網絡環境檢測匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇網絡環境檢測范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

隨著互聯網的發展，網絡技術廣泛應用于生活中，許多公共場所布設移動WiFi接入點，為人們獲取信息提供便捷條件。人們應用網絡服務時將個人信息、銀行賬戶等敏感數據存儲到網絡中，重要數據傳遞帶來安全隱患造成網絡安全問題突出。本文利用云計算技術對大數據下網絡異常流量進行檢測，并測試檢測效果。

1大數據下網絡異常流量檢測方法研究

光纖網絡利用光在玻璃纖維實現光波通信，大數據集成調度，然后通過交換機分配IP。光纖通信傳輸距離遠，云計算環境通過波分復用技術使光強度變化，通信中受到干擾導致通信信道配置失衡，需要對云計算光纖網絡大數據異常負載優化檢測，提高網絡通信的輸出保真性[1]。云計算光纖網絡中大數據異常負載檢測模型研究需要提取大數據負載異常特征，實現異常負載檢測。

2網絡異常數據檢測大數據分析平臺

網絡異常流量分為DDoS、NetworkScan等類型，異常流量類型可從目的IP地址、源IP地址、字節數等特征區分[2]。DDos異常流量可通過特征二四五七檢測；NetworkScan異常流量可采用多個網絡地址對主機端口掃描動作；FlashCrowd異常流量由異常用戶對訪問資源申請動作。本文以影響網絡安全異常流量檢測為研究內容，運用現有數據樣本對建立檢測模型訓練，對訓練后識別分析模型檢驗[3]。研究異常流量類型包括U2R攻擊類型、Probing攻擊類型等，需要對數據特征提取分析，對入侵事件進行分類[4]。應用多種入侵事件特征數據，包括離散不間斷協議、離散常規行為、離散接點狀態、不間斷數據源到目標數據比特數、持續創建新文件個數等。為避免兩種衡量標準相互干擾，需對離散數據采用連續化操作。云計算平臺迅速占領市場，目前應用廣泛的是Apache開源分布式平臺Hadoop，Hadoop云計算平臺由文件系統、分布式并行計算等部分組成[5]。MapReduce將傳統數據處理任務分為多個任務，提高計算效率（見圖1）。MapReduce編程核心內容是對Map函數進行特定動作定義，Map核心任務是對數據值讀取，InputFormat類將輸入樣本轉換為key/value對。發現tasktracker模塊處于空閑狀態，平臺把相應數據Split分配到Map動作中，采用createRecordReader法讀取數據信息，tasktracker處于工作狀態程序進入等待。

3大數據分析模型

隨著待處理數據規模劇增，單臺計算機處理數據速度過于緩慢，云計算系統以Hadoop為平臺基礎，提高計算效率?；贖adoop平臺對網絡異常流量操作，向平臺提交網絡流量檢測請求，工程JAR包運行，通過JobClient指令把作業發送到JobTracker中，從HDFS中獲取作業分類情況。JobTracker模塊執行任務初始化操作，運用作業調度器可實現對任務調度動作。任務分配后進入Map階段，所需數據在本地磁盤中進行存儲，依靠計算機Java虛擬機執行實現JAR文件加載，TaskTracker對作業任務處理，需要對文件庫網絡流量特征測試，Map動作結果在本地計算機磁盤中存儲。系統獲得Map動作階段計算結果后對網絡流量分類，中間結果鍵值相同會與對應網絡流量特征向量整合，ReduceTask模塊對MapTask輸出結果排序。Reduce動作完成后，操作者通過JobTracker模塊獲取任務運行結果參數，刪除Map動作產生相應中間數據。BP神經網絡用于建立網絡流量檢測模型，MapReduce平臺具有高效計算優勢，最優參數結果獲得需多次反復計算優化，MapReduce平臺單詞不能實現神經網絡計算任務，采用BP神經網絡算法建立網絡流量檢測模型會加長計算時間。本文采用支持向量機算法建立網絡流量檢測模型。支持向量機以統計學理論為基礎，達到經驗風險最小目的，算法可實現從少數樣本中獲得最優統計規律。設定使用向量機泛化能力訓練樣本為（xi,yi），i=1，2，…，I，最優分類平面為wx+b=0，簡化為s.t.yi（w?xi+b）-1≥0，求解問題最優決策函數f(x)=sgn[∑i=1lyiai(x?xi)+b]，支持向量SVM把樣本x轉化到特定高維空間H，對應最優決策函數處理為f(x)=sgn[∑i=1lyiaiK(x?xi)+b]。云計算Hadoop平臺為建立網絡異常流量檢測模型提供便捷。MapReduce模型通過Reduce獲得整體支持向量AIISVs，通過Reduce操作對SVs收集，測試操作流量先運用Map操作對測試數據子集計算，運用Reduce操作對分量結果Rs統計。

4仿真實驗分析

為測試實現云計算光纖網絡大數據異常負載檢測應用性能，采用MATLAB7進行負載檢測算法設計進行云計算光纖網絡中大數據異常負載檢測，數據樣本長度為1024，網絡傳輸信道均衡器階數為24，迭代步長為0.01。采用時頻分析法提取異常負載統計特征量進行大數據異常負載檢測，重疊干擾得到有效抑制。采用不同方法進行負載異常檢測，隨著干擾信噪比增大，檢測的準確性提高。所以設計的方法可以有效檢測大數據中異常負載，并且輸出誤碼率比傳統方法降低。單機網絡異常流量檢測平臺使用相同配置計算機，調取實測數據為檢驗訓練源數據，選取典型異常流量200條數據樣本用于測試訓練。采用反饋率參量衡量方法好壞，表達式為precision=TP/FP+FN×100%，其中，FN為未識別動作A特征樣本數量；TP為準確識別動作A特征樣本數量；FP為錯誤識別動作A特征樣本數量。提出檢測方法平均準確率提高17.08%，具有較好檢測性能。對提出網絡異常流量檢測方法進行檢測耗時對比，使用提出網絡異常流量檢測方法耗時為常規方法的8.81%，由于使用檢測方法建立在大數據云計算平臺，將檢測任務分配給多個子任務計算平臺。使用KDDCUP99集中的數據進行網絡異常流量檢測分析，選取R2L攻擊，Probing攻擊異常流量數據用于檢測分析，采用準確率參數衡量檢測方法宏觀評價網絡流量檢測識別方法：r=TP/FP+FN×100%。使用單機平臺下SVM算法建立網絡異常檢測模型對比分析，本文研究檢測模型平均識別率為68.5%，研究網絡異常流量檢測模型檢測準確率提高28.3%。多次試驗對比檢測耗時，使用本文提出網絡異常流量檢測耗時較短。

【參考文獻】

[1]林昕，呂峰，姜亞光，等.網絡異常流量智能感知模型構建[J].工業技術創新，2021（3）：7-14.

[2]武海龍，武海艷.云計算光纖網絡中大數據異常負載檢測模型[J].激光雜志，2019（6）：207-211.

[3]農婷.大數據環境下的網絡流量異常檢測研究[J].科技風，2019（17）：84.

篇（2）

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Research of Network Intrusion Detection System Based on IPv6 Environment

ZHANG Jun,ZHONG Le-hai

(College of Computer Science, China West Normal University,Nanchong 637002,China)

Abstract: IPv6 will be the core technology in the next generation Internet. Therefore, the study on intrusion detection system in IPv6 is closely linked with the next generation Internet .After analyzing the fundamentals of network security system today and the primary characteristics of IPv6,a framework of intrusion detection system in IPv6 was put forward. A pattern matching by using improved KMP, and using Honeypot technology.

