基于地震监测无线传感器网络系统设计分析.doc

基于地震监测无线传感器网络系统设计分析 　　摘 要：近年来各种自然灾害频繁的发生，特别是地震发生效率较高，不仅造成了严重的经济损失，而且还造成了巨大的人员伤亡。因此需要建立健全地震监测系统，以此来降低地震发生时所带来的损失和伤害。文章从无线传感器网络和地震监测概述入手，并对基于地震监测的无线传感器网络系统设计进行了具体的阐述 关键词：地震监测；无线传感器网络；硬件系统；软件系统；设计 前言 地震监测主要是利用有线或是无线的方式来将收集到的地震震动信号传送到监控中心，但由于有线网络自身的局限性，会对监测效果带来不利影响，在这种情况下，无线传感器网络应运而生，以其独特的自组织及自愈合的特点在地震监测中进行有效应用，而且能够适合各类复杂的监测环境，因此需要加大对基于无线传感器网络的地震监测系统的设计进行研究，以便于有效的提高地震的预警水平，确保地震救助效率的提升 1 无线传感器网络和地震监测概述 无线传感器网络是一种集各种先进技术于一体的信息技术，其不仅是普适计算机的雏形，同时也是人类感官的有效延伸。其以数据传输和交换机作为中心，作为一种自组织和分布式的网络，传感网络中大量传感器节点为其提供数据，即使在十分恶劣的环境下，也能够做到实时监测、协同感知和信息采集，并将监测数据进行发送。这也使无线传感器网络在诸多领域都有着广泛的应用，将其在地震监测中进行应用，其能够对地震预防和救援提供更加真实、可靠的信息依据。由许多随机分布的传感器节点构成的无线传感网络共同组成了无线传感器网络体系结构。传感器节点采用自组织方式，能够实时监测对象，进行信息的采集，并采用无线方式来发送数据。无线传感器网络对感知信息的感知、采集、处理和传送是其最基本的功能，传感器网络以感知数据作为其核心所在，由传感器、感知对象和观测者三要素共同构成无线传感网络 一直以来地震监测中采用的都是无线或有线来对监测信息进行传送，虽然有线网络具有较好的稳定性，但在一些恶劣环境下有线网络极易受到破坏，无法及时将监测到的信息传送到监测中心。因此利用无线传感器网络，其能够适应各种复杂多变的环境，在任何情况下都能够及时将监测信息向监控中心进行反馈，对地震灾难的预警和救助具有非常重要的意义 2 基于地震?O测的无线传感器网络系统的设计 2.1 系统的硬件设计 2.1.1 传感器节点设计 在传感器节点设计过程中，需要明确无线传感器节点的构成要素，通常情况下由数据采集、数据处理、数据传输和电源共同构成，而无线传感器网络的节点则包括采集模块、存储模块、通信模块及能量供应模块等几部分，在实际工作中，在监测区域内利用数据采集模块来对采集信息和转换数据，整个传感器的节点控制操作则由处理器模块负责，同时还要对节点自身传送过来的数据和由其他节点传送过来的数据进行处理和存储。而与其他传感器节点或是基站的无线通信、交流和交换控制信息、接收和转发采集来的数据等则由无线通信模块负责。而传感器节点正常工作所需要的能量则主要由能量供应模块提供，以此来确保系统的正常运行 2.1.2 GPRS网关设计 在无线传感器网络系统中，各个无线监测电路发来的数据和状态信息由GPRS网关负责接收，并经过一定的处理后由GPRS网络向监测站进行发送，同时GPRS网络还能够接收控制指令，并将其向各个无线监测节点转发。无线转发站的运行则由3.6V的高能电池为其提供电能支持，同时还具有太阳能自动充电功能，为其长期工作提供了充足的保证 2.1.3 无线传感器网络的构建 无线传感器网络中的无线接收模块采用的无线射频收发器，其具备较为多样化，不仅支持帧处理，还具有突发传输、数据缓冲、数据加密、空闲频道检测、连接质量指示等多种功能，能够有效的降低主控制器的负载。其中信号的接收和转换由传感器采集模块完成，所需要工作的能量由电源模块供应。传感器节点作为网络的基本单元，其主要承担着计算、存储、通信、传感和执行等任务。同时由微功耗处理器模块、无线收发模块、数据采集模块、电源等部分共同构成无线传感器节点的硬件部分 2.2 系统软件设计思路 2.2.1 无线传感网络 网关节点主要承担着对网络节点管理、对网络节点传输数据进行集中及信息传输网络构建等任务，在具体无线传感网络构建过程中，需要由网关节点将自身帧编号和网络地址的信标帧向全网传送，同时以此地址列表作为构建路由表的基础。并对其中各帧的编号进行记录，从而有效的避免出现多次发送的现象。还要继续将已经修改的信标帧向周围发送，各传感器节点收到信标帧后，会选择信号最强的节点回发至终端节点，并对路由器节点将自身当作终端路由器节点进行确认，开始建立网络 2.2.2 路由 在对数据进行传送过程中，需要由源节点广播一个路由分组，并由路由