在線檢測系統(tǒng)中的無線傳感器網絡開發(fā)
加入技術交流群
傳感器在監(jiān)測過程中提供了精確和可靠的數(shù)據，但關鍵問題是系統(tǒng)需要一種靈活的方法將數(shù)據傳送回中心數(shù)據控制站。Crossbow公司的無線傳感器網絡技術和解決方案可滿足這一要求。該公司用于此項目的產品包括新型Mote節(jié)點IRIS、MoteWorks軟件環(huán)境(包括Xmesh協(xié)議棧)、Xserver中間件和MoteWeb可視化管理平臺。
傳感器節(jié)點探測出的數(shù)據通過XMesh無線多跳自組的網絡傳輸給基站，或通過中繼Mote傳輸給基站。Mote是無線傳感器網絡的基本節(jié)點，由處理器和RF芯片組成，它的體積較小，所以稱之為“Mote”?；緞t是用來溝通無線傳感器網絡與已有的IP網絡的網關設備。
基站將這些數(shù)據傳輸?shù)街行姆掌鳎ㄟ^Xserver中間件解析后，用戶可以通過IT系統(tǒng)應用軟件進行監(jiān)控。同時，數(shù)據接口完全兼容于客戶的原有信息管理系統(tǒng)，用戶能夠靈活的將新的傳感器數(shù)據加入原有的信息管理系統(tǒng)，從而通過IP網絡實時監(jiān)控物理世界信息。
在實際部署時，Crossbow采用了分層網絡的架構。每個目前監(jiān)測區(qū)域內的無線傳感器節(jié)點組成一個子網，子網內的節(jié)點依靠Xmesh無線多跳自組織協(xié)議，通過多跳的方式把數(shù)據傳遞給基站?；驹谶M行數(shù)據預處理之后，通過IP網絡遠距離將數(shù)據發(fā)送回中心服務器。
每個傳感器節(jié)點包含微風震蕩檢測傳感器、無線傳感器網絡節(jié)點、數(shù)據獲取板和電池供給模塊。微風震蕩檢測傳感器實時獲取高壓線纜的振動信息，無線傳感器網絡節(jié)點通過數(shù)據獲取板取得數(shù)字化后的微風振蕩信息，并在預處理后以無線多跳路由的方式將數(shù)據傳回基站。電源供給模塊根據安裝環(huán)境選擇不同模塊，比如最簡單的電池組適用于方便安裝部署的節(jié)點，電暈取電模塊適用于部署在高壓輸電線路上的節(jié)點，太陽能適用于部署在高塔等位置的節(jié)點等。
中繼Mote的硬件結構和Mote完全一樣，只是沒有連接傳感器。與普通Mote不同，中繼Mote不由電池供電，而是通過有線形式供電，并始終保持在工作狀態(tài)以保證全網的通信效率。中繼Mote將來自節(jié)點的數(shù)據通過Mesh網絡傳輸?shù)交尽?
MoteWeb是Windows平臺下支持無線傳感器網絡系統(tǒng)的B/S架構可視監(jiān)控軟件。它可以通過WEB瀏覽器直接訪問WSN數(shù)據，具有友好的交互界面。無線網絡中所有節(jié)點的數(shù)據通過Xserver中間件解析后儲存在PostreSQL數(shù)據庫中。MoteWeb能將這些數(shù)據從數(shù)據庫中讀取并顯示出來，也能實時地顯示基站接收到的數(shù)據。管理者可以通過MoteWeb，以直接讀取數(shù)據、圖表或節(jié)點拓撲結構的方式快速整理、搜尋或查閱每個節(jié)點的數(shù)據信息。MoteWeb還可以根據管理者的設置，以手機短信和電子郵件的方式提供報警信息。
主要問題和解決方法
1.通訊問題
在將無線傳感器網絡應用到該項目的過程中，最大問題是如何保證Mote節(jié)點在電磁干擾下仍能正常組網通信。2.4GHz是最合適在該環(huán)境下使用的頻率。目前工作在2.4GHz的商用設備多為短距離通訊設備，如WiFi、藍牙等。400MHz與900MHz的干擾則相對較多。盡2.4GHz具有相對較好的表現(xiàn)，但植被和降雨仍會對無線信號產生較大衰減。Crossbow的IRIS節(jié)點，采用全新的AT1281＋RF230芯片組，以及模塊化設計生產，在通信距離指標上得到大幅提高，同時功耗反而得到一定程度的降低。
2．能源消耗
每個節(jié)點通過電池供電，在Crossbow公司被稱為ExtendLowPower(ELP)的電源管理機制下，電池電量能維持節(jié)點連續(xù)工作4年以上。電池的電壓隨時被監(jiān)控，一旦電壓過低，節(jié)點會將電壓數(shù)據發(fā)至基站。
3.IT系統(tǒng)設計
中間件概念的提出使得無線傳感器網絡后臺IT系統(tǒng)的設計變得極其容易。Xserver提供了包括數(shù)據庫接口、XML接口等在內的通用數(shù)據接口，能將無線傳感器網絡世界的物理信息量轉換成各種服務器可以接受的格式。用戶可以很容易地將無線傳感器網絡的數(shù)據加入到原有的信息管理系統(tǒng)中去。
評論