Key words:IPv6;network intrusion detection;pattern matching;Honeypot technology

1 引言

防火墻作為一種邊界安全設施能比較有效地保護網絡內部的非法訪問。由于傳統防火墻所暴露出來的不足和弱點，引發了人們對入侵檢測系統（IDS）技術的研究和開發。入侵檢測系統為網絡安全提供實時的入侵檢測及采取相應的防護手段。隨著下一代網絡的發展，IPv6提供了較好的安全體系結構，IPv6安全機制的引進，增強了網絡層的安全性。同時，IPv6安全機制的應用對現有的網絡安全體系也提出了新的要求和挑戰。由于入侵手法層出不窮，入侵檢測系統很難檢測到新的入侵行為，蜜罐技術的引入能夠很好的解決這一問題。

入侵檢測是指通過對行為、安全日志或審計數據或其它網絡上可以獲得的信息進行操作，檢測到系統的闖入或闖入的企圖。入侵檢測技術，它是一種主動保護自己免受黑客攻擊的新型網絡安全技術，進行入侵檢測的軟件與硬件的組合便是入侵檢測系統[1]。

Spitzner認為，蜜罐是一個信息系統資源，其價值就在于它的資源被未授權或非法使用。蜜罐系統通過偽裝成帶有漏洞的真實系統來吸引黑客進入，并記錄黑客在其中的活動。我們通過分析蜜罐記錄的數據就可以很輕松的了解到黑客的動向及其使用的新方法等信息。本文引入蜜罐技術是為了記錄黑客行為，提取出入侵規則，把新的入侵規則添加到入侵檢測系統的規則庫中，從而使入侵檢測系統能夠檢測出新的入侵行為。

由于IPSec作為IPv6的下一代互聯網的必選協議，它從協議上保證了數據傳輸的安全性。該協議定義了認證報頭和封裝安全載荷報頭，實現了基于網絡層的身份認證，確保了數據包的完整性和機密性，在一定程度上實現了網絡層安全[2]。由于在IPv6環境下網絡的安全問題仍然突出，入侵檢測系統作為一種有效的網絡安全工具，它依然在IPv6環境下發揮著重要作用。

2 IPv6網絡入侵檢測系統結構

入侵檢測系統廣泛采用成熟的模式匹配技術，針對IPv6的特點，本系統采用將協議分析技術與規則

匹配技術相結合的IPv6網絡入侵檢測系統框架，使用改進的KMP算法來檢測入侵行為。IPv6網絡入侵檢

基金項目：四川省科技攻關資助項目（No:05GG009-018）

作者簡介：張?。?981-），女，河南洛陽人，西華師范大學計算機學院計算機應用技術專業碩士研究生，研究方向：基于網絡的計算機應用；鐘樂海（1963-），男，四川廣安人，博士，西華師范大學計算機學院教授，碩士導師，研究方向：計算機網絡應用技術及信息安全技術

測的基本思想是：捕獲目標地址屬于受保護網絡的數據包，送往協議分析模塊，通過具體協議字段分層次協議，送往相應協議解析器，分析數據包的數據部分，再根據特征庫中的模式進行模式匹配，判斷該數據包是否有入侵企圖，最后由響應模塊對該數據包做出相應的響應[3]，IPv6網絡入侵檢測系統結構如圖1所示。

圖1 IPv6網絡入侵檢測系統結構圖

2.1 數據采集模塊

數據采集模塊是底層模塊，它是網絡入侵檢測系統的基本組成部分，是實現整個入侵檢測系統的基礎。該模塊按一定的規則從網絡上獲取與安全事件相關的數據包，然后傳遞給協議解析模塊解析處理，為整個系統提供數據來源。

基于IPv6的網絡入侵檢測系統采用專門為數據監聽應用程序設計的庫文件WinPacp來實現包捕獲模塊，這樣可以不了解網絡的數據鏈路層細節。

WinPacp是基于BSD系統內核提供的BPF設計的，利用BPF的信息過濾機制可以去掉用戶不關心的數據包，從而提高系統的工作效率[4]。

2.2 中層模塊

中層模塊是IPv6網絡入侵檢測系統的核心，它由協議解碼模塊和規則匹配模塊組成。協議解碼模塊是對捕獲的數據包進行協議解碼，解析成協議數據的格式，并分辨各個協議的頭部和負載，進一步分析出頭部中的各個字段；規則匹配模塊對協議解析模塊提交的數據進行匹配算法和規則庫中的規則進行比較分析，從而判斷是否有入侵行為。

2.3 高層模塊

高層模塊包括響應模塊和界面管理模塊。當入侵檢測系統發現系統有入侵事件發生時，就要讓系統管理員等相關安全人員指導已經有安全問題發生，并需要采取相應的響應措施。響應模塊主要功能是對經過檢測的數據包執行具體的響應，是入侵檢測系統不可缺少的一部分。

從響應的方式上分，入侵檢測系統的響應可分為主動響應和被動響應，本文采用主動響應和被動響應向結合的方式來對入侵行為做出響應。

篇（3）

基于網絡環境的教學設計是指合理安排網絡學習環境中的各種要素，組織學習者自主學習、自我建構知識的教學控制與管理過程。以《傳感器與檢測技術》為例，該課程是電子信息、電氣、測控、自動化等專業的技術基礎課程，同時也是成人教育、開放教育電氣類、機電類及工程技術類專業學生必修的一門專業技能課，是一門實踐性、綜合性和應用性很強的課程[1]。通過該課程的學習和實訓項目訓練，使學生了解和掌握各類傳感器的結構特點、工作原理及測量電路，建立非電量與電量的轉換思想，從而檢測相關物理量。并且目前該課程的高職教育和成人教育都采用項目教學法，所學內容直接面向工程實際，因此學好這門課程即為就業增加了一個重要砝碼。

2 研究內容

2.1教學模式研究

現有的理論教學是以教師講解為主導的教學模式[2]；實驗教學以驗證性實驗為主，學生看不見傳感器的敏感元件，也不進行傳感器檢測電路的設計，更談不上形成傳感器產品[3]；考核方法也存在較大的弊端，主要以試卷得分評定成績。這種教學方法存在著明顯的不足，不能有效地激發學生的學習熱情和創新意識。

基于網絡環境下的《傳感器與檢測技術》課程教學設計是在傳統課程中的教學設計基礎上進行發展，它繼承了傳統教學設計的很多特點，但在網絡教學中，完全照搬弊端凸顯的傳統教學設計模式顯然是行不通的。因此有必要對網絡環境下課程教學模式進行設計研究。

本文針對以上問題，在設計教學模式和網絡教學資源時結合當下熱門的項目教學法，同時結合工程學科特點，體現出“職業技能性”[4]，從而讓本門課程的學習者在網絡環境學習中得到理論和實踐的雙重鍛煉，增強實際動手能力，提高職業競爭力。

2.2程教學設計的理論依據研究

網絡環境下教學設計與傳統學習環境的教學理論依據有所不同，傳統學習環境下教學設計的理論依據主要有傳播理論、學習理論和教學理論或者是一般系統理論、傳播理論、學習理論和教學理論。網絡環境下教學設計在遵循這些理論的同時，還應關注基于網絡環境的理論，這些理論對于網絡環境下教學設計具有非常重要的影響。

2.3教學設計主要構成要素研究

教學設計中的主要構成要素一般包括學生、教師、交互學習方式、學習目標、學習內容、學習情境、學習資源、學習策略、學習評價等。因網絡環境不同于一般傳統環境，具有開放性、綜合性、及時性等特點，其網絡環境下教學設計的主要構成要素也不一樣，而在教學設計中，對主要構成因素進行合理安排是獲取良好的教學效果的保證。教學實施中如果安排不當可能會導致教學效果低下，尤其在目前網絡學習環境發展還不成熟的時候，更應該對各要素進行合理規劃。

3.資源的主要特色

與傳統的教學相比，網絡環境下的教學對象主要是各單位、企事業的在職人員，其工作和學習矛盾突出，沒有老師的敦促和指導。因此要學習掌握該課程，必須更加強調學習者的自主學習的基礎上對教學過程的安排。本項目在完成網絡教學資源時，除了合理設計教學模式之外，還建立了豐富的交互式動畫實驗，以激發學生自主學習的積極性。 本次研究的資源建設集中體現了電大的“技能型”和高職的“開放性”，并且資源建設結合工科特點，對實訓進行教學重點設計。

篇（4）

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）03?0012?03

Research on IOT equipment environmental monitoring technology

based on neural network

PAN Xiang

（Department of Computer， Guangxi Cadres University of Economic and Management， Nanning 530007， China）

Abstract： The parameters of smog， water logging， temperature and humidity in the equipment working environment are collected and processed by means of the related technical methods based on Internet of Things （IOT）， and analyzed by means of BP neural network to evaluate the equipment working environment. The simulation results show that the method proposed in this paper can monitor the environmental parameters effectively and issue an early warning according to the parameters， and let the system users understand the status of the current environment explicitly.

