基于IPv6的无线高原冻土监测系统

摘要：设计了一种新型的高原冻土监测系统。采用ARM7内核的MCU进行控制，并基于IPv6协议利用IPv6技术和GPRS技术相结合的方式，建立了可自组网的无线传感器网络，实现了对指定区域环境参数的实时监测。系统使用了多个土壤水分传感器、温度传感器、二氧化碳传感器、氮气传感器对高原冻土环境进行全方位实时观测。各监测点将数据通过基于IPv6的无线网络传送给汇聚节点，汇聚节点再通过GPRS网络将数据传送给监控中心。监控中心可以对数据进行记录和分析，更好地指导环境保护和建设工作。
关键词：无线传感器网络；IPv6；GPRS

引言
在青藏高原腹地的冻土区域开展冻土区气象、冻土变化以及工程建筑物稳定性的监测，获取的基本数据被用来建立数据库和系统的整理分析是必要的。但在高原地区获取的这些资料若以人工方式取得，代价高昂。本系统利用了微控制器(MCU)技术、无线传感器网络技术、GSM／GPRS移动通信技术以及IPv6技术。采用IPv6技术可以让一个网络支持更多的传感器，这样可以大幅减少汇聚节点的数目，以降低系统成本。

1 无线高原冻土监测系统架构
高原冻土监测系统主要对土壤湿度、温度、二氧化碳的浓度和氮气浓度进行检测。土壤湿度传感器对地表以下20 cm的土壤湿度进行监测；温度传感器对冻土温度进行监测；二氧化碳浓度和氮气浓度对高原的大气环境进行监测。四种传感器数据经过无线传感器节点和IPv6网络汇聚到汇聚节点，汇聚节点再将数据通过GPRS网络传输给监控中心。

基于IPv6的无线高原冻土信息监测系统主要由3部分组成：无线传感器节点、汇聚节点和监控中心。无线高原冻土信息监测系统架构如图1所示。

2 无线高原冻土监测系统设计
2．1 无线传感器节点设计
无线传感器节点是传感器的直接载体，主要放置在野外。节点传感器输出的模拟信号经A／D采样后，通过无线网络发送给汇聚节点，无线传感器节点硬件结构如图2所示。

2．1．1 低功耗和系统供电设计
无线传感器节点采用电池供电，没有外部直流电源，并且对节点大小有一定要求，故必须选用高集成度、低功耗的芯片。设计采用飞思卡尔公司的MC13224集成片上系统。MC13224是飞思卡尔公司设计生产的基于IEEE 802．15．4协议的低功耗高性能片上系统。系统集成了32位ARM7TDMI-S微控制器内核、2．4 GHz IEEE802．15．4标准射频收发器、2个8通道12位ADC，4个16位定时器等。只需少许的外部器件便可实现一个完整的信号采集和收发系统。