蘭州交通大學基于IPv6的寒旱區(qū)野外觀測儀器組網(wǎng)節(jié)點研制的項目介紹了服務用戶群體與實施效果、產(chǎn)品推廣與應用情況，以及項目的實施對我國下一代互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展所起到的推動作用。

項目創(chuàng)新性

項目主要探索研究基于IPv6技術建立寒旱區(qū)野外觀測儀器組網(wǎng)的關鍵技術，利用IPv6地址的優(yōu)勢，設計實現(xiàn)野外觀測儀器組網(wǎng)硬件節(jié)點，構建具有清晰結構的、穩(wěn)定的、高效的觀測儀器無線組網(wǎng)技術，可提升寒旱區(qū)野外觀測數(shù)據(jù)的自動化水平和數(shù)據(jù)實時性。項目技術架構（邏輯圖）如圖1所示。

圖1 項目技術架構圖（邏輯圖）

關鍵技術取得的重大進展

通常，根據(jù)儀器組網(wǎng)需要，將儀器組網(wǎng)節(jié)點劃分為組網(wǎng)節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點。觀測儀器組網(wǎng)網(wǎng)絡包含傳感器、數(shù)采儀、組網(wǎng)節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點。在野外臺站的觀測平臺原有傳感器和數(shù)采儀的基礎上，自主設計組網(wǎng)節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點。組網(wǎng)節(jié)點由主控單元、射頻單元、存儲單元、電源單元和近端設備接口單元5部分構成。主控單元采用cc2538芯片，射頻芯片使用的是cc2538的2.4GHZ IEEE802.15.4兼容RF收發(fā)器，存儲單元采用T-Flash卡，設備供電采用太陽能加蓄電池的方式，本節(jié)點支持SPI/USB、RS232、RS485等通信接口。組網(wǎng)節(jié)點現(xiàn)已完成設計與制作。網(wǎng)關節(jié)點由主控單元、射頻單元、存儲單元、電源單元和遠端網(wǎng)絡接口單元五部分構成。主控單元使用STM32芯片，遠端網(wǎng)絡接口單元使用的是以太網(wǎng)接口芯片LAN2870，射頻單元、存儲單元和電源單元設計與組網(wǎng)節(jié)點基本相同。網(wǎng)關節(jié)點現(xiàn)已完成設計與制作。

節(jié)點中軟件平臺使用小型嵌入式操作系統(tǒng) Contiki。 Contiki是一款開源的、高可移植的、支持網(wǎng)絡的多任務嵌入式操作系統(tǒng)，它適用于無線傳感器網(wǎng)絡中的傳感節(jié)點。 Contiki 操作系統(tǒng)包含了為低功耗微處理器設計的小型 TCP/IP 協(xié)議棧uIPv6?，F(xiàn)已實現(xiàn)組網(wǎng)節(jié)點間基本的IPv6通信。

項目的創(chuàng)新性

1.將提升野外監(jiān)測信息化，提高數(shù)據(jù)的采集密度和質量；突破單點獨立觀測，形成網(wǎng)絡化的多學科、成體系的聯(lián)合組網(wǎng)觀測研究體系；實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，使監(jiān)測由人工化到自動化、網(wǎng)絡化，實現(xiàn)監(jiān)測方法上質的飛躍。

2.設計適合高寒地區(qū)的儀器組網(wǎng)關鍵技術，提供一套適宜于高寒、干旱生態(tài)、環(huán)境密集觀測數(shù)據(jù)獲取的可用于野外觀測儀器組網(wǎng)和數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)募夹g體系。

3.設計寒旱區(qū)野外觀測點觀測儀器組網(wǎng)的硬件組網(wǎng)節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點，設計的節(jié)點具有體積小、功耗低，系統(tǒng)實時性高等特點，提高觀測儀器組網(wǎng)網(wǎng)絡的能效，延長了網(wǎng)絡生命周期，為寒旱區(qū)野外臺站觀測儀器組網(wǎng)提供了關鍵技術和可借鑒的技術路線。

實施效果與推廣情況

項目成果主要為地學科研人員服務，在發(fā)展和完善觀測儀器組網(wǎng)、儀器控制及組網(wǎng)理論方面的相關研究提供了新的研究方法。項目實施有助于推動下一代互聯(lián)網(wǎng)技術在科學研究領域中的應用，作為科研的支撐平臺，并且項目在環(huán)境監(jiān)測、地震監(jiān)測、地質災害監(jiān)測、化工、醫(yī)學等其他研究領域也具有一定的應用示范和推廣價值。