Keywords： IOT； BP neural network； environmental parameter monitoring； equipment environment

0 引 言

各種電子設備所處的環境對其工作性能和使用壽命有著重要的影響，所以目前人們開始越來越多的對設備工作環境進行監測。對設備環境進行有效的監測，一方面必須利用各種傳感器技術對溫度、濕度等環境參數進行準確及時的獲取和處理；另一方面，必須構建一個有效的分析監測模型，能夠對這些復雜的參數綜合表征的環境狀態進行評價和判斷。而這兩個方面都涉及許多技術難點，因此，本文參照目前比較新的研究思路，引入物聯網的相關技術和方法對溫度等四個環境因素進行準確的采集和處理，再利用BP神經網絡技術對獲得的數據進行分析，以判斷目前環境的情況，該方法具有實現簡單，監測準確率高的優點。

1 物聯網

1.1 物聯網的結構

物聯網是伴隨著計算C和互聯網技術的發展而出現的一個全新概念。它一般指采用多種智能傳感設備，諸如各種傳感器、射頻識別技術、GPS、激光或紅外探測器等各種裝置，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，與互聯網結合形成的一個巨大網絡，以進行信息交換和通信[1]。 一個完整的物聯網一般由感知層、網絡層和應用層組成，如圖1所示。

其中，感知層網絡的主要作用是對實體信息的感知，信息的采集和智能識別等功能；網絡層是人與人之間、人與物之間和物與物之間通信的傳輸媒介，主要向應用層提供安全可靠的傳輸機制；應用層的主要功能就是對網絡層傳輸的海量數據進行存儲、分析和智能處理等，根據不同的應用需求對數據進行處理[2]。

1.2 基于物聯網的設備環境監測原理

為了對設備的運行環境狀況進行實時監測，以使相關人員能夠清楚地了解到目前環境的狀況。本文通過物聯網，利用IPv6等無線通信技術，將各種傳感器、路由網絡和神經網絡系統等進行連接，從而實現對溫度、煙霧、水浸等環境參數的實時監測。

本文設計的監測物聯網主要由感知層的18個無線傳感器和應用層的BP神經網絡監測分析系統組成。在底層，各種不同的傳感器采集到的數據通過IPv6組成的無線網絡通過各自的路由器發送至無線網關，無線網關通過交換機與服務器相連，服務器接收到數據后，會利用構建好的BP神經網絡模型對這些數據進行整理分析，以判斷環境所處的具體狀態。

2 BP神經網絡

2.1 BP神經網絡的原理

BP神經網絡是一種前饋型誤差修正網絡，它通過不斷調整各個單元層之間的網絡權值和閾值實現網絡的訓練。BP神經網絡主要運行由信號的正向傳播和誤差的逆向傳播兩個過程組成，通過不斷地權重調整，可以實現網絡誤差的不斷縮小。

2.2 原始數據的獲得

位于底層的傳感器網絡一共包含4個路由器（含網卡）和18個無線傳感器（含3個水浸傳感器、4個煙霧傳感器、6個溫度傳感器和5個濕度傳感器）。通過傳感器和路由器組建傳感器的物聯網絡實現對環境信息的獲取，并上傳至數據處理中心。將各個類型傳感器收集到的數據分別進行加權平均，由于水浸和煙霧為簡單的“是否”問題，因此用0和1表示，結果如表1所示。

2.3 定義輸入和輸出樣本數據

定義輸入樣本數據，從表1的20組數據中選擇10組作為輸入樣本，在Matlab命令空間中輸入歸一后的數據，歸一化按照式（1）進行：

[yi=xi-minximaxxi-minxi， i=1，2…，n] （1）

本文直接調用Matlab軟件中的premnmx函數進行歸一化運算，經過歸一化后的評價指標[yi]在[0，1]之間。為了簡化仿真模型，特對輸出狀態進行編碼，模型輸出為評價環境的優、良、中、差、危險5種狀態，定義期望輸出向量如表2所示。

2.4 構建BP神經網絡模型

本文采用含一個隱藏層的神經網絡結構進行分析，由于輸入單元為4，輸出單元為5，根據經驗公式可選隱含層單元數為1～10之間的整數，采用試湊法得到了隱含層神經元與均方平均值（MSE）的曲線關系，如圖2所示。其中隱層神經元數目為9時，得到的MSE值最小為14，所以確定的隱含層神經元數為9。

2.5 BP神經網絡模型的訓練

在Matlab中代入這8組樣本向量對構建的網絡進行訓練，期望誤差設為10?6，訓練過程中，BP神經網絡誤差的變化形式如圖3所示。

由圖3可知，當訓練經過58次迭代之后，達到了滿意的誤差期望。獲得理想的神經網絡模型后，在剩余樣本中選擇8組數據對該BP神經網絡進行檢驗測試實驗，輸入主代碼：result_test=sim（net，ptest）[′]。

在Matlab中輸入表1中的所有數據，經過整理的結果如表4所示。

由表4可以看到，表中字體加深的數據，即第2組環境狀態為中，第四組環境狀態為良的檢測數據分別誤判為良和中。為了提高模型的檢測精度，將這兩組作為訓練樣本加入訓練集中，重新對網絡進行訓練，圖4是新構建的神經網絡訓練時使誤差下降的情況。

由圖4可知，增加這兩組數據后，模型的收斂速度獲得了提升，達到相同精度，僅需要33步即可收斂，表5是用剩下的8組數據進行檢測的仿真結果。

由表5可以看到，經過2次訓練后，本文構建的神經網絡對樣本的判斷結果均正確，對環境具有較好的監測功能。

3 結 論

本文主要研究了基于物聯網的設備環境監測方法，構建了能夠根據煙霧、水浸、溫度和濕度等環境參數準確判斷環境狀態的BP神經網絡模型。在仿真過程中發現將第一次訓練的錯誤數據代入原模型作為訓練樣本，并進行兩次訓練可以大大提高神經網絡模型的精度。系統可在環境參數出現異常狀況前告知使用者，從而避免事故發生，具有較大的實用意義。

參考文獻

[1] 劉飛.物聯網的應用分析研究[J].電子技術，2013（1）：12?18.

[2] 鄭偉.一N基于BP 神經網絡技術的物聯網監控預警系統設計與實現[D].北京：北京工業大學，2015.

[3] 王億之.神經網絡算法在物聯網中的應用研究[J].計算機應用研究，2015（3）：128?132.

篇（5）

2數據采集功能

無線傳感器模塊是養殖環境監測系統的基礎，在養殖池適當的區域安放溫度、溶解氧、pH值及光照數據的無線傳感器網絡節點，準確采集水產養殖環境的數據信息。無線傳感器模塊的設計框圖如圖2所示。圖中包括傳感器、處理器、通信功能以及電源4個子模塊。由于實際要求的差異，無線傳感器模塊4個子模塊的硬件構成不盡相同，然而各子模塊的功能基本相同。傳感器子模塊實現養殖環境的數據采集功能，并將采集到的信息轉換成處理器可以識別的信息；處理器子模塊調節整個無線傳感器模塊的工作狀態，完成對自身采集信息和來自其他模塊數據的處理，并實現與其他模塊間的信息交流；通信功能子模塊完成與其他模塊間的信息通信以及收發采集到的數據；電源子模塊主要負責提供模塊正常工作需要的能量，一般使用微型電池。本文選用Ateml公司生產的AVR系列高性能、低功耗8位單片機ATmega128L，該芯片是一顆真正的系統芯片；在芯片內部集成了128KB的可編程閃存，具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區進而通過片內的啟動程序實現系統內編程，同時，其電壓工作范圍為2．7～5．5V。傳感器采集到的數據信息通過AT－mega128L進行AD轉換為數字信號，由無線通信模塊負責將得到的數字信號輸出。

3信息通信功能

3．1無線傳感器網絡

無線傳感器網絡的拓撲結構采用星網結合，各個采集點單獨形成局部的無線傳感器網絡，通過中繼節點將局部網絡傳出的數據匯聚傳送到信息中心。各個采集點的無線傳感器網絡中都布置了傳感器，這些傳感器負責完成養殖環境的信息檢測，即對池水溫度、溶解氧濃度、pH值以及光照強度的信息采集。傳感器采集到原始信號后，只有將模擬信號轉換為數字信號才能通過無線網絡進行傳輸，轉換過程需要模擬信號放大器、A／D轉換器、信號處理器等。傳感器節點通過自組織功能將采集到的數據以單跳或者多跳的形式發送給中繼節點。

3．2Wi－Fi傳輸

通常架設無線網絡的基本配備是無線網卡及一臺AP，足以實現無線模式，架設費用和復雜程度遠遠低于傳統的有線網絡。中繼節點匯集到信息后通過Wi－Fi無線網絡傳輸到信息處理中心，通過Wi－Fi接入點實現無線傳感網之間的信息通信以及數據處理功能，Wi－Fi接入點既有普通站點的特點，同時可以實現接入到分配系統的功能。

