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气象观测无线传感器网络节点设计分析

 论文栏目:气象学论文     更新时间:2017/6/15 10:15:58   

【摘要】随着现代化的通信技术的不断发展,我国在无线通信等技术领域当中都取得了相当大的成就,在现代化的气象观测技术的的应用过程当中,也实现了最大限度的自动化和信息化水平的不断提高,因此无线传感器的技术已经成为了一门全新的信息技术,并被广泛地应用在现代化的农业以及其各方面的产业当中。同时需要针对现阶段的气象行业当中的无线网的感应应用等各做出充分的研究,在本文当中,首先对无线传感器网络的节点进行概述;其次对气象观察的无线传感器的网络节点做出全面的分析;最后对其节点的部署以及测试做出规范性的探讨。

【关键词】气象观测;无线传感器;网络节点;设计

随着现代化科学技术的不断提高,无线传感器已经得到了相当广泛的应用,其中可以被称之为一种综合性的智能信息系统,可以最大限度的实现对信息的相关采集、信息的有效传输和对信息的优化处理。在无限传感器的应用过程当中,可以对周围的环境做出全面充分的检测,也可以实现对交通的智能指挥,在智能电网的发展方面也出现了相当显著的成效。在此种基础上,可以对无线传感器系统的硬件平台、操作系统以及网络协议作出充分的研究,最终在面向气象观测的基础上实现对其无线传感器网络节点的设计,从而为将来的气象网络传感提供相对应的前提条件和理论基础。

1无线传感器网络的节点

无线传感器网络系统,为节点共同构成的软硬件平台组合而成的无线传感器的网络技术,在经过了不断发展过程,其中的传感器节点的功能也逐渐趋向多样化。同时,在无线传感器的网络节点当中,受到了其网络节点能量和资源的限制,一般情况下,在传统的嵌入式的操作系统当中,运行的过程所需要的能耗是相对较大的,因此对内存以及其他的资源的要求方面也是相对较高的,在此种情况下,是不可以利用传统的嵌入式的操作方式进行资源的处理的。与此同时,在消息达到的时候所产生的消息并发量也是相当大的,呈现出了密集的现象,在这个过程当中需要保持多个逻辑运算的同时执行,在计算机的操作系统方面所提出的要求是相当的;除此之外,在对无线传感器的网络节点进行模块化的过程中,由于其模块化的程度相对较高,因此在进行硬件系统的控制时需要保证全面方便快捷的控制和操作。

2气象观察的无线传感器的网络节点分析研究

2.1节点功能要求以及技术指标

在对气象观测当中的无线传感器的网络节点进行分析的时候,需要对其周围的信息作出搜集,其中包括温度、湿度、风向以及气压等多个方面的数据,从而最大限度地摆脱数据采集当中所呈现出来的电力依赖的现象,实现在自然资源的情况下可以进行长期的工作。并且在这个过程当中,还可以形成多跳的自组织网络,对于节点当中所采集到的数据,在多跳网络的基础上完成数据的整体汇聚。

2.2节点的典型结构组成

在该系统当中,需要对其中的典型结构进行分析,其中需要根据其不同的应用场景来对其传感器的节点做出不同的设计和分析,从而形成面向对象为应用网络的一种无线传感器的网络结构,在其网络结构方面都是呈现出了相同的结构设计,在其结构当中,主要是由几个部分来共同组成的,其中分别是传感器模块(由传感器和模块组成)、包括、存储器等)、无线收发模块(由无线通信模块和天线组成、以及电源部分可以选择的其它功能单元包括:定位系统、移动系统等,其结构模式图如图1所示。

2.3节点硬件系统组成

在对该系统当中的节点进行设计的过程当中,需要对几个模块做出专门设计,其中包括通信模块、接口模块、传感器模块和电源模块等。在设计的时候,需要保证对于数据业务的处理要时刻和通信模块当中的芯片来作为主要的核心设计理念,并且还要做到不断的对其外围的电路做出合理科学的设计,其中包括晶振电路、天线匹配电路等。在接口模块当中,主要是在其外部设备设施的基础上做出相对应的扩展,从而对其处理器和传感器当中所需要的通信的需求做出不断的规划和适应。例如对传感器模块设计的时候,需要对其外界因素做出信息的搜集,比如周围的温度、湿度、风速、风向、雨量等多种因素,在进行设计的过程的当中,根据获取的元素信息实现智能化的传感器效果。在其传感器的运行过程当中,其电源模块是一个相当重要的部分,可以利用太阳能来作为能量进行电池供电,其中的电池模块主要是由锂电池、电源管理电路和电压转换电路来共同构成的,这些电池模块可以最大限度的对各个模块当中的正常工作提供保障,节点硬件系统的结构如图2所示。

2.4节点的软件系统结构

在该系统的软件系统结构当中,主要包含了系统基础组件、传感器驱动组件、路由协议组件和应用层组件这几个相关的组件,在对其设计和研究的过程当中,需要对其传感器的驱动组件、路由协议组件以及其应用开发的各部分组件进行不断的分析和优化,其软件系统的总体框架如图3所示。

3节点的部署以及测试

气象无线传感器网络的节点部署还存在着许多不足之处,例如网络的自适应选择设计过于简单,只能根据物理连接的情况进行了网络通道的选择,实现了程序的更新功能,但没有在离线的情况下实现这一功能,不能根据网络的带宽情况对或进行选择,整个中间件没有考虑视频数据传输的功能,数据库方面并没有考虑大批量数据的存储情况,没有实现数据的自动删除功能。在下一阶段的工作中,需要进一步改正和增加的内容有:实现中间件系统中子系统和子系统的程序离线下载功能,完善程序的自动更新升级功能,进一步提高系统的实用性和便利性。改进中间件系统的网络自适应选择功能,通过物理通道的监测实现可接入外网通道的选择,再分析可接入外网通道的信号强度,最后完成具体网络通道的选择工作,从而进一步地增加系统的稳定性。实现数据库自动清理数据功能,当数据库中各个表中的记录超过规定限度时,会自动的删除最原始的数据。、实现中间件系统对视频监控的支持,为远程监控观测区域提供一种可靠稳定的解决方案。在笔者从事的县区区域当中该系统中包含三个观测区域,其中的采每个区域当中都设置了一个传感器节点和一个网关节点。在区域当中,没有出现市电接口的条件,从而可以实现对数据资源的有效获取,对于网管节点的使用方面主要是依靠于太阳能的能源供电。与此同时,在区域当中的气象观测无线传感器的网络节点运行过程中,对于能源能耗的使用方面都提出了相当严格的要求。

4结语

综上所述,在我国的气象观测领域当中,需要充分的实现其自动化和信息化的趋势,从而在这个过程当中,其无线传感器的网络技术便发挥出了巨大的作用和优势,因此在本文当中,在面向气象观测的基础上保证其无线传感器的网络节点的优化设计,从而有效的实现了对气象观测的优化设计。利用先进的科学技术,最大限度的实现了低功耗的气象观测的硬件平台设备,对资源得到有效利用的同时;还建立出了一种的适用于气象观测的网络多条路由的协议,从而最大最大限度的满足了现代化的气象观测业务的最大化需求。

参考文献

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作者:莫善平 韦铭贵 单位:象州县气象局

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