特特性，无线传感器网络的设计方法与现有无线网络的设计方法有很大不同。例如，由于传感器网络中的传感器节点分布密集，所以需要大范围的数据管理和处理技术。除此之外， 在实际应用中的WSNs (Wireless Sensor Networks)并不能以一个独立的通信网络形式存在。网络中监测的数据需要发送到上层服务器进行分析、处理，同时上层服务器端Internet 对网络的WWW服务、FTP服务等需要将相关命令下发到WSNs中的节点，且不同类型的WSNs 节点间也需要通信共享信息。这都需要WSNs实现与不同类型网络间的互联。在无线传感器网络中网关担当网络间的协议转换器，不同网络类型的网络路由器，全网数据聚集，存储处理等重要角色，成为网络间连接的不可缺少的纽带。传统的网关是利用汇聚节点与PC相结合来实现的，利用PC与外部网络连接将无线传感器网络的数据进行远距离传输。本发明通过将RFID读写器作为通信节点融入到无线传感网络中，有效地将RFID 技术和无线传感器网络技术集成到一起，，实现了一种新型的无线传感器网络下基于RFID 的智能园区系统。

发明内容
技术问题本发明的目的是针对目前大规模的园区缺乏科学有效的监控管理，无法利 用新技术与网络互联等缺点，提出一种在无线传感器网络下的基于RFID的智能园区系统的实现方法，该系统由RFID传感节点、无线传感器网络网关、移动终端设备、系统软件和终端软件五部分构成。五部分相互协作实现了从进出园区人员的信息采集、传输、网络转换到终端用户查询、报警的一体式服务。最终目的是开发出人性化，智能化，高性能，较强自适应能力，极高集成度的智能园区系统。技术方案本发明所提出的一种无线传感器网络下的基于RFID的智能园区系统， 由RFID传感节点采集进出园区人员、车辆等信息，通过无线传感网传输给无线传感网网关设备，通过网关设备实现无线传感网与以太网、无线局域网的无缝切换，将信息数据通过基础设施网络传到终端设备上，并结合相应的终端软件系统，实现了整个园区的智能化管理。该系统由RFID传感节点、移动读写器、无线传感器网络网关、移动终端设备、系统软件和终端软件构成。传感节点和移动传感设备通过RFID读写器采集标签信息，然后由无线传感模块将数据传输给无线传感网网关设备，网关设备通过实现无线传感网与以太网、 无线局域网的无缝切换，将数据通过基础设施网络传到终端设备上，在无线网络覆盖范围之内，都能够便捷的使用相关移动设备获得所需要的信息，最终实现一种无线传感器网络下的基于RFID的智能园区系统。本发明的实现步骤如下步骤1) 一种无线传感器网络下的基于RFID的智能园区的跟踪和管理系统，其特征在于将射频标签终端与设备、人员或者车辆等相连，通过读写设备采集标签信息，并将这些信号通过无线传感器传送至网关，再发送到后台服务器，可以从接受的信号判断园区的实际状态，人员的位置信息，车辆的停放情况等，对异常情况进行及时报警；步骤2)设计基于在无线传感器网下的基于RFID的体系结构。无线传感器网络从传感节点到网关的传输满足本系统的应用。本系统的体现结构图如图1所示；步骤3) RFID传感器网络体系架构设计与实现传感层、中间件层和服务层，如图2 所示；
传感层现实世界中的RFID/WSN构建的网络中有各种实体，比如人、车辆、传感设备等，它们搜集信息后，经过上下文感知推理，将数据传入给中间件层的数据管理模块；中间件层该层最下面的是数据管理模块，处理传感层送入的数据，再交给中间件的其他模块；服务层提供公共信息、监控报警等用户所需要的服务；步骤4)系统数据库的设计实现一部分是运行在中心服务器的服务器端，为应用程序呈现集成RFID和WSN的关系数据库，接受各种类SQL查询。另一部分是运行在节点上的嵌入式数据库引擎。节点之间可以相互协作，完成一些本地的查询请求。该数据库软件主要包括查询执行模块，数据管理模块，操作算子模块，网络模块以及存储管理模块。如图 3所示，查询执行模块是整个数据库的心脏，调用管理其他模块；步骤5)传感节点的设计与实现。