4信息處理中心

4．1數據庫管理

應用軟件使用ADO設計連接ORACLE，具有采集信息的存檔、當前或者歷史信息的檢索功能，實現對采集點采集到的數據的處理與存儲。ADO設計開發中采用了較多的Command對象，同時采用ANSISQL語句實現對數據庫的控制。鑒于實際操作中數據庫中需要存檔的數據量較大，因此數據的訪問能力非常重要。而Command類的重復應用性比較好，可以把數據庫的細節封入SQL里，當數據鏈表的內容改變時，可以只改正SQL語句就可以保證應用程序架構的穩定性。

4．2監控系統

為提高養殖人員對養殖環境的監視效率，本系統提供了良好的人機交互模塊，含有信息實時顯示、數據的歷史查詢模塊、巡檢人員的路徑顯示模塊等功能。

篇（6）

中圖分類號：P185.16 文獻標識碼：A 文章編號：

環境問題已經成為了我國甚至是全球都非常重視的問題，也是我國現代化建設的重要問題之一。在經濟高速發展的同時，我們也非常重視環境污染的防治和對生態環境的保護，把環境保護納入國家、地方的發展之中。

環境監測是環境科學的一個重要分支，是在環境分析的基礎上發展起來的一門學科。環境監測是運用各種分析、測試手段，對影響環境質量的代表值進行測定，取得反映環境質量或環境污染程度的各項數據的過程。環境監測的目的是運用監測數據來表示環境質量受損程度，進而來探討污染的起因和變化趨勢。因此，可以將環境監測比喻為環境保護工作的“耳目”。環境監測在人類防治環境污染，解決現存的或潛在的環境問題，改善生活環境和生態環境，協調人類和環境的關系，最終實現人類的可持續發展的活動中，起著舉足輕重的作用。

一、環境監測技術概述

環境監測是環境科學和環境工程的一個重要組成部分。環境監測是以環境分析為基礎，研究環境質量的變化和描述環境狀態與演化、科學預報環境質量的發展趨勢。

環境監測是運行現代科學方法，對人類賴以生存的環境質量進行定量描述，同時盡可能靈敏并及時搜集環境質量變化的信息和對人體健康有無異常影響的信息，在分析、評價這些資料的基礎上盡早地采取具體有效的行動，以保護人類正常生存與發展的一個體系。環境監測的過程一般為：現場調查監測計劃設計優化布點樣品采集運送保存分析測試數據處理綜合評價等。

（一）環境監測發展現狀

環境監測技術的發展受兩方面因素的影響：一是由于人類社會面臨的環境問題日益復雜和嚴重，對環境監測不斷提出新的要求；二是隨著科學技術的進步，環境監測技術不斷得到迅速發展。這兩方面的因素導致環境監測的概念不斷深化，監測范圍不斷擴大。

（二）環境監測的目的

環境監測的目的是準確、及時、全面地反映環境質量現狀及發展趨勢，為環境管理、污染源控制、環境規劃提供科學依據。具體有以下幾個方面：對污染物及其濃度（強度）作時間和空間方面的追蹤，掌握污染物的來源、擴散、遷移、反應、轉化，了解污染物對環境質量的影響程度，并在此基礎上，對環境污染作出預測、預報和預防；了解和評價環境質量的過去、現在和將來，掌握其變化規律；收集環境背景數據、積累長期監測資料，為制訂和修訂各類環境標準、實施總量控制、目標管理提供依據；實施準確可靠的污染監測，為環境執法部門提供執法依據；在深入廣泛開展環境監測的同時，結合環境狀況的改變和監測理論及技術的發展，不斷改革和更新監測方法與手段，為實現環境保護和可持續發展提供可靠的技術保障。

（三）環境監測對象

環境監測按監測介質對象劃分，可分為大氣污染監測、水質污染監測、土壤和固體廢棄物監測、生物污染監測、生態監測、噪聲振動污染監測、放射性污染監測、電磁輻射監測、熱污染控制監測等。下面對大氣污染監測、水質污染監測、土壤和固體廢棄物監測等作簡要的介紹。

1．大氣污染監測。大氣污染監測是監測和檢測大氣中的污染物及其含量，目前已認識的大氣污染物有100多種，這些污染物以分子和粒子兩種形式存在于大氣中。分子狀污污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳 ，總氧化劑，鹵化氫以及碳氫化合物染物 粒子狀的監測項目主要有總懸浮顆粒物、可吸入顆粒物等。粒子狀污染 物的監測項目有然降塵量及塵粒的化學組成等。大氣污染的濃度與氣象條件有著密切的關系，在監測大氣污染的同時還需測定風向、風速、氣溫、氣壓等氣象參數。

2．水質污染監測。水質污染的監測對象包括未被污染和已受污染的天然水（江、河、湖、海、地下水）、各種各樣的工業廢水和生活污水等。主要監測項目大體可分為兩類，一類是反映水質污染的綜合指標，如溫度、色度、濁度、pH值、電導率、懸浮物、溶解氧、化學耗氧量和生化需氧量等;另一類是一些有毒物質，如酚、氰、砷、鉛、鉻、鎘、汞、鎳和有機農藥、苯并芘等。除上述監測項目外，還應測定水體的流速和流量。

二、環境監測網絡

環境監測工作是綜合性科學技術工作與執法管理工作的有機結合體。環境監測網絡既具有收集、傳輸質量信息的功能，又具有組織管理功能。目前，國內外關于監測網絡的建立大致有兩種類型。一是要素型，即按不同環境要素來建立監測網絡，如美國國家環保局的監測網絡即為此種類型。美國國家環保局設有三個國家級監測實驗室（大氣監測研究中心，水質監測研究中心，噪聲、放射性、固體廢棄物及新技術研究中心），分別負責全國各環境要素的監測技術、數據收集處理工作；二是管理型，即按行政管理體系建立網絡，我國環境保護系統的監測網絡即為此種類型。監測站按行政層次設立，測點由地方環保部門控制。我國的環境監測網絡主要有以下兩種形式：“要素型”監測網絡和“管理型”監測網絡，具體如圖1和圖2所示:

圖1“要素型”監測網絡

圖2“管理型”監測網絡

三、結語

為了國家和省環境監測管理機構履行統一、高效的環境監測行政監督和質量管理職能，國家和區域環境監測質量管理與技術中心加強質量控制技術支持、技術指導和考核評估，各級、各類環境監測機構建立科學的、系統的、全過程的環境監測質量控制程序，從而構建起科學化、系統化、規范化的環境監測質量管理體系，克服我國現有質量管理的不足，保障環境監測數據的準確和可靠，適應科學化、信息化、定量化、法制化的環境管理需求。

參考文獻

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任何事物都存在兩面性,互聯網技術也不例外,其也存在自己的弊端,網絡環境下計算機硬件面臨更多的風險,更容易遭到黑客的攻擊和病毒的入侵,更容易被別人竊取數據。如何在網絡環境下保障計算機硬件的安全一直以來都是一個人們的話題,也有很多研究人員致力于這方面的研究,并且取得了一定的成效,在今后的發展過程中還應該加大在這方面的投入力度。

1 網絡環境下計算機硬件面臨的風險分析

網絡環境下,計算機面臨的環境非常復雜,十分容易受到破壞,特別是CPU、電腦內存、硬盤和路由器硬件設備容易出現問題。計算機的硬件的安全與其處于的網絡環境和物理環境都有很大的關系,如果計算機連入的互聯網存在各種各樣的病毒以及其它的安全隱患,那么計算機硬件的安全將沒有任何保障。此外計算機所處的物理環境也會給計算機的硬件安全帶來重要的影響,特別是其所處環境的濕度、溫度、電磁場等因素,都會影響計算機的正常運行。環境溫度過高容易使 CPU燒壞,濕度過大容易使空氣中的塵埃聚集在電路板上使電路板受到損害無法正常工作,計算機所處環境中的電磁場太強也會對計算機的硬件工作產生影響,嚴重時還可能會使計算機系統癱瘓。因此網絡環境下,計算機硬件面臨的風險是多種多樣的,必須加強對其的日常維護管理、提高硬件安全性能,才能保證計算機在網絡環境下能夠安全穩定的運行。

2 計算機硬件安全維護的原則簡介

計算機的安全維護時一件十分復雜的工作,也極具技術含量,在進行計算機硬件安全維護工作時一定要遵循相關的原則,只有如此才能達到事半功倍的效果。

2.1 由外到內原則

在進行計算機安全檢測時,應該從最常出現問題的外部硬件開始,只有在排除了外部硬件問題之后再進行內部硬件的檢測,這就是常說的由內到外的原則。由內到外的原則可以有效的提高硬件檢修工作的工作效率,減少維修人員的工作量。

