基于无线传感器网络的古树名木保护方案研究.docVIP

基于无线传感器网络的 古树名木保护方案研究 李延春 北京交通大学电子信息工程学院 ，北京 100044 要 传感网是一个全新的技术领域 ，它实现了物与物的互联 ，人与自然界的沟通 ，也被称作“物联网”。世界不少 摘 发达国家加大这方面投入 ，研究开发新技术 ，力图占据领先位置。我国也将这项技术发展列入国家中长期科技发展规划。 传感网的应用必将迅速地渗透到人们生活的每一个细节中。而在树木保护方面还鲜有应用 ，本文拟将无线传感器网络应用 到首都古树名木的保护工作中 ，希望能以此为突破口 ，拓宽无线传感器网络的应用场景。 关 键 词 无线传感器 ；网络 ；古树名木 中图分类号 TP39 文章编号 1674-6708（2011）42-0210-02 文献标识码 传感网是一个全新的技术领域 ，它实现了物与物的互联 ，人 与自然界的沟通 ，也被称作“物联网”。世界不少发达国家加大这 方面投入 ，研究开发新技术 ，力图占据领先位置。我国也将这项 技术发展列入国家中长期科技发展规划。传感网的应用必将迅速 地渗透到人们生活的每一个细节中。而在树木保护方面还鲜有应 用 ，本文拟将无线传感器网络应用到首都古树名木的保护工作中 ， 希望能以此为突破口 ，拓宽无线传感器网络的应用场景。 1 总体设想 根据古树名木生长环境监测系统的要求 ，灵活地构建无线传 感器网络应用系统。系统由部署在古树名木生长环境中的不同类 型传感器节点、网关和服务器构成。本系统传感器节点在野外无 干扰的情况下 ，通信距离在 50m 以上。根据首都古树名木实际分 布情况布网 ，如果古树名木分布比较集中（如香山公园等），构成 一个古树名木群落 ，则可在群落中选择典型区域划片组网 ，每一 区域视为一个无线传感器网络 ，配置若干节点 ，使用同一网关 ； 如果古树名木的位置分散（如公路上、远郊区县等），则该树木可 单株使用一个网关。由于古树名木一般位于特定的室外环境 ，不 便通过有线方式直接接入互联网 ，所以本系统借助 CDMA/GSM/ 3G 等公共无线通信网络实现传感器网络来实现与互联网的互连互 通 ，这是目前较为有效合理的方案。以 CDMA 网关为例 ，系统中 的传感器节点实时地采集古??名木生长环境参数信息 ，及时完成 数据处理并发送到 CDMA 网关 ，网关将接收到的数据通过 CDMA 和 Internet 网络传输给服务器。管理员可以直接在服务器上或通过 远程终端访问服务器 ，以获取相应的古树名木生长环境状况信息 ， 中心服务器设置于园林主管部门内 ，实现动态监测。 2 网络结构 本系统主要由硬件系统和软件系统构成。其中硬件系统包括 无线传感器网络节点、CDMA 网关节点和服务器设备 3 部分。相 应地软件系统也包括无线传感器网络节点软件、CDMA 网关软件 和服务器端数据管理控制软件 3 部分。 2.1 无线传感器网络网关结构 系统中网关主要实现数据的汇聚与转发功能。由于 CDMA 网 络传输速率高 ，可达 156kb/s，网络性能好 ，传输带宽高。所以 ， 本系统以 CDMA 网关为例 ，将 CDMA 数据传输装置和无线传感器 网络的协调控制节点以串口相连 ，实现数据的汇聚与转发。CDMA 数 据 传 输 装 置 在 公 共 无 线 CDMA 网 络 的 身 份 ，通 过 UIM（User Identification Module）卡识别。数据传输装置连接到 CDMA 网络后 自动获取 IP 地址 ，配置 CDMA 数据传输装置的数据透明传输模式 和相应的串口速率等参数。传输数据不做任何处理 ，直接封装成 CDMA 网络数据格式 ，经由 CDMA 网络和 Internet 传输到服务器端 ， 实现服务器端与古树名木生长环境内无线传感器网络的双向互联。 此网关具有以下特点 ：首先 ，网关提供的透明传输机制 ，减少对 数据的处理环节 ，从而减少了数据出错的可能性 ，增加了系统的 稳定性。其次 ，网关连接到 CDMA 网络 ，用户可以不受时间和地 域限制 ，能在全国范围内实时查询到古树名木生长环境信息。 2.2 无线传感器网络服务器结构 服务器用于接收并且存储古树名木生长环境中节点采集的信 息 ，服务器只需连接到 Internet 即可。管理员或用户可远程访问服 务器 ，通过简单的 Web 页面操作 ，实现对服务器的维护和古树名 木生长环境信息的查询 ，亦可实现对整个监测区域内的传感器节 点工作状态的控制。 通过 Web 页面我们可以直观的了解到系统中各部分的相关信 息 ，并采取相应操作 ，包括采集控制、网络拓扑、图形图表、路 由变化、账户管理等功能模块。管理员可通过点击相应的模块直 观方便地查看古树名木生长环境中的各个参数值的大小 ，还可以 生成图表 ，对一定