本发明中的无线传感器节点包括以下基本组成部分微控制单元、传感单元、射频单元、通信单元、定位单元和供电单元6个部分组成，如图4所示；步骤6) RFID传感器标签的能量供应。无线传感器的能量供应一般是采用电池供电的，虽然已经是一 种简单成熟的方法，但是电池提供的能量十分有限，特别是对那些数量巨大且长时间应用的场合来说，更换电源的工作几乎是不可能的，RFID技术的发展，为无线传感器能量供给问题提供了一种新的方法，即从周围的环境中获取能量，这个能量是从读写器天线产生的电磁场中获取，不受特定环境的影响；步骤7)RFID数据管理功能的实现数据获取层、事务处理层和企业应用层，其体系架构如图5所示；步骤8)规划网关所需完成的总体功能和基本性能指标网关需完成实时数据接收、实时数据传输、实时监控、信号处理、多类型协议转换多种功能，要求具有高系统可靠性和高集成度，较好的实时分析与处理能力，数据传输精确性；步骤9)进行网关的基本构架设计网关基本构架由四个层面组成，自下而上分别是功能部件层、设备驱动层、嵌入式系统内核、应用系统层；步骤10)设计网关硬件电路的总体结构图网关应包括如下几个模块核心控制模块、协议转换模块、802. 15. 4无线通信模块、JTAG编程与调试模块、外部存储模块、基础服务与管理模块、能量供应模块、外部网络控制与接入模块。网关硬件电路总体结构图如图 6所示；步骤11)设计网关的协议转换模块网关设备通过802. 15. 4无线通信模块获取来自无线传感器网络内采集信息，并逐渐通过自下而上各协议层次的规范化数据解析。网关系统软件与支撑软件根据其接入网络或服务对象的业务与数据需求，并根据传感数据的自身特性，开展处理、分析、融合与提取，得到满足条件的多类型传感信息，并提供给建立于系统软件之上的TCP/IP和802. 11协议体系，作为其初始业务源。网关节点将按照该协议的规范与标准，完成业务类型确定、数据格式转换、数据帧封装等一系列操作，由无线网卡模块实现最终的接入功能。嵌入式网关系统软件部分由三个模块组成利用Z-Stack协议栈实现ZigBee协调器功能的模块，实现精简嵌入式TCP/IP和802. 11协议的功能模块，ZigBee 报文转化为以太网和无线局域网报文模块。在分析控制系统、Z-Stack以及TCP/IP、802. 11 协议实现的基础上，提出了网关系统与IEEE802. 15. 4/ZigBee网络通信协议层次，网关系统与Internet网络通信协议层次的应用模型。网关协议转换模型如图7所示；步骤12)外部网络控制与接入模块该模块的作用是将网关设备接入到外部基础设施网络，使得由无线传感网传输来的数据得以通过基础设施网络传送给终端设备。本发明中的无线传感网网关设备提供了以太网，无线局域网等多种外部网络接入方式。本发明用DM9000AEP网络芯片接入以太网，用USB接口无线网卡接入无线局域网；步骤13)网关的电路设计与实现网关电路采用数字化标准设计，元件均采用 0805型的贴片式封装，网关与PC串口的连接之间实现了 TTL信号和RS-232信号之间的转换；网关设备建立了高速信号和低速信号之间的缓冲，采用两层板布线的策略，通过手动布线和自动布线相结合的方式进行；步骤14)网关设备的系统软件设计网关设备的系统软件控制所有实时任务协调一致运行，系统根据任务要求，进行资源管理，消息处理，任务调度，异常处理，并分配优先级，系统根据各个任务的优先级，进行动态切换和调度；步骤15) B/S模式下终端软件设计利用Web Service技术，将RFID收集的传感数据封装成Web服务发布于Web服务器上，进行跨平台的信息数据获取，通过终端浏览器访问该Web服务器的Web服务，即可获得所需要的信息；步骤16)C/S模式下的终端软件设计利用局域网间的Socket通信，获取网关传输的实时园区数据；步骤17)信息报警功能设计当需要报警时，终端软件将调用串口短信猫通过GSM 网自动发送信息，实现报警功能。