基于无线自组网技术的监控系统的设计

2 方案设计

2.1 系统概况

本系统硬件设计为3 部分，分别是监控终端、监控中继及监控中心。其中监控终端组成WSN,在WSN 中如何高效使用能量来最大化网络生命期是主要挑战，将采用瘦节点方式，以节约能量，缩小电池体积；监控中继会放在驾驶室处或库房中，不受体积、功耗等的限制，因此会留够功能备份，在组成MANET 时，如何适应网络拓扑动态变化是主要挑战；监控中心处理全系统数据，显示定位信息，发送控制命令，报警等。运输过程中监控系统硬件配合关系如图1 所示，库房中类似。如果考虑到隐蔽性，则库房内采用WSN 网络，库房之间采用有线通信。

图1 运输过程监控系统图

MANET 信息通过北斗卫星导航系统或公共信息网GPRS 或军网传送至监控中心，GPS 无通信数据链作为定位时的备份手段。北斗卫星导航系统是中国研发的导航系统，包括北斗一号和北斗二号系统，一号系统已投入使用，在建的二号系统已发射8 颗卫星， 到2020 年将有35 颗卫星，定位精度10 m,授时精度10 ns,测速精度0.2 m/s,实现全球通信与定位。作为主要用于军事用途的国内导航系统，北斗系统具有相当的发展潜力，因此，本系统中首选其为远距离通信手段。

2.2 监控终端设计

平时处于休眠状态，定时时间到或监测到异常信号则发射状态信息到监控中继。采用ZigBee 技术，搭建星型或树型网络，由传感器网络、无线发送模块、电源管理模块、时钟模块组成，如图2 所示。

图2 监控终端方案

根据研究，监控终端设计需考虑以下问题：

1）设计复杂度：本系统的作用主要是信息管理，因此传感器网络不会太复杂，主要采集温度、湿度等常规信息，加上被监控对象数量、种类、位置等信息，终端发送的数据不超过100 字节；

2）网络拓扑控制：一般情况下，在开放环境中第一层中继控制之前会采用星型拓扑或树状拓扑，且节点个数不超过30 个，但本系统终端节点是处于包裹中的，根据测试，发射功率-10 dBm 时，空旷环境传输距离为22 m,集装箱屏蔽环境传输距离约5 m, 而不同材料的包装箱对无线信号传输的影响还不明确，因此终端发射多大功率，可以组成多大规模的网络，需验证；