基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

摘 要：就目前現(xiàn)代的城市化發(fā)展來講，交通出行也變得越來越復(fù)雜多樣化，那么道路安全問題也就成了重中之重。交通道路路面狀況需要定期勘察深入監(jiān)測(cè)，因?yàn)榻煌访姘踩珕栴}是出行的基本前提，道路路面的損壞是再正常不過的一件事情，但需要做的是將后期的完善工作準(zhǔn)備充分，路面檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要足夠的成熟全面，才可以保證交通出行的正常進(jìn)行不被外界因素所影響。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則是由分布安裝在各個(gè)道路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的多個(gè)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，然后利用無線網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)構(gòu)成一個(gè)多格式多元化的組織網(wǎng)絡(luò)，最后通過它的感應(yīng)系統(tǒng)，采集信息，并搜集處理覆蓋區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象的信息，傳達(dá)給信息需求者，這就是在路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的目的所在。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；嵌入式系統(tǒng)

前言：本篇文章主要講述了道路路面監(jiān)測(cè)中故障監(jiān)測(cè)問題，在無線網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)下，結(jié)合其功能特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套應(yīng)用于道路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案。以便在道路行駛過程中更好的了解路面狀況，監(jiān)測(cè)道路是否安全以及位置信息?；诂F(xiàn)代傳感器技術(shù)，無線通訊信號(hào)技術(shù)，數(shù)據(jù)信號(hào)處理技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)等科技的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了綜合這幾門技術(shù)為一體發(fā)展的傳感器器件，這種既具有無線通訊功能又有數(shù)據(jù)信號(hào)處理功能類的傳感器結(jié)合自身構(gòu)成了自組織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它的誕生大大的方便了城市交通中路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用?，F(xiàn)階段在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中，需要運(yùn)用創(chuàng)新的思想，并能解決實(shí)際問題的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)開發(fā)。首先需要了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匯聚節(jié)點(diǎn)的特性，再做接下來的具體分析，了解它們之間的相同點(diǎn)和互補(bǔ)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際現(xiàn)狀分析研究。

一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究背景分析

1.無線分組網(wǎng)的研究

1996年美國(guó)軍方資助大學(xué)洛杉磯分校開展了有關(guān)低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的研究，與此同時(shí)加州大學(xué)分校也開展了相同的研究，主要是借助于MEMS技術(shù)，來達(dá)到傳感與計(jì)算，通信的集成，利用智能傳感器技術(shù)來加強(qiáng)，其主要的目的也就是為了開發(fā)一系列可以自組織，可重構(gòu)的傳感器節(jié)點(diǎn)。1972年美國(guó)國(guó)防部計(jì)劃署開啟了第一個(gè)分組交換網(wǎng)計(jì)劃，在ARRANET的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行了軍用無線網(wǎng)的分組網(wǎng)研究，它重新定義了分組交換與無線技術(shù)結(jié)合的概念。我們都了解在教室或者室內(nèi)要想連接無線Wi-Fi進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)必須要借助路由器的設(shè)置，但是并不是所有的場(chǎng)合都適合路由器的存在，介于這些原因Ad hoc網(wǎng)絡(luò)就得以運(yùn)用，它不需要任何的預(yù)先架國(guó)設(shè)的無線通信基礎(chǔ)設(shè)施，所有的節(jié)點(diǎn)通過分層的協(xié)議體系與分布式算法來協(xié)調(diào)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的各自行為，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)還可以自主的單獨(dú)組成網(wǎng)絡(luò)，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是一種對(duì)等結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，沒有固定的服務(wù)路由器。

2.從無線分組網(wǎng)到無傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究

Ad hoc網(wǎng)絡(luò)最初的建設(shè)初衷是被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域行業(yè)，但隨著網(wǎng)絡(luò)科技的發(fā)展，擴(kuò)展領(lǐng)域越來越廣泛，尤其通信方面應(yīng)用的最多，在辦公，會(huì)議，個(gè)人通信等方面都有著極大的便捷，顯而易見的可以說，未來Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在移動(dòng)通信市場(chǎng)上的發(fā)展空間具有不可估量的潛力，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)具有快速組網(wǎng)的功能，因此就省去了布線和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的步驟，可以應(yīng)用于臨時(shí)會(huì)議工作中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的許多傳感器節(jié)點(diǎn)組成，它通過無線通信的方式形成了一個(gè)具有自己特性的自組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它是人類與大自然交流的溝通橋梁，人們可以通過它直接的感知到外界的信息，它是人類了解世界，認(rèn)識(shí)世界，親近大自然的功臣。除此之外，就目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以被引用于無人駕駛的飛機(jī)上，并可以依據(jù)預(yù)先設(shè)置好的路徑依次的撤下，在商業(yè)市場(chǎng)分析下開展了它的商業(yè)發(fā)展的潛力，相信在科學(xué)家和專業(yè)人員的研究開發(fā)下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及的方面和領(lǐng)域會(huì)越來越多，它的研究具有著一定深厚的技術(shù)發(fā)展背景和長(zhǎng)久以來自然的社會(huì)發(fā)展過程。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種比較尖端的網(wǎng)絡(luò)，它與移動(dòng)通信網(wǎng)，藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)等常見的無線網(wǎng)絡(luò)有相似之處，但也存在著一定程度上的差別。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)的始端作用目標(biāo)是有效地提供服務(wù)質(zhì)量和利用寬帶網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)主要有一下幾點(diǎn)：

