基于無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)技術(shù)的監控系統的設計

摘要： 設計一套基于無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)技術(shù)的監控系統，旨在對運輸及庫存中的重要產(chǎn)品進(jìn)行遠距離監控，避免繁瑣的人工管理過(guò)程。從通信組網(wǎng)、硬件設計方面介紹了初步方案設計，擬利用短距離、低耗的WSN 實(shí)現相對靜止空間內的組網(wǎng)，利用MANET 實(shí)現相對運動(dòng)時(shí)的組網(wǎng)，以實(shí)現全國范圍內的，信息傳遞時(shí)間小于5 分鐘的動(dòng)態(tài)監控網(wǎng)絡(luò )。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN） 和移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò )（MANET）是無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò )技術(shù)中由于應用場(chǎng)合、移動(dòng)特性、尋址方式等的不同而產(chǎn)生兩個(gè)分支，它們的網(wǎng)絡(luò )均由不需要任何基礎設施的一組具有動(dòng)態(tài)組網(wǎng)能力的節點(diǎn)組成[1].這些網(wǎng)絡(luò )適應了應用中對網(wǎng)絡(luò )和設備移動(dòng)性的要求， 從而引起關(guān)注，并在20 世紀90 年代以后獲得廣泛的認可和研究。歷經(jīng)十幾年，WSN 和MANET 在國外軍事通信和民事通信領(lǐng)域發(fā)展迅速， 已展現出作為未來(lái)Internet 重要組成部分的不可阻擋的趨勢。

筆者提出基于無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)技術(shù)的監控系統的設計，旨在實(shí)現對某些重要產(chǎn)品在全國范圍內的庫存、運輸過(guò)程中的數量、位置以及各種狀態(tài)進(jìn)行持續地監控，避免繁瑣的人工管理過(guò)程，提高管理效率。

良好的通信系統設計是本系統關(guān)鍵，其涉及地面運輸和庫存，在運輸車(chē)廂內及庫房時(shí)產(chǎn)品活動(dòng)空間不大，位置相對靜止，信息傳遞需要短距離、低耗方式，而在運輸過(guò)程中，需要遠距離傳輸將信息傳送至監控中心，并且當多種產(chǎn)品處于不同的運輸工具中時(shí)，各運輸工具之間的信息交互需要動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)方式，以提高在屏蔽地點(diǎn)信號傳輸能力。因此提出WSN、MANET 及傳統通信技術(shù)相結合的方式作為本系統網(wǎng)絡(luò )通信手段。

1 理論分析

1.1 系統目標

本系統需監控產(chǎn)品在全國范圍內的車(chē)載和庫存狀況。車(chē)載時(shí)，車(chē)廂內的節點(diǎn)相對于車(chē)靜止，各車(chē)之間相對運動(dòng)；庫存時(shí)，節點(diǎn)之間，庫房之間均是相對靜止。筆者主要針對運輸過(guò)程中的監控進(jìn)行探討。為了實(shí)現長(cháng)時(shí)間大范圍內持續監控，系統硬件設計分為3 部分，包括監控終端、監控中繼及監控中心。

其中監控終端的指標：

1）位置：處于產(chǎn)品相同空間內；

2）電池工作時(shí)間：1 年或更長(cháng)時(shí)間；

3）通訊接口：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；

4）監測內容：溫度、移動(dòng)、開(kāi)箱、電池電壓、距離等。

主要功能：平時(shí)處于低功耗休眠狀態(tài)，監測到異常信號或定時(shí)時(shí)間到則退出休眠狀態(tài)， 發(fā)射狀態(tài)信息到中繼基站。

監控終端是整個(gè)監控系統的核心裝置，其低功耗、小型化、健壯性設計是關(guān)鍵點(diǎn)。由于產(chǎn)品位置是動(dòng)態(tài)變化的，不適合有線(xiàn)傳輸，并且為了避免經(jīng)常性地更換電池，必須保證低功耗工作，因此終端節點(diǎn)之間采用短距離、低耗無(wú)線(xiàn)通信方式，而無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )作為未來(lái)改變世界的十大技術(shù)之一、全球未來(lái)四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，有顯著(zhù)的低功耗特點(diǎn)，并且布署靈活，成本低廉，因此監控終端組成WSN.

由于WSN 是短距離通信， 因此需中繼基站將終端信息進(jìn)行轉發(fā)，中繼指標如下：

1）位置：庫房或運輸車(chē)上；

2）電源：220 V 交流或12 V 直流；

3）與終端通訊接口：無(wú)線(xiàn)接口；

4）與監控中心通訊接口：以太網(wǎng)、GPRS、衛星通訊；

5）自組網(wǎng)：MANET.

主要功能：

1）接收終端監測數據，并轉發(fā)到監控中心；

2）接收監控中心命令并轉發(fā)監控中心對監控終端的命令；

3）由于監控終端損壞或電池斷電等，導致中斷基站在設定時(shí)間內不能與其聯(lián)系，則向監控中心發(fā)送報警信號；

4）某監控中心離中繼基站太遠（如超過(guò)1 km），則向監控中心發(fā)送報警信號；

5）運輸過(guò)程中的定位；

6）運輸過(guò)程中在信號屏蔽地點(diǎn)，利用MANET 進(jìn)行信息傳遞與發(fā)送。

中繼最重要的功能是信息發(fā)送或轉發(fā)，利用傳統的方式如衛星、公共信息網(wǎng)、軍網(wǎng)等可實(shí)現正常情況下的發(fā)送，當遇到緊急情況，如穿越山洞、山體遮掩、傳輸障礙等，則需最大限度地進(jìn)行信息傳遞再發(fā)送， 此時(shí)需各中繼之間自組網(wǎng)，由最易與傳統通信相連接的中繼節點(diǎn)完成最終的信息發(fā)送。

綜上，本系統中終端節點(diǎn)間采用WSN,運輸正常情況下各車(chē)直接采用傳統通信方式，緊急時(shí)車(chē)之間采用MANET,再與傳統通信方式相結合。監控中心的設計取決于終端與中繼的特點(diǎn)，在此不贅述。