基于無線自組網技術的監控系統的設計

摘要： 設計一套基于無線自組網技術的監控系統，旨在對運輸及庫存中的重要產品進行遠距離監控，避免繁瑣的人工管理過程。從通信組網、硬件設計方面介紹了初步方案設計，擬利用短距離、低耗的WSN 實現相對靜止空間內的組網，利用MANET 實現相對運動時的組網，以實現全國范圍內的，信息傳遞時間小于5 分鐘的動態監控網絡。

無線傳感器網絡（WSN） 和移動自組織網絡（MANET）是無線自組織網絡技術中由于應用場合、移動特性、尋址方式等的不同而產生兩個分支，它們的網絡均由不需要任何基礎設施的一組具有動態組網能力的節點組成[1].這些網絡適應了應用中對網絡和設備移動性的要求， 從而引起關注，并在20 世紀90 年代以后獲得廣泛的認可和研究。歷經十幾年，WSN 和MANET 在國外軍事通信和民事通信領域發展迅速， 已展現出作為未來Internet 重要組成部分的不可阻擋的趨勢。

筆者提出基于無線自組網技術的監控系統的設計，旨在實現對某些重要產品在全國范圍內的庫存、運輸過程中的數量、位置以及各種狀態進行持續地監控，避免繁瑣的人工管理過程，提高管理效率。

良好的通信系統設計是本系統關鍵，其涉及地面運輸和庫存，在運輸車廂內及庫房時產品活動空間不大，位置相對靜止，信息傳遞需要短距離、低耗方式，而在運輸過程中，需要遠距離傳輸將信息傳送至監控中心，并且當多種產品處于不同的運輸工具中時，各運輸工具之間的信息交互需要動態聯網方式，以提高在屏蔽地點信號傳輸能力。因此提出WSN、MANET 及傳統通信技術相結合的方式作為本系統網絡通信手段。

1 理論分析

1.1 系統目標

本系統需監控產品在全國范圍內的車載和庫存狀況。車載時，車廂內的節點相對于車靜止，各車之間相對運動；庫存時，節點之間，庫房之間均是相對靜止。筆者主要針對運輸過程中的監控進行探討。為了實現長時間大范圍內持續監控，系統硬件設計分為3 部分，包括監控終端、監控中繼及監控中心。

其中監控終端的指標：

1）位置：處于產品相同空間內；

2）電池工作時間：1 年或更長時間；

3）通訊接口：無線網絡；

4）監測內容：溫度、移動、開箱、電池電壓、距離等。

主要功能：平時處于低功耗休眠狀態，監測到異常信號或定時時間到則退出休眠狀態， 發射狀態信息到中繼基站。

監控終端是整個監控系統的核心裝置，其低功耗、小型化、健壯性設計是關鍵點。由于產品位置是動態變化的，不適合有線傳輸，并且為了避免經常性地更換電池，必須保證低功耗工作，因此終端節點之間采用短距離、低耗無線通信方式，而無線傳感器網絡作為未來改變世界的十大技術之一、全球未來四大高技術產業之一，有顯著的低功耗特點，并且布署靈活，成本低廉，因此監控終端組成WSN.

由于WSN 是短距離通信， 因此需中繼基站將終端信息進行轉發，中繼指標如下：

1）位置：庫房或運輸車上；

2）電源：220 V 交流或12 V 直流；

3）與終端通訊接口：無線接口；

4）與監控中心通訊接口：以太網、GPRS、衛星通訊；

5）自組網：MANET.

主要功能：

1）接收終端監測數據，并轉發到監控中心；

2）接收監控中心命令并轉發監控中心對監控終端的命令；

3）由于監控終端損壞或電池斷電等，導致中斷基站在設定時間內不能與其聯系，則向監控中心發送報警信號；

4）某監控中心離中繼基站太遠（如超過1 km），則向監控中心發送報警信號；

5）運輸過程中的定位；

6）運輸過程中在信號屏蔽地點，利用MANET 進行信息傳遞與發送。

中繼最重要的功能是信息發送或轉發，利用傳統的方式如衛星、公共信息網、軍網等可實現正常情況下的發送，當遇到緊急情況，如穿越山洞、山體遮掩、傳輸障礙等，則需最大限度地進行信息傳遞再發送， 此時需各中繼之間自組網，由最易與傳統通信相連接的中繼節點完成最終的信息發送。

綜上，本系統中終端節點間采用WSN,運輸正常情況下各車直接采用傳統通信方式，緊急時車之間采用MANET,再與傳統通信方式相結合。監控中心的設計取決于終端與中繼的特點，在此不贅述。