基于無線傳感器網絡的路面監測系統匯聚節點設計

摘 要：就目前現代的城市化發展來講，交通出行也變得越來越復雜多樣化，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測，因為交通路面安全問題是出行的基本前提，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備充分，路面檢測系統技術要足夠的成熟全面，才可以保證交通出行的正常進行不被外界因素所影響。而無線傳感器網絡技術則是由分布安裝在各個道路監測系統中的多個微型傳感器節點組成，然后利用無線網絡的通信技術構成一個多格式多元化的組織網絡，最后通過它的感應系統，采集信息，并搜集處理覆蓋區域內的目標對象的信息，傳達給信息需求者，這就是在路面監測系統中使用無線傳感器網絡技術的目的所在。

關鍵詞：無線傳感器網絡；路面監測系統；匯聚節點設計；嵌入式系統

前言：本篇文章主要講述了道路路面監測中故障監測問題，在無線網絡傳感器技術的基礎下，結合其功能特點設計一套應用于道路監測系統的方案。以便在道路行駛過程中更好的了解路面狀況，監測道路是否安全以及位置信息。基于現代傳感器技術，無線通訊信號技術，數據信號處理技術，嵌入式系統等科技的迅速發展，出現了綜合這幾門技術為一體發展的傳感器器件，這種既具有無線通訊功能又有數據信號處理功能類的傳感器結合自身構成了自組織的網絡結構，它的誕生大大的方便了城市交通中路面監測系統的應用。現階段在無線傳感器網絡的發展中，需要運用創新的思想，并能解決實際問題的特點來設計開發。首先需要了解無線傳感器網絡的特點和路面監測系統匯聚節點的特性，再做接下來的具體分析，了解它們之間的相同點和互補點，結合實際現狀分析研究。

一、無線傳感器網絡的研究背景分析

1.無線分組網的研究

1996年美國軍方資助大學洛杉磯分校開展了有關低功耗無線傳感器網絡節點的研究，與此同時加州大學分校也開展了相同的研究，主要是借助于MEMS技術，來達到傳感與計算，通信的集成，利用智能傳感器技術來加強，其主要的目的也就是為了開發一系列可以自組織，可重構的傳感器節點。1972年美國國防部計劃署開啟了第一個分組交換網計劃，在ARRANET的互聯網基礎上進行了軍用無線網的分組網研究，它重新定義了分組交換與無線技術結合的概念。我們都了解在教室或者室內要想連接無線Wi-Fi進入互聯網絡必須要借助路由器的設置，但是并不是所有的場合都適合路由器的存在，介于這些原因Ad hoc網絡就得以運用，它不需要任何的預先架國設的無線通信基礎設施，所有的節點通過分層的協議體系與分布式算法來協調每個節點的各自行為，而且每個節點還可以自主的單獨組成網絡，Ad hoc網絡是一種對等結構的網絡，沒有固定的服務路由器。

2.從無線分組網到無傳感器網絡的研究

Ad hoc網絡最初的建設初衷是被應用于軍事領域行業，但隨著網絡科技的發展，擴展領域越來越廣泛，尤其通信方面應用的最多，在辦公，會議，個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網絡技術在移動通信市場上的發展空間具有不可估量的潛力，Ad hoc網絡具有快速組網的功能，因此就省去了布線和網絡設備的步驟，可以應用于臨時會議工作中。無線傳感器網絡是大量監測區域內的許多傳感器節點組成，它通過無線通信的方式形成了一個具有自己特性的自組網絡系統，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，認識世界，親近大自然的功臣。除此之外，就目前無線傳感器網絡可以被引用于無人駕駛的飛機上，并可以依據預先設置好的路徑依次的撤下，在商業市場分析下開展了它的商業發展的潛力，相信在科學家和專業人員的研究開發下無線傳感器網絡涉及的方面和領域會越來越多，它的研究具有著一定深厚的技術發展背景和長久以來自然的社會發展過程。

