張文靜 付旭東

內(nèi)容摘要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作日益受到重視，無(wú)線傳感器被用來(lái)提高工作效率，為環(huán)境監(jiān)測(cè)工作提供技術(shù)支持。文章就無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用構(gòu)架、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)狀及具體應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望可以提高環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的水平，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器的最大化利用。

關(guān)鍵詞 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境監(jiān)測(cè) 構(gòu)架 優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)狀 應(yīng)用

1 引言

當(dāng)前，我國(guó)對(duì)環(huán)境污染日漸嚴(yán)重的問題做了諸多努力，通過頒布相關(guān)的法律來(lái)限制有毒氣體及污染物的排放，但就目前的實(shí)際情況來(lái)看，還需要加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)，完善環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以此來(lái)控制環(huán)境污染問題，構(gòu)建良好的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用構(gòu)架

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用構(gòu)架主要包含著四個(gè)部分，即通信節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器。其中，構(gòu)架中的通信節(jié)點(diǎn)可以完成相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理及無(wú)線通信工作。因此，從本質(zhì)上來(lái)講，通信節(jié)點(diǎn)屬于信息幀的發(fā)起者，也是信息幀的轉(zhuǎn)發(fā)者，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，利用通信節(jié)點(diǎn)，可以完成網(wǎng)絡(luò)自組組和多條路由，將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)點(diǎn)。Sink節(jié)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，則需要通過利用RS232串口線和相關(guān)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的發(fā)揮。

通常情況下，應(yīng)用人員為了節(jié)約通信節(jié)點(diǎn)的電能，都是采取多跳通信方式進(jìn)行構(gòu)架中的通信節(jié)點(diǎn)及Sink節(jié)點(diǎn)的連接。另外，應(yīng)用人員為了保證構(gòu)架中所有的通信節(jié)點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)和Sink節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線鏈路的監(jiān)理，還需要在有效的通信范圍內(nèi)建立相鄰節(jié)點(diǎn)，而且，所建立的相鄰節(jié)點(diǎn)也可以作為構(gòu)架中的另一個(gè)通信階段，也可以當(dāng)作Sink節(jié)點(diǎn)。

在通信節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)之間的通信方面，應(yīng)用人員則可以加強(qiáng)對(duì)通信距離的分析，根據(jù)不同的通信距離選擇不同功率的天線。例如，如果環(huán)境監(jiān)測(cè)的區(qū)域較大，工作人員則需要應(yīng)用大發(fā)射功率的天線，這種情況下就會(huì)增加通信節(jié)點(diǎn)的能量消耗，為此，工作人員需要在通信節(jié)點(diǎn)的布置上，降低其布置的密度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)構(gòu)架成本的節(jié)約。

Sink節(jié)點(diǎn)和構(gòu)架中的應(yīng)用服務(wù)器之間的通信，工作人員可以為其安裝GSM短信模塊或GPRS模塊，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)通信過程。另外，Sink節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用服務(wù)器之間的通信不會(huì)受到RS232所允許的最大長(zhǎng)度的限制。而且，構(gòu)架中的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器也可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)的相互連接，以此來(lái)提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的水平，可以及時(shí)發(fā)布環(huán)境監(jiān)測(cè)的信息[1～3]。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)狀

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有很多，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：第一，通過應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以利用網(wǎng)絡(luò)的自主型實(shí)現(xiàn)快速部署網(wǎng)絡(luò)，并降低部署的成本;第二，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，并通過構(gòu)架中的中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，且在整個(gè)過程中不會(huì)增加功能的消耗和費(fèi)用，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的水平;第三，應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，還可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性和抗毀性，以此來(lái)滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的特點(diǎn)要求。

當(dāng)前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國(guó)外的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，我國(guó)雖然應(yīng)用的時(shí)間較晚，但是也取得了一定的成就。例如，在杭州西溪濕地水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中就應(yīng)用了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用效果較好。但是，就目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的基本應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，其在相關(guān)企事業(yè)單位中的應(yīng)用還有待推廣。造成這種現(xiàn)狀的主要原因是主要包括：一是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)從本質(zhì)上來(lái)講屬于一項(xiàng)新興的科技，因此，人們對(duì)其的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用還較為陌生;二是我國(guó)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上還存在一定的技術(shù)問題需要進(jìn)行解決，在研究和應(yīng)用方面尚處于起步階段，難以滿足實(shí)際的應(yīng)用需要[4]。

