無線傳感網絡大氣環(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，無線傳感網絡技術也在迅猛發(fā)展，越來越多的學者傾向于將兩者結合起來，其主要的實施原理就是在監(jiān)測區(qū)域內，設置大量的微型傳感器，通過傳感器感知區(qū)域內的大氣狀況，再通過無線通信方式形成一個多跳的網絡系統(tǒng)，以便對區(qū)域內的大氣狀況進行感知，對相關信息進行采集、處理和傳輸。由于無線傳感網絡技術的這些優(yōu)勢，使其在我國環(huán)境監(jiān)測中得到了廣泛的重視，其應用的潛力無可估量。

2 無線傳感網絡系統(tǒng)結構

2.1 節(jié)點組成

無線傳感網絡系統(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)議組成無線網絡。每個微型模塊代表網絡中的一個通信節(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轉換器，A/D轉換器再對傳感器所傳輸?shù)男盘栠M行處理，經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)據發(fā)送、接收和轉發(fā)功能，并可自動生成路由。

2.2 系統(tǒng)體系結構

大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，對于無線傳感網絡的運用，其體系結構主要是由四部分組成:通信節(jié)點、Sink節(jié)點、應用服務器和數(shù)據服務器。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絡系統(tǒng)的開啟者的作用，同時其也不僅僅具有這一方面的功能，還擔當著信息轉發(fā)的使者，其通過網絡自組織和多跳路由，將自身獲取處理的數(shù)據發(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)點與應用服務器之間的通信，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)點和應用服務器之間的通信就不再受RS 232所允許的最大長度的限制。最后就是應用服務器和數(shù)據服務器的鏈接，為了方便外界獲取最終的監(jiān)測數(shù)據，可以將其與相關部門的局域網或Internet網連接，這樣一方面可以便于其對于整個系統(tǒng)數(shù)據的獲取，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)據轉換和修正模塊、數(shù)據統(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)據楨進行分析的同時，提取有價值的信息。數(shù)據轉換和修正模塊其主要是承接串口通信模塊下達的任務，對其提取的有價值的信息進行轉換，是一個二進制信息到十進制信息的轉換過程。數(shù)據統(tǒng)計和存儲模塊負責對轉換的信息進行存儲，并將存儲值進行統(tǒng)計分析。

4 結語

對無線傳感網絡大氣環(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)，基于無線傳感網絡的大氣環(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用，其優(yōu)點顯而易見，特別是對比當今的一些環(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。基于無線傳感網絡的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)不僅僅會適用于大氣環(huán)境監(jiān)測的領域，在未來的發(fā)展中，還會延伸至更廣泛的領域。

[1]孫利民等.無線傳感器網絡[M].北京清華大學出版社，2005.5.

[2]任豐原，黃海寧，林闖.無線傳感器網絡[J].軟件學報，2003.14（7）：1287-1291.

[3]陳丹，鄭增威，李際軍.無線傳感器網絡研究綜述[J].計算機測量與控制，2004.12（8）：701-704.