2.2 由靜到動原則

由靜到動的原則要求在計算機硬件檢測的過程中先進行斷電檢測,也就是靜態檢測,然后在進行帶電檢測,也就是所謂的動態檢測。如果靜態檢測就能發現計算機硬件中存在的問題,那么就沒有必要再進行動態檢測了,因為與靜態檢測相比動態檢測更能發現計算機硬件中存在的問題,但是其對檢測人員也有更高的技術要求,如果操作不當還可能會給硬件帶來額外的損傷。

2.3 由簡到繁原則

計算機硬件出現的很多問題都是由于簡單問題造成的,例如散熱扇接觸不良、內存卡出現松動、主板灰塵太多等問題。簡單問題也可能對計算機硬件設備的正常運行產生巨大的影響,因此在進行硬件維修工作時應該遵循由簡到繁的原則,絕對不能剛開始就對計算機硬件進行一頓亂拆,那反而會使問題越來越復雜,不利于找到問題的根源。

3 網絡環境下計算機硬件安全保障策略探討

3.1 采用安全處理器

處理器被稱為計算機的“大腦”,在計算機正常運行的過程中起著決定性的作用,一旦處理器出現問題,整個計算機系統機會癱瘓,由此可見計算機硬件安全保障的首要工作就是保障處理器的安全運行。安全處理器可以對系統程序發出的各種加密指令進行加密并且進行執行,可以保證解密之后的指令程序不會遭到泄露。在網絡環境下,處理器容易遭到各種病毒的入侵,容易被非授權的用戶竊取計算機上的相關信息和篡改計算機程序,采用安全處理器可以有效的防止外界人員入侵計算機的機密文件,使得計算機的安全性能得到了巨大的改善。

3.2 隔離內存區域

內存是計算機硬件系統的一個主要組成部分,將計算機的一部分內存進行隔離,能夠在該隔離區域形成與外界安全隔離、存儲敏感數據的內存區域地帶,更能有效的重要數據進行加密保護。一般來說存儲在隔離區內的數據信息只能夠被所屬的程序訪問,其它程序根本就無權對其發起訪問,這能有效的規避網絡環境下的數據竊取,因為計算機的其它外界設備無權訪問這些數據,也就沒有辦法調出該隔離區域存儲的數據,因此為計算機的穩定運行增加了一層保障。

3.3 對數據總線進行加密

對數據總線進行加密可以使硬件的安全性能得到巨大的提高,因為其是利用密鑰對系統應用程序和普通的數據信息進行加密,這提高了破解的難度,但其技術要求較高、加密成本也較高,這是其沒有得到廣泛運用的主要原因。目前來說,數據總線加密主要還是用在一些安全級別較高的計算系統中,例如軍用計算機系統、自動提款機設備等。此外,數據總線加密只有在一臺計算機處理器與另一臺計算機處理器進行數據總線交換時才能進行數據交換,這也是其沒有得到推廣使用的一個主要原因。

3.4 采用全加密硬盤

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【摘　要】基于無線傳感器網絡的大氣環境監測系統由傳感器網絡節點、嵌入式網關和監測中心三部分組成。其中，傳感器網絡節點以ATmega16單片機為控制核心構成，配置了符合環境監測標準的各種傳感器，可對10種大氣環境變量和氣象參數連續自動監測，并采用ZigBee無線通信模塊將環境數據傳送到嵌入式網關。該網關以S3C2440A處理器和嵌入式Linux操作系統為平臺，還配置了觸摸式人機界面，不僅能采集大氣環境數據，還可接入Internet，實現大氣環境變量和氣象參數值遠傳。監測中心接收嵌入式網關上傳的環境監測數據，存入基于Access 2007的大氣環境信息關系型數據庫，并提供查詢等數據管理功能。

關鍵詞 環境監測；無線傳感器網絡；ZigBee；無線通信；嵌入式系統

0　引言

環境監測是為保護環境和保障人群健康，運用化學、生物學、物理學和公共衛生學等方法間斷或連續地測定環境中污染物的濃度，觀察、分析其變化和對環境影響的過程[1]。隨著社會進步與經濟快速發展，環境保護問題越來越受到人們的關注。世界各國都致力于控制和減少環境污染，研究環境可持續發展的綠色方案，我國也提出了發展低碳經濟的戰略目標，并對環境自動監控提出了更高的要求。

大氣環境監測系統所獲得的環境數據應能夠準確、及時、全面地反映特定區域環境的質量現狀及其變化趨勢，要求覆蓋面廣，監測點布設靈活，從而為環境管理、污染源控制和環境規劃等提供科學依據。基于無線傳感器網絡的大氣環境監測系統可以實現特定區域環境信息的實時采集、無線傳輸和集中處理，是實現大氣環境網絡化監測的一種先進解決方案。

1　系統總體方案

基于無線傳感器網絡的大氣環境監測網絡結構如圖1所示。嵌入式網關和若干傳感器網絡節點組成星形拓撲結構的無線傳感器網絡。由隨機部署在感興趣區域內的傳感器網絡節點實時采集大氣環境信息和氣象參數，經過預處理之后，以ZigBee無線通信方式發送到嵌入式網關；嵌入式網關也具有環境數據采集能力，還配置了LCD觸摸屏人機界面，其主要功能是將各監測點的環境數據匯總之后，通過Internet傳送給大氣環境監測中心（PC），即實現無線傳感器網絡的Internet接入。環境監測中心對特定區域的大量環境數據和氣象參數進行檢查分析之后，存儲到Access數據庫中，以便統計處理和數據查詢。

2　環境監測變量及傳感器

大氣環境質量監測（air quality monitoring）是指對一個地區大氣中的主要污染物進行布點觀測，并由此評價大氣環境質量的過程[2]。國務院環境保護領導小組的《環境空氣質量標準》規定了環境空氣質量功能區劃分、標準分級、污染物項目、取值時間及濃度限值。選擇《環境空氣質量標準》中規定的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）等可用傳感器測量的幾種大氣污染物作為系統監測對象。由于大氣污染與氣象條件密切相關，因而在大氣污染監測中應包括風向、風速、溫度、相對濕度、氣壓等氣象參數的測定[3]。此外，CO2是反映碳排放的重要指標，所以將其列為監測項目之一，故基于無線傳感器網絡的大氣環境監測系統的監測變量共有10種。遵循低成本、高可靠性、適當精度、使用方便等原則，為大氣環境監測系統配置了以下8種傳感器模塊：

（1）SO2傳感器：選擇模擬輸出型二氧化硫傳感器模塊SMC-CDX，它采用雙光束非分光紅外線（NDIR）檢測技術，具有抗其它氣體干擾、穩定性好、自帶溫度補償等特點，輸出符合Modbus協議的模擬信號4～20mA，經過信號變送器產生0～5VDC的模擬信號。

（2）NO2傳感器：選用深圳市富安達智能科技有限公司研發的NO2/S-500-S傳感器（量程：0～500ppm，分辨率：0.5ppm，工作溫度范圍：-20°C-45°C，工作濕度范圍：15-90%），無需偏執電壓，具有良好的重復再現性和長期穩定性，經信號放大電路及信號變送器輸出0～5VDC的模擬信號。

（3）CO傳感器：選用英國Alphasense公司的一氧化碳傳感器CO-BF（量程：0-1000ppm，分辨率：0.5ppm，工作溫度：-30～50℃，工作濕度：15～90％RH），經信號放大及變送后產生0～5VDC模擬信號。

（4）O3傳感器：選用MQ131臭氧氣體檢測模塊（工作電壓：5VDC），它具有模擬量輸出及TTL電平輸出的雙路信號輸出，TTL低電平輸出有效，可直接與單片機I/O口相連。

（5）風速風向傳感器：配置的M288865包括了風速傳感器和風向傳感器。風速傳感器（量程：0～40m/s，精度：±0.3m/s）可以產生TTL電平頻率信號，風向傳感器（量程：0～360o，精度：0.1%）在精密導電塑料電位器的活動端產生變化的電阻信號輸出，可經過變換電路產生0～5VDC模擬輸出信號。

（6）溫濕度傳感器：選用含有校準數字信號輸出的數字溫濕度傳感器SHT11（溫度量程：-40～123.8℃，濕度量程：0～100%RH，溫度測量精度：±0.3℃，濕度測量精度：1.8%），它采用準IIC方式傳輸數據。

