CN102821414B - 基于gui图形交互界面的cwsn通讯数据管理系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统和方法。该系统包括无线传感网，用于采集传感信息，并传感信息和将设备的运行状态信息传输给云服务器；云服务器，用于从无线传感网里的基站接收传感数据和无线传感网运行状态信息，处理传感数据并将传感数据存在数据库中，管理传感网的运行状态，管理传感网中的基站，中继器，和节点的运行，支持并控制客户端界面软件模块；客户端界面显示软件模块，用于显示传感网运行状态，控制和修改传感网运行状态。其不但可以动态的管理无线传感网的工作状况，还可以让通过界面直接监控和维护无线传感网络，进行网络路径建立、修补、数据采集等。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线传感网和云计算技术领域，特别是涉及一种基于GUI图形交互界面的CWSN（Cloud Wireless Sensor Network，无线云传感网）通讯数据管理系统和方法。
背景技术
无线传感网络（无线传感网）是以信息采集为主要目的的无线网络，无线传感网络中含有多个无线设备（如无线传感器（WSN）、Zigbee传感器等），这些无线设备通过无线通信协议方法（或称无线通信方法）将采集到的信息传到数据中心。
一般地，无线传感网络中，根据功能将无线传感网络中的无线设备分为三类：节点、中继器、基站和数据中心。节点以信息采集为主要目的，并将采集到的信息以无线方式发给基站。有时候节点需要通过多跳才能够将信息传到基站，因此无线传感网络中需要有无线设备做为中继器的功能。基站的主要目的是无线接收节点或中继的信息，并将信息以无线或有线的方式发给数据中心。节点，中继器，和基站的定义并不严格，例如节点可以带有中继器的功能，中继器或基站可以带有节点的功能。
当无线传感网中无线设备较多时，网络的控制和维护是一个比较大的难题，现有无线网络通常以文字的形式通知系统管理员网络的运行情况，系统管理员需要查看多个文字文件、数据表等，由于这个原因，网络维护需要专业的公司或团队去做，而用户很难能够独立地做网络控制和维护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统和方法，其不但可以动态的管理无线传感网的工作状况，还可以让通过界面直接监控和维护无线传感网络，进行网络路径建立、修补、数据采集等。
为实现本发明目的而提供的一种基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统，包括一个或者多个无线传感网，一个或者多个云服务器和客户端界面显示软件模块；
所述无线传感网，其中包括至少一无线设备，所述无线设备包含至少一基站，至少一节点，和/或至少一中继器，用于采集传感信息，并传感信息和将设备的运行状态信息传输给云服务器；
所述云服务器，用于从无线传感网里的基站接收传感数据和无线传感网运行状态信息，处理传感数据并将传感数据存在数据库中，管理传感网的运行状态，管理传感网中的基站，中继器，和节点的运行，支持并控制客户端界面软件模块；
所述客户端界面显示软件模块，用于显示传感网运行状态，控制和修改传感网运行状态。
较优地，所述运行状态包括电池状态，通讯路径状态，接收信号强度，传感器运行状态。
较优地，所述无线节点和无线中继器都包括信号处理模块，传感器模块，射频通讯模块，其中：
所述信号处理模块用于通过I2C，SPI，或UART等串口控制传感器模块，并向传感器模块索取，接收，和处理传感数据；
信号处理模块还用于通过串口获取传感器模块的运行状态信息，串口修改传感器运行状态；
所述传感器模块包含传感器器件，用于采集传感信息例如温度，湿度，一氧化碳等；
所述信号处理模块还用于通过I2C，SPI，或UART等串口控制射频通讯模块，通过射频通讯模块无线接收或发送数据包；
信号处理模块还用于通过串口获得射频通讯模块运行状态，通过串口修改射频通讯模块运行状态；
所述射频通讯模块包含射频通讯芯片，当射频通讯芯片使用相同的物理层通讯协议时，射频芯片之间可以相互无线通信。
较优地，所述无线节点和无线中继器还包括内存，用于进行信号处理和计算；
所述无线节点和无线中继器还包括硬盘，用于存储传感数据和设备运行信息,包括通讯协议信息；
所述无线节点和无线中继器还包括电源模块；所述电源模块包括电池和电池电源处理芯片，和/或包括DC电源进口和DC电源处理芯片。
较优地，所述基站包括基站信号处理模块，基站传感器模块，以太网通讯模块，其中：
所述基站信号处理模块用于通过I2C，SPI，或UART等串口控制传感器模块/基站传感器模块，并向传感器模块/基站传感器模块索取，接收，和处理传感数据；
所述基站信号处理模块还用于通过串口获取传感器模块/基站传感器模块的运行状态信息，通过串口修改传感器模块/基站传感器模块运行状态；
所述基站传感器模块包含传感器器件，用于采集传感信息；
所述基站信号处理模块还用于通过I2C，SPI，或UART等串口控制以太网通讯模块，通过以太网通讯模块与云服务器发送或接收数据包；
以太网通讯模块包含以太网通讯芯片和以太网接口，用于通过以太网标准通讯协议和以太网上的设备通信。
