基于茶園旱情監(jiān)測系統(tǒng)的WSN網關設計
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網關系統(tǒng)要完成的主要任務包括采集傳感器節(jié)點旱情監(jiān)測的相關數據，對數據進行處理和封裝后通過以太網或GPRS網絡發(fā)送到遠端具有固定公網IP的PC機。為了驗證該網關系統(tǒng)數據傳輸的實時性、可靠性和適應性，分別對以太網連接和GPRS遠程傳輸可靠性進行了測試試驗。
試驗條件：
(1)Ethernet Switch交換機1個，EIA／TIA 568B標準網線(直連網線)2根；
(2)網關系統(tǒng)1套，采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)、以太網口驅動程序、串口數據采集程序、socket套接字聯(lián)接程序；
(3)利用10Base-T接至網絡的PC機1臺，采用Windows XP操作系統(tǒng)；
(4)Crossbow公司MICAz節(jié)點和MTS310傳感器6套，采用Crossbow公司的Moteview監(jiān)控軟件。
以太網的連接試驗主要是針對網關連接、網關接收匯聚節(jié)點數據以及遠程數據傳輸進行測試。網關連接測試是驗證網關嵌入式Linux操作系統(tǒng)、CS8900網卡初始化和驅動程序的運行正常與否，以及網關與監(jiān)測中心能否通過以太網進行正常的網絡連接。測試網關接收匯聚節(jié)點數據的目的主要是驗證SD卡的初始化、驅動程序正常與否，網關能否通過串口讀取匯聚節(jié)點所接收的WSN節(jié)點數據。試驗證明，網關系統(tǒng)能夠實時采集WSN節(jié)點數據，并通過以太網遠程傳輸到監(jiān)控中心，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。
GPRS數據傳輸可靠性可以由誤碼率和丟包率來衡量。為了節(jié)省網絡帶寬，該實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)送時間間隔相關，間隔時間越大，數據傳輸的可靠性就會降低。分別對TCP／IP傳輸和UDP傳輸兩種通信方式進行了測試丟包率試驗，發(fā)送間隔時間為1～10 s，每種間隔時間進行500次數據傳輸試驗，計算的丟包率如圖5所示。可以看出，在2種傳輸模式中，4～5 s是1個分界點，自此以后丟包率基本趨于穩(wěn)定，這時的丟包狀況來源于網絡的不可控因素。由于茶園旱情監(jiān)測對數據傳輸的實時性沒有過高的要求，因此，網關GPRS遠程傳輸采用TCP方式，間隔時間選為5 s。
5 結 語
針對目前無線傳感器網絡的應用特點及發(fā)展趨勢，結合現今網絡技術、嵌入式系統(tǒng)技術的發(fā)展，設計采用嵌入式系統(tǒng)平臺實現多種遠程數據傳輸技術的WSN網關，用于茶園旱情監(jiān)測系統(tǒng)。網關通過串行口與匯聚節(jié)點通信，可以通過以太網或GPRS兩種可選方式監(jiān)測數據發(fā)到遠程監(jiān)控中心。開發(fā)了功能完善的WSN網關應用軟件，在實際應用中取得了良好的效果。隨著3G時代的到來以及工業(yè)級3G通信模塊的推出，如何利用網關系統(tǒng)實現WSN與3G的互聯(lián)是今后擬研究解決的問題。
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