基于数据融合的通信机房环境监控无线传感网络设计与实现

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随着信息技术的不断发展和广泛应用,越来越多的通信机房(站点)应需而建。但是在我国漫长的边境线上,由于环境恶劣、山高路远、成本原因,边防部队建设的通信机房(站点)很多都无人值守,缺乏有效监控;即使条件稍好的站点,也多采用传统监控模式,费时费力,成本高昂。众所周知,在通信链路中,通信机房(站点)处于运行的枢纽和核心,不能出现任何问题或故障。然而现实情况是,因为温度、湿度、水侵、雷击等环境因素以及人为破坏造成的边防通信机房(站点)损坏时有发生,给边防通信指挥带来极大危害,影响整个边境安全。因此采用新的方法和技术来解决边防通信机房(站点)环境监控中存在的问题并提高其工作效率迫在眉睫。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)技术在环境监控方面的研究和应用,为解决边防部队通信机房(站点)环境监控问题带来可能。WSN将传感器技术、分布式信息处理技术、无线通信技术、嵌入式技术和现代网络技术等综合集成,通过微型传感器节点,以自组多跳的方式组网,将实时监测、感知和采集的各种信息利用无线方式传送到用户终端,从而实现对远程目标的有效监控。WSN具有自动组网、分布广、高冗余、流量不均衡、拓扑易变化、节点能力受限等特点,在偏远的无人值守通信机房(站点),经常补充节点电池能量是不现实的。因此采用一种合理的数据融合算法,增强数据收集准确性,提高数据收集效率,延长网络生存周期成为研究的重点。本文以此为研究背景,从无线传感器网络在机房环境监控方面的应用出发,立足边防部队通信机房(站点)实际,认真分析了现阶段环境监控方面的现状和不足,提出采用无线传感器网络方式进行系统设计。为解决无线传感器网络系统存在的能量和效率问题,详细分析比较了几种数据融合(Data Fusion)算法,选取基于数据融合树路由协议并加以改进。通过研制构建由30个传感器节点、中继节点和网关节点组成的无线传感器网络原型系统,实现对环境参数实时感知、传输和查询。同时在构建的原型系统基础上,进行了监控系统平台、串口通信、数据库设计和部分实现。最后为验证设计效果,通过多次模拟仿真和现场测试,数据结果表明采用优化后的数据融合树路由协议算法,能够有效解决无线传感器网络系统不足,满足设计要求,达到预期效果。
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