基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核電裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 WSN的網(wǎng)絡(luò)支持
路由協(xié)議解決的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題，是WSN的核心技術(shù)之一。WSN的路由協(xié)議與傳統(tǒng)的Internet網(wǎng)絡(luò)不同，WSN要求網(wǎng)絡(luò)在使用有限的硬件資源和能量的前提下完成數(shù)據(jù)的采集功能，由于無(wú)線信道的不穩(wěn)定性，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)和失效以及工廠環(huán)境等綜合因素的影響，WSN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)可能發(fā)生變化，而且變化的趨勢(shì)是隨機(jī)的，再加上網(wǎng)絡(luò)中存在大量的數(shù)據(jù)冗余，所以設(shè)計(jì)一款適合WSN的路由協(xié)議非常必要。針對(duì)核動(dòng)力設(shè)備的特殊要求，采納一種實(shí)時(shí)性很高的路由算法TEEN。TEEN是一種分層結(jié)構(gòu)路由協(xié)議，該思想下網(wǎng)絡(luò)通常劃分為簇，每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇成員組成。簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇內(nèi)成員的管理，并且完成簇內(nèi)信息的收集和融合操作，同時(shí)還負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。TEEN網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)(可以建立更多的分簇)如圖7所示，由于事先已經(jīng)確定了雙電源系統(tǒng)的個(gè)數(shù)以及位置，所以選擇靠近基站的雙電源系統(tǒng)作為路由的簇頭，簇頭確定好了以后，簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播告知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)自己成為簇頭的事實(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的非簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)接受信號(hào)的強(qiáng)度決定從屬的簇，并通知相關(guān)的簇。簇頭通過(guò)TDMA方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)度，還向簇內(nèi)成員廣播有關(guān)數(shù)據(jù)的硬閾值(Hard Threshold，HT)和軟閾值(SoftThreshold，ST)兩個(gè)參數(shù)。硬閾值是開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畹拖薅?，軟閾值則規(guī)定被檢測(cè)數(shù)據(jù)的變動(dòng)范圍。在簇的穩(wěn)定階段，節(jié)點(diǎn)通過(guò)傳感器不斷地感知其周?chē)h(huán)境。當(dāng)節(jié)點(diǎn)首次檢測(cè)到數(shù)據(jù)到達(dá)硬閾值，便打開(kāi)收發(fā)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，同時(shí)將該檢測(cè)值存人節(jié)點(diǎn)保存為監(jiān)測(cè)值(Sensed Value，SV)。節(jié)點(diǎn)再次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)要滿(mǎn)足兩個(gè)條件：當(dāng)前的檢測(cè)值大于硬閾值；當(dāng)前的檢測(cè)值與SV的差異等于或大于軟閾值。只要節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，變量SV便置為當(dāng)前的的檢測(cè)值。TEEN協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性比較高；通過(guò)設(shè)置硬閾值和軟閾值兩個(gè)參數(shù)，TEEN能夠大大地減少數(shù)據(jù)傳送的次數(shù)；由于軟閾值可以改變，監(jiān)控者通過(guò)設(shè)置不同的軟閾值可以方便地平衡監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性與系統(tǒng)節(jié)能性?xún)身?xiàng)指標(biāo)；隨著簇首的變化，用戶(hù)可以根據(jù)需要重新設(shè)定兩個(gè)參數(shù)的值，從而控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇螖?shù)。但是TEEN不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)的采集，不適合數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)，為此在TEEN的基礎(chǔ)上再向數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間，這樣的話(huà)哪怕沒(méi)有達(dá)到所需要的一個(gè)閾值，只要計(jì)數(shù)時(shí)間一到，將無(wú)條件采集所需的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到在線監(jiān)測(cè)的目的。

4 試驗(yàn)結(jié)果
設(shè)置系統(tǒng)的硬閾值為10℃，軟閾值為0，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間為0．1 s，系統(tǒng)采集一次數(shù)據(jù)的時(shí)間為0．01 s。由于溫度采集數(shù)據(jù)量龐大，不一一列舉，用Matlab把試驗(yàn)所采集的數(shù)據(jù)用曲線的形式標(biāo)記出來(lái)，如圖8所示，采集到的數(shù)據(jù)在10℃以下呈點(diǎn)狀分布；而超過(guò)10℃時(shí)，呈曲線分布；25～42℃之間與現(xiàn)場(chǎng)電子溫度計(jì)測(cè)得的溫度基本一致，而10～25℃之間出現(xiàn)了小偏差，原因可能為外界系統(tǒng)的干擾。

5 結(jié) 語(yǔ)
核電裝備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用WSN，在滿(mǎn)足低功耗和系統(tǒng)可靠性的前提下，能夠?qū)囟葦?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效的采集。該系統(tǒng)成本低廉、布網(wǎng)方便，通過(guò)試驗(yàn)表明，此系統(tǒng)完全能夠滿(mǎn)足工業(yè)的需要。在機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、安全控制方面將會(huì)有很大的發(fā)展空間。在以后的研究中，重點(diǎn)研究數(shù)據(jù)的融合與機(jī)械震動(dòng)信號(hào)的采集，并對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行特征提取，以便對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。