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

2 方案設計

2.1 系統概況

本系統硬件設計為3 部分，分別是監控終端、監控中繼及監控中心。其中監控終端組成WSN,在WSN 中如何高效使用能量來(lái)最大化網(wǎng)絡(luò )生命期是主要挑戰，將采用瘦節點(diǎn)方式，以節約能量，縮小電池體積；監控中繼會(huì )放在駕駛室處或庫房中，不受體積、功耗等的限制，因此會(huì )留夠功能備份，在組成MANET 時(shí)，如何適應網(wǎng)絡(luò )拓撲動(dòng)態(tài)變化是主要挑戰；監控中心處理全系統數據，顯示定位信息，發(fā)送控制命令，報警等。運輸過(guò)程中監控系統硬件配合關(guān)系如圖1 所示，庫房中類(lèi)似。如果考慮到隱蔽性，則庫房?jì)炔捎肳SN 網(wǎng)絡(luò )，庫房之間采用有線(xiàn)通信。

圖1 運輸過(guò)程監控系統圖

MANET 信息通過(guò)北斗衛星導航系統或公共信息網(wǎng)GPRS 或軍網(wǎng)傳送至監控中心，GPS 無(wú)通信數據鏈作為定位時(shí)的備份手段。北斗衛星導航系統是中國研發(fā)的導航系統，包括北斗一號和北斗二號系統，一號系統已投入使用，在建的二號系統已發(fā)射8 顆衛星， 到2020 年將有35 顆衛星，定位精度10 m,授時(shí)精度10 ns,測速精度0.2 m/s,實(shí)現全球通信與定位。作為主要用于軍事用途的國內導航系統，北斗系統具有相當的發(fā)展潛力，因此，本系統中首選其為遠距離通信手段。

2.2 監控終端設計

平時(shí)處于休眠狀態(tài)，定時(shí)時(shí)間到或監測到異常信號則發(fā)射狀態(tài)信息到監控中繼。采用ZigBee 技術(shù)，搭建星型或樹(shù)型網(wǎng)絡(luò )，由傳感器網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊、電源管理模塊、時(shí)鐘模塊組成，如圖2 所示。

圖2 監控終端方案

根據研究，監控終端設計需考慮以下問(wèn)題：

1）設計復雜度：本系統的作用主要是信息管理，因此傳感器網(wǎng)絡(luò )不會(huì )太復雜，主要采集溫度、濕度等常規信息，加上被監控對象數量、種類(lèi)、位置等信息，終端發(fā)送的數據不超過(guò)100 字節；

2）網(wǎng)絡(luò )拓撲控制：一般情況下，在開(kāi)放環(huán)境中第一層中繼控制之前會(huì )采用星型拓撲或樹(shù)狀拓撲，且節點(diǎn)個(gè)數不超過(guò)30 個(gè)，但本系統終端節點(diǎn)是處于包裹中的，根據測試，發(fā)射功率-10 dBm 時(shí)，空曠環(huán)境傳輸距離為22 m,集裝箱屏蔽環(huán)境傳輸距離約5 m, 而不同材料的包裝箱對無(wú)線(xiàn)信號傳輸的影響還不明確，因此終端發(fā)射多大功率，可以組成多大規模的網(wǎng)絡(luò )，需驗證；