较优地，所述基站还包括内存，用于进行信号处理和计算；
所述基站还包括硬盘，用于存储传感数据和设备运行信息,包括通讯协议信息；
所述基站还包括电源模块，所述电源模块包括电池和电池电源处理芯片，和/或包括DC电源进口和DC电源处理芯片。
较优地，所述云服务器包括云传感网通讯管理模块，传感网传输模块，数据库，数据库传输模块，界面传输模块，其中：
所述云传感网通讯管理模块是云服务器的核心，其用于传感数据处理和存储，传感网运行管理，和客户端界面管理；
所述传感网传输模块用于通讯管理模块和传感网基站之间的通信，使用以太网TCP/IP通讯标准发送和接收通讯管理模块的和基站的数据包；
所述数据库，用于存储传感数据；数据库传输模块用于通讯管理模块和数据库之间的通信，使用以太网TCP/IP通讯标准发送和接收通讯管理模块的和数据库的数据包；
界面传输模块用于通讯管理模块和客户端界面显示软件模块之间的通信，使用以太网TCP/IP通讯标准发送和接收通讯管理模块和客户端界面显示软件模块之间传输的数据包。
较优地，所述云传感网通讯管理模块对传感网运行管理，是指：
通讯管理模块通过使用无线设备列表和edge列表对传感网进行管理，通过edge列表，通讯管理模块寻找到从任何第一个无线设备到任何第二个无线设备的通讯路径，每次通讯管理模块收到基站传来的数据包，通讯管理模块都会根据数据包的内容对无线设备列表和edge列表进行更新。
较优地，所述客户端界面显示软件模块包括图像生成模块和界面管理模块，其中：
所述图像生成模块用于将无线网络以动态图形界面的形式显示在显示器上；
所述界面管理模块，用于对从云服务器端传送过来的数据包进行解析，管理并更新无线设备列表和edge列表，当用户在界面中实行操作后，将操作指令转化成无线设备列表和edge列表的数据，然后将数据发送给云服务器。
较优地，所述动态图形界面中包含：
无线设备列表中的每一个无线设备的名称；
无线设备之间的连接，即edge列表；
通过连接的粗细代表edge列表中的RSSI信号强度，或者通过连接的长度代表edge列表中的RSSI信号强度，或通过连接的颜色代表edge列表中的RSSI信号强度；
若是RSSI=0，那么在子节点上面打“x”，代表子节点的通讯路径不通；
在无线设备旁显示无线设备列表中的无线设备的特性。
为实现本发明目的还提供一种基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理方法，包括如下步骤：
步骤S100，采集传感信息，并将传感信息和节点或者中继器的运行状态信息组成数据包传输给基站；
步骤S200，基站把从节点或中继器接收到的数据包通过以太网转发给云服务器，数据包中的数据由云服务器进行处理；
步骤S300，根据从云服务器获得的无线传感网的数据包数据，显示传感网运行状态，控制和修改传感网运行状态。
较优地，所述步骤S200还包括如下步骤：
步骤S210，当云服务器需要和无线设备通讯时，云服务器把包括通讯路径的数据包通过以太网发给基站，基站再将此数据包无线发出去。
较优地，所述步骤S300中，控制和修改传感网运行状态，具体为通过动态界面对无线网络中的无线设备进行设置和改动，包括如下步骤：
步骤S310，用户使用键盘或鼠标类的输入设备在界面中输入操作指令；
步骤S320，图像生成模块将操作指令发给界面管理模块；
步骤S330，界面管理模块将操作指令转化成无线设备列表和/或edge列表中的数据模式，然后将此数据发给云服务器；
步骤S340，云服务器中的通讯管理模块将接收到的数据解析，根据数据内容，形成数据包发给有关的无线设备；
步骤S350，在通讯管理模块收到此无线设备的确认数据包，然后根据确认数据包的内容更新无线设备列表和/或edge列表，将更新信息发给所有界面管理模块后，界面管理模块更新自己的无线设备列表和/或edge列表，将更新信息发给图像生成模块；
步骤S360，图像生成模块更新界面图形程序，进而更新图像显示。
较优地，所述步骤S310中，所述操作指令为增加节点、修改通讯路径、去除通讯路径、删除无线设备、修改无线设备参数指令中的一个或者多个指令。
本发明的有益效果：本发明的基于GUI图形交互界面的CWSN（Cloud Wireless SensorNetwork，无线云传感网）通讯数据管理系统和方法，其通过生成以图画为主的动态界面，使得传感网信息一目了然，用户很容易看到传感网的运行状况、连接状况、无线信号强度，并很容易地看到网络中出问题的无线设备。进一步地，用户可以通过界面直接控制传感网，建立通信路径，修改通信路径，设置无线设备参数。由于本发明减低了网络维护和监控的难度，客户可以直接控制和维护网络，减少了需要专业团队或外界公司介入的程度。
附图说明
图1是基于GUI图形交互界面的无线云传感网（CWSN）通讯数据管理系统示意图；
图2是无线节点和中继器的结构示意图；
图3是基站的结构示意图；
图4是无线传感网拓朴结构示意图；
图5是本发明实施例中云服务器的结构示意图；
图6是客户端界面显示软件模块的结构示意图；
图7是利用graphviz程序实现图4中的无线网络拓扑图的一个实施例；
图8是本发明实施例的动态界面示意图；
