CN103442455B - 面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的实现方法，该系统由多功能传感节点、无线传感器网络网关、系统软件和终端软件四部分构成，多功能传感节点通过血氧探头、脉搏探头、体温探头等多种探头采集人体的血氧、脉搏、体温等具体信息和相对地理位置信息，然后通过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，将具体数据通过基础设施网络传到终端设备上，监控中心能够便捷的使用相关移动设备，如PDA、智能手机监测被困人员的生命体征和地理位置信息。该系统能够实际地应用在地震灾害环境下，可以在人力、财力、物力等各方面减少由于地震灾害带来的人的生命、财产的损失，为面向地震灾害的处理，突发环境的监测提供了一个实时的监测平台。

Description

面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的实现方法

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

电脑和移动终端设备上的软件实现，两者有机结合构成面向地震灾害的无线传感器网络

应急通信系统，属于无线传感器网络，嵌入式系统和无线通信的交叉领域。

背景技术

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。

正如因特网使得计算机能够访问各种数字信息而可以不管其保存在什么地方，传感器网络将扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。由于它具有可到处散布的特点以及集体分析能力，因此它甚至被称为一种全新类型的计算机系统。无线传感器网络具有众多类型的传感器节点，可用来探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术之一和改变世界的十大技术之一。传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。

无线传感器网络是一个由大量廉价的传感器节点组成的无线自组织网络。每个传感器节点由传感单元、处理单元、无线通信单元和能量供应单元等构成。一种普遍被接受的无线传感器网络的定义为：大规模、无线、自组织、多跳、无基础设施支持的网络，其中节点是同构的，成本较低、体积较小，大部分节点不移动，被随意地散布在监测区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。

无线传感器网络的任务是利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到?用户端，从而达到对目标区域的监测。它综合了计算技术、通信技术以及传感器技术，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境信息或被监测对象的信息，这些信息以无线方式传送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算机世界以及人类社会三元世界的连通。

作为无线传感器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。无线传感器网络的硬件系统主要包括多功能传感器、高性能嵌入式处理器和高频无线通信模块三个部分。需要集成传感器、微处理器和无线收发器等多种嵌入式芯片。拥有信息采集、信号处理、数据传输和实时监控等多种功能。实用性强，应用范围广泛。节点通过外围的传感模块感知需要观察的信息量，并自动传入内部的主控模块，进行信号分析和处理，并将处理后的信息送至无线发送模块。射频模块在一定的频段内，按照预先设定的数据传输率和编码方式，进行信息的传递，并能够将传感信息于数据终端实时显示，从而实现传感信号的无线通信。

本专利将从应用角度出发，设计并实现适用于地震灾害环境下生命特征探测的轻量级、高稳定性的无线传感器网络硬件节点（传感节点和网关节点），构建无线传感器网络各层次下的完善的协议栈体系结构，同时，在其上构筑功能丰富、安全可信的系统软件平台，最终实现无线传感器网络在地震灾害环境中的高可靠性应用。

发明内容

技术问题：本发明是针对地震灾害中传统通信网络遭到破坏的情况，提供一种面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的实现方法。该方法构建一种高性能低功耗的无线传感器网络硬件载体，节点的设计和实现需要在功能上满足传感器网络的一般的数据传输，状态控制，实时监控，自主定位等一系列功能，同时，必须具备较好的系统集成度，较高的系统可靠性以及拥有更多的智能化。配备的网关节点设备将实现对其所在的无线传感器网络的区域管理、任务调度、数据聚合、状态监控与维护等一系列功能，利用网关节点，将灾难环境中的无线传感器网络及其有效传感信息与无线网络进行有效衔接，以实现多类型网络的无缝融合，巩固与加强无线传感器网络在地震灾害下的应急通信的可靠性与稳定性。最终将无线传感器网络硬件节点（传感器节点和网关节点）以及地震灾害现场的无线设备集成在一起，采集生命特征监测（如脉搏、体温、血氧等）和定位信息，一并传送给网关，然后网关通过网络转换选择合适的网络传给服务中心。

技术方案：

本发明所提出的一种面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的实现方法，由传感器节点采集人体体征信息及定位信息，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，实现了整个应急通信系统。本发明的系统包含了多功能传感器节点、无线传感器网络网关、系统软件和终端软件四部分：

1、多功能传感器节点的功能是采集人体体征信息和定位信息，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。本发明在面板上封装了体温、脉搏与血氧三种不同用途的接口，以实现同一块面板上集成上述三项功能，并统一采用同一接线方式，方便实际使用中的更换。同时利用定位算法将节点地理位置信息

2、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传感节点的数据，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。

3、系统软件包括多功能传感节点上基于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。多功能传感节点上的系统软件采集用户生命体征信息和定位信息，并通过ZigBee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、有线局域网之间的无缝切换。

4、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，监控中心工作人员可以通过终端软件，获取地震灾害中被困人员的实时生命体征和位置数据；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，监护者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。