有益效果本发明提出的无线传感器网络下的基于RFID的智能园区系统有如下几大优势(1)本发明所提出的一种无线传感器网络下的基于RFID的智能园区系统，由RFID 传感节点采集进出园区人员、车辆等信息，通过无线传感网传输给无线传感网网关设备，通过网关设备实现无线传感网与以太网、无线局域网的无缝切换，将信息数据通过基础设施网络传到终端设备上，并结合相应的终端软件系统，实现了整个园区的智能化管理。(2)本发明通过研究了 RFID与WSN集成的抽象架构，设计了包括应用层、中间件层和传感层的三层体系架构。在传感层中，通过将RFID读写器作为通信节点，将RFID融入到无线传感网络中，有效地将RFID技术和WSN技术集成到一起，实现了园区的无线远程监控。(3)网关设备可通过多种方式接入到基础设施网络并将数据传输给各种终端设备，监控人员可以进行全面、有效、方便的园区监控管理；还可以利用移动传感设备获取所需的园区信息；在无线网络覆盖范围之内，也能够方便携带相关移动设备，如PDA、智能手机等监控园区信息以及收取警报信息。(4)本发明在终端软件利用Web Service技术，实现了软件系统的跨平台性，监控人员无需安装任何软件，只需浏览器即可对园区进行整体监控，并且，通过将Web Service 发布到因特网上，使得监控人员可以足不出户，在已接入到基础网络的设备终端上，进行远程监控。


图1是智能园区系统的体系结构图，显示了本发明的体系结构。
图2是RFID传感器网络体系架构设计与实现。图3是系统数据库的设计实现一部分是运行在中心服务器端，另一部分是运行在节点上的数据库引擎。图4是传感节点的设计与实现，共有六个部分。图5是RFID数据管理功能的实现。图6是无线传感网网关硬件总体结构图，显示了网关部分各个模块的构成。图7是无线传感网网关的系统协议模型，显示了网关通信协议的层次体系结构。
具体实施例方式本发明的系统包含了 RFID传感节点、移动读写器、无线传感器网络网关、移动终端设备、系统软件和终端软件六个部分URFID传感节点的功能是在固定的位置采集信息，并通过无线通信模块将数据通过无线传感网发送给网关设备。每个节点包括微控制单元、传感单元、射频单元、通信单元、 定位单元和供电单元6个部分组成。。节点布置到一个自组织的无线传感器网络中，自主运行，通过网络传送数据给后台服务器。所有智能节点是同构的，因此可以使用简单高效的数据压缩方法。最后，一个灵活的传输协议是必须的，目前最好最常用的就是ZigBee协议。2、移动读写器可有管理员携带的移动PDA到不同的地点读取信息，读取需要的地理位置信息等需要的监控信息并将信息通过无线传感器网络传递到网关。3、本发明提供的无线传感器网关设备的功能是从无线传感网接收来自RFID传感节点和移动读写器的数据，并将数据通过基础设施网络传输到各个接收终端。本发明的网关设备提供以太网、无线局域网等多种方式接入基础设施网络，与传统无线传感网网关相比在网络覆盖、数据传输速率、网络的稳定性和设备性价比上都有优势，并克服了硬件设备布置的局限性，大大扩展了网关设备的应用范围。4、移动终端设备包括手机、PDA、笔记本电脑等具有可移动性的终端设备，其结合终端软件，可实现用户所需的信息实时显示及历史查询等功能。5、系统软件包括RFID传感节点上基于TinyOS操作系统的系统软件和网关设备上基于Linux操作系统的系统软件。RFID传感节点和移动读写器上的系统软件控制采集用户所需要的信息，并通过通讯模块进行传输；网关设备上的系统软件综合调度网关上的各个硬件模块，实现无线传感网与无线局域网、有线局域网、GSM网之间的无缝切换。6、本发明的终端软件采用了 B/S(浏览器/服务器)与C/S(客户端/服务器)两种模式相结合的方式。对于需要获取实时数据的服务，采用C/S模式，监控人员可以通过终端软件，获取园区的实时数据，例如园区的车辆停放管理，具体人员的即时位置等；对于需要历史数据查询的服务，采用B/S模式，通过应用服务器像客户端提供Web Service服务， 利用Web Service，屏蔽了客户端软件的平台异构性，监控人员只需通过任何一种浏览器， 即可获得该Web Service所提供的数据服务，而无需考虑具体在哪个操作系统平台，例如园区的人员出勤情况。另外，当监控数据发现异常情况时，软件将调用串口短信猫通过GSM网自动发送信息给监控人员，实现报警功能。下面将结合附图对本发明作详细描述。应当明确，以下内容仅仅用来描述本发明而不作为对本发明的限制。