2.1節(jié)點(diǎn)數(shù)目龐大，密度深高。通常會(huì)在監(jiān)測(cè)區(qū)域部署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)以獲取精確信息，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目可達(dá)上千上萬。大量節(jié)點(diǎn)能夠有效幅度地加大監(jiān)測(cè)區(qū)域的覆蓋面積，減少盲區(qū)的隱患。

2.2具有自主組織能力，可以自動(dòng)進(jìn)行配備和調(diào)和。在其應(yīng)用領(lǐng)域中，不能夠預(yù)先精準(zhǔn)地設(shè)定傳感器的節(jié)點(diǎn)位置。由于節(jié)點(diǎn)通常被放置在比較落后的沒有基礎(chǔ)設(shè)施的位置，所以也不會(huì)預(yù)先了解各個(gè)節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)的相互關(guān)系。有的要高距離撒散大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，有的會(huì)放置到危險(xiǎn)的區(qū)域或者人類不可遇及的地方，此時(shí)就要用到自組織網(wǎng)絡(luò)的這種特點(diǎn)。自主進(jìn)行配置和管理，通過控制機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，自動(dòng)形成能夠轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)是由三個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，它的節(jié)點(diǎn)一般是一個(gè)微型的嵌入式系統(tǒng)，單單從網(wǎng)絡(luò)功能來講，它的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有感知終端和路由器的功能，除了收集信息和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，還可以對(duì)附近轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，融合等，所以傳感器節(jié)點(diǎn)的軟硬件技術(shù)是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重中之重。

三、基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下的路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

3.1本文主要就是針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下有關(guān)路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匯聚節(jié)點(diǎn)的研究設(shè)計(jì)，主要是運(yùn)用傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)道路路面監(jiān)測(cè)方面進(jìn)行改善，結(jié)合傳感器自身的優(yōu)點(diǎn)特性運(yùn)用開發(fā)在路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。路面狀況是一個(gè)不可確保的問題，對(duì)于一個(gè)城市來說交通道路是城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提保障，路面一旦損壞對(duì)人們出行，國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)業(yè)都會(huì)造成不好的影響，需要大量的人力物力，時(shí)間精來搶救維修，為了解決這一頭痛的難題，有關(guān)專業(yè)人員就考慮到可以借鑒傳感器網(wǎng)絡(luò)原理的思想來改善減少此類狀況的發(fā)生。

3.2結(jié)合長(zhǎng)時(shí)間的研究與發(fā)現(xiàn)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很適用于道路交通發(fā)展方面，就路面的好壞情況，可以在車子上利用安裝一個(gè)傳感器和垂直加速度移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)來檢測(cè)路面是否出現(xiàn)故障，如果它的移動(dòng)子節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)為異常，那么就說明前方的道路不安全，與此同時(shí)移動(dòng)子節(jié)點(diǎn)進(jìn)而可以檢測(cè)到實(shí)時(shí)的位置信息，然后再經(jīng)過一定的路由傳送方式在各個(gè)子節(jié)點(diǎn)以無線傳輸?shù)哪Ｊ綄⑿盘?hào)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，它在一方面可以通過子節(jié)點(diǎn)傳送的監(jiān)測(cè)路面故障信息發(fā)送給路面監(jiān)測(cè)人員，具體到哪一段位置的故障情況方便觀察；另一方面它可以直接將它檢測(cè)的路面情況發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。城市公路建設(shè)構(gòu)造中，需要設(shè)置大量的子節(jié)點(diǎn)布置在公路網(wǎng)絡(luò)中，將移動(dòng)子節(jié)點(diǎn)安裝在車輛上，方便及時(shí)檢測(cè)了解路面狀況。

3.3關(guān)于匯聚節(jié)點(diǎn)的總體設(shè)計(jì)需要對(duì)各個(gè)處理器的類型了解，包括它們的系統(tǒng)處理頻率，和處理器在應(yīng)用中的功能效率以及耗能情況，在嵌入式系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)的選型中也要慎重選擇，匯聚節(jié)點(diǎn)的射頻模塊的選擇要考慮到整個(gè)系統(tǒng)的路面子節(jié)點(diǎn)的需求。匯聚節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)移植首先要了解基本的工作原理，在各個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)處理器和鏈接器，編譯環(huán)境的綜合條件下將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)思想運(yùn)用于路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中去，使其得到最大的受益。

結(jié)束語：綜上所述，路面監(jiān)測(cè)是交通出行中的重要成分，為了保證正常的行駛，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的路面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要做好充分的后期工作，在出現(xiàn)特殊的突發(fā)情況時(shí)，可以及時(shí)的處理挽救。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫天澤，袁文菊，張海峰.嵌入式設(shè)計(jì)及 LINUX 驅(qū)動(dòng)開發(fā)指南——基于 ARM9 處理器[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005 .

[2]李駒光. ARM 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)詳解一一基于 S3C4510B 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004 .

[3]李方敏. VxWorks 高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社， 2004 .

作者簡(jiǎn)介：

鄭木棉（1996-）男，漢族，安徽六安人，本科在讀，現(xiàn)就讀于河海大學(xué)文天學(xué)院.