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【摘要】 本文以中兴通讯公司的WCDMA移动通信系统和奥尔斯公司的WSN系统为研究背景，设计并实现了以B/S架构的网络互联方案。本文设计了基于中间件技术的网络互联方案，并通过WEB中间件实现其功能。
【关键词】 WCDMA技术 无线传感器网络 中间件
RESEARCH ON NETWORK INTERCONNECTION OF WSN AND WCDMA
Xu Zhiwei，Ni Jie，Wang Gang，Zhao Honglin，Ma Yongkui （Harbin Institute of Technology，Heilongjiang Harbin，150001）
Abstract：ON the background of WCDMA mobile communication system of ZTE and WSN system of OURS， the article designs the interconnection scheme and realizes its function through B/S structure. The article designs the interconnection scheme on middleware technology and realizes its function through WEB.
Keywords： WCDMA technology， wireless sensor network， middleware
一、 課题研究背景
WCDMA移动通信系统是哈尔滨工业大学通信工程系与中兴通讯公司共建的硕士生和本科生校内实践基地。实验室现有的WCDMA移动通信网络只具备基本的语音通信和数据通信功能，学生们不能充分体会到通过移动通信终端控制实际设备的功能，这样就会使学生缺少对系统的更全面的认识和兴趣。本文设计WSN与WCDMA网络互联的具体方案，提出以中间件技术进行WCDMA移动通信网络和无线传感器网络进行互联的具体方案，配置网络互联所需要的主要参数。本文利用无线传感器网络中间件技术实现WSN和WCDMA系统的互联，验证移动通信终端通过WCDMA移动通信网络来访问和控制无线传感器网络的功能。
二、网络互联方案的设计
本文中系统的组建主要包括WCDMA移动通信系统的组建和WSN实验系统的组建两部分。WCDMA移动通信系统采用WCDMA R4网络结构，利用中兴通讯公司的技术实现。WSN实验系统是基于奥尔斯公司OURS-IOTV2-EP平台组建的。WSN和WCDMA网络互联是通过中间件技术实现。
2.1 WCDMA移动通信系统的组成
本文采用WCDMA R4网络结构作为组建移动通信网络的模型。WCDMA R4网络结构主要由Node B、RNC、CS和PS等组成。CS域的功能实体主要包括移动媒体网关（MGW）和移动软交换中心（MSC）。PS域的功能实体主要包括SGSN和GGSN等设备。
基站（Node B）在RNC控制下完成射频信号的接收和发射，与移动终端进行通信，对信号进行调制解调和定位信息管理。RNC通过接口电路完成对基站的管理，RNC通过接口电路与核心网进行通信。RNC负责信道分配、信道切换、逻辑信道到传输信道的映射、信道传输格式设置。核心网由电路域（CS）和分组域（PS）构成。电路域（CS）主要完成用户的语音通信功能，包括话音业务、短信业务和视频通话。分组域（PS）主要管理用户访问互联网的业务。本文选择基站的型号是中兴通讯公司的ZXSDR B8200 +ZXWR R8840，RNC选用的型号是ZXWR-RNCV3，移动媒体网关型号是ZXWN MGW，移动软交换中心型号是ZXWN MSC，分组域的型号是ZXWN PS。
2.2 WSN实验系统的组成
该实验系统主要由硬件部分和软件部分组成。硬件设备包括8个无线通信模块、8个传感器模块、8个电源板模块、高性能嵌入式网关和其他配套设备。实验系统包含4个无线传感网通信节点和一个无线互联网解调器。
2.3通过WEB中间件实现网络互联
中间件是在操作系统（包含底层通讯协议）和多类分布式应用系统联系的单个应用中间件，中间件的主要功能是屏蔽软件系统的差异，实现对上层系统透明传输的功能，无线传感器网络的中间件软件制定需要遵守如下的标准：
A 由于节点的能源、运算、储存性能和通讯性能不足，因此WSN中间件需要的是较轻能耗程度的器件，且可以在功能和能源利用间实现均衡。
B 传感网环境比较复杂，因而中间件软件还需要供给优越的容错体制、自变化体制和自保护体制。
C 中间件软件的下层支持是多类软件节点和操作平台（如TinyOS、MANTIS OS、SOS等），因而中间件系统不用考虑下层的差异。
D中间件系统由不同的软件组成，为各种上层软件供给相同的、能够拓展的接口，进而进行应用的研制。
