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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在野外測量中的應(yīng)用
2010-12-10 17:00:24
工業(yè)測量領(lǐng)域中，往往需要大范圍、長時(shí)間、多通道的數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)。而在野外環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中，由于環(huán)境條件的特殊影響，常常使監(jiān)測系統(tǒng)因?yàn)殚L距離布線、電源等原因而難以有效實(shí)施。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其自組織路由、低功耗、無需布線等特性，特別適合于工業(yè)領(lǐng)域的野外測量。
本文將舉一個(gè)部署在我國某沿海城市的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，該系統(tǒng)經(jīng)過少量修改后可以滿足許多工業(yè)測量的需求。
該城市存在很多山地地貌，居民人口眾多，要求土地必須保持較高的利用率，所以大量道路和建筑都位于山區(qū)附近。該地區(qū)降雨量常年偏高，特別是在每年夏季，會出現(xiàn)大量降水。不穩(wěn)定的山地地貌在受到雨水侵蝕后，容易發(fā)生山體滑坡，對居民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。
當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門嘗試部署過多套有線方式的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)以對山體滑坡進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，但是由于監(jiān)測區(qū)域往往為人跡罕至的山間，缺乏道路，野外布線、電源供給等都受到限制，使得有線系統(tǒng)部署起來非常困難。此外有線方式往往采用就近部署Datalogger的方式采集數(shù)據(jù)，需要工作人員定時(shí)到監(jiān)測點(diǎn)下載數(shù)據(jù)，系統(tǒng)得不到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，靈活性很差。
對此，在與地理監(jiān)測專家進(jìn)行多次交流，并進(jìn)行數(shù)次實(shí)地考察后，Crossbow公司提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的山體滑坡監(jiān)測全套無線解決方案。
山體滑坡的監(jiān)測主要依靠兩種傳感器的作用：傾角傳感器和液位傳感器。在山體容易發(fā)生危險(xiǎn)的區(qū)域，沿著山勢走向豎直設(shè)置多個(gè)孔洞，每個(gè)孔洞都會在最下端部署一個(gè)液位傳感器，在不同深度部署數(shù)個(gè)傾角傳感器。由于該地區(qū)的山體滑坡現(xiàn)象主要是由雨水侵蝕產(chǎn)生的，因此地下水位深度是標(biāo)識山體滑坡危險(xiǎn)度的重要指標(biāo)。該數(shù)據(jù)由部署在孔洞最下端的液位傳感器采集并由無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。中繼Mote將來自節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)交尽?當(dāng)一個(gè)Mote出現(xiàn)故障，與之相關(guān)的其他Mote會自動(dòng)重新選擇路由。在這個(gè)Mote的故障排除后，會重新加入到Mesh網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)工作。
基站由一個(gè)一個(gè)Mote和Stargate網(wǎng)關(guān)組成。Stargate網(wǎng)關(guān)包含IntelSA1111協(xié)處理器、IntelPXA255主處理器、３２MBFLASH 、６４MBRAM以及５１CF接口、PCMCIA針接口、接口。
在該項(xiàng)目中，Stargate通過５１針接口連接一個(gè)IRIS節(jié)點(diǎn)，依靠Xmesh自組協(xié)議獲取子網(wǎng)數(shù)據(jù);通過PCMCIA外接GPRS卡，依靠GPRS網(wǎng)絡(luò)獲取遠(yuǎn)距離通信能力。
基站本身的處理能力用來進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，CF接口外接５１２MBFLASH卡用來保存本地至少７天的數(shù)據(jù)。基站實(shí)物圖如圖５所示。
