基于IPv6的無線高原凍土監測系統

摘要：設計了一種新型的高原凍土監測系統。采用ARM7內核的MCU進行控制，并基于IPv6協議利用IPv6技術和GPRS技術相結合的方式，建立了可自組網的無線傳感器網絡，實現了對指定區域環境參數的實時監測。系統使用了多個土壤水分傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、氮氣傳感器對高原凍土環境進行全方位實時觀測。各監測點將數據通過基于IPv6的無線網絡傳送給匯聚節點，匯聚節點再通過GPRS網絡將數據傳送給監控中心。監控中心可以對數據進行記錄和分析，更好地指導環境保護和建設工作。
關鍵詞：無線傳感器網絡；IPv6；GPRS

引言
在青藏高原腹地的凍土區域開展凍土區氣象、凍土變化以及工程建筑物穩定性的監測，獲取的基本數據被用來建立數據庫和系統的整理分析是必要的。但在高原地區獲取的這些資料若以人工方式取得，代價高昂。本系統利用了微控制器(MCU)技術、無線傳感器網絡技術、GSM／GPRS移動通信技術以及IPv6技術。采用IPv6技術可以讓一個網絡支持更多的傳感器，這樣可以大幅減少匯聚節點的數目，以降低系統成本。

1 無線高原凍土監測系統架構
高原凍土監測系統主要對土壤濕度、溫度、二氧化碳的濃度和氮氣濃度進行檢測。土壤濕度傳感器對地表以下20 cm的土壤濕度進行監測；溫度傳感器對凍土溫度進行監測；二氧化碳濃度和氮氣濃度對高原的大氣環境進行監測。四種傳感器數據經過無線傳感器節點和IPv6網絡匯聚到匯聚節點，匯聚節點再將數據通過GPRS網絡傳輸給監控中心。

基于IPv6的無線高原凍土信息監測系統主要由3部分組成：無線傳感器節點、匯聚節點和監控中心。無線高原凍土信息監測系統架構如圖1所示。

2 無線高原凍土監測系統設計
2．1 無線傳感器節點設計
無線傳感器節點是傳感器的直接載體，主要放置在野外。節點傳感器輸出的模擬信號經A／D采樣后，通過無線網絡發送給匯聚節點，無線傳感器節點硬件結構如圖2所示。

2．1．1 低功耗和系統供電設計
無線傳感器節點采用電池供電，沒有外部直流電源，并且對節點大小有一定要求，故必須選用高集成度、低功耗的芯片。設計采用飛思卡爾公司的MC13224集成片上系統。MC13224是飛思卡爾公司設計生產的基于IEEE 802．15．4協議的低功耗高性能片上系統。系統集成了32位ARM7TDMI-S微控制器內核、2．4 GHz IEEE802．15．4標準射頻收發器、2個8通道12位ADC，4個16位定時器等。只需少許的外部器件便可實現一個完整的信號采集和收發系統。