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無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研究
作者：
時(shí)間：2011-03-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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行處理能力。一般情況下，基于非線(xiàn)性的數學(xué)方法，如果它具有容錯性、自適應性、聯(lián)想記憶和并行處理能力，則都可以用來(lái)作為融合方法，目前常用的數據融合方法基本上可概括為隨機和人工智能兩大類(lèi)，隨機類(lèi)方法有加權平均法、卡爾曼濾波法、多貝葉斯估計法、D-S證據推理等；而人工智能類(lèi)則有模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等。
3 WSN在風(fēng)洞測控中的應用
在風(fēng)洞測控這個(gè)特定的場(chǎng)景下，需要對、一些關(guān)鍵部件和設備的技術(shù)參數進(jìn)行監測與跟蹤，以監控設備的運行情況，合理調度設備運行，預報關(guān)鍵部件的失效概率，制定關(guān)鍵部件的維護或更換計劃，并避免出現大的系統故障或風(fēng)洞長(cháng)期的停轉，降低工作強度和人為誤差發(fā)生概率，提高風(fēng)洞試驗效率，保障風(fēng)洞安全運行。在不便于安裝有線(xiàn)傳感器的情況下，均可考慮無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。WSN的具體應用需求包括：
①旋轉機構的監測：包括軸流風(fēng)扇、攻角機構、滾珠絲桿等旋轉機構振動(dòng)特性的監測與跟蹤，以及模型姿態(tài)檢測與跟蹤等。
②氣源系統監測：包括監測位于野外的高／中壓儲氣罐群、高／中壓壓縮機組、吸附干燥站、冷卻循環(huán)水系統等，具體監測溫度、壓力、有毒氣體濃度等參數。
③風(fēng)洞運行監測：對風(fēng)洞運行狀態(tài)進(jìn)行監測，包括試驗時(shí)的壓力狀態(tài)、引射器的位置狀態(tài)、試驗段的溫度狀態(tài)、風(fēng)洞安全聯(lián)鎖狀態(tài)等，具體監測溫度、壓力、位置、電流、電壓等物理參數。
④其他沒(méi)有基礎網(wǎng)絡(luò )設施，而有線(xiàn)傳感器系統安裝又不方便或不安全的應用環(huán)境。
3.1 WSN應用系統的體系結構
根據風(fēng)洞測控的布設區域結構復雜、待測參數數量多、范圍廣等實(shí)際需求，采用分層的WSN網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，如圖2所示。 
在圖2所示的分層WSN中，具有某種關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)組成簇（cluster）。在一個(gè)簇內，通常有一個(gè)按一定規則選舉產(chǎn)生的、被稱(chēng)為簇首（也稱(chēng)為匯點(diǎn)Sink）的節點(diǎn)。普通節點(diǎn)將采集并壓縮的監測數據傳到Sink節點(diǎn)；然后由Sink節點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)（Gateway）通過(guò)多跳中繼（Multi-hop）方式完成多個(gè)WSN節點(diǎn)數據的匯集并傳發(fā)；最后在監控服務(wù)器（Control Center）將整個(gè)監測區域內的數據進(jìn)行集中處理。
3.2 WSN系統的實(shí)現
WSN的性能很大程度上依賴(lài)于WSN節點(diǎn)的特性。圖3顯示的是一種商業(yè)化的WSN節點(diǎn)o Mica2dot節點(diǎn)采用4 MHz的Atmel ATmega 128L微處理器，具有868/916 MHz多通道射頻收發(fā)器，512 KB的片上存儲，并集成多種傳感器，直徑僅為25mm?；赥inyOS操作系統來(lái)完成節點(diǎn)數據采集、數據處理和通信。 
TinyOS作為一個(gè)面向WSN應用的操作系統，能夠利用有限的資源來(lái)進(jìn)行高效率、低能耗的并行操作，程序核心很小，能夠有效地運行在WSN上并執行相應的管理工作，自動(dòng)發(fā)現和組成網(wǎng)絡(luò )，提供可重用的組件，并幾能提供簡(jiǎn)單的調度機制。
TinyOS定義一系列非常簡(jiǎn)單的組件（component）模型，具有高度的模塊化特征。每個(gè)組件都完成一個(gè)特定的任務(wù)，整個(gè)操作系統基本上就是由一系列的組件模型組成。當系統要完成某個(gè)任務(wù)時(shí)，就會(huì )調用事件調度器，事件調度器再有順序地調用各種組件，從而高效、有序地完成各種功能。工作在該操作系統上的應用程序基于事件（event）驅動(dòng)模式，采用事件觸發(fā)去喚醒傳感器工作。TinyOS采用類(lèi)似C的結構化編程語(yǔ)言NESC編寫(xiě)應用程序。
3.3 初步結果分析
在1.2mx1.2m風(fēng)洞進(jìn)行了WSN風(fēng)洞監測應用的初步嘗試，實(shí)現了WSN的拓撲結構管理（見(jiàn)圖4），并開(kāi)發(fā)研制了1.2mx1.2m風(fēng)洞WSN無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )測量系統（見(jiàn)圖5），實(shí)現了對風(fēng)洞試驗段內溫度的測量。 
圖4中，節點(diǎn)0作為基站，節點(diǎn)1、節點(diǎn)2為測量節點(diǎn)分別部署在風(fēng)洞試驗段和超擴段。節點(diǎn)1、節點(diǎn)2上的采集系統完成本地溫度參數的采集，節點(diǎn)3為中繼節點(diǎn)，節點(diǎn)1、節點(diǎn)2的溫度測量數據按照多跳路由（Multi-hop routing）的方式，經(jīng)過(guò)節點(diǎn)3的中繼，最終匯集到節點(diǎn)0，并由基站完成測量數據的匯聚融合和結果顯示。從圖5中可以觀(guān)察到在1.2m×1.2 m風(fēng)洞試驗過(guò)程中風(fēng)洞試驗段溫度的變化。這樣采用WSN的溫度測量數據，就能對流體力學(xué)風(fēng)洞試驗的測量結果進(jìn)行有效的修正。
4 結束語(yǔ)
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN）被認為是影響人類(lèi)未來(lái)生活的重要技術(shù)之一，這一新興技術(shù)為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑。由于WSN本身的特點(diǎn)，使得它與現有的傳統網(wǎng)絡(luò )技術(shù)之間存在較大的區別，給人們提出了很多新的挑戰。由于WSN對國家和社會(huì )意義重大，國內外對于WSN的研究正熱烈開(kāi)展，希望本研究能夠引起測控領(lǐng)域對這一新興技術(shù)的重視，推動(dòng)對這一具有國家戰略意義的新技術(shù)的研究、應用和發(fā)展。
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