图9是节点和中继器发往基站的数据包格式示意图；
图10是本发明实施例中数据包数据处理一种可实施方式流程图；
图11是云服务器端发给基站的数据包的格式示意图；
图12是本发明实施例中无线设备列表一可实施例；
图13是本发明实施例中edge列表一可实施例；
图14是本发明实施例中经过通讯路径修改的edge列表一可实施例。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明基于GUI图形交互界面的无线云传感网（CWSN）通讯数据管理系统和方法的实现进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的一种基于GUI图形交互界面的无线云传感网（CWSN）通讯数据管理系统，包括一个或者多个无线传感网，一个或者多个云服务器和客户端界面显示软件模块；
图1是本发明实施例基于GUI图形交互界面的无线云传感网（CWSN）通讯数据管理系统示意图，系统中包含：
1）无线传感网，其中包括至少一无线设备，所述无线设备包含至少一基站，至少一节点，和/或至少一中继器，用于采集传感信息，并将传感信息和设备的运行状态信息传输给云服务器。
节点和中继器的传感数据通过无线通讯协议发给基站，基站将传感数据通过以太网发给云服务器。
除了传感数据，节点和中继器还将自己的运行状态发给基站，基站再将信息转发给云服务器。
运行状态包括电池状态，通讯路径状态，接收信号强度，传感器运行状态等。
节点和中继的信号处理模块通过电源模块获取电池状态信息，通过射频通讯模块获取通讯路径状态和接收信号强度信息，通过传感器模块获取传感器运行信息。
2）云服务器，用于从无线传感网里的基站接收传感数据和无线传感网运行状态信息，处理传感数据并将传感数据存在数据库中，管理传感网的运行状态，管理传感网中的基站，中继器，和节点的运行，支持并控制客户端界面软件模块。
3）客户端界面显示软件模块，用于显示传感网运行状态，控制和修改传感网运行状态。
传感网运行状态信息是云服务器通过以太网发给界面显示软件模块，而界面显示软件模块可以将用户的操作指令通过以太网发给云服务器。云服务器可以同时支持一个或多个界面显示软件模块。
所述用户包括无线网络管理员和有权限的客户。用户可以通过客户端界面显示软件模块对无线网络进行管理和控制。
图2是无线节点和中继器的结构示意图。无线节点和无线中继的结构是一样的，差别在于无线节点可用于传感信息采集，而中继器可以用于作为无线中继器。在本系统中，无线中继器也可以用来做传感信息采集。
无线节点和无线中继器都包括信号处理模块，传感器模块，射频通讯模块，其核心是信号处理模块。
所述信号处理模块的硬件是信号处理器件，例如微控制器单元（MCU）或中央处理单元（CPU）。
1）所述信号处理模块用于通过I2C，SPI，或UART等串口控制传感器模块，并向传感器模块索取，接收，和处理传感数据。
信号处理模块还可以通过串口获取传感器模块的运行状态信息，也可以通过串口修改传感器运行状态。
所述传感器模块包含传感器器件，用于采集传感信息例如温度，湿度，一氧化碳等。
2）所述信号处理模块还用于通过I2C，SPI，或UART等串口控制射频通讯模块，可以通过射频通讯模块无线接收或发送数据包。
信号处理模块还可以通过串口获得射频通讯模块运行状态，也可以通过串口修改射频通讯模块运行状态。
所述射频通讯模块包含射频通讯芯片，当射频通讯芯片使用相同的物理层通讯协议时，射频芯片之间可以相互无线通信。
信号处理模块可以通过串口修改物理层通讯协议。
另外，无线节点和无线中继器还包括内存，例如RAM和ROM，用于进行信号处理和计算。
无线节点和无线中继器还包括硬盘，例如闪存（FLASH）或其它硬盘类型，用于存储传感数据和设备运行信息,包括通讯协议信息。
无线节点和无线中继器还包括电源模块。电源模块包括电池和电池电源处理芯片，和/或包括DC电源进口（例如5V或12V）和DC电源处理芯片。
图3是基站的结构示意图。基站包括基站信号处理模块，基站传感器模块，以太网通讯模块，其核心是基站信号处理模块。
信号处理模块的硬件是信号处理器件，例如微控制器单元（MCU）或中央处理单元（CPU）。
所述基站信号处理模块：
1）用于通过I2C，SPI，或UART等串口控制传感器模块/基站传感器模块，并向传感器模块/基站传感器模块索取，接收，和处理传感数据。
基站信号处理模块还可以通过串口获取传感器模块/基站传感器模块的运行状态信息，也可以通过串口修改传感器模块/基站传感器模块运行状态。
传感器模块/基站传感器模块包含传感器器件，可以采集传感信息例如温度，湿度，一氧化碳等。
2）用于通过I2C，SPI，或UART等串口控制以太网通讯模块，可以通过以太网通讯模块与云服务器发送或接收数据包。
以太网通讯模块包含以太网通讯芯片和以太网接口，可以通过以太网标准通讯协议和以太网上的设备，包括但不限于云服务器，通信。
另外，所述基站还包括内存，例如RAM和ROM，用于进行信号处理和计算。
所述基站还包括硬盘，例如闪存（FLASH）或其它硬盘类型，用于存储传感数据和设备运行信息,包括通讯协议信息。
所述基站还包括电源模块。电源模块包括电池和电池电源处理芯片，和/或包括DC电源进口（例如5V或12V）和DC电源处理芯片。