二、無線傳感器網絡的特點

無線傳感器網絡是一種比較尖端的網絡，它與移動通信網，藍牙網絡等常見的無線網絡有相似之處，但也存在著一定程度上的差別。傳統的無線網絡的始端作用目標是有效地提供服務質量和利用寬帶網絡。無線傳感器網絡的特點主要有一下幾點：

2.1節點數目龐大，密度深高。通常會在監測區域部署大量的傳感器節點以獲取精確信息，傳感器節點數目可達上千上萬。大量節點能夠有效幅度地加大監測區域的覆蓋面積，減少盲區的隱患。

2.2具有自主組織能力，可以自動進行配備和調和。在其應用領域中，不能夠預先精準地設定傳感器的節點位置。由于節點通常被放置在比較落后的沒有基礎設施的位置，所以也不會預先了解各個節點簡的相互關系。有的要高距離撒散大量的傳感器節點，有的會放置到危險的區域或者人類不可遇及的地方，此時就要用到自組織網絡的這種特點。自主進行配置和管理，通過控制機制和網絡協議，自動形成能夠轉發監測數據的無線網絡系統。

2.3無線傳感器網絡的基本結構是由三個節點組成，它的節點一般是一個微型的嵌入式系統，單單從網絡功能來講，它的每個節點都具有感知終端和路由器的功能，除了收集信息和對數據進行處理，還可以對附近轉發的節點的數據進行儲存，融合等，所以傳感器節點的軟硬件技術是傳感器網絡研究的重中之重。

三、基于無線傳感器網絡下的路面監測系統的設計思想

3.1本文主要就是針對無線傳感器網絡下有關路面監測系統匯聚節點的研究設計，主要是運用傳感器網絡技術對道路路面監測方面進行改善，結合傳感器自身的優點特性運用開發在路面監測系統中。路面狀況是一個不可確保的問題，對于一個城市來說交通道路是城市正常運轉的前提保障，路面一旦損壞對人們出行，國家經濟發展產業都會造成不好的影響，需要大量的人力物力，時間精來搶救維修，為了解決這一頭痛的難題，有關專業人員就考慮到可以借鑒傳感器網絡原理的思想來改善減少此類狀況的發生。

3.2結合長時間的研究與發現，無線傳感器網絡技術很適用于道路交通發展方面，就路面的好壞情況，可以在車子上利用安裝一個傳感器和垂直加速度移動傳感器節點來檢測路面是否出現故障，如果它的移動子節點檢測到的數據為異常，那么就說明前方的道路不安全，與此同時移動子節點進而可以檢測到實時的位置信息，然后再經過一定的路由傳送方式在各個子節點以無線傳輸的模式將信號發送到匯聚節點，它在一方面可以通過子節點傳送的監測路面故障信息發送給路面監測人員，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的路面情況發送到網絡上。城市公路建設構造中，需要設置大量的子節點布置在公路網絡中，將移動子節點安裝在車輛上，方便及時檢測了解路面狀況。

3.3關于匯聚節點的總體設計需要對各個處理器的類型了解，包括它們的系統處理頻率，和處理器在應用中的功能效率以及耗能情況，在嵌入式系統中的操作系統的選型中也要慎重選擇，匯聚節點的射頻模塊的選擇要考慮到整個系統的路面子節點的需求。匯聚節點的硬件和軟件系統的設計移植首先要了解基本的工作原理，在各個數據信號處理器和鏈接器，編譯環境的綜合條件下將無線傳感器網絡思想運用于路面監測系統中去，使其得到最大的受益。

結束語：綜上所述，路面監測是交通出行中的重要成分，為了保證正常的行駛，基于無線傳感器網絡技術下的路面監測系統要做好充分的后期工作，在出現特殊的突發情況時，可以及時的處理挽救。

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作者簡介：

鄭木棉（1996-）男，漢族，安徽六安人，本科在讀，現就讀于河海大學文天學院.