無線傳感器網(wǎng)絡技術幫助監(jiān)測森林火災

　　一個適用于火災監(jiān)測的傳感器網(wǎng)絡除了傳感器節(jié)點外，還有基站和Intemet。最底層的傳感器節(jié)點向上層依次為傳輸層、基站、最終連接到Intemet。為獲得準確的數(shù)據(jù)，傳感器節(jié)點將感應到的數(shù)據(jù)傳送到一個網(wǎng)關節(jié)點。網(wǎng)關節(jié)點負責將傳感器節(jié)點傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)由一個傳輸網(wǎng)絡發(fā)送到基站上。傳輸網(wǎng)絡是負責協(xié)同各個傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關節(jié)點、綜合網(wǎng)關節(jié)點信息的局部網(wǎng)絡?；臼悄軌蚝虸ntemet相連的一臺計算機，它將傳感數(shù)據(jù)通過Intemet發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心，同時它還具有一個本地數(shù)據(jù)庫副本以緩存最新的傳感數(shù)據(jù)。監(jiān)測人員可以通過任意一臺連人Intemet的終端訪問數(shù)據(jù)中心，或者向基站發(fā)出命令?？紤]到林場可能在非常偏遠的地區(qū)，基站需要以無線的方式連人Intemet。對于偏遠地區(qū)來說，使用衛(wèi)星是一種比較可靠的方法?？梢詫⒈O(jiān)控區(qū)域附近的衛(wèi)星通信站作為傳感器網(wǎng)絡的基站。

　　無線傳感器網(wǎng)絡的傳感器節(jié)點個數(shù)通常很多，它們不僅體積小、成本低，另外還要求傳感器節(jié)點功耗非常低，以滿足用電池即可維持長時間的工作狀態(tài)。因此這些特點決定了對傳感器節(jié)點的設計需要在盡可能簡單的情況下滿足應用需求。

　　無線傳感器節(jié)點是由硬件層和軟件層共同配合完成任務。

　　2.1 硬件層

　　一般都包括以下四個單元：供電單元、數(shù)據(jù)采集單元（包括傳感器和A／D模數(shù)轉換器件）、數(shù)據(jù)處理單元（包括存儲器和微控制器）、無線通信單元。微控制器作為傳感器節(jié)點的“心臟”，在上面運行著嵌入式系統(tǒng)軟件，從而對另外三個單元的工作進行控制。在硬件的選取上，盡量采用低功耗器件，還可以考慮在無數(shù)據(jù)采集和無數(shù)據(jù)通信的時候命令微控制器進入“睡眠”狀態(tài)并可切斷無線通信單元的部分電源，從而降低功耗。

　　軟件層用來控制硬件層，是整個傳感器的“大腦”，除了最基本的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送之外，根據(jù)應用的場合，還需要實現(xiàn)關于網(wǎng)絡拓撲、自組織、路由選擇、能耗節(jié)約、錯誤處理、可靠性保證等一系列的算法與設計。對于一些簡單的應用可以使用單一循環(huán)邏輯的軟件來完成。而一些復雜性較高的應用場景就有必要使用針對無線傳感器網(wǎng)絡特點的嵌入式操作系統(tǒng)嘲。這類操作系統(tǒng)，除了要滿足對于資源有限、可移植性、實時性等方面的需求外，重點還要考慮節(jié)能性的需求，另外使用事件驅動的方式也可以適應無線傳感器網(wǎng)絡以數(shù)據(jù)流為中心的特點。

　　2.2 軟件層

　　包括三個層次：硬件抽象層、系統(tǒng)服務層和應用層。硬件抽象層實現(xiàn)對硬件平臺（電源管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和無線通信單元）的抽象，為上層屏蔽底層硬件細節(jié)，簡化系統(tǒng)平臺移植。系統(tǒng)服務層包括通信服務、傳感服務、能耗管理服務、實時內核四部分，在這個層次中除了實現(xiàn)操作系統(tǒng)如任務調度、信號量等內核服務外，還將完成各種路由、安全算法的實現(xiàn)，并支持各類通信傳輸協(xié)議。應用層是由用戶根據(jù)具體應用的需要定義，利用系統(tǒng)服務層提供的接口，能方便的設計出上層軟件。

　　3 結語

　　森林火災監(jiān)測是一個跨學科的課題。傳感器網(wǎng)絡為實現(xiàn)更加準確、數(shù)據(jù)量更大、對環(huán)境影響小的林火監(jiān)測提供了一個全新的手段。無線傳感器硬件平臺的設計對于整個無線傳感器網(wǎng)絡的開發(fā)與應用至關重要，作為整個系統(tǒng)的底層支持，其必然向微型化、高度集成化、網(wǎng)絡化、節(jié)能化、智能化的方向發(fā)展，近幾年，隨著計算機成本下降和微處理器體積縮小，開發(fā)和構造無線傳感器將有更廣闊的應用前景。尤其在環(huán)境監(jiān)測方面的應用得到大家的重視，各國都在進行這方面的探索，力求研究出更加符合無線傳感器網(wǎng)絡的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

　　但是，我們還應該清楚的認識到，無線傳感器網(wǎng)絡才剛剛開始發(fā)展，它的技術、應用都還遠遠談不上成熟，我們期待切實可行的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)早日應用在林火監(jiān)測方面。