图4是无线传感网络的网络拓扑结构示意图。在这个示意图中，每一个圆圈代表了一个无线设备，每一个无线设备带有一个独特的ID号码。带箭头的连线是无线设备之间的通讯路径。
图4中包含一个基站（00）和多个节点和中继（01至07）。只有基站可以通过以太网通讯模块和云服务器通信，而所有的无线设备通过射频通讯模块以无线方式通信。在网络中，每一个节点或中继都有一条通讯路径到达基站。例如，节点07通过中继04和01与数据中心00连接。节点07是中继04的子节点，而中继04是节点07的父节点。节点和中继的通讯路径是存在其硬盘里的，信号处理模块/基站信号处理模块可以修改通讯路径。
图5是本发明中的云服务器的结构示意图。所述云服务器包括云传感网通讯管理模块，传感网传输模块，数据库，数据库传输模块，界面传输模块，其中：
所述云传感网通讯管理模块（简称通讯管理模块）是云服务器的核心，其用于传感数据处理和存储，传感网运行管理，和客户端界面管理。
通讯管理模块的第一个主要功能是传感数据处理和存储。当通讯管理模块通过传感网传输模块收到基站发的数据包后（图9是数据包的格式），若数据包中的“数据包类型”=0，那么通讯管理模块会将“第一个无线设备ID”和“传感信息数据”解析出来，然后通过数据库传输模块发给数据库。
通讯管理模块的第二个功能是传感网运行管理。通讯管理模块的内存里存有无线设备列表，列表中数据的格式是“无线设备ID，无线设备类型，无线设备特征1，无线设备特征2，…”无线设备的特征包括电池状态，无线设备状态，传感器状态，信道号码，传输速度，发射功率等信息。通讯管理模块中已存有默认的无线设备特征，因此无线设备列表中不需要包括默认的特征。例如，图4中的无线设备可以用图12中的无线设备列表描述。
通讯管理模块的内存里还存有每一对父节点和子节点的通讯路径连接（简称edge）。Edge的表达方式是“（父节点ID，子节点ID，RSSI）”。RSSI是图9数据包中的“接收信号强度（RSSI）”，每次收到数据包后会更新。例如，图4中的无线网络可以用图13中的edge列表描述。在图13中，RSSI以0-9表示，0是最弱接收信号，9是最强接收信号。
通讯管理模块通过使用无线设备列表和edge列表对传感网进行管理。通过edge列表，通讯管理模块可以寻找到从任何第一个无线设备到任何第二个无线设备的通讯路径。每次通讯管理模块收到基站传来的数据包，通讯管理模块都会根据数据包的内容对无线设备列表和edge列表进行更新。
通讯管理模块可以选择将无线设备列表和edge列表存入数据库。每次无线设备列表或edge列表得到更新后，通讯管理模块将新的列表发给数据库。
所述数据库，用于存储传感数据；
传感网传输模块用于通讯管理模块和传感网基站之间的通信，使用以太网TCP/IP通讯标准发送和接收通讯管理模块的和基站的数据包。
数据库传输模块用于通讯管理模块和数据库之间的通信，使用以太网TCP/IP通讯标准发送和接收通讯管理模块的和数据库的数据包。
界面传输模块用于通讯管理模块和客户端界面显示软件模块之间的通信，使用以太网TCP/IP通讯标准发送和接收通讯管理模块和客户端界面显示软件模块之间传输的数据包。
通讯管理模块的第三个功能是客户端界面管理。客户端界面显示软件模块将无线网络以动态图形的形式显示在显示器上，并且允许用户通过界面修改无线网络的通讯路径和参数。通讯管理模块和客户端界面显示软件模块交流的基础是无线设备列表和edge列表。当通讯管理模块更新了无线设备列表或edge列表（根据基站发的数据包），通讯管理模块会将更新内容发给所有客户端界面显示软件模块。当用户通过一个客户端界面显示软件模块对无线网络进行了修改，这个客户端界面显示软件模块会将修改信息发给通讯管理模块。
图6是客户端界面显示软件模块的结构示意图。图5中的云服务器的界面传输模块用于客户端界面显示软件模块和云服务器之间的通信，使用以太网TCP/IP通讯标准接收和发送客户端界面显示软件模块和云服务器端通讯管理模块的数据包。
客户端界面显示软件模块对从云服务器端传送过来的数据包进行解析，管理并更新无线设备列表和edge列表并显示。当用户在界面中实行操作后，客户端界面显示软件模块可以将操作指令转化成无线设备列表和edge列表的数据，然后通过云服务器传输模块将数据发送给云服务器。
所述客户端界面显示软件模块包括图像生成模块和界面管理模块，其中：
所述图像生成模块用于将无线网络以动态图形的形式显示在显示器上。它的实现方法是将无线设备列表和edge列表转化成画图软件可以接受的格式。本发明不限制使用某一个固定的画图软件。只要有无线设备列表和edge列表，很多画图软件都可以实现图形的功能。例如，图7中的graphviz程序可以实现图4中的无线网络拓扑图。
所述界面管理模块，用于对从云服务器端传送过来的数据包进行解析，管理并更新无线设备列表和edge列表，当用户在界面中实行操作后，将操作指令转化成无线设备列表和edge列表的数据，然后将数据发送给云服务器。
当无线设备列表和edge列表经过了更新，图像生成模块会更新画图软件程序，因此界面的图形会根据网络状态的变化而更新，实现动态界面的功能。
