鐘偉雄+劉鐘翔

摘要：實驗教學(xué)在學(xué)校教育教學(xué)中提升學(xué)生的實際動手與操作能力方面具有十分重要的作用，尤其是在電子類課程的教學(xué)中實驗室的重要性更是不言而喻。但是對這類實驗室的管理難度卻要更大，迫切需要良好的技術(shù)手段和方法支持其管理。目前基于WSN新型分布式協(xié)議在電子類實驗室管理中的應(yīng)用越來越廣泛，為如何提高電子類實驗室的使用效率提供了重要的思路和方法。

關(guān)鍵詞：WSN新型分布式協(xié)議；電子類實驗室；管理；應(yīng)用研究

中圖分類號：N945 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0067-02

WSN也就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（全稱為wireless sensor network），WSN目前在國際上是備受關(guān)注，其涉及諸多的學(xué)科，而這些學(xué)科還具有高度的交叉性和集成性。具體來說，WSN綜合了目前比較流行的傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、無線通信技術(shù)以及分布式信息處理技術(shù)等一系列的高新技術(shù)。

1 WSN新型分布式協(xié)議在電子類實驗室管理中的應(yīng)用

傳統(tǒng)背景下，WSN主要是由部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點(diǎn)（一般都是比較廉價的）所組成，其通過無線通信和傳輸?shù)姆绞叫纬傻囊粋€多跳的、自組織的綜合系統(tǒng)，其實際的目的就是為了協(xié)作地感知、采集與處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中具體的感知對象，并將感知到的具體對象的信息發(fā)送給觀察者。一般是由傳感器、感知對象以及觀察者，三個基本要素所構(gòu)成。在電子類實驗室的WSN應(yīng)用領(lǐng)域，感知對象就是電子類實驗室中的各種實驗儀器、設(shè)備、操作平臺等，而觀察人員則為實驗室的管理員（當(dāng)然也有相應(yīng)的技術(shù)人員參與其中）。

新型的分布式WSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使得監(jiān)控獲得的信息數(shù)據(jù)不再僅僅局限于一些環(huán)境數(shù)據(jù)信息如溫度、濕度、位置等標(biāo)量的數(shù)據(jù)。其已經(jīng)集成了更多的視頻、音頻、圖像信息等進(jìn)入到系統(tǒng)中，而分布式的WSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的OSI模型有著類似之處，就是將系統(tǒng)分層、分布的展開，不同的層次負(fù)責(zé)不同的業(yè)務(wù)，是一種分布處理的工作機(jī)制。

新型的分布式WSN協(xié)議主要是讓節(jié)點(diǎn)參與到特定的節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)多跳通信之中，然后令簇頭進(jìn)行數(shù)據(jù)的聚合，以有效的減少向sink節(jié)點(diǎn)傳送的消息數(shù)量，這樣一來就達(dá)到了節(jié)省資源和提高可擴(kuò)展性的最終目的，這也是其為何能夠發(fā)送、傳遞更多、更豐富信息的最主要原因。將新型的分布式WSN協(xié)議應(yīng)用到了電子類實驗室的管理中，就是為了解決電子類實驗室長期存在的人員、效率方面的困難。新型的分布式WSN協(xié)議下的WSN系統(tǒng)更為的可靠、安全，信息的傳輸效率更高，傳輸?shù)膬?nèi)容也更為豐富，這就使得相關(guān)的管理人員所獲得的信息更具有指導(dǎo)性也更容易理解，不再需要更多的技術(shù)性要求，讓管理工作變得更為簡單，同時也節(jié)省了人力資源的消耗。并且，新型的分布式WSN協(xié)議，是安全可靠的，對于實驗室的管理效率的提升也是具有極大幫助的，能夠充分的在系統(tǒng)的提示下將各類系統(tǒng)資源利用起來，更好的發(fā)揮實驗室的工作效率。但需要注意的問題是，WSN新型分布式協(xié)議在電子類實驗室管理中的應(yīng)用并不是無懈可擊的，雖然這種分布式的操作模式最大的優(yōu)勢在于分層、分布，當(dāng)其中某一個環(huán)節(jié)、層次出現(xiàn)問題的時候并不會嚴(yán)重的影響到其它部分系統(tǒng)的工作；但是，很明顯其也加大了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，雖然應(yīng)用起來比較方便，便于管理人員的管理，但是對于系統(tǒng)的維護(hù)技術(shù)人員而言，維護(hù)的難度可能就有所提高了。

2 WSN新型分布式協(xié)議應(yīng)用設(shè)計模型以及分析

應(yīng)用模型利用近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)ZIGBEE將各個節(jié)點(diǎn)組成一個物聯(lián)網(wǎng)，教師和學(xué)生可以登陸實驗室管理信息系統(tǒng)在線平臺，可以查看瀏覽實驗室信息、預(yù)約申請使用實驗室以及設(shè)備、管理個人資料信息、編輯預(yù)約信息和修改用戶密碼。教師管理員登陸實驗室管理信息系統(tǒng)管理平臺，可以編輯用戶信息、維護(hù)管理人員信息、查看實驗室和設(shè)備電源狀態(tài)、檢測實驗室室內(nèi)各個參數(shù)信息。

如圖1所示，該設(shè)計模型中涉及到的關(guān)鍵性硬件為利用ZIGBEE技術(shù)開發(fā)的CC2530模塊。該模塊承擔(dān)建立自主網(wǎng)實驗室網(wǎng)關(guān)以及與實驗室管理服務(wù)器通信的任務(wù)。

如圖2所示，為CC2530模塊原理圖。CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4 ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM和許多其它強(qiáng)大的功能。

如圖3所示，為本應(yīng)用設(shè)計模型軟件處理流程圖。程序主要完成處理器、輸入輸出口、AD和DA、溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、運(yùn)算放大器、定時器等的初始化工作。CC2530采集實驗室相關(guān)信息后向網(wǎng)關(guān)發(fā)送并到達(dá)實驗室管理信息系統(tǒng)的網(wǎng)頁平臺。采集時間為100us每次。

3 結(jié)語

總的來說，WSN新型分布式協(xié)議在電子類實驗室管理中的應(yīng)用比較明確的解決了一般在傳統(tǒng)的電子類實驗室中常見的問題，如人員的工作量大、管理的效率低下、實驗室得不到充分有效的利用等諸多問題。這些問題的解決是WSN系統(tǒng)技術(shù)的重要更新和與時俱進(jìn)的發(fā)展下的必然結(jié)果，對于其中可能存在的問題，通過日后的研究也勢必會得到充分有效的解決。

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