基于茶園旱情監測系統的WSN網(wǎng)關(guān)設計
網(wǎng)關(guān)系統要完成的主要任務(wù)包括采集傳感器節點(diǎn)旱情監測的相關(guān)數據,對數據進(jìn)行處理和封裝后通過(guò)以太網(wǎng)或GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到遠端具有固定公網(wǎng)IP的PC機。為了驗證該網(wǎng)關(guān)系統數據傳輸的實(shí)時(shí)性、可靠性和適應性,分別對以太網(wǎng)連接和GPRS遠程傳輸可靠性進(jìn)行了測試試驗。
試驗條件:
(1)Ethernet Switch交換機1個(gè),EIA/TIA 568B標準網(wǎng)線(xiàn)(直連網(wǎng)線(xiàn))2根;
(2)網(wǎng)關(guān)系統1套,采用嵌入式Linux操作系統、以太網(wǎng)口驅動(dòng)程序、串口數據采集程序、socket套接字聯(lián)接程序;
(3)利用10Base-T接至網(wǎng)絡(luò )的PC機1臺,采用Windows XP操作系統;
(4)Crossbow公司MICAz節點(diǎn)和MTS310傳感器6套,采用Crossbow公司的Moteview監控軟件。
以太網(wǎng)的連接試驗主要是針對網(wǎng)關(guān)連接、網(wǎng)關(guān)接收匯聚節點(diǎn)數據以及遠程數據傳輸進(jìn)行測試。網(wǎng)關(guān)連接測試是驗證網(wǎng)關(guān)嵌入式Linux操作系統、CS8900網(wǎng)卡初始化和驅動(dòng)程序的運行正常與否,以及網(wǎng)關(guān)與監測中心能否通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò )連接。測試網(wǎng)關(guān)接收匯聚節點(diǎn)數據的目的主要是驗證SD卡的初始化、驅動(dòng)程序正常與否,網(wǎng)關(guān)能否通過(guò)串口讀取匯聚節點(diǎn)所接收的WSN節點(diǎn)數據。試驗證明,網(wǎng)關(guān)系統能夠實(shí)時(shí)采集WSN節點(diǎn)數據,并通過(guò)以太網(wǎng)遠程傳輸到監控中心,系統運行穩定可靠。
GPRS數據傳輸可靠性可以由誤碼率和丟包率來(lái)衡量。為了節省網(wǎng)絡(luò )帶寬,該實(shí)驗以丟包率作為分析的主要依據。由于GPRS傳輸延遲的不確定性,數據傳輸的可靠性與數據包的發(fā)送時(shí)間間隔相關(guān),間隔時(shí)間越大,數據傳輸的可靠性就會(huì )降低。分別對TCP/IP傳輸和UDP傳輸兩種通信方式進(jìn)行了測試丟包率試驗,發(fā)送間隔時(shí)間為1~10 s,每種間隔時(shí)間進(jìn)行500次數據傳輸試驗,計算的丟包率如圖5所示??梢钥闯?,在2種傳輸模式中,4~5 s是1個(gè)分界點(diǎn),自此以后丟包率基本趨于穩定,這時(shí)的丟包狀況來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )的不可控因素。由于茶園旱情監測對數據傳輸的實(shí)時(shí)性沒(méi)有過(guò)高的要求,因此,網(wǎng)關(guān)GPRS遠程傳輸采用TCP方式,間隔時(shí)間選為5 s。

5 結 語(yǔ)
針對目前無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用特點(diǎn)及發(fā)展趨勢,結合現今網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、嵌入式系統技術(shù)的發(fā)展,設計采用嵌入式系統平臺實(shí)現多種遠程數據傳輸技術(shù)的WSN網(wǎng)關(guān),用于茶園旱情監測系統。網(wǎng)關(guān)通過(guò)串行口與匯聚節點(diǎn)通信,可以通過(guò)以太網(wǎng)或GPRS兩種可選方式監測數據發(fā)到遠程監控中心。開(kāi)發(fā)了功能完善的WSN網(wǎng)關(guān)應用軟件,在實(shí)際應用中取得了良好的效果。隨著(zhù)3G時(shí)代的到來(lái)以及工業(yè)級3G通信模塊的推出,如何利用網(wǎng)關(guān)系統實(shí)現WSN與3G的互聯(lián)是今后擬研究解決的問(wèn)題。
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