IOTService 是基于微软操作系统运行的，其功能主要是把不同的软件服务集成到一个系统中。其它的系统和终端通过不同的局域网和广域网与IOTService进行连接。IOTService的主要优点是为不同的用户提供统一的软件接口，可通过服务器/客户端的模式通信，也可以搭建 WebService，通过WebService 和 IOTService 进行通信，再进一步编写 B/S 架构的应用软件。整个系统结构如图1所示。由于WSN的中间件技术能够很好的在不同网络环境中运行，因此选取中间件技术作为WSN和WCDMA网络互联的方案。
2.4基于VPN技术实现网络安全互联
虽然WSN和WCDMA网络本身都有一些安全协议来保证信息在传输的过程中的安全性，但由于在实际应用中WSN与WCDMA进行互联时都要通过Internet，由于Internet对所用用户是开放的，因此信息经过Internet传输时容易受到黑客的攻击，所以研究WSN和WCDMA安全互联技术很重要。本文研究并實现了基于VPN技术进行网络安全互联的方案。
虚拟专用网（Virtual Private Network）是通过互联网等建立一种基于安全协议的网络连接，通过VPN建立起的网络连接是经过安全协议加密的，因此能够对要传输的数据进行加密，实现在开放的互联网中安全通信的目的。在VPN中，任意两个节点之间的连接并没有穿通专用的端到端物理链路，而是架构在公用网络平台上。VPN对用户端透明，用户使用一条专用线路进行通信。
三、实验过程
实验过程主要包括：（1）运行计算机中的中间件。（2）修改tcpser.ip和 tcpsbm.ip为中间件所在计算机的IP 地址。（3）修改tcpser.port 和 tcpsbm.port为无线传感网络数据 TCP 端口和管理中间件TCP 端口。（4）把jdbc.url中的DBQ部分修改为Access数据库的路径。（5）运行startup.bat批处理命令。（6）在WCDMA制式的移动终端浏览器中输入IP地址后，移动终端的屏幕上出现物联网管理界面，在这里可以完成相关模块的管理功能，实现无线传感器网络节点拓扑结构的显示和管理等功能。
四、结束语
本文完成以下研究工作：
1、组建以WCDMA R4为网络结构的移动通信系统，设计Node B、RNC和核心网的主要参数，实现移动通信终端通过WCDMA网络的语音和数据通信功能。
2、分析无线传感器网络与WCDMA移动通信网络互联的方案，选取中间件技术的互联方案。
3、设计基于VPN技术的网络互联方案，并验证该方案能够对WSN和WCDMA网络进行安全互联。
参 考 文 献
[1]孙卓. 异构无线网络中的接入选择机制研究. 北京邮电大学博士论文，2007.
[2]窦中兆，雷湘编著.WCDMA 系统原理与无线网络优化. 清华大学出版社，2009.
[3]3GPP， TS32.106-5， V3.2.0. Basic Configuration Management IRP： Information Model Version-1 （Release 1999）. 2001.
【关键词】 WCDMA技术 无线传感器网络 中间件
RESEARCH ON NETWORK INTERCONNECTION OF WSN AND WCDMA
Xu Zhiwei，Ni Jie，Wang Gang，Zhao Honglin，Ma Yongkui （Harbin Institute of Technology，Heilongjiang Harbin，150001）
Abstract：ON the background of WCDMA mobile communication system of ZTE and WSN system of OURS， the article designs the interconnection scheme and realizes its function through B/S structure. The article designs the interconnection scheme on middleware technology and realizes its function through WEB.
Keywords： WCDMA technology， wireless sensor network， middleware
一、 課题研究背景
WCDMA移动通信系统是哈尔滨工业大学通信工程系与中兴通讯公司共建的硕士生和本科生校内实践基地。实验室现有的WCDMA移动通信网络只具备基本的语音通信和数据通信功能，学生们不能充分体会到通过移动通信终端控制实际设备的功能，这样就会使学生缺少对系统的更全面的认识和兴趣。本文设计WSN与WCDMA网络互联的具体方案，提出以中间件技术进行WCDMA移动通信网络和无线传感器网络进行互联的具体方案，配置网络互联所需要的主要参数。本文利用无线传感器网络中间件技术实现WSN和WCDMA系统的互联，验证移动通信终端通过WCDMA移动通信网络来访问和控制无线传感器网络的功能。
二、网络互联方案的设计
本文中系统的组建主要包括WCDMA移动通信系统的组建和WSN实验系统的组建两部分。WCDMA移动通信系统采用WCDMA R4网络结构，利用中兴通讯公司的技术实现。WSN实验系统是基于奥尔斯公司OURS-IOTV2-EP平台组建的。WSN和WCDMA网络互联是通过中间件技术实现。
2.1 WCDMA移动通信系统的组成