图7中的程序是一个比较简单的实例，本发明中的动态界面可以实现更多的功能，代码也会更加复杂，但是原理是一样的。例如，图8是比较更接近本发明中的动态界面的截图。图8中的界面还是代表图4中的传感网结构，动态图形界面中包含：
1.无线设备列表中的每一个无线设备的名称；
2.无线设备之间的连接（即edge）；
3.连接的粗细代表edge列表中的RSSI信号强度，这在画图软件中以“width”的功能实现。当然，RSSI也可以通过连接的长度实现（“len”），或通过连接的颜色实现（“color”）；
4.若是RSSI=0，那么在子节点上面打“x”，代表子节点的通讯路径不通；
5.在无线设备旁显示无线设备列表中的无线设备的特性，例如图12中的“电池=低”和“传感器故障码=2”。
通过客户端界面显示软件模块的运行，用户可以很容易地看到网络的实时运行状态和出现的问题，因此动态界面可以帮助用户对网络进行实时维护。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理方法，包括如下步骤：
步骤S100，采集传感信息，并将传感信息和节点或者中继器的运行状态信息组成数据包传输给基站；
图9是节点和中继器发往基站的数据包格式示意图。数据包的第一部分是通讯路径，包括以下内容：
1.“下一个无线设备ID”：下一个需要处理数据包的无线设备的ID；
2.“第一个无线设备ID”：通讯路径起点的无线设备的ID；
3.“第二个无线设备ID”：通讯路径中第一个中继的ID；
4.“。。”：通讯路径中的其它中继的ID
5.“最终无线设备ID”：数据包的终点无线设备的ID；
6.“指令终结符号”：通讯路径终结的标符。
通讯路径中的一个无线设备上面的无线设备是它的父节点，下面的无线设备是它的子节点。例如，第二无线设备的父节点是第一无线设备，第二无线设备的子节点是第三无线设备。
若数据包是节点或中继发往基站的，如图9所示，数据包中还包含以下内容：
1.“数据包类型”和“数据包类型数据”：接收到数据包的无线设备会根据数据包类型对数据包进行处理。数据包类型包括但不限于：
以上表中，接收信号强度（RSSI）信息由射频通讯模块提供，若是RSSI过低，数据包误码率会增加，因此云传感网使用RSSI来衡量信道质量。
以上表中，当无线设备有故障时，根据故障的严重性，数据包类型数据的数值可以是0（非严重问题），1，2，或3（严重问题）。
以上表中，硬件参数数据指的是事先定义好的无线设备上的信号处理模块，射频通讯模块，和电源管理模块的硬件参数。
2.“传感器模块状态”和“传感信息数据”：传感器模块状态包括但不限于：
以上表中，当传感器模块有故障时，根据故障的严重性，传感信息数据的数值
可以是0（非严重问题），1，2，或3（严重问题）。
以上表中，硬件参数数据指的是事先定义好的传感器的硬件参数。
步骤S200，基站把从节点或中继器接收到的数据包通过以太网转发给云服务器，数据包中的数据由云服务器进行处理。
在本发明中，基站把从节点或中继器接收到的数据包通过以太网转发给云服务器，数据包中的数据由云服务器进行处理。此方法的优势是减低了基站的复杂性。基站不存储通讯路径；云服务器中存储从基站到每一个中继器或节点的通讯路径。
如图10所示，所述步骤S100～200中，包括如下步骤：
步骤S201，无线设备收到一个数据包，将其中的通讯路径解析。
对指令解析是一种现有技术，因此，在本发明实施例中，不再一一详细描述。
步骤S202，无线设备寻找通讯路径中的“下一个无线设备ID”。
步骤S203，如果无线设备自身的ID和“下一个无线设备ID”不同，那么无线设备停止对通讯路径指令的处理，结束返回。
步骤S204，如果无线设备自身的ID和“下一个无线设备ID”相同，那么无线设备就是通讯路径里的中继或终点。无线设备发确认包给它的父节点。确认包的格式与图9相同，内容是：“下一个无线设备ID”=父节点ID，“第一个无线设备ID”=无线设备ID，“最终无线设备ID”=父节点ID，“数据包类型”=1。
步骤S205，查看“下一个无线设备ID”和“最终无线设备ID”是否相同，如果不同，那么无线设备就知道自己是这个通讯路径中的一个中继器；无线设备把数据包里的“下一个无线设备ID”更新为它的子节点的ID，然后将数据包发出；如果相同，那么无线设备就知道自己是通讯路径的终点，无线设备继续解析数据包的内容。
所述步骤S200还包括如下步骤：
步骤S210，当云服务器需要和无线设备通讯时，云服务器把包括通讯路径的数据包通过以太网发给基站，基站再将此数据包无线发出去。
图11是云服务器端发给基站的数据包的格式，此数据包格式与节点或中继端的数据包格式类似并兼容。无线设备处理数据包的步骤与图10所示相同，在此不再重复。数据包中其它的内容包括“数据包类型”和“数据包类型数据”：接收到数据包的无线设备会根据数据包类型对数据包进行处理。数据包类型包括但不限于：
| 数据包类型 | 类型含义 | 数据包类型数据 |
| 16 | 要求发送传感数据 | 0 |
| 17 | 要求发送硬件参数 | 硬件参数码 |
| 18 | 要求修改硬件参数 | 新硬件参数 |
| 19 | 通讯路径更新 | 0 |
以上表中，硬件参数码帮助定义具体需要发送的硬件参数。例如，“0”代表信号处理模块的参数，“1”代表射频通讯模块的参数，“2”代表电源管理模块的参数，“3”代表传感器模块参数。