（7）氣壓傳感器：選擇德國BOSCH氣壓傳感器系列的BMP085（量程：300～1100mbar，精度：0.03mbar，工作溫度范圍：-40℃～85℃），用8-Pin陶瓷無引線芯片承載（LCC）超薄封裝，可以通過IIC總線直接與各種微處理器相連。

（8）CO2傳感器：選擇采用固體電解質電池原理的MG811型CO2氣體傳感器。該傳感器受溫濕度變化的影響較小，具有良好的穩定性、再現性，經信號放大及調理后產生0～5VDC的模擬輸出信號。

3　大氣環境監測網絡設計

3.1　傳感器網絡節點設計

傳感器網絡節點是一個由傳感單元、處理單元、無線收發單元和電源單元4個功能模塊組成的微型嵌入式系統[4]，其硬件組成如圖2所示。它的控制能力、數據存儲能力、分析計算能力和通信能力相對嵌入式網關較弱。傳感單元分為模擬和數據兩部分，SO2傳感器(SMC-CDX)、NO2傳感器(NO2/S-500-S)、CO傳感器(CO-BF)、CO2傳感器(MG811)和風向傳感器(M288865/DIR)的輸出信號經過放大和調理之后，輸出0～5V模擬信號，可接入MCU的ADC通道；O3傳感器(MQ131)、風速傳感器(M288865/SPEED)輸出TTL電平脈沖信號，可接入MCU的計數通道。溫濕度傳感器(SHT11)采用準IIC方式向MCU發送數據，DATA和SCK信號可直接與MCU的I/O引腳連接；氣壓傳感器(BMP085) 使用標準IIC總線向MCU發送數據。處理單元主要協調、控制整個傳感器節點的操作，存儲和處理采集數據，并與其它節點合作完成被指派的感知、監測任務，是傳感器網絡節點的核心，從節約成本、提高可靠性等方面考慮，選用ATmega16單片機。無線收發單元將傳感器網絡節點接入傳感器網絡，采用TI公司的系統芯片（SoC）CC2530F256，運行ZigBee2007/PRO 協議，通過USART與MCU傳輸數據，滿足以Zigbee為基礎的2.4GHz的ISM頻段應用。電源單元則為傳感器節點提供維持正常運行所必須的能量。

3.2　嵌入式網關設計

嵌入式網關以ARM微處理器為核心，包括傳感單元、基本外圍電路、存儲單元、ZigBee通信、Internet通信和觸屏顯示6部分，其硬件組成如圖3所示。選擇SamSung公司的基于ARM920T架構的16/32位RISC處理器S3C2440A作為控制核心，協調其它所有工作單元有序運行，實現大氣環境信息和氣象參數的數據采集、數據預處理、數據存儲、數據轉發等全部功能。嵌入式網關的傳感單元組成及功能與傳感器節點的傳感單元相同?；就鈬娐钒娫措娐?、時鐘電路和復位電路，為S3C2440A正常運行以及嵌入式網關中所有外圍電路正常工作提供基本保障。存儲單元擴展了SDRAM和flash兩種存儲器，分別為程序代碼和各種數據提供存儲空間。ZigBee通信模塊負責與WSN內的各傳感器節點通信，搜集監測區域的環境信息。觸屏顯示單元采用Toppoly 3.5寸LCD模塊，移植了Qt界面，便于用戶在現場進行傳感器網絡運行參數配置，查詢任意時刻采集的環境數據等。Internet通信模塊將匯總的環境數據傳輸至監測中心，并與ZigBee模塊聯合實現ZigBee和TCP/IP兩種網絡協議的轉換。

4　大氣環境監測系統軟件

4.1　傳感器網絡節點軟件

傳感器網絡節點實行被動式數據采集行為，即僅當接收到嵌入式網關下發的數據采集命令時才執行采集數據的任務，其它時間則進入休眠模式以降低電能消耗。

傳感器節點應用軟件的設計過程相對簡單，其程序流程如圖4所示。上電復位后首先初始化硬件，向嵌入式網關報告自己的ID信息，加入WSN之后就進入空閑模式。在此模式下，CPU停止運行，而SPI、USART、ADC、定時器/ 計數器、看門狗和中斷系統繼續工作。諸如定時器溢出與USART傳輸完成等內外部中斷都可以喚醒MCU[5]。因此，當接收到嵌入式網關的數據采集命令后，USART接收中斷會將MCU喚醒，即刻采集大氣污染物數據，再通過ZigBee通信模塊將其傳輸至嵌入式網關。

4.2　嵌入式網關軟件

基于S3C2440A微處理運行Linux操作系統的嵌入式系統，其軟件部分包括啟動引導程序、操作系統內核、根文件系統、設備驅動程序和應用程序，前3部分是系統運行的基礎部分，目前已有相對較為成熟的版本出現，只需要針對具體硬件平臺進行修改、裁減即可完成移植工作，不必重新開發。

4.2.1　驅動程序

驅動程序是應用程序和實際設備之間的一個軟件層[6]。分為字符設備驅動程序、塊設備驅動程序和網絡驅動程序。大氣環境監測系統中的傳感器都是簡單的硬件設備，因此，全部被抽象為字符設備。字符設備驅動程序完成的主要工作是初始化硬件設備、添加和刪除設備結構體，申請和釋放設備號以及填充file_operations結構體。file_operations結構體用來建立設備編號與驅動程序操作的連接，實現該結構體中的read()、write()、ioctl()等函數是驅動程序設計的主題工作。

傳感器設備驅動程序所實現的只是最重要的設備方法，比如SHT11和CO2的file_operations結構被初始化為如下形式：

struct file_operations shtxx_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.open = sht11_open,

.ioctl = sht11_ioctl,

.release = sht11_release,

};

static struct file_operations adc_fops = {

owner: THIS_MODULE,

open: adc_co2_open,

read: adc_co2_read,

ioctl: adc_co2_ioctl,

release: adc_co2_release,

};

4.2.2　應用程序

嵌入式網關應用程序主要包括兩個線程和一個中斷服務程序，其執行流程如圖5所示。上電后，首先進入main函數（主線程）初始化并設置系統參數，調用signal函數設置SIGALRM信號的信號處理程序用以完成嵌入式網關與監測中心的TCP/IP通信任務，然后設置定時器，再調用pthread_create函數創建Data_Collection線程負責數據采集任務，之后運行基于事件驅動的Qt程序，在這段代碼中將程序控制權交給用戶，用戶通過操作界面可以設置嵌入式網關系統參數或查看實時采集的環境數據。

4.3　大氣環境監測中心軟件

使用Access2007創建大氣環境信息數據庫，利用visual c++提供的ADO（ActiveX Data Object）訪問數據庫，實現環境數據分析處理、越限報警和數據顯示查詢等功能。當鍵入主鍵值（ID）時，程序訪問access數據庫進行查詢，并顯示出該ID對應的各字段數據值；還可以時間為橫軸，參數值為縱軸顯示某一時間段的變化曲線。如圖6所示。5　結論

系統綜合測試表明，環境監測網絡中的傳感器網絡節點可按照設計要求采集數據，并能正確接收、執行嵌入式網關下發的各種命令；嵌入式網關可實現WSN自組網功能，并支持傳感器節點動態加入或離開網絡，且人機界面簡單易用；大氣環境監測中心可顯示環境信息歷史數據和變化曲線，支持各種查詢。傳感器網絡節點、嵌入式網關和監測中心的數據通信良好，可協同完成特定區域的大氣環境監測網絡化任務。

參考文獻

［1］陳玲,趙建夫.環境監測[M].北京:化學工業出版社,2008:10-11.

［2］孫春寶.環境監測原理與技術[M].北京:機械工業出版社,2007:7.

［3］國家環保部. HJ/T 193-2005,環境空氣質量自動監測技術規范[S].北京:中國環境科學出版社,2006-1-1.

［4］I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci. A Survey on Sensor Networks[J]. IEEE Communications Magazine. 2002:102-114.

