无线传感网络大气环境监测系统分析研究

李 健

（河南省商城县环境保护局 河南信阳 465350）

1 前言

随着人类面临的环境问题日益加剧，人们开始重视环境监测，并对环境保护提出了更高要求。与此同时，无线传感网络技术也在迅猛发展，越来越多的学者倾向于将两者结合起来，其主要的实施原理就是在监测区域内，设置大量的微型传感器，通过传感器感知区域内的大气状况，再通过无线通信方式形成一个多跳的网络系统，以便对区域内的大气状况进行感知，对相关信息进行采集、处理和传输。由于无线传感网络技术的这些优势，使其在我国环境监测中得到了广泛的重视，其应用的潜力无可估量。

2 无线传感网络系统结构

2.1 节点组成

无线传感网络系统主要由几个模块组成，大气环境监测所需传感器、电流、电压转换器、中央处理器、无线收发器和高效电池组成的微型模块，这些微型模块按照一定的协议组成无线网络。每个微型模块代表网络中的一个通信节点，且每一个通信节点具有唯一的地址标识。

主要的工作流程：无线传感器会通过之前所接收到的信号进行感知，然后将其传输给A/D转换器，A/D转换器再对传感器所传输的信号进行处理，经过一定的处理和分析之后形成数字信号，再将其传输给下一级也就是微处理器，微处理器在这里主要的功能就是对所接收的信号进行编码，形成待发送信号，微处理器采取一定的控制策略，使待发送信号通过无线通信模块发射出去。每个无线传感器通信节点都具有数据发送、接收和转发功能，并可自动生成路由。

2.2 系统体系结构

大气环境监测系统中，对于无线传感网络的运用，其体系结构主要是由四部分组成:通信节点、Sink节点、应用服务器和数据服务器。每一部分都发挥着各自的功能，并相互联系形成一个周密的运作体系。就通信节点而言，它自身具有很强大的功能，可以说兼具了数据采集、信号处理等功能，其作为信息帧的发起者起着整个无线传感网络系统的开启者的作用，同时其也不仅仅具有这一方面的功能，还担当着信息转发的使者，其通过网络自组织和多跳路由，将自身获取处理的数据发送给Sink节点，Sink节点通过RS 232串口线和计算机相连。在整个系统的运作中，为了保证其运行的无间断性，也为了保证其运行的连续性，系统内的每一个通信节点都会有与之相联系的节点的存在，不仅仅可以是Sink节点还可以是与其相邻的通信节点，通信节点之间也可以进行信息帧的出送，直到输送至Sink节点为一个节点，这主要是为了确保每一个通信节点都能够与Sink节点建立无线链路。同时，为了节约通信节点的电能，通信节点与Sink节点之间的通信采用多跳通信方式。为了降低整个系统的成本，在通信节点与Sink节点的通信中，可以利用不同的发射功率的天线来调节通信节点与Sink节点之间的通信距离，有时候，大气的环境监测的区域范围较广，如果没有传输天线，就需要设置多个通信节点以保障其与Sink节点之间，信号传输的连续性，为了降低节点的能耗，同时也为了便于电源的供应和选用，减少不必要的麻烦，节约布置通信节点的费用，降低成本，可以利用不同发射功率的天线来完成不同通信距离的通信节点与Sink节点之间的通信。Sink节点与应用服务器之间的通信，可以加装GSM短信模块或GPRS模块完成两者的联系，这样，Sink节点和应用服务器之间的通信就不再受RS 232所允许的最大长度的限制。最后就是应用服务器和数据服务器的链接，为了方便外界获取最终的监测数据，可以将其与相关部门的局域网或Internet网连接，这样一方面可以便于其对于整个系统数据的获取，也同时可以扩大系统的使用用户。

3 软件系统的功能

软件系统分三个模块，既串口通信模块、数据转换和修正模块、数据统计和存储模块。串口通信模块最主要的功能是提取相关传感器采集的信息以及通信节点的信息，以便传输给Sink节点，在对数据桢进行分析的同时，提取有价值的信息。数据转换和修正模块其主要是承接串口通信模块下达的任务，对其提取的有价值的信息进行转换，是一个二进制信息到十进制信息的转换过程。数据统计和存储模块负责对转换的信息进行存储，并将存储值进行统计分析。

4 结语

对无线传感网络大气环境监测系统的研究，及其运行特点和方式的分析，不难发现，基于无线传感网络的大气环境监测系统在今后的大气环境监测体系中一定会得到广泛的应用，其优点显而易见，特别是对比当今的一些环境监测部门的昂贵的进口的大气环境监测系统，其所具有的成本低廉、方便操作、易于维护等特点就显得尤为突出。基于无线传感网络的大气环境监测系统不仅仅会适用于大气环境监测的领域，在未来的发展中，还会延伸至更广泛的领域。

[1]孙利民等.无线传感器网络[M].北京清华大学出版社，2005.5.

[2]任丰原，黄海宁，林闯.无线传感器网络[J].软件学报，2003.14（7）：1287-1291.

[3]陈丹，郑增威，李际军.无线传感器网络研究综述[J].计算机测量与控制，2004.12（8）：701-704.