本文采用WCDMA R4网络结构作为组建移动通信网络的模型。WCDMA R4网络结构主要由Node B、RNC、CS和PS等组成。CS域的功能实体主要包括移动媒体网关（MGW）和移动软交换中心（MSC）。PS域的功能实体主要包括SGSN和GGSN等设备。
基站（Node B）在RNC控制下完成射频信号的接收和发射，与移动终端进行通信，对信号进行调制解调和定位信息管理。RNC通过接口电路完成对基站的管理，RNC通过接口电路与核心网进行通信。RNC负责信道分配、信道切换、逻辑信道到传输信道的映射、信道传输格式设置。核心网由电路域（CS）和分组域（PS）构成。电路域（CS）主要完成用户的语音通信功能，包括话音业务、短信业务和视频通话。分组域（PS）主要管理用户访问互联网的业务。本文选择基站的型号是中兴通讯公司的ZXSDR B8200 +ZXWR R8840，RNC选用的型号是ZXWR-RNCV3，移动媒体网关型号是ZXWN MGW，移动软交换中心型号是ZXWN MSC，分组域的型号是ZXWN PS。
2.2 WSN实验系统的组成
该实验系统主要由硬件部分和软件部分组成。硬件设备包括8个无线通信模块、8个传感器模块、8个电源板模块、高性能嵌入式网关和其他配套设备。实验系统包含4个无线传感网通信节点和一个无线互联网解调器。
2.3通过WEB中间件实现网络互联
中间件是在操作系统（包含底层通讯协议）和多类分布式应用系统联系的单个应用中间件，中间件的主要功能是屏蔽软件系统的差异，实现对上层系统透明传输的功能，无线传感器网络的中间件软件制定需要遵守如下的标准：
A 由于节点的能源、运算、储存性能和通讯性能不足，因此WSN中间件需要的是较轻能耗程度的器件，且可以在功能和能源利用间实现均衡。
B 传感网环境比较复杂，因而中间件软件还需要供给优越的容错体制、自变化体制和自保护体制。
C 中间件软件的下层支持是多类软件节点和操作平台（如TinyOS、MANTIS OS、SOS等），因而中间件系统不用考虑下层的差异。
D中间件系统由不同的软件组成，为各种上层软件供给相同的、能够拓展的接口，进而进行应用的研制。
IOTService 是基于微软操作系统运行的，其功能主要是把不同的软件服务集成到一个系统中。其它的系统和终端通过不同的局域网和广域网与IOTService进行连接。IOTService的主要优点是为不同的用户提供统一的软件接口，可通过服务器/客户端的模式通信，也可以搭建 WebService，通过WebService 和 IOTService 进行通信，再进一步编写 B/S 架构的应用软件。整个系统结构如图1所示。由于WSN的中间件技术能够很好的在不同网络环境中运行，因此选取中间件技术作为WSN和WCDMA网络互联的方案。
2.4基于VPN技术实现网络安全互联
虽然WSN和WCDMA网络本身都有一些安全协议来保证信息在传输的过程中的安全性，但由于在实际应用中WSN与WCDMA进行互联时都要通过Internet，由于Internet对所用用户是开放的，因此信息经过Internet传输时容易受到黑客的攻击，所以研究WSN和WCDMA安全互联技术很重要。本文研究并實现了基于VPN技术进行网络安全互联的方案。
虚拟专用网（Virtual Private Network）是通过互联网等建立一种基于安全协议的网络连接，通过VPN建立起的网络连接是经过安全协议加密的，因此能够对要传输的数据进行加密，实现在开放的互联网中安全通信的目的。在VPN中，任意两个节点之间的连接并没有穿通专用的端到端物理链路，而是架构在公用网络平台上。VPN对用户端透明，用户使用一条专用线路进行通信。
三、实验过程
实验过程主要包括：（1）运行计算机中的中间件。（2）修改tcpser.ip和 tcpsbm.ip为中间件所在计算机的IP 地址。（3）修改tcpser.port 和 tcpsbm.port为无线传感网络数据 TCP 端口和管理中间件TCP 端口。（4）把jdbc.url中的DBQ部分修改为Access数据库的路径。（5）运行startup.bat批处理命令。（6）在WCDMA制式的移动终端浏览器中输入IP地址后，移动终端的屏幕上出现物联网管理界面，在这里可以完成相关模块的管理功能，实现无线传感器网络节点拓扑结构的显示和管理等功能。
四、结束语
本文完成以下研究工作：
1、组建以WCDMA R4为网络结构的移动通信系统，设计Node B、RNC和核心网的主要参数，实现移动通信终端通过WCDMA网络的语音和数据通信功能。
2、分析无线传感器网络与WCDMA移动通信网络互联的方案，选取中间件技术的互联方案。
3、设计基于VPN技术的网络互联方案，并验证该方案能够对WSN和WCDMA网络进行安全互联。
参 考 文 献
[1]孙卓. 异构无线网络中的接入选择机制研究. 北京邮电大学博士论文，2007.
[2]窦中兆，雷湘编著.WCDMA 系统原理与无线网络优化. 清华大学出版社，2009.
[3]3GPP， TS32.106-5， V3.2.0. Basic Configuration Management IRP： Information Model Version-1 （Release 1999）. 2001.