本发明的实现步骤如下：

该系统由多功能传感节点、无线传感器网络网关、系统软件和终端软件四部分构成；多功能传感节点通过采集被困人员的生理体征信息，然后通过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、无线局域网及GSM网络的无缝切换，将采集到的数据通过基础设施网络传到终端设备上，监控中心能够便捷的使用相关移动设备监测被困人员的实时情况。

该方法的具体实现方法如下：

步骤1）多功能传感节点的设计与实现：无线多功能传感器节点包括以下基本组成部分：

a）多类型数据采集传感部件：有高频脉冲式脉搏传感部件、高精度快速响应式体温传感部件、接触式高分辨率血氧传感部件，这些传感部件以USB接口的形式同无线传感器网络节点直接相连；其中，体温传感部件通过一线接口连接、脉搏传感部件通过通用I/O口连接、血氧传感部件通过模数转换接口连接；

b）无线传感器网络节点：以8位RISC微处理器为核心，拥有128KB的Flash及512KB的SRAM，其主频为8MHZ，满足较大数据量的处理需求；

c）ZigBee无线通信模块：以CC2420无线通信模块为核心，拥有最大250Kbps的传输速率，足以满足多类型数据的传感需求；

步骤2）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接收、实时数据传输、实时监控、信号处理多种功能，要求具有高系统可靠性和高集成度，实时分析与处理能力，数据传输精确性；

步骤3）确定网关的输入输出：网关将从无线传感器网络内传感节点传送过来的数据作为输入，并通过以太网、无线局域网输出数据；

步骤4)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5）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6）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的具体采集信息，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7）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，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8)网关外围器件的选取：根据网关设备自身特点和无线传感器网络的自身要求，网关设备的外围器件，实现不同网络中数据传输的功能，这些器件包括用于程序烧录及在线仿真的JTAG下载口、可数字化I/O器件、外部存储器件、外部晶振系统、USB接口、以太网接口、RS232串行接口；

步骤9)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10）网关设备的功耗管理设计：设备的功耗管理主要包括了系统级功耗布线优化；

步骤11)网关设备的可扩展性设计：网关在设计过程中，预留了充分的接口，包括超过30个主控模块输入输出接口，以便今后的调用和扩展；

步骤12)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13）浏览器/服务器模式下终端软件设计：利用Web服务技术，将被困人员的生理特征数据封装成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，即可获得所需数据；

步骤14）客户端-服务器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被困人员的生理特征数据；

步骤15）短信报警功能设计：当被困人员的生理特征数据异常时，软件将调用串口短信猫通过GSM网自动发送短信到监控中心的手机上，实现报警功能。

有益效果：本发明提出的面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统有如下几大优势：

（1）本发明的多功能传感节点针对传统节点设备功能单一的确定，集成了多种应用的生命体征采集传感部件，并将传感器定位技术与数据采集技术有机结合，实现定位于生命体征采集的功能集成。在硬件上封装了体温、脉搏与血氧三种不同用途的接口，以实现同一块面板上集成上述三项功能，并统一采用同一接线方式，方便实际使用中的更换。

（2）面向地震灾害应急通信的无线传感器网络硬件节点（传感器节点和网关节点）和软件集成技术的研究可以解决由于地震灾害引起的基础设施布设困难，通信设施中断等问题，通过面向地震灾害应急通信的无线传感器传感器节点体系结构、地震灾害环境下无线传感器网络网关节点的设计与实现及地震灾害环境下无线传感器网络定位与硬件基础设施的开发，可以在人力、财力、物力等各方面减少由于地震灾害带来的人的生命、财产的损失。而面向地震灾害应急通信的上层软件系统结构为面向地震灾害的处理，突发环境的监测提供了一个实时的监测平台。地震灾害应急通信的无线传感器网络系统集成技术，可以充分利用传感器节点，网关节点的功能，实行在灾难环境中达到环境监测、人员定位、生命特征监测等灾后监测、定位与寻救等一系列应急通信功能，并从多个角度实现多类型传感器网络与通信的无缝衔接。

（3）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，监控中心无需安装任何软件，只需浏览器即可对有关的相关数据进行监控，并且，通过将Web Service发布到因特网上，使得监控中心可以在在已接入到基础网络的设备终端上，进行远程监控。

附图说明

图1是面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的体系结构图，显示了本发明的体系结构。

图2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3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。

具体实施方式

本发明所提出的一种面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统，由多功能传感器节点、无线传感器网络网关、系统软件和终端软件四部分构成。多功能传感节点通过血氧探头、脉搏探头、体温探头等多种探头采集人体的血氧、脉搏、体温等具体信息，通过软件实现ZigBee网络定位，然后由CC2420的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服务端，再由服务端传输至各个终端设备上，监控中心能够便捷的使用相关移动设备，如PDA、智能手机监测受困者的生命体征及地理位置信息。最终实现一种面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统。