以上表中，若是数据包类型是“19”，则意思是云服务器更新过通讯路径，无线设备需要将数据包中的通讯路径写入硬盘进行更新，然后无线设备发确认数据包给云服务器。
步骤S300，根据从云服务器获得的无线传感网的数据包数据，显示传感网运行状态，控制和修改传感网运行状态。
在本发明实施例中，所述步骤S300中，控制和修改传感网运行状态，具体为通过动态界面对无线网络中的无线设备进行设置和改动，包括如下步骤：
步骤S310，用户使用键盘或鼠标类的输入设备在界面中输入操作指令；
步骤S320，图像生成模块将操作指令发给界面管理模块；
步骤S330，界面管理模块将操作指令转化成无线设备列表和/或edge列表中的数据模式，然后将此数据发给云服务器；
步骤S340，云服务器中的通讯管理模块将接收到的数据解析，根据数据内容，形成数据包发给有关的无线设备；
步骤S350，在通讯管理模块收到此无线设备的确认数据包，然后根据确认数据包的内容更新无线设备列表和/或edge列表，将更新信息发给所有界面管理模块后，界面管理模块更新自己的无线设备列表和/或edge列表，将更新信息发给图像生成模块；
步骤S360，图像生成模块更新界面图形程序，进而更新图像显示。
以下是一个用户设置的示范实例。在此例中，用户通过动态界面给图4中的网络添加新的节点08，并指定其父节点为04，设置的步骤为：
1.用户在界面中点右鼠标键，选择“添加新无线设备”。一个新的对话框会弹出来，用户可以在对话框中填写新无线设备的ID（“08”）和特征（“节点”）；
2.图像生成模块将此指令发给界面管理模块；
3.界面管理模块发“08，节点”（无线设备列表中需要增加的内容）和“（04，08，N）”（edge列表中需要增加的内容，N代表无RSSI信息）给云服务器；
4.云服务器中的通讯管理模块将接到的数据包解析，形成到达节点08的通讯路径（即00->01->04->08），发通讯路径更新数据包给节点08（数据包类型=19）；若是通讯管理模块收到了节点08回传的确认数据包（数据包类型=1），通讯管理模块在无线设备列表中增加“08，节点”，在edge列表中增加“（04，08，RSSI）”，RSSI的值是节点08确认数据包中的数值。若是通讯管理模块收不到节点08的确认数据包，通讯管理模块会收到中继04的报告（数据包类型=3），通讯管理模块在无线设备列表中增加“08，节点”，在edge列表中增加“（04，08，0）”。云传感网通讯管理模块将更新内容发给所有界面管理模块；
5.界面管理模块更新自己的无线设备列表和/或edge列表，将更新信息发给图像生成模块；
6.图像生成模块修改界面图形软件，进而更新图像显示。图像显示中，节点08会出现，中继04到节点08的edge的粗细代表RSSI的值。
在以上的实例中，用户需要先将节点08放在所需要的位置上并打开开关，否则云传感通讯管理模块会找不到节点08，造成edge列表中RSSI=0的状态。
除了增加无线设备，界面软件模块还提供以下功能。具体实现方法与以上的实例相近，因此下面不重复所有的步骤细节。
1）修改通讯路径。在动态界面里，用户用鼠标左键将第一个已有无线设备拉到第二个已有无线设备的上面，效果是第一个无线设备和它父节点的连接（edge）被切断，第一个无线设备新的父节点是第二个无线设备。例如，在图8中，将中继04用鼠标左键拉到中继02的上面然后放开鼠标左键，中继04的父节点就从01变成了02。中继04下面的子节点们（即节点07）不变。这个功能通过修改edge列表可以实现。图14显示新的edge列表，相对于图13中的原edge列表，图14中的edge列表删除了“(01,04,9)”，增加了“(02,04,3)”，其中的RSSI=3是中继04发回的确认数据包中的数值。
2）去除通讯路径。用户用鼠标左键将一个无线设备拉到界面的边缘，这个无线设备与它父节点的连接（edge）就会切断。此功能的实现方法是修改edge列表。例如，用户选择将图8中的节点05断开，实现方法是在图13的edge列表中去掉“(02,05,0)”。此方法并不将节点05从界面中删除。
3）删除无线设备。用户在界面中一个无线设备的上面点右鼠标键，选择“删除无线设备”。一个新的对话框会弹出来，询问用户是否确认删除此无线设备，用户选择确认。此功能的实现方法是修改edge列表和无线设备列表。例如，用户选择将图8中的节点05删除，实现方法是在图13的edge列表中去掉“(02,05,0)”，在图12的无线设备列表中去掉“05，节点”。
4）修改无线设备参数。用户在界面中的一个无线设备上点鼠标右键，选择“修改参数”，一个新的对话框会弹出来，对话框中含有多个无线设备参数，包括信道号码，传输速度，发射功率等，用户可以选择一个参数进行修改。此功能的实现方法是修改无线设备列表中无线设备的特征。例如，用户要求修改图8中的节点03的发射功率，将发射功率=10（默认值）改为发射功率=5，无线设备列表中的修改是：“03，节点，电池=低，发射功率=5”。
