無線傳感網(wǎng)絡(luò)大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)分析研究

李 健

（河南省商城縣環(huán)境保護局 河南信陽 465350）

1 前言

隨著人類面臨的環(huán)境問題日益加劇，人們開始重視環(huán)境監(jiān)測，并對環(huán)境保護提出了更高要求。與此同時，無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在迅猛發(fā)展，越來越多的學(xué)者傾向于將兩者結(jié)合起來，其主要的實施原理就是在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，設(shè)置大量的微型傳感器，通過傳感器感知區(qū)域內(nèi)的大氣狀況，再通過無線通信方式形成一個多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以便對區(qū)域內(nèi)的大氣狀況進行感知，對相關(guān)信息進行采集、處理和傳輸。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的這些優(yōu)勢，使其在我國環(huán)境監(jiān)測中得到了廣泛的重視，其應(yīng)用的潛力無可估量。

2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 節(jié)點組成

無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由幾個模塊組成，大氣環(huán)境監(jiān)測所需傳感器、電流、電壓轉(zhuǎn)換器、中央處理器、無線收發(fā)器和高效電池組成的微型模塊，這些微型模塊按照一定的協(xié)議組成無線網(wǎng)絡(luò)。每個微型模塊代表網(wǎng)絡(luò)中的一個通信節(jié)點，且每一個通信節(jié)點具有唯一的地址標(biāo)識。

主要的工作流程：無線傳感器會通過之前所接收到的信號進行感知，然后將其傳輸給A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器再對傳感器所傳輸?shù)男盘栠M行處理，經(jīng)過一定的處理和分析之后形成數(shù)字信號，再將其傳輸給下一級也就是微處理器，微處理器在這里主要的功能就是對所接收的信號進行編碼，形成待發(fā)送信號，微處理器采取一定的控制策略，使待發(fā)送信號通過無線通信模塊發(fā)射出去。每個無線傳感器通信節(jié)點都具有數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和轉(zhuǎn)發(fā)功能，并可自動生成路由。

2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的運用，其體系結(jié)構(gòu)主要是由四部分組成:通信節(jié)點、Sink節(jié)點、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器。每一部分都發(fā)揮著各自的功能，并相互聯(lián)系形成一個周密的運作體系。就通信節(jié)點而言，它自身具有很強大的功能，可以說兼具了數(shù)據(jù)采集、信號處理等功能，其作為信息幀的發(fā)起者起著整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開啟者的作用，同時其也不僅僅具有這一方面的功能，還擔(dān)當(dāng)著信息轉(zhuǎn)發(fā)的使者，其通過網(wǎng)絡(luò)自組織和多跳路由，將自身獲取處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)點，Sink節(jié)點通過RS 232串口線和計算機相連。在整個系統(tǒng)的運作中，為了保證其運行的無間斷性，也為了保證其運行的連續(xù)性，系統(tǒng)內(nèi)的每一個通信節(jié)點都會有與之相聯(lián)系的節(jié)點的存在，不僅僅可以是Sink節(jié)點還可以是與其相鄰的通信節(jié)點，通信節(jié)點之間也可以進行信息幀的出送，直到輸送至Sink節(jié)點為一個節(jié)點，這主要是為了確保每一個通信節(jié)點都能夠與Sink節(jié)點建立無線鏈路。同時，為了節(jié)約通信節(jié)點的電能，通信節(jié)點與Sink節(jié)點之間的通信采用多跳通信方式。為了降低整個系統(tǒng)的成本，在通信節(jié)點與Sink節(jié)點的通信中，可以利用不同的發(fā)射功率的天線來調(diào)節(jié)通信節(jié)點與Sink節(jié)點之間的通信距離，有時候，大氣的環(huán)境監(jiān)測的區(qū)域范圍較廣，如果沒有傳輸天線，就需要設(shè)置多個通信節(jié)點以保障其與Sink節(jié)點之間，信號傳輸?shù)倪B續(xù)性，為了降低節(jié)點的能耗，同時也為了便于電源的供應(yīng)和選用，減少不必要的麻煩，節(jié)約布置通信節(jié)點的費用，降低成本，可以利用不同發(fā)射功率的天線來完成不同通信距離的通信節(jié)點與Sink節(jié)點之間的通信。Sink節(jié)點與應(yīng)用服務(wù)器之間的通信，可以加裝GSM短信模塊或GPRS模塊完成兩者的聯(lián)系，這樣，Sink節(jié)點和應(yīng)用服務(wù)器之間的通信就不再受RS 232所允許的最大長度的限制。最后就是應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器的鏈接，為了方便外界獲取最終的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以將其與相關(guān)部門的局域網(wǎng)或Internet網(wǎng)連接，這樣一方面可以便于其對于整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獲取，也同時可以擴大系統(tǒng)的使用用戶。

3 軟件系統(tǒng)的功能

軟件系統(tǒng)分三個模塊，既串口通信模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和修正模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和存儲模塊。串口通信模塊最主要的功能是提取相關(guān)傳感器采集的信息以及通信節(jié)點的信息，以便傳輸給Sink節(jié)點，在對數(shù)據(jù)楨進行分析的同時，提取有價值的信息。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和修正模塊其主要是承接串口通信模塊下達的任務(wù)，對其提取的有價值的信息進行轉(zhuǎn)換，是一個二進制信息到十進制信息的轉(zhuǎn)換過程。數(shù)據(jù)統(tǒng)計和存儲模塊負責(zé)對轉(zhuǎn)換的信息進行存儲，并將存儲值進行統(tǒng)計分析。

4 結(jié)語

對無線傳感網(wǎng)絡(luò)大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究，及其運行特點和方式的分析，不難發(fā)現(xiàn)，基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在今后的大氣環(huán)境監(jiān)測體系中一定會得到廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點顯而易見，特別是對比當(dāng)今的一些環(huán)境監(jiān)測部門的昂貴的進口的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其所具有的成本低廉、方便操作、易于維護等特點就顯得尤為突出?；跓o線傳感網(wǎng)絡(luò)的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)不僅僅會適用于大氣環(huán)境監(jiān)測的領(lǐng)域，在未來的發(fā)展中，還會延伸至更廣泛的領(lǐng)域。

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