(1) 一种无线传感器网络下的基于RFID的智能园区的跟踪和管理系统，其特征在于将射频标签终端与设备、人员或者车辆等相连，通过读写设备采集标签信息，并将这些信号通过无线传感器传送至网关，再发送到后台服务器，可以从接受的信号判断园区的实际状态，人员的位置信息，车辆的停放情况等，对异常情况进行及时报警；(2)设计基于在无线传感器网下的基于RFID的体系结构。RFID读写器的天线必须仔细的设计，以便可以覆盖到范围内所有的标签，还要防止不同读写器天线之间的碰撞，智能节点可以布置到一个自组织的无线传感器网络中，自主运行，通过网络传送数据给后台服务器。所有智能节点是同构的，因此可以使用简单高效的数据压缩方法。协议使用ZigBee 协议。(3) RFID传感器网络体系架构设计与实现传感层、中间件层和服务层，a)传感层现实世界中的RFID/WSN构建的网络中有各种实体，比如人、车辆、传感设备等，它们搜集信息后，经过上下文感知推理，将数据传入给中间件层的数据管理模块；b)中间件层该层最下面的是数据管理模块，处理传感层送入的数据，再交给中间件的其他模块；c)服务层提供公共信息、监控报警等用户所需要的服务；(4)系统数据库的设计实现一部分是运行在中心服务器的服务器端，为应用程序呈现集成RFID和WSN的关系数据库，接受各种类SQL查询。另一部分是运行在节点上的嵌入式数据库引擎。节点之间可以相互协作，完成一些本地的查询请求。该数据库软件主要包括查询执行模块，数据管理模块，操作算子模块，网络模块以及存储管理模块。查询执行模块是整个数据库的心脏，调用管理其他模块；(5)传感节点的设计与实现。a)本发明中的无线传感器节点包括以下基本组成部分微控制单元、传感单元、 射频单元、通信单元、定位单元和供电单元6个部分组成；b) RFID传感器标签的能量供应。无线传感器的能量供应一般是采用电池供电的， 虽然已经是一种简单成熟的方法，但是电池提供的能量十分有限，特别是对那些数量巨大且长时间应用的场合来说，更换电源的工作几乎是不可能的，RFID技术的发展，为无线传感器能量供给问题提供了一种新的方法，即从周围的环境中获取能量，这个能量是从读写器天线产生的电磁场中获取，不受特定环境的影响；c) RFID数据管理功能的实现数据获取层、事务处理层和企业应用层；(6)网关的设计a)规划网关所需完成的总体功能和基本性能指标网关需完成实时数据接收、实时数据传输、实时监控、信号处理、多类型协议转换多种功能，要求具有高系统可靠性和高集成度，较好的实时分析与处理能力，数据传输精确性；b)进行网关的基本构架设计网关基本构架由四个层面组成，自下而上分别是 功能部件层、设备驱动层、嵌入式系统内核、应用系统层；c)设计网关硬件电路的总体结构图网关应包括如下几个模块核心控制模块、 协议转换模块、802. 15. 4无线通信模块、JTAG编程与调试模块、外部存储模块、基础服务与管理模块、能量供应模块、外部网络控制与接入模块。d)设计网关的协议转换模块网关设备通过802. 15. 4无线通信模块获取来自无
9线传感器网络内采集信息，并逐渐通过自下而上各协议层次的规范化数据解析。网关系统软件与支撑软件根据其接入网络或服务对象的业务与数据需求，并根据传感数据的自身特性，开展处理、分析、融合与提取，得到满足条件的多类型传感信息，并提供给建立于系统软件之上的TCP/IP和802. 11协议体系，作为其初始业务源。网关节点将按照该协议的规范与标准，完成业务类型确定、数据格式转换、数据帧封装等一系列操作，由无线网卡模块实现最终的接入功能。嵌入式网关系统软件部分由三个模块组成利用Z-Stack协议栈实现 ZigBee协调器功能的模块，实现精简嵌入式TCP/IP和802. 11协议的功能模块，ZigBee报文转化为以太网和无线局域网报文模块。在分析控制系统、Z-Stack以及TCP/IP、802. 