利用IPv6地址優勢搭建寒旱區野外觀測儀器組網節點

蘭州交通大學基于IPv6的寒旱區野外觀測儀器組網節點研制的項目介紹了服務用戶群體與實施效果、產品推廣與應用情況，以及項目的實施對我國下一代互聯網技術發展所起到的推動作用。

項目創新性

項目主要探索研究基于IPv6技術建立寒旱區野外觀測儀器組網的關鍵技術，利用IPv6地址的優勢，設計實現野外觀測儀器組網硬件節點，構建具有清晰結構的、穩定的、高效的觀測儀器無線組網技術，可提升寒旱區野外觀測數據的自動化水平和數據實時性。項目技術架構（邏輯圖）如圖1所示。

圖1 項目技術架構圖（邏輯圖）

關鍵技術取得的重大進展

通常，根據儀器組網需要，將儀器組網節點劃分為組網節點和網關節點。觀測儀器組網網絡包含傳感器、數采儀、組網節點和網關節點。在野外臺站的觀測平臺原有傳感器和數采儀的基礎上，自主設計組網節點、網關節點。組網節點由主控單元、射頻單元、存儲單元、電源單元和近端設備接口單元5部分構成。主控單元采用cc2538芯片，射頻芯片使用的是cc2538的2.4GHZ IEEE802.15.4兼容RF收發器，存儲單元采用T-Flash卡，設備供電采用太陽能加蓄電池的方式，本節點支持SPI/USB、RS232、RS485等通信接口。組網節點現已完成設計與制作。網關節點由主控單元、射頻單元、存儲單元、電源單元和遠端網絡接口單元五部分構成。主控單元使用STM32芯片，遠端網絡接口單元使用的是以太網接口芯片LAN2870，射頻單元、存儲單元和電源單元設計與組網節點基本相同。網關節點現已完成設計與制作。

節點中軟件平臺使用小型嵌入式操作系統 Contiki。 Contiki是一款開源的、高可移植的、支持網絡的多任務嵌入式操作系統，它適用于無線傳感器網絡中的傳感節點。 Contiki 操作系統包含了為低功耗微處理器設計的小型 TCP/IP 協議棧uIPv6。現已實現組網節點間基本的IPv6通信。

項目的創新性

1.將提升野外監測信息化，提高數據的采集密度和質量；突破單點獨立觀測，形成網絡化的多學科、成體系的聯合組網觀測研究體系；實現數據傳輸的實時性，使監測由人工化到自動化、網絡化，實現監測方法上質的飛躍。

2.設計適合高寒地區的儀器組網關鍵技術，提供一套適宜于高寒、干旱生態、環境密集觀測數據獲取的可用于野外觀測儀器組網和數據自動傳輸的技術體系。

3.設計寒旱區野外觀測點觀測儀器組網的硬件組網節點和網關節點，設計的節點具有體積小、功耗低，系統實時性高等特點，提高觀測儀器組網網絡的能效，延長了網絡生命周期，為寒旱區野外臺站觀測儀器組網提供了關鍵技術和可借鑒的技術路線。

實施效果與推廣情況

項目成果主要為地學科研人員服務，在發展和完善觀測儀器組網、儀器控制及組網理論方面的相關研究提供了新的研究方法。項目實施有助于推動下一代互聯網技術在科學研究領域中的應用，作為科研的支撐平臺，并且項目在環境監測、地震監測、地質災害監測、化工、醫學等其他研究領域也具有一定的應用示范和推廣價值。