基于無線傳感器網絡的核電裝備狀態監測系統設計

3 WSN的網絡支持
路由協議解決的是數據傳輸的問題，是WSN的核心技術之一。WSN的路由協議與傳統的Internet網絡不同，WSN要求網絡在使用有限的硬件資源和能量的前提下完成數據的采集功能，由于無線信道的不穩定性，節點的移動和失效以及工廠環境等綜合因素的影響，WSN的拓撲結構隨時可能發生變化，而且變化的趨勢是隨機的，再加上網絡中存在大量的數據冗余，所以設計一款適合WSN的路由協議非常必要。針對核動力設備的特殊要求，采納一種實時性很高的路由算法TEEN。TEEN是一種分層結構路由協議，該思想下網絡通常劃分為簇，每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成。簇頭節點負責簇內成員的管理，并且完成簇內信息的收集和融合操作，同時還負責簇間數據的轉發。TEEN網絡簡化結構(可以建立更多的分簇)如圖7所示，由于事先已經確定了雙電源系統的個數以及位置，所以選擇靠近基站的雙電源系統作為路由的簇頭，簇頭確定好了以后，簇頭節點通過廣播告知整個網絡自己成為簇頭的事實，網絡中的非簇頭節點根據接受信號的強度決定從屬的簇，并通知相關的簇。簇頭通過TDMA方法實現數據的調度，還向簇內成員廣播有關數據的硬閾值(Hard Threshold，HT)和軟閾值(SoftThreshold，ST)兩個參數。硬閾值是開始進行數據傳輸的最低限度，軟閾值則規定被檢測數據的變動范圍。在簇的穩定階段，節點通過傳感器不斷地感知其周圍環境。當節點首次檢測到數據到達硬閾值，便打開收發器進行數據傳送，同時將該檢測值存人節點保存為監測值(Sensed Value，SV)。節點再次進行數據傳送時要滿足兩個條件：當前的檢測值大于硬閾值；當前的檢測值與SV的差異等于或大于軟閾值。只要節點發送數據，變量SV便置為當前的的檢測值。TEEN協議的優點是實時性比較高；通過設置硬閾值和軟閾值兩個參數，TEEN能夠大大地減少數據傳送的次數；由于軟閾值可以改變，監控者通過設置不同的軟閾值可以方便地平衡監測準確性與系統節能性兩項指標；隨著簇首的變化，用戶可以根據需要重新設定兩個參數的值，從而控制數據傳輸的次數。但是TEEN不能對數據進行連續的采集，不適合數據在線監測，為此在TEEN的基礎上再向數據采集節點廣播一個計數時間，這樣的話哪怕沒有達到所需要的一個閾值，只要計數時間一到，將無條件采集所需的數據，從而達到在線監測的目的。

4 試驗結果
設置系統的硬閾值為10℃，軟閾值為0，計數器計數時間為0．1 s，系統采集一次數據的時間為0．01 s。由于溫度采集數據量龐大，不一一列舉，用Matlab把試驗所采集的數據用曲線的形式標記出來，如圖8所示，采集到的數據在10℃以下呈點狀分布；而超過10℃時，呈曲線分布；25～42℃之間與現場電子溫度計測得的溫度基本一致，而10～25℃之間出現了小偏差，原因可能為外界系統的干擾。

5 結 語
核電裝備監測系統采用WSN，在滿足低功耗和系統可靠性的前提下，能夠對溫度數據實現有效的采集。該系統成本低廉、布網方便，通過試驗表明，此系統完全能夠滿足工業的需要。在機電系統監測、安全控制方面將會有很大的發展空間。在以后的研究中，重點研究數據的融合與機械震動信號的采集，并對采集信號進行特征提取，以便對有效數據進行處理。