基于無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)概況

本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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(wǎng)絡(luò)生命期是主要挑戰(zhàn)，將采用瘦節(jié)點(diǎn)方式，以節(jié)約能量，縮小電池體積；監(jiān)控中繼會(huì)放在駕駛室處或庫(kù)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化是主要挑戰(zhàn)；監(jiān)控中心處理全系統(tǒng)數(shù)據(jù)，顯示定位信息，發(fā)送控制命令，報(bào)警等。運(yùn)輸過程中監(jiān)控系統(tǒng)硬件配合關(guān)系如圖1 所示，庫(kù)房中類似。如果考慮到隱蔽性，則庫(kù)房?jī)?nèi)采用WSN 網(wǎng)絡(luò)，庫(kù)房之間采用有線通信。

圖1 運(yùn)輸過程監(jiān)控系統(tǒng)圖

MANET 信息通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)或公共信息網(wǎng)GPRS 或軍網(wǎng)傳送至監(jiān)控中心，GPS 無(wú)通信數(shù)據(jù)鏈作為定位時(shí)的備份手段。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)研發(fā)的導(dǎo)航系統(tǒng)，包括北斗一號(hào)和北斗二號(hào)系統(tǒng)，一號(hào)系統(tǒng)已投入使用，在建的二號(hào)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(shí)精度10 ns,測(cè)速精度0.2 m/s,實(shí)現(xiàn)全球通信與定位。作為主要用于軍事用途的國(guó)內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展?jié)摿Γ虼?，本系統(tǒng)中首選其為遠(yuǎn)距離通信手段。

2.2 監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

平時(shí)處于休眠狀態(tài)，定時(shí)時(shí)間到或監(jiān)測(cè)到異常信號(hào)則發(fā)射狀態(tài)信息到監(jiān)控中繼。采用ZigBee 技術(shù)，搭建星型或樹型網(wǎng)絡(luò)，由傳感器網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線發(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(jiān)控終端方案

根據(jù)研究，監(jiān)控終端設(shè)計(jì)需考慮以下問題：

1）設(shè)計(jì)復(fù)雜度：本系統(tǒng)的作用主要是信息管理，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)不會(huì)太復(fù)雜，主要采集溫度、濕度等常規(guī)信息，加上被監(jiān)控對(duì)象數(shù)量、種類、位置等信息，終端發(fā)送的數(shù)據(jù)不超過100 字節(jié)；

2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂疲阂话闱闆r下，在開放環(huán)境中第一層中繼控制之前會(huì)采用星型拓?fù)浠驑錉钔負(fù)?，且?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不超過30 個(gè)，但本系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)是處于包裹中的，根據(jù)測(cè)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(duì)無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)挠绊戇€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(wǎng)絡(luò)，需驗(yàn)證；