探討物聯網技術在海洋環境監測中的應用

摘 要：隨著社會經濟發展的速度逐漸加快，環境污染的問題也開始日益嚴重。海洋作為地球表面水資源的集中地點，其污染治理已經成為我國目前亟待解決的首要問題之一。海洋環境監測系統是海洋污染問題治理的基礎條件，提高其監測質量對于海洋治理來講具有非常重要的價值。而物聯網技術已經開始應用于各個領域，成為促進各領域發展的重要手段。基于此，以下文章中筆者將就在海洋環境監測中如何應用物聯網做出分析。

關鍵詞：海洋環境監測;物聯網技術;應用

改革開放以后的很長一段時間內，為了能夠獲取更大的經濟效益，開拓脫貧致富的道路，各種工業開始飛速發展著，在推動社會經濟發展的同時，也對自然資源大量的索取，生態環境遭到破壞[1]。近些年來，隨著環保理念的提出，海洋環境的污染問題已經得到了高度重視，在物聯網技術的應用下，不僅能夠加強對海洋環境的保護，還能夠幫助人們更加深入的了解海洋狀況，從而更好的對海洋環境進行管理。

一、在海洋環境監測系統中應用物聯網技術

就目前海洋環境監測系統而言，主要有水上監控與水下監控兩個部分，同時應用三維結構的傳感網絡，而該傳感網絡的組成主要包括三個部分：1.不同類型的海上傳感器;2.水下自動探測器;3.固定采集設備。在區域、類型不同的區分下，傳感器也會按照類型的組成單獨的節點，每個區域的傳感器會對海洋渾濁度、鹽度、重金屬含量等相關指標參數進行采集，這些采集到的參數會經過統一的通信協議向匯聚節點進行傳輸，再由匯聚節點完成各項參數的統計工作，最后通過通信、衛星技術傳遞給監控中心進行分類、存儲，供相關人員使用，數據庫與互聯網相互連通，當有外界用戶想要獲取時必須要通過身份驗證才能獲取到想要了解的監控數據[2]。在整個海洋監測系統中，各個監控階段是非常重要的組成部分，一般來講，每個節點都包括數據采集、處理、傳輸、供給模塊。

二、無線網絡中的ZigBee組網技術

（一）什么是ZigBee組網技術

ZigBee組網技術是一種近距離，復雜度、功耗、速率以及成本均較低的雙向無線通訊技術。在應用該項技術時，需要確保各種電子設備之間具有距離短、功耗低且傳輸速率低的特點，這樣該項技術才能夠完成數據傳輸以及典型周期性、間歇性、低反應時間數據傳輸[3]。對于海洋環境監測系統而言，網絡耗能時間短是其使用時間的重要因素，而在整個監控系統具有的3層結構中，其中耗能量最大的單元即為單個階段內數據采集、傳輸。而在海洋環境監測系統中應用ZigBee組網技術可在滿足其實時性要求的同時，降低其耗能，因此，目前海洋環境監測系統中單個節點約定的通信方式，即ZigBee組網技術。

（二）ZBR的計算方式

在ZigBee中，按照節點資源與功能對海洋環境監測系統中的節點進行區分，可分為三種類型，即RN（+、-）、RFD，其中RN代表存儲空間，“+”代表充足同時伴有無線路由功能，“-”代表不足且不伴有無線路由功能，應用Cluster-Tree的計算方式對信息傳輸至能進行計算，RN（+、-）與RFD的區別就在于，前者無論存儲空間足或者不足，均可對數據進行轉發，而后者不具備這種轉發能力，在進行數據轉發時，要以父節點為介導[4]。因此，目前ZBR方式已經打破C-T算法的局限性，開始與路由尋址功能相結合，實現了整個節點內部信息高效傳播。就ZigBee而言，地址分發功能是其自身具備的通信功能，在此基礎上與海洋環境監控系統中傳感網絡節點的具體行為相結合，在以下文章中，將來自于監控系統傳感網絡中的三個參數引入，即1.結合物聯網技術應用的整個海洋環境監測系統中劃分最大的子節點數，以Cm代表;2.在系統中，容納路由器最多數量，以Rm代表;3.網絡深度，以Lm代表。

這里我們可以先做一個設想，假如在擴展監控系統探測的前提下，節點全部應用“Node”表示，新帶入節點加腳標“n”，父節點加腳標“k”，各個節點分配的地址均用“A”表示，深度應用“Depth”表示，當已知節點地址、網絡層次深度后，最后得出等式應當為Depth（n-k）=1。

當ZigBee通信結構為樹狀結構時，需要再次引入三個參數，即1.在整個機構中每層容納節點個數，以Cm1表示;2.每層中路由數最大，以Rm1表示;3.結構中網絡層數，以Lm1表示。

求樹狀結構中e層節點時，按照上層父節點的地址分配協議進行計算，得出以下幾種計算方式。1.假設n節點時該節點父節點接收的第N個節點，且RFD為節點類型，那么在計算其分配地址時，應該得出以下等式：n+Cskip（e）×Rm+Ak=An。2.前提條件相同，但節點類型換為RN（+、-），在計算分配地址時的等式應該為An= Cskip（e）×（ n-1）+1+Ak。

三、ZigBee協議軟件流程

（一）網絡處于初始狀態

選擇一個能夠將整個海洋監測系統歸于初始狀態的協調器，且需要其具備ZigBee 通信功能。RFD在檢查是否有信標在周圍節點中存在時，先要掃描周圍節點，然后向節點發送信息，確定本節點可作為初始協調器的條件即能夠在周期內檢測到，與此同時，建立相應網絡，將自身信標廣播給周圍節點。再然后，通過信道掃描，找出周圍節點中適合能量的信道，并根據路由計算方式計算出最有效的信道，以此作為基礎，將傳輸網絡建立[5]。

（二）在網絡中加入節點

在初始化步驟完成后，網絡仍然不能夠應用于實際工作當中，還需要在此網絡中加入其它傳感器，在選擇加入網絡的節點時，需要先對上層節點進行掃描，然后選擇父節點發送請求入網信息，如果網絡地址能夠通過此節點成功返回，則能夠作為標識用于傳輸、接收數據。

結束語：

總而言之，對海洋環境進行監測并不斷提升監測效率，是促進生態環境與社會經濟發展的重要舉措之一。本文中先對海洋環境監測系統中應用物聯網技術進行簡單論述，然后分析計算方式，最后對ZigBee協議軟件流程進行探討，希望能夠為相關工作帶來有價值的參考。

參考文獻：

[1]沈偉. 物聯網技術在環境監測中的應用[J]. 電腦編程技巧與維護， 2016（12）：41-42.

[2]付宗魁， 蔡芳萍. 海洋環境監測系統方案設計與研究[J]. 物聯網技術， 2016， 6（4）：20-20.

[3]趙艷玲. 物聯網技術在海洋監控系統中的應用[J]. 艦船科學技術， 2016（1x）：175-177.

[4]姚喆怡. 基于物聯網定位技術的海洋監測系統研究[D].2015.

[5]陳作聰. 海洋環境實時物聯網監控系統設計[J]. 煙臺大學學報（自然科學與工程版）， 2015（4）：308-312.

作者簡介：

王慧娟，女，漢1984年11月30日，碩士物理海洋學，中國海洋大學，中級工程師，海洋環境。