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中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0383-01

一、無線傳感器網絡的涵義

無線傳感器網絡綜合運用了多項技術，它是多種技術的集合體，主要包括無線通信技術、嵌入式計算機技術、傳感器技術以及分布式信息處理技術。它可以對監控對象進行實時監測，采集監控區域內的相關數據，并加以處理后得到準確詳實信息，最終將這些信息發給有需要的人。無線傳感器網絡由大量靜止或移動的節點以自組織和多跳的方式構成，集傳感與驅動控制、計算、通信能力于一身，協作地實時監測、感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋區域內感知對象的監測信息并報告給用戶。由于它成本低，采用無線通信，不需要固定網絡協助，所以其研究成果應用十分廣泛。

二、無線傳感器網絡體系結構

無線傳感器網絡是由非常多的微型傳感器節點組成，它們的功能并不完全相同，但是構造大體相同，大都是由數據收集、處理、發送和電源四部分構成，網絡中節點的作用是收集數據，數據中轉，或者是類頭節點。收據收集，即收集監測到的數據（如濕度、溫度等），并將其傳送至遠方基站或者是匯節點；數據周轉，即將其他節點發送過來的數據信息，在不經過任何處理的情況直接傳送出去；類頭節點，收集屬于同一類型節點的數據信息，匯總后傳送給上一層級。

系統基本由下面幾部分構成：

（1）傳感器節點。對所監控區域的環境指標進行測量，比如溫度、濕度等，將所監測到的數據傳遞給監控中心。

（2）網關。連接無線傳感器網絡與外網，實現傳感器網絡與外網通信協議的轉換，將傳感器網絡收集到的數據發送至外網，并給下級節點布置監測任務。

（3）遠程客戶端和PDA用戶。通過外網查詢監控中心的數據。

（4）監控中心。布置任務，下達監測命令，以及管理監測數據，主要是匯總分析，統計數據。

三、無線傳感器網絡在環境監測中的應用優勢與現狀

用無線傳感網絡進行環境監測，具有三個比較明顯的優勢。

（1）成本低廉，網絡安裝速度快；

（2）在不增加其他設備的情況下就可以完成數據的傳輸工作，這使得系統性能提高了一個數量級；

（3）網絡堅實，不易被毀壞，能夠滿足某些特殊需求。

關于將無線傳感網絡應用于環境監測中，國內的學者已經做得很多研究，并獲得了一些研究成果。在美國是研究人員將其用于監測島嶼的生態狀況；在我國，杭州將其用于監測杭州西溪濕地水環境，國防科技大學將其用于環境監測并得到了重要的研究成果。

在我國，無線傳感器網絡還未得到廣泛的應用，主要原因是，第一大部分人對其還不熟悉，不知道任何使用，它的優勢在哪里；第二無線傳感器網絡在使用中還存在一些重要問題沒有得到徹底解決，國內關于它的研究還比較淺，加之其應用不同地方會出現不同的問題，對網絡結構和傳感器節點等也有不同的要求。

四、無線傳感器網絡在環境監測中的應用

（一）礦井環境監測

對于煤礦企業而言，安全探測是十分重要的，特別是在需求量持續增長的前提下，在長期的開發與使用中，煤礦探測的安全問題愈發的引起了人們的重視。在無線傳感器網絡的支持下，可以很好的實現低成本的探測需求，并且可以在一定程度上提高礦井作業的安全屬性。特別是Zig Bee技術的應用與推廣，可以滿足人們對于井下監控、數據分析、安全分析等綜合需求。在近年來，技術人員將Zig Bee技術進行了細化和拓展，可以幫助人們直觀的了解到井下的作業情況，這對于安全、高效作業目標的實現提供了較大的支持。

（二）軍事環境監測

無線傳感器網絡具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強和容錯性高的特點，因此非常適合在軍事領域應用，也是軍事指揮、控制、通信、計算、情報、監視、偵察與目標捕獲系統的重要組成部分。利用無線傳感器網絡能夠實現對敵軍兵力和裝備的監控，戰場實時監視，目標定位，戰場評估，核攻擊和生物化學攻擊的監測和搜索等功能，目前國際許多機構的課題都是以戰場需求為背景展開的。信息技術必然是未來戰爭取勝的關鍵，目前已然有許多國家將該技術與軍事研究相結合，幫助己方及時的獲取對方的各項信息，從而及時的進行戰略的調整。

（三）自然環境監測

1、大氣環境監測

將無線傳感網絡用于監測大氣環境，主要需要兩部分的支持，分別是設備和相應的程序支持。設備包括一是傳感器節點，主要是用于大氣技術參數的監測和收集，還有相配套的放大電路；二是Sink節點，用來匯總數據及向基站傳輸數據；三是服務器，這其中需要兩個服務，一個進行數據處理，一個用于數據傳輸。相應程序也就軟件主要是由用于數據收集、處理和傳輸的相關模塊組成，通常有串口通信、數據轉換、數據統計等功能模塊。它的優點是安裝簡單方便、布局靈活、維護容易、成本低。

2、水環境監測

無線傳感器網絡的水環境監測系統的結構從功能上可以將水環境監測系統分成三級。第一級是以無線傳感器網絡為核心構造的數據采集網絡系統，主要由數據采集節點和協調器節點以及測試儀構成；第二級是Zig Bee/GPRS網關系統，主要負責數據采集網絡中的數據并遠程發送，遠程數據處理中心對數據采集網絡控制命令的發送；第三級是遠程數據處理中心系統，主要負責數據的處理分析和控制命令決策。在整個水環境監測系統中，無線傳感器網絡專注于探測和收集水環境的信息；而復雜的數據處理和存儲等則交給遠程數據處理中心來完成。主要包括以動態曲線的方式實現傳感器信息的在線監測和大量水質數據的存儲。

3、地質監測

無線傳感器網絡在地質監測方面也有很廣泛的應用。對于部分地質較為特殊的區域而言，有效的地質檢測可以很好的促進該區域基礎設施建設，如凍土環境下的交通設施建設，在人力無法實現的前提下，無線傳感器網絡則可以很好的實現。尤著宏等基于無線傳感器網絡的青藏鐵路溫度監測系統，采用多跳的方式將數據從傳感節點傳輸至轉發基站上的匯聚節點，再由匯聚節點利用 GPRS 網絡發送至監控中心。

4、其他應用

無線傳感器網絡在其他領域也同樣具有重要的應用價值，例如在農業信息監測方面，崔光照等針對當前農業環境監測面臨的監測點分散、布線困難和實時性差等問題，提出了利用具有自組織特性的無線傳感器網絡，對溫度、土地濕度和土壤pH值等環境變量進行在線監測的方法。該方法采用了對等式網絡體系結構，低功耗微小網絡節點以及基于拓撲樹的網絡初始化配置算法。實驗測試表明，節點能夠有效地采集和處理數據，并可以在節點間成功地進行通信。另外，無線傳感器網絡系統在水產養殖、森林監測、家庭環境監測以及管道輸送監測等方面都得到了廣泛應用。

綜上所述，無線傳感器網絡在眾多領域都有著應用，并發揮著極為重要的作用。因此，為使無線傳感器網絡擁有更為廣泛的應用領域，還需要更進一步的深入研究，為社會發展營造更良好的環境。

參考文獻

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中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2016）04-0052-04

在多媒體教學課件開發的設計階段，尤以腳本編寫最為重要，因為它是課件開發的藍本。如今在網絡環境下進行教學已成為常態，網絡具有豐富的資源、交互簡便以及時空自由等特點，在教學上擁有獨特的優勢，使得越來越多的人習慣于網絡教學，而在網絡環境下使用的教學課件會依據其教學設計所采用的教學策略不同而具有差異性。因此設計者在設計課件腳本時需要參照不同教學策略特點，使其能夠適用于網絡教學環境。

在研究前，筆者以“教學策略”和“教學設計”為關鍵字，在知網、萬方、維普等國內常用文獻庫中進行搜索統計，總結出實際教學中使用頻繁的教學策略：分別為啟發式教學策略、隨機進入教學策略、先行組織者教學策略和情境陶冶教學策略，在特色期刊文獻數目統計分別為825篇、96篇、313篇、30篇，其它教學策略43篇，其所占比例如圖1所示。據此確定本文對以上四種教學策略的課件腳本進行研究設計。

一、基于啟發式教學的課件腳本設計

1.啟發式教學

啟發式教學從古至今有著悠久的歷史，我國古代教育家孔子強調啟發思維，提出了“不憤不啟，不悱不發”主張。“憤”就是學生的準備狀態，對某一問題的積極思考，急于解決而又尚未弄明白的心理狀態，一種內在動機。教師就需要對學生進行適時指導，這就是“啟”。“悱”是指學生對某一問題已有一段時間思考，但尚未成熟，想說又難以表達的另一種矛盾心理狀態。[1] 采用啟發誘導的方法傳授知識、培養能力，使學生積極主動地學習。

