基于無線自組網技術的監(jiān)控系統(tǒng)的設計

2 方案設計

2.1 系統(tǒng)概況

本系統(tǒng)硬件設計為3 部分，分別是監(jiān)控終端、監(jiān)控中繼及監(jiān)控中心。其中監(jiān)控終端組成WSN,在WSN 中如何高效使用能量來最大化網絡生命期是主要挑戰(zhàn)，將采用瘦節(jié)點方式，以節(jié)約能量，縮小電池體積；監(jiān)控中繼會放在駕駛室處或庫房中，不受體積、功耗等的限制，因此會留夠功能備份，在組成MANET 時，如何適應網絡拓撲動態(tài)變化是主要挑戰(zhàn)；監(jiān)控中心處理全系統(tǒng)數據，顯示定位信息，發(fā)送控制命令，報警等。運輸過程中監(jiān)控系統(tǒng)硬件配合關系如圖1 所示，庫房中類似。如果考慮到隱蔽性，則庫房內采用WSN 網絡，庫房之間采用有線通信。

圖1 運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)圖

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

2.2 監(jiān)控終端設計

平時處于休眠狀態(tài)，定時時間到或監(jiān)測到異常信號則發(fā)射狀態(tài)信息到監(jiān)控中繼。采用ZigBee 技術，搭建星型或樹型網絡，由傳感器網絡、無線發(fā)送模塊、電源管理模塊、時鐘模塊組成，如圖2 所示。

圖2 監(jiān)控終端方案

根據研究，監(jiān)控終端設計需考慮以下問題：

1）設計復雜度：本系統(tǒng)的作用主要是信息管理，因此傳感器網絡不會太復雜，主要采集溫度、濕度等常規(guī)信息，加上被監(jiān)控對象數量、種類、位置等信息，終端發(fā)送的數據不超過100 字節(jié)；

2）網絡拓撲控制：一般情況下，在開放環(huán)境中第一層中繼控制之前會采用星型拓撲或樹狀拓撲，且節(jié)點個數不超過30 個，但本系統(tǒng)終端節(jié)點是處于包裹中的，根據測試，發(fā)射功率-10 dBm 時，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線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(guī)模的網絡，需驗證；