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傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用
2015-10-08
1 傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
傳感器網(wǎng)絡(luò)(Sensor Network)是由一組傳感器以AdHoc方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者，從而實(shí)現(xiàn)觀察者與傳感器之間的數(shù)據(jù)通信。
圖1給出了一個典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。這個網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、接收發(fā)送器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或通信衛(wèi)星、觀察者等部分構(gòu)成。傳感器節(jié)點(diǎn)散布在指定的感知區(qū)域內(nèi)，每個節(jié)點(diǎn)都可以感知信息，感知信息通過多跳的方式傳輸給接收發(fā)送器，接收發(fā)送器再將感知信息送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或通信衛(wèi)星，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)觀察者與傳感器之間的數(shù)據(jù)通信。
傳感器、感知對象和觀察者是傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個基本要素。網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)(或稱為傳感器子系統(tǒng))由電源、數(shù)據(jù)獲取單元、信息存儲與處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元構(gòu)成，如圖2所示。電源為傳感器提供正常工作所必需的能源。數(shù)據(jù)獲取單元用于感知、獲取外界的信息，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信息存儲與處理單元對數(shù)據(jù)獲取單元傳來的信息進(jìn)行必要的處理、保存，數(shù)據(jù)傳輸單元負(fù)責(zé)與其他傳感器或接收發(fā)送器之間的通信。觀察者是傳感器網(wǎng)絡(luò)的用戶，是感知信息的接受者或任務(wù)管理者，觀察者可以是人，也可以是計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備。
2 傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用我們工作、生活、娛樂等場所都需要一個安全的環(huán)境。家庭中對煤氣泄漏的及時發(fā)現(xiàn)，公共場所對火災(zāi)初期情況的及時掌握，對人員疏散、最大限度減少生命及財(cái)產(chǎn)損失至關(guān)重要；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、儲備重要物資的倉庫等許多場所對環(huán)境條件要求很高，如機(jī)房和倉庫對溫度、濕度都有嚴(yán)格的要求。
現(xiàn)在雖然有一些應(yīng)對辦法，如公共場所安裝煙感器，家庭中安裝煤氣報(bào)警器、煙感器，機(jī)房、倉庫溫濕度有專人負(fù)責(zé)定時監(jiān)測，但這種點(diǎn)狀的模式效率不高。例如，以家庭為例，即使家里安裝了煤氣報(bào)警器、煙感器(這是安全意識較強(qiáng)的家庭，事實(shí)上大多數(shù)家庭都沒有安裝煤氣報(bào)警器和煙感器)，但在家中無人的情況下，一旦發(fā)生煤氣泄漏(或火災(zāi))，煤氣報(bào)警器(或煙感器)啟動報(bào)警，但由于無人在家，依然會造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。而且，這種點(diǎn)狀的模式不能做到實(shí)時性。因?yàn)椋ǔΝh(huán)境狀況的監(jiān)測主要是通過人工方式，即值班人員定時進(jìn)行巡視，觀察設(shè)置在環(huán)境中的儀表，并將情況進(jìn)行手工記錄。但是這樣的定時巡視，因有一定的時間間隔，不能做到實(shí)時性，而且需要的人力較多。
如果能夠利用傳感器網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行網(wǎng)狀的集中監(jiān)控，就會大大地提高工作效率，實(shí)時掌握環(huán)境情況。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常情況時，報(bào)警啟動，監(jiān)控室的值班人員會第一時間掌握情況，及時進(jìn)行處理，從而最大限度減少災(zāi)害帶來的損失。
運(yùn)用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，系統(tǒng)硬件設(shè)備由傳感器子系統(tǒng)、服務(wù)器、客戶機(jī)和報(bào)警器組成。
系統(tǒng)流程如圖4所示。針對不同的環(huán)境，根據(jù)需要采集的參數(shù)類型(溫濕度數(shù)據(jù)、煙感數(shù)據(jù)、煤氣感應(yīng)數(shù)據(jù)等)選擇相應(yīng)的傳感器，構(gòu)成相應(yīng)的傳感器子系統(tǒng)，傳感器子系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)自動存入數(shù)據(jù)庫，當(dāng)數(shù)據(jù)超出規(guī)定的范圍時啟動報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，提醒值班人員及時進(jìn)行處理。值班人員也可以隨時通過客戶端軟件訪問服務(wù)器，對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、生成報(bào)表，隨時掌握環(huán)境狀態(tài)。
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