無線傳感器網絡在軍械倉庫環境監測中的應用研究

摘 要:針對有線系統布置維護復雜，組態不靈活，故障率高等不足，提出了一種基于無線傳感器網絡的軍械倉庫環境監測系統，并重點討論了該系統在網絡拓撲控制、通信協議方面的關鍵技術。

關鍵詞:軍械倉庫環境監測無線傳感器網絡

中圖分類號:TP277文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0098-01

對環境進行實時有效的監測，是軍械倉庫管理的關鍵問題。現代化武器裝備對溫度、濕度等環境條件要求嚴格，為了確保軍械裝備的可靠與安全，必須增強倉庫環境的監測與管理功能。人工巡檢的監測方式效率低、實時性差，在環境急劇變化的情況下，容易導致武器備件、化學防護器材和彈藥的腐蝕失效，甚至爆炸，造成難以預料的后果。

隨著電子技術和計算機應用技術的快速發展，數字化監測系統被逐漸應用于軍械倉庫的環境監測。傳統的數字化監測系統多采用有線網絡形式，系統龐大、連接復雜、組態不靈活、布置和維護難度大、故障率高，某些關鍵節點的損壞可能導致系統的癱瘓。

無線傳感器網絡不需要固定的網絡支持，展開迅速，抗毀性強，并能夠通過無線的通信方式和多跳的網絡方式將各種環境信息傳送到用戶監控終端，能夠有效提高軍械倉庫環境監測系統的適用性、靈活性和魯棒性，具有廣闊應用前景。

1 系統框架設計

基于無線傳感器網絡的軍械倉庫環境監測系統，可根據倉庫數量和地理分布劃分成若干個相對獨立的傳感器網絡，每個傳感器網絡的匯聚節點通過網關接口與倉庫外場的計算機局域網相連，把網絡節點采集到的環境信息傳輸到倉庫監測終端進行顯示和處理分析，對出現的環境異常變化實時報警，為管理人員制定正確儲藏決策提供客觀依據。系統總體結構框圖如圖1所示，主要由多個功能相同而相對獨立的無線傳感器網絡、網關、局域網和監測終端組成。

在每個無線傳感器網路中，多個溫度、濕度傳感器節點布置在規定的監測范圍之內，負責環境數據采集，并以多跳路由的方式傳送到的匯聚節點，通過網關由局域網傳輸到監測終端。網關主要負責傳感器網絡協議到局域網協議的轉換。監測終端主要負責環境信息的存儲、顯示、智能分析評估等。

2 關鍵技術

由于軍械倉庫環境具有特殊性，裝備出入庫時，傳感器節點常常需要退出和重新加入網絡，環境腐蝕容易引起節點失效，因此，構建基于無線傳感器網絡技術的軍械倉儲監測系統，需對下述關鍵技術深入研究。

2.1 網絡拓撲控制

為了獲取全面的軍械倉庫環境信息，無線傳感器網絡內布置的節點數目龐大，分布密集。受到環境變化和能量耗盡等因素的影響，網絡中的節點容易出現失效;倉庫布局變換時候，節點位置常常需要變化，或是添加新的節點，這些情況都將造成傳感器網絡拓撲結構的動態變化，引起額外的網絡能耗，相對縮短網絡壽命。因此，結合實際需求，應當采用有效地拓撲控制算法，使無線傳感器網絡能夠生成良好的網絡拓撲結構，提高網絡能效以延長網絡的生命周期。

對于軍械倉庫環境監測，節點間的通信并不是首要的，監測的實時性要求也不是很高，監測點位置在預埋之前基本可確定。基于此，可以設計采用改進的層次拓撲算法，即依據倉庫物理結構及節點位置信息，通過固定普通節點ID號的方法，確定網絡的組織和連接，設置剩余能量最多的節點為該網絡中的簇頭節點從而減輕網絡自組織時的能量開銷，延長網絡壽命。

2.2 通信協議

在對軍械倉庫環境監測時，需要部署數量龐大的傳感器節點。損壞節點難以及時被發現和更換，極有可能影響到網絡性能。因此，傳感器網絡必須具有高度的容錯能力和魯棒性。這對倉儲監測傳感器網絡的通信協議提出了較高的要求。

無線傳感器網絡通信協議主要包括路由協議和MAC協議。路由協議需要考慮單個節點的能量消耗，并兼顧整個網絡能量的均衡消耗。MAC協議決定著無線信道的使用方式，對傳感器網絡的性能有較大影響。在設計MAC協議時，需要考慮數據碰撞、重傳以及節點接收處理不必要數據的影響。

基于軍械倉庫監測中無線傳感器網絡的具體應用環境，可采取下列路由和MAC層通信策略:利用節點傳輸數據時所攜帶的地理位置等有用信息作為啟發式信息，在簇頭節點之間快速生成傳輸路徑;通過路徑的鏈路質量和節點能量等反饋信息，數據源和中間節點實時調整路徑選擇，及時適應網絡狀態的變化。

3 結語

提出了一種基于無線傳感器網絡的新型軍械倉庫環境監測系統。該系統框架可避免傳統有線監測系統布置和維護復雜，組態不靈活，故障率高、魯棒性差等不足，同時可以提高系統穩定性和可靠性。基于無線傳感器網絡的應用相關性要求，本文重點討論了網絡拓撲控制、通信協議等關鍵技術，為發展和完善軍械倉庫環境監測系統提供了借鑒。

參考文獻

[1]劉昕，王全玉，金旭亮.基于能量感知的數據匯聚和路由協議[J]．計算機研究與發展，2008，45(1):83-89.

[2]姚丹霖，端木慶敏.無線傳感器網絡節點定位算法研究[J]．計算機工程與科學，2008，30(3):82-85.

[3]程衛芳，廖湘科，沈昌祥.一種高效節能的無線傳感器網絡數據聚合協議[J]．計算機工程與科學，2008，30(3):89-92.

[4]呂強，劉玉華，畢衛紅，等.無線傳感器網絡在軍用倉庫中的應用[J].裝甲兵工程學院學報，2009，23(4):65-66.