基于IPv6的無(wú)線(xiàn)高原凍土監測系統

摘要：設計了一種新型的高原凍土監測系統。采用ARM7內核的MCU進(jìn)行控制，并基于IPv6協(xié)議利用IPv6技術(shù)和GPRS技術(shù)相結合的方式，建立了可自組網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了對指定區域環(huán)境參數的實(shí)時(shí)監測。系統使用了多個(gè)土壤水分傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、氮氣傳感器對高原凍土環(huán)境進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)觀(guān)測。各監測點(diǎn)將數據通過(guò)基于IPv6的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳送給匯聚節點(diǎn)，匯聚節點(diǎn)再通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )將數據傳送給監控中心。監控中心可以對數據進(jìn)行記錄和分析，更好地指導環(huán)境保護和建設工作。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；IPv6；GPRS

引言
在青藏高原腹地的凍土區域開(kāi)展凍土區氣象、凍土變化以及工程建筑物穩定性的監測，獲取的基本數據被用來(lái)建立數據庫和系統的整理分析是必要的。但在高原地區獲取的這些資料若以人工方式取得，代價(jià)高昂。本系統利用了微控制器(MCU)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)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點(diǎn)的數目，以降低系統成本。

1 無(wú)線(xiàn)高原凍土監測系統架構
高原凍土監測系統主要對土壤濕度、溫度、二氧化碳的濃度和氮氣濃度進(jìn)行檢測。土壤濕度傳感器對地表以下20 cm的土壤濕度進(jìn)行監測；溫度傳感器對凍土溫度進(jìn)行監測；二氧化碳濃度和氮氣濃度對高原的大氣環(huán)境進(jìn)行監測。四種傳感器數據經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)和IPv6網(wǎng)絡(luò )匯聚到匯聚節點(diǎn)，匯聚節點(diǎn)再將數據通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸給監控中心。

基于IPv6的無(wú)線(xiàn)高原凍土信息監測系統主要由3部分組成：無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)、匯聚節點(diǎn)和監控中心。無(wú)線(xiàn)高原凍土信息監測系統架構如圖1所示。

2 無(wú)線(xiàn)高原凍土監測系統設計
2．1 無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)設計
無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)是傳感器的直接載體，主要放置在野外。節點(diǎn)傳感器輸出的模擬信號經(jīng)A／D采樣后，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給匯聚節點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)硬件結構如圖2所示。

2．1．1 低功耗和系統供電設計
無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)采用電池供電，沒(méi)有外部直流電源，并且對節點(diǎn)大小有一定要求，故必須選用高集成度、低功耗的芯片。設計采用飛思卡爾公司的MC13224集成片上系統。MC13224是飛思卡爾公司設計生產(chǎn)的基于IEEE 802．15．4協(xié)議的低功耗高性能片上系統。系統集成了32位ARM7TDMI-S微控制器內核、2．4 GHz IEEE802．15．4標準射頻收發(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)現一個(gè)完整的信號采集和收發(fā)系統。