11协议实现的基础上，提出了网关系统与IEEE802. 15. 4/ZigBee网络通信协议层次，网关系统与Internet网络通信协议层次的应用模型。e)外部网络控制与接入模块该模块的作用是将网关设备接入到外部基础设施网络，使得由无线传感网传输来的数据得以通过基础设施网络传送给终端设备。本发明中的无线传感网网关设备提供了以太网，无线局域网等多种外部网络接入方式。本发明用 DM9000AEP网络芯片接入以太网，用USB接口无线网卡接入无线局域网；f)网关的电路设计与实现网关电路采用数字化标准设计，元件均采用0805型的贴片式封装，网关与PC串口的连接之间实现了 TTL信号和RS-232信号之间的转换；网关设备建立了高速信号和低速信号之间的缓冲，采用两层板布线的策略，通过手动布线和自动布线相结合的方式进行；g)网关设备的系统软件设计网关设备的系统软件控制所有实时任务协调一致运行，系统根据任务要求，进行资源管理，消息处理，任务调度，异常处理，并分配优先级，系统根据各个任务的优先级，进行动态切换和调度；(7) B/S模式下终端软件设计利用Web Service技术，将RFID收集的传感数据封装成Web服务发布于Web服务器上，进行跨平台的信息数据获取，通过终端浏览器访问该 Web服务器的Web服务，即可获得所需要的信息；(8) C/S模式下的终端软件设计利用局域网间的Socket通信，获取网关传输的实时园区数据；(9)信息报警功能设计当需要报警时，终端软件将调用串口短信猫通过GSM网自动发送信息，实现报警功能。
权利要求
1.一种无线传感器网络下的基于射频识别的智能园区系统的实现方法，其特征在于该系统由RFID传感节点、移动读写器、无线传感器网络网关、移动终端设备、系统软件和终端软件构成。传感节点和移动传感设备通过RFID读写器采集标签信息，然后由无线传感模块将数据传输给无线传感网网关设备，网关设备通过实现无线传感网与以太网、无线局域网的无缝切换，将数据通过基础设施网络传到终端设备上，在无线网络覆盖范围之内，都能够便捷的使用相关移动设备获得所需要的信息，最终实现一种无线传感器网络下的基于RFID 的智能园区系统。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络下的基于射频识别的智能园区系统的实现方法，其特征在于它的具体实现方法如下步骤1)将射频标签终端与设备、人员或者车辆等相连，通过读写设备采集标签信息， 并将这些信号通过无线传感器传送至网关，再发送到后台服务器，从接受的信号判断园区的实际状态，人员的位置信息，车辆的停放情况等，对异常情况进行及时报警；步骤2)设计基于在无线传感器网下的基于RFID的体系结构，无线传感器网络从传感节点到网关的传输满足本系统的应用；步骤3)RFID传感器网络体系架构设计与实现传感层、中间件层和服务层，传感层现实世界中的RFID/WSN构建的网络中有各种实体，比如人、车辆、传感设备等，它们搜集信息后，经过上下文感知推理，将数据传入给中间件层的数据管理模块；中间件层该层最下面的是数据管理模块，处理传感层送入的数据，再交给中间件的其他模块；服务层提供公共信息、监控报警等用户所需要的服务；步骤4)系统数据库的设计实现一部分是运行在中心服务器的服务器端，为应用程序呈现集成RFID和WSN的关系数据库，接受各种类SQL查询；另一部分是运行在节点上的嵌入式数据库引擎，节点之间可以相互协作，完成一些本地的查询请求，该数据库软件主要包括查询执行模块，数据管理模块，操作算子模块，网络模块以及存储管理模块，查询执行模块是整个数据库的心脏，调用管理其他模块；步骤5)传感节点的设计与实现，无线传感器节点包括以下基本组成部分微控制单元、传感单元、射频单元、通信单元、定位单元和供电单元6个部分组成，步骤6) RFID传感器标签的能量供应，标签中包含能量收获器，通信中读写器发出的信号，标签可以从中获得能量。