基于無線自組網技術的監控系統的設計

2 方案設計

2.1 系統概況

本系統硬件設計為3 部分，分別是監控終端、監控中繼及監控中心。其中監控終端組成WSN,在WSN 中如何高效使用能量來最大化網絡生命期是主要挑戰，將采用瘦節點方式，以節約能量，縮小電池體積；監控中繼會放在駕駛室處或庫房中，不受體積、功耗等的限制，因此會留夠功能備份，在組成MANET 時，如何適應網絡拓撲動態變化是主要挑戰；監控中心處理全系統數據，顯示定位信息，發送控制命令，報警等。運輸過程中監控系統硬件配合關系如圖1 所示，庫房中類似。如果考慮到隱蔽性，則庫房內采用WSN 網絡，庫房之間采用有線通信。

圖1 運輸過程監控系統圖

MANET 信息通過北斗衛星導航系統或公共信息網GPRS 或軍網傳送至監控中心，GPS 無通信數據鏈作為定位時的備份手段。北斗衛星導航系統是中國研發的導航系統，包括北斗一號和北斗二號系統，一號系統已投入使用，在建的二號系統已發射8 顆衛星， 到2020 年將有35 顆衛星，定位精度10 m,授時精度10 ns,測速精度0.2 m/s,實現全球通信與定位。作為主要用于軍事用途的國內導航系統，北斗系統具有相當的發展潛力，因此，本系統中首選其為遠距離通信手段。

2.2 監控終端設計

平時處于休眠狀態，定時時間到或監測到異常信號則發射狀態信息到監控中繼。采用ZigBee 技術，搭建星型或樹型網絡，由傳感器網絡、無線發送模塊、電源管理模塊、時鐘模塊組成，如圖2 所示。

圖2 監控終端方案

根據研究，監控終端設計需考慮以下問題：

1）設計復雜度：本系統的作用主要是信息管理，因此傳感器網絡不會太復雜，主要采集溫度、濕度等常規信息，加上被監控對象數量、種類、位置等信息，終端發送的數據不超過100 字節；

2）網絡拓撲控制：一般情況下，在開放環境中第一層中繼控制之前會采用星型拓撲或樹狀拓撲，且節點個數不超過30 個，但本系統終端節點是處于包裹中的，根據測試，發射功率-10 dBm 時，空曠環境傳輸距離為22 m,集裝箱屏蔽環境傳輸距離約5 m, 而不同材料的包裝箱對無線信號傳輸的影響還不明確，因此終端發射多大功率，可以組成多大規模的網絡，需驗證；