本发明实施例的基于GUI图形交互界面的无线云传感网（CWSN）通讯数据管理系统和方法，建立了一个以图画为主的动态界面，无线传感网信息一目了然，用户很容易看到无线传感网的运行状况，连接状况，无线信号强度，并很容易地看到网络中出问题的无线设备。用户可以通过界面直接控制传感网，建立通讯路径，修改通讯路径，设置无线设备参数。用户不需要编程或查看或修改文字文件和数据表等比较困难的操作方法。由于本发明减低了网络维护和监控的难度，客户可以直接控制和维护网络，减少了需要专业团队或外界公司介入的程度。
最后应当说明的是，很显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (11)
1.一种基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统，其特征在于，包括一个或者多个无线传感网，一个或者多个云服务器和客户端；
所述无线传感网包括至少一个无线设备，所述无线设备包含至少一个基站，至少一个节点和/或至少一个中继器，所述无线传感网用于采集传感信息，并将所述传感信息和所述无线设备的运行状态信息传输给云服务器；
所述云服务器用于从所述基站获取所述传感信息和所述运行状态信息，处理所述传感信息并将传感信息存在数据库中，根据所述运行状态信息管理所述无线传感网中的无线设备的运行；其中，所述云服务器存储有无线设备列表和通讯数据连接(edge)列表，所述通讯数据连接列表存储所述无线传感网中每一对父节点和子节点的通讯路径连接；
所述云服务器用于将所述无线设备列表和通讯数据连接列表发送到所述客户端并根据接收自客户端的数据包向所述无线设备发送；
所述客户端用于以动态图形界面显示所述无线设备列表和通讯数据连接列表，并将操作指令转换为无线设备列表和通讯数据连接列表的数据发送给所述云服务器；
所述动态图形界面中包含：无线设备列表中的每一个无线设备的名称和无线设备之间的连接拓扑图；
其中，所述连接拓扑图的连接线粗细或长短或颜色随所述通讯数据连接列表中的对应连接的RSSI信号强度变化。
2.根据权利要求1所述的基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统，其特征在于，所述运行状态包括电池状态、通讯路径状态、接收信号强度和传感器运行状态。
3.根据权利要求1所述的基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统，其特征在于，所述节点和中继器都包括信号处理模块、传感器模块、射频通讯模块，其中：
所述信号处理模块用于通过串行接口控制所述传感器模块，并向所述传感器模块索取、接收、和处理传感信息；
所述信号处理模块还用于通过所述串行接口获取和修改传感器模块的运行状态信息；
所述传感器模块包含传感器器件，用于采集传感信息；
所述信号处理模块还用于通过串行接口控制射频通讯模块，通过射频通讯模块无线接收或发送数据包；
信号处理模块还用于通过串行接口获取和修改所述射频通讯模块的运行状态；
所述射频通讯模块包含射频通讯芯片，当所述射频通讯芯片使用相同的物理层通讯协议时，射频芯片之间可以相互无线通信。
4.根据权利要求3所述的基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统，其特征在于，所述节点和中继器还包括内存，用于进行信号处理和计算；
所述节点和中继器还包括硬盘，用于存储传感信息和设备运行信息以及通讯协议信息；
所述节点和中继器还包括电源模块；所述电源模块包括电池和电池电源处理芯片，和/或DC电源进口和DC电源处理芯片。
5.根据权利要求4所述的基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统，其特征在于，所述基站包括基站信号处理模块，基站传感器模块，以太网通讯模块，其中：
所述基站信号处理模块用于通过串行接口控制传感器模块/基站传感器模块，并向传感器模块/基站传感器模块索取、接收和处理传感数据；
所述基站信号处理模块还用于通过串行接口获取和修改传感器模块/基站传感器模块的运行状态信息；
所述基站传感器模块包含传感器器件，用于采集传感信息；
所述基站信号处理模块还用于通过串行接口控制以太网通讯模块，通过以太网通讯模块与云服务器发送或接收数据包；
以太网通讯模块包含以太网通讯芯片和以太网接口，用于通过以太网标准通讯协议和以太网上的设备通信。
6.根据权利要求5所述的基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统，其特征在于，所述基站还包括内存，用于进行信号处理和计算；
所述基站还包括硬盘，用于存储传感数据和设备运行信息以及通讯协议信息；
所述基站还包括电源模块，所述电源模块包括电池和电池电源处理芯片，和/或DC电源进口和DC电源处理芯片。
7.根据权利要求1所述的基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统，其特征在于，所述云服务器每次收到基站传来的数据包时根据数据包的内容对无线设备列表和通讯数据连接列表进行更新。
8.根据权利要求7所述的基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理系统，其特征在于，
