微环境检测平台通信协议的计算机设计与实现

随着近几年物联网的快速发展，在各个行业业务范围内都能够见到 WSN 的影子。针对各个环境场景监测的物联网平台陆续出现，但是现存物联网平台在各个行业中进行使用时，都要构建传感层和网络层，导致大量重复工作，增加了成本。并且单独针对各个场景的物联网系统[7]，都有着自己独立的信息收集、上报和存储方案，造成了各行业间数据交流不顺畅，以至于无法综合数据得出更为详细的分析，无法为使用者提供高水平的服务。为了完成对微小环境信息感知需求，收集各行业数据，解决各行业间数据孤岛问题，考量以往物联网系统在信息感知和上报过程中的难处，提出实现一款微环境监测平台。微环境监测平台统一设计传感层和传输层业务流程，用户可将工作重心放在应用层业务应用上。如此一来，企业便不用耗费过多资源进行传感层和网络层的搭建工作。由于微环境监测系统将提给各个行业来实现自己的业务，因此相比于之前单独针对某个行业的物联网系统，微环境监测系统需要考虑的问题也更多，如终端多样性、各种格式数据、网络需求不同、数据上报等难题，此外还要考虑数据的安全性和实时性、海量数据存储管理、数据分析展示问题等。但在大数据时代背景下，同样也带来了其他系统平台所没有的优势。数据中隐藏的信息和知识的价值是很高的，经过跨行业收集、共享、统一挖掘数据，能够挖掘出更多的、更全面的知识和信息。物联网行业才刚刚起步，仅有国外少量学者进行研究过，国内的相关研究更少。在此背景下，本文提出搭建这样一款环境监测系统是有一定意义的[8]。
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2.2   相关技术
微环境监测平台工作时底层将会收集上报大量数据，并且会因为新用户和底层采集设备的逐渐增加，实时数据和历史数据也会大量增加。因此，在采集网络构建、大数据接收、处理以及存储问题时，需要考虑使用多种技术进行解决。如下为平台搭建中用到的几个关键技术：
（1）  无线传感网   WSN 技术是由多个节点组成，这些节点都带有传感器、数据处理模块和通信组件。通过自组网的形式形成的一个动态网络，每个节点都可能由于能源消耗殆尽或其他的外部物理因素影响，随时退出当前网络，也可能由于需要而被中途加入网络，从而造成网络拓扑结构的变化。为了及时感知数据信息，要放置数以千万计的感知设备，甚至还多。感知设备中内置各种传感器，众多设备一起检测附近环境中的 CO2、光照、PM2.5 甚至次声波信号等与环境相关的数据，从而获取温度、湿度、酸碱度等很多对我们有意义和价值的信息，因此 WSN 是一个以数据信息为主的网络，而且不能单一的考虑单个传感器值，那样没有任何意义。WSN中的节点可以利用编号相互区别，因此要保证设备的编号是唯一的。由于传感器可能是通过无人机随机散布的，因此节点的编号不能是固定的但要是唯一的，这样传感器在退出网后，再加入网的时候编号可能就变了，也就是传感器的编号和实际的散布位置没有关系。用户要查看某个传感器设备的相关信息或者状态只需要将指令通过网关发送给整个网络，网络在获得指定指令信息后发送对应的设备，这种利用数据本身作为查询或者传输线索的想法更接近于人与人交流的习惯。
（2）  高并发数据处理接收技术   在微环境监测平台的设计中，服务端的处理性能是一个很关键的评价指标。为提高微环境监测平台服务端的性能，以防数据不能得到实时处理而造成数据拥堵，降低数据的复制和 IO 操作开销，本文利用线程池完成任务的处理工作。线程池会将需要处理的业务添加到任务队列中，接着再开启线程去处理这些业务。线程池的线程都用规定的堆栈大小，以一定的先后等级顺序运行。如果存在空闲的中断线程，那么线程池将开启另一个线程来使所有 CPU 保持不停歇状态，而要是所有线程始终处在工作状态，队列中还有任务为处理，则线程池就会开启额外的线程，但线程的个数始终不会越过设置的阙值[11]。线程池技术能有效减少多线程环境中资源的消耗，可以提高系统的处理能力。因此，为了尽可能的利用系统的资源，消除系统因开启和销毁线程而带来的不必要的资源销耗，现在的服务器程序中大量应用该技术，这是提高效率的一个主要途径，另外，其线程数是可以根据自己需求设置的，而且通过优化线程池进一步进可以提升数据接收处理性能[12] 。
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