无线传感器网络在军械仓库环境监测中的应用研究作者：成坚 王宏新 易哲菁 包化玻璃冷凝器
来源：《科技创新导报》2011年第21期 钢丝生产摘 要:针对有线系统布置维护复杂,组态不灵活,故障率高等不足,提出了一种基于无线传感器网络的军械仓库环境监测系统,并重点讨论了该系统在网络拓扑控制、通信协议方面的关键技术。
关键词:军械仓库环境监测无线传感器网络
中图分类号:TP277 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(c)-0098-01
对环境进行实时有效的监测,是军械仓库管理的关键问题。现代化武器装备对温度、湿度等环境条件要求严格,为了确保军械装备的可靠与安全,必须增强仓库环境的监测与管理功能。人工巡检的监测方式效率低、实时性差,在环境急剧变化的情况下,容易导致武器备件、化学防护器材和弹药的腐蚀失效,甚至爆炸,造成难以预料的后果。
随着电子技术和计算机应用技术的快速发展,数字化监测系统被逐渐应用于军械仓库的环
境监测。传统的数字化监测系统多采用有线网络形式,系统庞大、连接复杂、组态不灵活、布置和维护难度大、故障率高,某些关键节点的损坏可能导致系统的瘫痪。 无线传感器网络不需要固定的网络支持,展开迅速,抗毁性强,并能够通过无线的通信方式和多跳的网络方式将各种环境信息传送到用户监控终端,能够有效提高军械仓库环境监测系统的适用性、灵活性和鲁棒性,具有广阔应用前景。
1 系统框架设计
基于无线传感器网络的军械仓库环境监测系统,可根据仓库数量和地理分布划分成若干个相对独立的传感器网络,每个传感器网络的汇聚节点通过网关接口与仓库外场的计算机局域网相连,把网络节点采集到的环境信息传输到仓库监测终端进行显示和处理分析,对出现的环境异常变化实时报警,为管理人员制定正确储藏决策提供客观依据。系统总体结构框图如图1所示,主要由多个功能相同而相对独立的无线传感器网络、网关、局域网和监测终端组成。
在每个无线传感器网路中,多个温度、湿度传感器节点布置在规定的监测范围之内,负
责环境数据采集,并以多跳路由的方式传送到的汇聚节点,通过网关由局域网传输到监测终端。网关主要负责传感器网络协议到局域网协议的转换。监测终端主要负责环境信息的存储、显示、智能分析评估等。
2 关键技术
由于军械仓库环境具有特殊性,装备出入库时,传感器节点常常需要退出和重新加入网络,环境腐蚀容易引起节点失效,因此,构建基于无线传感器网络技术的军械仓储监测系统,需对下述关键技术深入研究。
2.1 网络拓扑控制
为了获取全面的军械仓库环境信息,无线传感器网络内布置的节点数目庞大,分布密集。受到环境变化和能量耗尽等因素的影响,网络中的节点容易出现失效;仓库布局变换时候,节点位置常常需要变化,或是添加新的节点,这些情况都将造成传感器网络拓扑结构的动态变化,引起额外的网络能耗,相对缩短网络寿命。因此,结合实际需求,应当采用有效地拓扑控制算法,使无线传感器网络能够生成良好的网络拓扑结构,提高网络能效以延长网络的生命周期。
对于军械仓库环境监测,节点间的通信并不是首要的,监测的实时性要求也不是很高,监测点位置在预埋之前基本可确定。基于此,可以设计采用改进的层次拓扑算法,即依据仓库物理结构及节点位置信息,通过固定普通节点ID号的方法,确定网络的组织和连接,设置剩余能量最多的节点为该网络中的簇头节点从而减轻网络自组织时的能量开销,延长网络寿命。
2.2 通信协议
在对军械仓库环境监测时,需要部署数量庞大的传感器节点。损坏节点难以及时被发现和更换,防爆节能灯极有可能影响到网络性能。因此,传感器网络必须具有高度的容错能力和鲁棒性。这对仓储监测传感器网络的通信协议提出了较高的要求。
无线传感器网络通信协议主要包括路由协议和纯铝酸钙水泥MAC协议。路由协议需要考虑单个节点的能量消耗,并兼顾整个网络能量的均衡消耗。MAC逃生系统协议决定着无线信道的使用方式,斑图对传感器网络的性能有较大影响。在设计MAC协议时,需要考虑数据碰撞、重传以及节点接收处理不必要数据的影响。
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