在RSSI信号强度为零时，所述客户端在对应的无线设备上显示“x”，以表示该无线设备的通讯路径不通；
所述客户端还用于在无线设备旁显示无线设备列表中的无线设备的特性。
9.一种基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S100，采集传感信息，并将传感信息和节点或者中继器的运行状态信息组成数据包传输给基站；
步骤S200，基站把从节点或中继器接收到的数据包通过以太网转发给云服务器，数据包中的数据由云服务器进行处理，所述云服务器存储有无线设备列表和通讯数据连接(edge)列表，所述通讯数据连接列表存储所述无线传感网中每一对父节点和子节点的通讯路径连接；所述云服务器将所述无线设备列表和通讯数据连接列表发送到客户端；
步骤S300，所述客户端根据从云服务器获得的无线传感网的数据包数据，显示所述无线设备列表和通讯数据连接列表；根据操作指令控制和修改无线传感网运行状态；
其中，步骤S300中根据操作指令控制和修改无线传感网运行状态包括：
步骤S310，图像生成模块将所述操作指令发给界面管理模块；
步骤S320，界面管理模块将所述操作指令转化成无线设备列表和通讯路径连接列表中的数据，然后将该数据发给云服务器；
步骤S330，云服务器中的通讯管理模块将接收到的数据解析，根据数据内容，形成数据包发给对应的无线设备；
步骤S340，在通讯管理模块收到此无线设备的确认数据包，然后根据确认数据包的内容更新无线设备列表和通讯路径连接列表，将更新信息发给所有界面管理模块后，界面管理模块更新自己的无线设备列表和通讯路径连接列表，将更新的无线设备列表和通讯路径连接列表发给图像生成模块；
步骤S350，图像生成模块更新界面图形程序，进而更新图像显示。
10.根据权利要求9所述的基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理方法，其特征在于，所述步骤S200还包括如下步骤：
步骤S210，当云服务器需要和无线设备通讯时，云服务器把包括通讯路径的数据包通过以太网发给基站，基站再将此数据包无线发出去。
11.根据权利要求9所述的基于GUI图形交互界面的CWSN通讯数据管理方法，其特征在于，所述步骤S310中，所述操作指令为增加节点、修改通讯路径、去除通讯路径、删除无线设备、修改无线设备参数指令中的一个或者多个。
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Legal Events
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Free format text: FORMER OWNER: ZHANG CHUNMEI Effective date: 20150420 Owner name: BEIJING BODA GUANGTONG INTERNATIONAL SEMICONDUCTOR Free format text: FORMER OWNER: LIAO YUAN Effective date: 20150420 |
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Effective date of registration: 20150420 Address after: 100176, room 52-1, building 2, 701 North View Garden, Daxing District economic and Technological Development Zone, Beijing, China Applicant after: Beijing Boda Guangtong International Semiconductor Technology Co., Ltd. Address before: 100176, Beijing, Beijing Daxing District economic and Technological Development Zone, 2 North Garden Street, BDA international enterprise Avenue, 56, 3 floor Applicant before: Liao Yuan Applicant before: Zhang Chunmei |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: CWSN communication data management system and method based on GUI Effective date of registration: 20201224 Granted publication date: 20150527 Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING GTI IOT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020990001510 |