火情檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)淺析

周紅波 (九江學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江西九江332005)

目前對(duì)林地的煙氣、火光監(jiān)測(cè)主要基于 “3S(遙感RS、地理信息系統(tǒng)GIS、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS)”技術(shù),其數(shù)據(jù)精度欠缺,衛(wèi)星遙感實(shí)時(shí)性不好,無(wú)法對(duì)同一地區(qū)全時(shí)段監(jiān)測(cè),易受氣象條件影響。另外,地面設(shè)備投資大,而且多為有線連接,對(duì)于人跡難至處則無(wú)法部署監(jiān)測(cè)點(diǎn)。因此,開(kāi)發(fā)不受地形限制、實(shí)時(shí)性好、效費(fèi)比高的林地?zé)煔?、火光監(jiān)測(cè)技術(shù)是應(yīng)該加以關(guān)注的一個(gè)重要課題。

隨著微電子機(jī)電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無(wú)線通信以及低功耗嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨之產(chǎn)生。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合嵌入式視頻圖像技術(shù),將傳感器節(jié)點(diǎn)獲取的信息通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送,并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端,以動(dòng)態(tài)的圖像方式展現(xiàn)在監(jiān)測(cè)者面前。因而在無(wú)人值守的環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害撲救等特殊領(lǐng)域,具有傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),應(yīng)用前景廣闊。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由以太網(wǎng)部分、網(wǎng)關(guān)部分、路由節(jié)點(diǎn)部分和傳感器節(jié)點(diǎn)部分組成,其中以太網(wǎng)部分主要負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送;網(wǎng)關(guān)部分主要負(fù)責(zé)路由節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送,這些數(shù)據(jù)是由上一層的指令發(fā)出的,數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng);路由節(jié)點(diǎn)的主要功能是作為一種中介,用來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信,當(dāng)然傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息也可以直接傳送至網(wǎng)關(guān);傳感器節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)的采集,針對(duì)森林煙氣、火光檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō),它主要負(fù)責(zé)對(duì)煙氣、火光信息數(shù)據(jù)的采集。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的突出特點(diǎn)就是低功耗、低成本、易于部署、分布式和自組織。因此,在林地?zé)煔狻⒒鸸鈹?shù)字視頻檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能實(shí)時(shí)在線地監(jiān)測(cè)林地環(huán)境并進(jìn)行安全評(píng)估。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有非常重要的作用,因此筆者對(duì)其加以簡(jiǎn)析。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功能和特性

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在火情檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中的功能包括如下方面:①通過(guò)無(wú)線傳感器獲取林地環(huán)境中監(jiān)控中心所需要的數(shù)據(jù)——煙氣和火光的信息;②將收集到的林地環(huán)境中典型模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào),傳給處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;③將采集到得林地環(huán)境中的信息與無(wú)線通信模塊的信息融合,并計(jì)算節(jié)點(diǎn)的定位,達(dá)到能源消耗和無(wú)線傳感網(wǎng)的覆蓋區(qū)域最優(yōu)化。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有自組網(wǎng)、自動(dòng)管理和高度協(xié)作性、以數(shù)據(jù)為中心的特性[1]。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

1)穩(wěn)定性 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般可適用于人跡難至處,這就要求該設(shè)備要有較高的穩(wěn)定性。不能經(jīng)常更換節(jié)點(diǎn),以確保硬件的可靠性;在軟件設(shè)計(jì)上也應(yīng)注重穩(wěn)定性。

2)實(shí)時(shí)性 數(shù)據(jù)流傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性保證了信息的及時(shí)準(zhǔn)確的傳送,這樣監(jiān)控中心的人員能根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出及時(shí)準(zhǔn)確的判斷。因而要求芯片編碼速度快,同時(shí)在軟件編程方面,要采用合理的通信協(xié)議完成數(shù)據(jù)的傳送,從而達(dá)到整體最優(yōu)。

3)低功耗 因?yàn)闊o(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通常所處位置的環(huán)境比較惡劣,不能經(jīng)常對(duì)其充電,因此無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功耗應(yīng)設(shè)計(jì)的越低越好,盡可能的延長(zhǎng)其使用壽命[2]。

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分散在森林旅游資源區(qū)域或者火災(zāi)易發(fā)區(qū)域,節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織快速形成一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)借助于內(nèi)置的傳感器測(cè)量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外等信號(hào),從而探測(cè)包括溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)等信息。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)既是信息的采集和發(fā)出者,也充當(dāng)信息的路由者,采集的數(shù)據(jù)通過(guò)多跳路由到達(dá)網(wǎng)關(guān)。這些傳感器相互連接的方式類似于無(wú)線筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和PDA與互聯(lián)網(wǎng)連接的方式,其只需極少功率。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)遍撒指定區(qū)域,可在林地?zé)煔?、火光監(jiān)視和信息收集過(guò)程中發(fā)揮重要作用,以預(yù)防火災(zāi)。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由嵌入式微處理器、環(huán)境參數(shù)采集模塊、數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)模塊、電源管理模塊組成,并以自組織方式構(gòu)成多跳中繼網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)林地環(huán)境典型變量監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)。

無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)處理包括3個(gè)模塊,即數(shù)據(jù)獲取單元、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元,其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)議自組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò),其將采集來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)優(yōu)化后經(jīng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)自組成的無(wú)線傳感網(wǎng)傳輸給信息處理中心。

3 結(jié) 語(yǔ)

將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式視頻圖像技術(shù)結(jié)合并應(yīng)用在林地?zé)煔?、火光監(jiān)測(cè)對(duì)森林旅游資源區(qū)域或者火災(zāi)易發(fā)區(qū)域的環(huán)境保護(hù)非常重要,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為其中的重要組成部分,對(duì)其進(jìn)行相關(guān)研究顯得尤為必要,從而使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)更加完善,讓火情檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在森林旅游資源區(qū)域或者火災(zāi)易發(fā)區(qū)域的煙氣、火光監(jiān)測(cè)中發(fā)揮更大作用。

[1]曹江中,戴青云,譚志標(biāo).機(jī)遇視頻檢測(cè)的高速公路交通信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].電子技術(shù)用,2007,17(6):115～117.

[2]袁非牛,廖光煊,張永明.計(jì)算機(jī)視覺(jué)火災(zāi)探測(cè)中的特征提取[J].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,36(1):39～43.