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。

步骤1）多功能传感节点的设计与实现。本发明中的无线多功能传感器节点包括以下基本组成部分：

a）多类型传感部件：主要有高频脉冲式脉搏传感部件、高精度快速响应式

体温传感部件、接触式高分辨率血氧传感部件。这些传感部件以USB接口

的形式同无线传感器网络节点直接相连。其中，体温传感部件通过一线接口

连接、脉搏传感部件通过通用I/O口连接、血氧传感部件通过模数转换接口

连接。传感部件同无线传感器节点的具体链接情况如图2；

b）无线传感器网络节点：以8位RISC微处理器为核心，拥有128KB的Flash

及512KB的SRAM。其主频高达8MHZ，可以满足较大数据量的处理需求；

c）ZigBee无线通信模块：以CC2420无线通信模块为核心，拥有最大250Kbps的传输速率，足以满足多类型数据的传感需求；

步骤2）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接收、实时数据传输、实时监控、信号处理多种功能，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3）确定网关的输入输出。网关将通过CC2420无线传感模块接收到的无线传感器网络中的传感节点传送过来的数据作为输入，并通过以太网、无线局域网或GSM网输出数据至各种移动终端（如PDA、智能手机、PC等）。

步骤4)网关的基本构架遵循了一般嵌入式产品的基本模式，同时，基于实际应用的需要，在各个层面上都有所扩展。节点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5）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6）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的具体采集信息，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7）外部网络控制与接入模块设计

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8)网关外围器件的选取。根据网关设备自身特点和无线传感器网络的自身要求，网关设备的外围器件，实现了不同网络中数据传输的功能，这些器件包括用于程序烧录及在线仿真的JTAG下载口、可数字化I/O器件、外部存储器件、外部晶振系统、USB接口、以太网接口、RS232串行接口；

步骤9)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10）网关设备的功耗管理设计。在实际使用中可以利用电流表等仪器测量得知网关设备的功耗主要集中在高集成度处理器与无线通信片上系统上。因此网关的功耗管理主要针对此嵌入式系统进行，其主要包括了系统级功耗管理，软件代码级优化；

步骤11)网关设备的可扩展性设计：网关在设计过程中，预留了充分的接口，包括超过30个主控模块输入输出接口，以便今后的调用和扩展；

步骤12)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13）B/S模式下终端软件设计：利用Web Service技术，将有关的具体传感数据封装成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，即可获得有关的具体数据。

步骤14）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有关具体数据。

Claims (1)

1.一种面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的实现方法，其特征在于该系统由多功能传感节点、无线传感器网络网关、系统软件和终端软件四部分构成；多功能传感节点通过采集被困人员的生理体征信息，然后通过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、无线局域网及GSM网络的无缝切换，将采集到的数据通过基础设施网络传到终端设备上，监控中心能够便捷的使用相关移动设备监测被困人员的实时情况；

该方法的具体实现方法如下：

步骤1）多功能传感节点的设计与实现：无线多功能传感器节点包括以下基本组成部分：

a）多类型数据采集传感部件：有高频脉冲式脉搏传感部件、高精度快速响应式体温传感部件、接触式高分辨率血氧传感部件，这些传感部件以USB接口的形式同无线传感器网络节点直接相连；其中，体温传感部件通过一线接口连接、脉搏传感部件通过通用I/O口连接、血氧传感部件通过模数转换接口连接；

b）无线传感器网络节点：以8位RISC微处理器为核心，拥有128KB的Flash

及512KB的SRAM，其主频为8MHZ，满足较大数据量的处理需求；

c）ZigBee无线通信模块：以CC2420无线通信模块为核心，拥有最大250Kbps的传输速率，足以满足多类型数据的传感需求；

步骤2）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

据接接收、实时数据传输、实时监控、信号处理多种功能，要求具有高系统可靠性和高集成度，实时分析与处理能力，数据传输精确性；

步骤3）确定网关的输入输出：网关将从无线传感器网络内传感节点传送过来的数据作为输入，并通过以太网、无线局域网输出数据；

步骤4) 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5）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6）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的具体采集信息，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7）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，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8)网关外围器件的选取：根据网关设备自身特点和无线传感器网络的自

身要求，网关设备的外围器件，实现不同网络中数据传输的功能，这些器件包括用于程序烧录及在线仿真的JTAG下载口、可数字化I/O器件、外部存储器件、外部晶振系统、USB接口、以太网接口、RS232串行接口；

步骤9)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10）网关设备的功耗管理设计：设备的功耗管理主要包括了系统级功耗

布线优化；

步骤11) 网关设备的可扩展性设计：网关在设计过程中，预留了充分的接口，

包括超过30个主控模块输入输出接口，以便今后的调用和扩展；

步骤12) 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13）浏览器/服务器模式下终端软件设计：利用Web服务技术，将被困人员的生理特征数据封装成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，即可获得所需数据；

步骤14）客户端-服务器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被困人员的生理特征数据；

步骤15）短信报警功能设计：当被困人员的生理特征数据异常时，软件将调用串口短信猫通过GSM网自动发送短信到监控中心的手机上，实现报警功能。