步骤7) RFID数据管理功能的实现数据获取层、事务处理层和企业应用层， 步骤8)规划网关所需完成的总体功能和基本性能指标网关需完成实时数据接收、实时数据传输、实时监控、信号处理、多类型协议转换多种功能，要求具有高系统可靠性和高集成度，较好的实时分析与处理能力，数据传输精确性；步骤9)进行网关的基本构架设计网关基本构架由四个层面组成，自下而上分别是 功能部件层、设备驱动层、嵌入式系统内核、应用系统层；步骤10)设计网关硬件电路的总体结构图网关应包括如下几个模块核心控制模块、 协议转换模块、802. 15. 4无线通信模块、JTAG编程与调试模块、外部存储模块、基础服务与管理模块、能量供应模块、外部网络控制与接入模块；步骤11)设计网关的协议转换模块网关设备通过802. 15. 4无线通信模块获取来自无线传感器网络内采集信息，并逐渐通过自下而上各协议层次的规范化数据解析；网关系统软件与支撑软件根据其接入网络或服务对象的业务与数据需求，并根据传感数据的自身特性，开展处理、分析、融合与提取，得到满足条件的多类型传感信息，并提供给建立于系统软件之上的TCP/IP和802. 11协议体系，作为其初始业务源；网关节点将按照该协议的规范与标准，完成业务类型确定、数据格式转换、数据帧封装等一系列操作，由无线网卡模块实现最终的接入功能；嵌入式网关系统软件部分由三个模块组成利用Z-Stack协议栈实现 ZigBee协调器功能的模块，实现精简嵌入式TCP/IP和802. 11协议的功能模块，ZigBee报文转化为以太网和无线局域网报文模块；在分析控制系统、Z-Stack以及TCP/IP、802. 11协议实现的基础上，提出了网关系统与IEEE802. 15. 4/ZigBee网络通信协议层次，网关系统与Internet网络通信协议层次的应用模型；步骤12)外部网络控制与接入模块该模块的作用是将网关设备接入到外部基础设施网络，使得由无线传感网传输来的数据得以通过基础设施网络传送给终端设备；无线传感网网关设备提供了以太网，无线局域网等多种外部网络接入方式，本发明用DM9000AEP网络芯片接入以太网，用USB接口无线网卡接入无线局域网； 步骤13)网关的电路设计与实现网关电路采用数字化标准设计，元件均采用0805型的贴片式封装，网关与PC串口的连接之间实现了 TTL信号和RS-232信号之间的转换；网关设备建立了高速信号和低速信号之间的缓冲，采用两层板布线的策略，通过手动布线和自动布线相结合的方式进行；步骤14)网关设备的系统软件设计网关设备的系统软件控制所有实时任务协调一致运行，系统根据任务要求，进行资源管理，消息处理，任务调度，异常处理，并分配优先级，系统根据各个任务的优先级，进行动态切换和调度；步骤15)B/S模式下终端软件设计利用Web Service技术，将RFID收集的传感数据封装成Web服务发布于Web服务器上，进行跨平台的信息数据获取，通过终端浏览器访问该 Web服务器的Web服务，即可获得所需要的信息；步骤16)C/S模式下的终端软件设计利用局域网间的Socket通信，获取网关传输的实时园区数据；步骤17)信息报警功能设计当需要报警时，终端软件将调用串口短信猫通过GSM网自动发送信息，实现报警功能。
全文摘要
一种无线传感器网络下的基于RFID的智能园区系统的实现方法，其特征在于该系统由RFID传感节点、移动读写器、无线传感器网络网关、移动终端设备、系统软件和终端软件构成。传感节点和移动传感设备通过RFID读写器采集标签信息，然后由无线传感模块将数据传输给无线传感网网关设备，网关设备通过实现无线传感网与以太网、无线局域网的无缝切换，将数据通过基础设施网络传到终端设备上，在无线网络覆盖范围之内，都能够便捷的使用相关移动设备，如PDA、智能手机获得所需要的信息。最终实现一种无线传感器网络下的基于RFID的智能园区系统。
文档编号H04W84/18GK102223733SQ20111009003
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者凡高娟, 孙力娟, 沙超, 王汝传, 肖甫, 蒋凌云, 赵传信, 郭枭, 黄海平 申请人:南京邮电大学