WSN技术在冷链物流动态监控系统中应用.doc

WSN技术在冷链物流动态监控系统中的应用 　　摘 要：文中提出了一种将WSN技术应用于智能冷链物流跟踪监控系统的解决方案，研究并设计系统中无线温湿度及冷库危险气体（氨气）的传感器监测网络和GSM/GPRS远距离无线传输两个重要的组成部分。采用ZigBee技术在固定和移动的冷链设备内部构建一个无线温湿度及气体传感监测网络，实时跟踪监测冷链上货物的环境参数，通过GSM/GPRS与远程PC数据管理平台相连，实现对冷链货物的实时监控，为保证低温货物的安全运输提供了信息技术解决手段 关键词：智能冷链物流；无线传感器网络；GSM/GPRS；ZigBee 中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）10-00-05 0 引 言 冷链物流是物流产业的重要分支，该系统要保证货物在生产、贮藏、运输、配送销售至消费者前的各环节中始终处于规定的低温环境中。传统冷库环境监控系统通常采用有线组网技术，存在着布线难度大、成本较高、由线路传输损耗带来较大的测量数据误差以及线路容易老化损坏增加后期维修费用等问题。传统冷藏车通常采用人工方式定时采集监测数据，不仅费时费力，还因实时性差而给货物带来安全隐患。在冷链物流中引入物联网技术[1]，通过无线传感网络（WSN）和GSM等技术实现环境参数的无线采集，实时传输。构建一个快捷、准确有效的智能冷链跟踪监控系统是提高冷链物流运作效率，降低低温货物变质损耗和改善物流管理水平的重要举措 1 系统整体结构设计 本文提出了一种基于物联网的智能冷链物流监控系统，其总体结构如图1所示。系统利用传感器技术、无线组网技术、GSM/GPRS和GPS技术等来融合不动节点（冷库、配送中心、超市）和移动节点（冷藏车）等多种类型的感知节点，实现对货物状态信息和物理位置数据的采集[2]，并通过工控机远程调控压缩机、冷风机、除霜机等的工作状态 大型冷库、配送中心的空间大，分布的测量点多，网络采用易于维护、节点增删方便的树状拓扑结构，设置多个路由器节点，每个路由节点除与若干个无线传感器监测终端节点通信外，由若干个路由器运用多跳路由策略传送数据，实现网络的物理范围扩展。而对于空间小的冷藏车，采用以一个协调器为中心组成的星形拓扑网络就能满足设计要求。而采用ZigBee组网技术可实现冷库、冷藏车等冷链设备内部感知检测节点与汇聚节点（网络协调器）之间的无线通信，构建一个低功耗、数据传输可靠的温湿度及冷库危险气体（氨气）的无线传感监测网络。ZigBee协调器通过RS 232接口与基于ARM的工控机通信，在冷库等不动节点处，利用工控机上的以太网模块与远程监控中心实现数据/控制信息的传送。在移动节点冷藏车中，利用工控机上的GPS和GSM模块实现车辆的实时定位以及监测数据向远程监控中心的传送。并且工控机上的控制模块可实现对现场温湿度环境的调控和对危险气体泄漏的报警 远程监控中心由各类服务器和相应的服务软件组成，通过Internet接收上传数据[3]，全程实现对冷链系统数据高效、智能化的管理，为企业经销商、政府监管机构和消费者提供全面及时的数据服务。各类用户可通过浏览器实时监测现场温湿度参数及冷库氨气浓度变化情况，在出现异常时及时报警并通知现场相关人员进行处理，保存现场数据，为事后责任划分、保险理赔提供方便的查询服务。系统还可向社会公布各类冷冻产品、药品的安全溯源信息，提高企业的竞争力和品牌形象 2 无线传感器监测网络设计 2.1 ZigBee网络地址分配 在ZigBee规范中根据协调器、路由器和终端设备的特点，有分布式和随机式机制两种网络地址分配方式[4]。对于冷库中采用树状拓扑结构且不动的感测节点，采用分布式地址分配方式，以协调器为根节点，采用4个基本参数：父节点最大子节点数（Cm），父节点最大子路由数（Rm），网络的最长深度（Lm），当前设备深度d，采用公式（1）来确定树的第d+1层路由设备之间的地址间距 地址分配具体流程如下： （1）设根节点地址为0； （2）先给分路由器节点分配地址，然后给终端节点分配地址。即计算d层设备子路由器之间的地址间距Cskip （d），该层第一个路由器地址为父节点地址加1，第二个路由器地址为第一个路由器地址+Cskip （d），以此类推。为该层的终端节点分配地址，第一个终端节点的地址为最后一个路由器地址+Cskip （d），第二个终端节点的地址为第一个终端节点地址加1，以此类推。重复如上过程到d-1层 ZigBee协调器启动网络后，向它临近的路由器发送信标并接受其连接，形成树型结构的第一级。协调器给相邻的路由器节点分配长度为Cskip （d）的地址块，路由器节点再根据它接收的协调器信标的信息来配置和发送它自己的信标，允许其