在網絡環境下進行教學，啟發式教學主要用于啟發學生思考操作過程，即過程式啟發式教學法。教師依據學生掌握知識與技能所需要的方法，設置相應的啟發式問題，同時啟發學生思考和完成學習任務，并過渡到讓學生向自己提出問題。[2] 然而教師的啟發并不僅限于某一個或幾個程序化的點，教師對學生的啟發活動是伴隨整個教學過程的。

啟發式教學初期教師通過營造一種環境，導入一個值得討論的問題，引導學生陷入思考。通過層層啟發，形成一個個矛盾點，此時教師需要指導學生進入教學內容的學習，才能打破矛盾點，即意味著開始進入了教學內容學習。假設教學過程中教學內容依據層次劃分由低到難，分別記為A、B、C，啟發式教學策略中教學流程如圖2所示。

重點在于讓學生思考，對問題進行判斷，形成矛盾點，教師開始適時地進行指點，逐步啟發。

2.啟發式教學的課件腳本設計

在多媒體課件開發過程中，要體現啟發式教學策略，不僅僅要展現實現的基本步驟，更要考慮到師生在多媒體環境下，與CAI的交互方式吻合度。

多媒體課件通過操作者扮演教師的角色，計算機引入情境向學生提出問題，學生回答問題并反饋，然后由專家系統檢測，是否需要再度啟發等過程來實現啟發式教學過程。上海顧博士提出了“誘導―嘗試―歸納―變式―回授―調節”的教學策略，具體為啟發創設問題情境、探究知識、歸納結論、變式練習、回授嘗試效果和調節。

啟發式教學策略的多媒體課件腳本設計時，一方面以啟發式教學流程圖為基礎，另一方面要從課件本身的特點出發，包括前期情境的引入，點擊課件的形式等等。不僅如此，還需要考慮到課件面向的人群，其學習特點及風格，進入啟發式情境中采用何種媒體（圖、文、音視頻等）。具體腳本設計如圖3所示。

二、基于隨機進入教學的課件腳本設計

1.隨機進入教學

隨機進入教學的基本思想源自建構主義學習理論的一個新分支――認知彈性理論。教學中教學內容的講解，要出現在不同的時間、教學情境中，為了避免內容過于簡單，應盡可能保持真實性和復雜性的知識，使知識具有高度概括性和具體性。不管學習的過程是從哪個方面進行的，其最終的學習結果是一樣的，都同樣獲得了對同一事物或同一問題的多方面認識和理解。

隨機進入教學包含以下幾個步驟：①呈現基本情境；②隨機進入學習；③思維發展訓練；④小組協作學習；⑤學習效果評價。

為利于學生多方位的建構知識，隨機進入式教學可以是循環式的結構，也可以是線性分支結構，先是由學習目標來決定的，接著圍繞目標設置不同情境進行學習。[3] 認知彈性理論認為，圍繞案例教學可以解決傳統教學無法解決的問題。事物復雜的觀念需要慢慢灌輸給學習者，而不是先從一個不適當的過分簡單觀點開始。[4] 隨機進入教學策略的教學流程如圖4所示。

2.隨機進入教學的課件腳本設計

多媒體課件設計過程中同樣需要借鑒隨機進入教學流程圖。在呈現基本情境時，多媒體課件可以體現其明顯的優勢，利用計算機獨特的圖像、音視頻等媒體呈現能力，學習者根據喜好進行選擇，進入學習。課件腳本設計圖如圖5所示。

三、基于先行組織者教學的課件腳本設計

1.先行組織者教學

先行組織者實質上就是一種引導性材料，能夠定向和引導學習的內容。原有學習知識是與新學習材料適當相關的、穩定的、清晰的和概括性高的材料，在新舊知識學習上搭建一個橋梁，這樣有了先前知識的學習，新知識學習更穩固扎實，不易遺忘。[5] 有意義學習需要學習者回憶舊知識內容，并需要主動構建知識，找到新舊知識聯系的關鍵點。該教學策略主要分為以下三個階段：呈現先行組織者、呈現學習任務和材料、擴充與完善認知結構。

根據加涅信息加工模型（如圖6），人在接受外界刺激后，在對刺激做出相關反應前，人腦會對其進行一系列處理即信息加工。對信息加工的研究，有助于設計者在設計過程中對各參量的把握，從而達到特定的刺激反應。之前的所學知識是短時記憶，經過教師的指導為長時記憶。[6] 先行組織者的教學過程如圖7所示。

先行組織者在傳授知識內容時，需要提前辨別新學習材料和原有學習材料知識之間相關性和緊密性程度。

2.先行組織者教學的課件腳本設計

將教學過程流程圖轉換為腳本設計圖，需要考慮到計算機的良好交互性和展示性。如圖8所示，是自上而下的分析，自下而上的表達。

四、基于情境陶冶教學的課件腳本設計

1.情境陶冶教學

情境陶冶教學是由保加利亞心理學家洛扎諾夫提出的，主要是采用特定的情境，讓學生處在思想很集中的情況下學習。學習者能夠很好認知，進行知識的重構。[7] 情境教學就是在教學中根據教材和教輔材料的需要，去引入形象的情境，學習者在這一情境中自主活動，達到輕松愉快的學習效果。人的認識是有意識與無意識的心理活動的統一，是理智與情感活動的統一，這兩種意識能夠充分激發學生的潛能，在教學過程中把各種無意識活動組合起來。情境陶冶教學策略主要由創設情境、自主活動、總結轉化三部分組成。

情境陶冶教學策略下的教學目標需要利用多媒體引入圖像、音視頻等各種素材，使學生的多方面感官得到刺激。學生能夠根據產生的情境和教學內容有一致的情感基調，帶著情感去體驗和觀察教學內容。[8] 其具體教學活動開展可以用圖9表示。

2.情境陶冶教學的課件腳本設計

教學過程要很好地反應“因景生情，以情化境”原則。課件設計類型為教師輔助型，腳本設計圖如圖10所示。

五、對比分析

以上四種不同教學策略的課件腳本設計圖不同，下面我們將對其進行對比分析。

基于啟發式教學策略的課件腳本設計時，需在學生的“憤”、“悱”狀態進行啟發，才能達到事半功倍的效果。在課件制作啟發階段，注意啟發事件的合理設計，要時刻把握住啟發式的關鍵矛盾點，以子之矛攻子之盾，從而使學生主動地建構知識。讓學生去感受探究知識，逐步引導，變式調節，直至教學結束。

基于隨機進入教學的課件設計時，需要注意以下幾個問題：避免在多個上下文中產生混淆，必須在探討的問題上提供相關背景信息。需要生成縱橫交錯的概念圖。設置多重情境或意義，這種設置為學習者的選擇和隨機訪問創造了條件。學習環境的組織不可能按照單一方向安排學習的發展，而知識也不可能按照純粹的類別分類，還需根據不同的概念和問題提供相關案例。

基于先行組織者教學的課件腳本設計時，在腳本設計中需要借助某種媒體提及先前知識，便于學生進行歸納上位知識，從而引出新的學習材料，便于新舊知識聯系，擴充與完善學生的認知結構。另外根據學習者能力提供相應的資源服務。

基于情境教學的課件腳本設計時，需要注意多媒體的使用能否激發學生的興趣，營造建設的場景能否達到教學目的。在腳本設計中，目的要明確，不能太過隨意，學習者能樹立自信心，提高各方面能力。課件需注意師生之間的溝通以及交互性。

六、結論

腳本設計是課件制作的前提，在整個多媒體課件制作過程中具有不可忽視的作用，好的腳本才能制作出優質的課件。在腳本設計過程要始終堅持突出其可用性，對教學過程中采用的教學策略進行合理分析，據此進行腳本的設計，才能使課件在教學中充分發揮作用，提高整體教學的效果和質量?，F今網絡環境下進行教學已成為主流，該環境下的課件腳本設計與傳統的有所不同，腳本設計需要形成一套屬于自己的理論體系，并結合網絡環境學習的特點，合理地進行腳本設計，從而制作完善的網絡環境下的課件。

參考文獻：

[1]何克抗，林君芬，張文蘭.教學系統設計[M].北京：高等教育出版社，2006：95.

[2]宋偉娜.過程啟發式教學法在信息技術課程中的應用與思考[J].中國電化教育，2009（4）：88-90.

[3]余敏.基于隨機進入學習理論的計算機實驗教學模式設計與研究[D].重慶：西南大學，2010.

[4]李康，梁斌.課件設計理論與制作技術[M].廣東：暨南大學出版社，2009：60.

[5]賈麗霞.高中化學教學中先行組織者的策略研究[D].上海：華東師范大學，2011.