基于IPv6的無(wú)線高原凍土監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

摘要：設(shè)計(jì)了一種新型的高原凍土監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用ARM7內(nèi)核的MCU進(jìn)行控制，并基于IPv6協(xié)議利用IPv6技術(shù)和GPRS技術(shù)相結(jié)合的方式，建立了可自組網(wǎng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)指定區(qū)域環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)使用了多個(gè)土壤水分傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、氮?dú)鈧鞲衅鲗?duì)高原凍土環(huán)境進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)觀測(cè)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)將數(shù)據(jù)通過(guò)基于IPv6的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)再通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心。監(jiān)控中心可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，更好地指導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)工作。
關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；IPv6；GPRS

引言
在青藏高原腹地的凍土區(qū)域開(kāi)展凍土區(qū)氣象、凍土變化以及工程建筑物穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)，獲取的基本數(shù)據(jù)被用來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)的整理分析是必要的。但在高原地區(qū)獲取的這些資料若以人工方式取得，代價(jià)高昂。本系統(tǒng)利用了微控制器(MCU)技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GSM／GPRS移動(dòng)通信技術(shù)以及IPv6技術(shù)。采用IPv6技術(shù)可以讓一個(gè)網(wǎng)絡(luò)支持更多的傳感器，這樣可以大幅減少匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，以降低系統(tǒng)成本。

1 無(wú)線高原凍土監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)
高原凍土監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)土壤濕度、溫度、二氧化碳的濃度和氮?dú)鉂舛冗M(jìn)行檢測(cè)。土壤濕度傳感器對(duì)地表以下20 cm的土壤濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；溫度傳感器對(duì)凍土溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；二氧化碳濃度和氮?dú)鉂舛葘?duì)高原的大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。四種傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和IPv6網(wǎng)絡(luò)匯聚到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控中心。

基于IPv6的無(wú)線高原凍土信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由3部分組成：無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控中心。無(wú)線高原凍土信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 無(wú)線高原凍土監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)是傳感器的直接載體，主要放置在野外。節(jié)點(diǎn)傳感器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)A／D采樣后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2．1．1 低功耗和系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)
無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)采用電池供電，沒(méi)有外部直流電源，并且對(duì)節(jié)點(diǎn)大小有一定要求，故必須選用高集成度、低功耗的芯片。設(shè)計(jì)采用飛思卡爾公司的MC13224集成片上系統(tǒng)。MC13224是飛思卡爾公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的基于IEEE 802．15．4協(xié)議的低功耗高性能片上系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了32位ARM7TDMI-S微控制器內(nèi)核、2．4 GHz IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)射頻收發(fā)器、2個(gè)8通道12位ADC，4個(gè)16位定時(shí)器等。只需少許的外部器件便可實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的信號(hào)采集和收發(fā)系統(tǒng)。