4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

4.1 在能量管理方面的應(yīng)用

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的首要應(yīng)用就是在能量管理方面的應(yīng)用，具體表現(xiàn)為如下幾點(diǎn)[5]：

第一，為保障在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中既不影響工作又能節(jié)約能源，需要采取有效的管理辦法。所安裝的傳感器通常情況下是依靠電池來(lái)維供應(yīng)的，因?yàn)榭捎玫碾娏勘容^有限，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，工作人員為了減少更換電池的次數(shù)，就需要加強(qiáng)能量管理，而更換電池操作起來(lái)非常困難。為此，環(huán)境監(jiān)測(cè)人員可以安裝休眠機(jī)制，從而節(jié)約電量，降低消耗。

第二，如果信息在輸送過程中中斷，傳感器中節(jié)點(diǎn)輸送停止，應(yīng)先關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的通信模塊和數(shù)據(jù)收集模塊，做到能量節(jié)約。

第三，在進(jìn)行傳感任務(wù)時(shí)，相鄰的區(qū)域節(jié)點(diǎn)也會(huì)開始活動(dòng)，并在活動(dòng)的過程中形成一個(gè)較為完善的活動(dòng)區(qū)域，在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，活動(dòng)區(qū)域也會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸方式的不同而發(fā)生一定的改變，進(jìn)而使活動(dòng)區(qū)域在完成任務(wù)以后就會(huì)停止動(dòng)作，以此來(lái)降低能量的消耗。

第四，傳感器的不同節(jié)點(diǎn)也會(huì)進(jìn)行輪流的工作，在一定意義上也會(huì)降低對(duì)能量的損耗。

4.2 定位技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的應(yīng)用還表現(xiàn)為定位技術(shù)的應(yīng)用，其可以將監(jiān)測(cè)對(duì)象的位置信息傳輸?shù)娇刂贫?，從而有利于?dāng)前環(huán)境檢測(cè)工作持續(xù)進(jìn)行。另外，通過應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，還可以定位當(dāng)前監(jiān)測(cè)位置，并獲取到相關(guān)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置信息，進(jìn)而為實(shí)際的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作提供準(zhǔn)確的位置信息。工作人員在利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位操作時(shí)，還需要對(duì)不同的節(jié)點(diǎn)之間的角度或者是距離進(jìn)行有效的測(cè)量，然后按照實(shí)際的情況，進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)定位，其中，與距離相關(guān)的定位主要包含TOA定位和AOA定位等，其他方面的定位則主要包含APIT和質(zhì)心算法等。

4.3 數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用

我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的主要目的是收集大量的環(huán)境數(shù)據(jù)信息，并對(duì)其進(jìn)行分析，這就需要用到數(shù)據(jù)融合技術(shù)。

第一，在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集工作中，工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況確定數(shù)據(jù)采集的頻率和精確度，然后再利用基站向傳感器的節(jié)點(diǎn)中發(fā)送指令信息，在這個(gè)過程中要注意保證數(shù)據(jù)的收集和能量消耗的統(tǒng)一性。

第二，在環(huán)境監(jiān)測(cè)的過程中，工作人員需要在環(huán)境監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)，將所需要的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息傳送到控制中心。

第三，對(duì)于控制中心附近的傳感器節(jié)點(diǎn)，其不僅需要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸工作，還需要為另一些節(jié)點(diǎn)建立完善的數(shù)據(jù)傳輸通道，因此，在能量消耗上較多，工作人員需要利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的融合和壓縮。

4.4 工業(yè)產(chǎn)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

在我國(guó)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)上，也可以應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成一些較為危險(xiǎn)的工作環(huán)境的監(jiān)測(cè)工作，如煤礦挖掘、石油鉆井作業(yè)及核電廠的作業(yè)等，都可以應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境的實(shí)施監(jiān)測(cè)，保證作業(yè)環(huán)境的安全，進(jìn)而保障工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。另外，利用傳感器的節(jié)點(diǎn)也可以完成一些危險(xiǎn)系數(shù)較高的工作，并提高工作效率和質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中也相應(yīng)地產(chǎn)生很多新的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別跟蹤，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、能量管理、定位技術(shù)各項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的水平和效率。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有較高的應(yīng)用價(jià)值，值得被大范圍地推廣和應(yīng)用。

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