基于无线传感器网络的海洋水环境监测系统的设计

　　引言

　　近几年来，随着海洋事业的迅速发展，海洋环保已经提上议事日程。因此，海洋水环境监测成为人们越来越关注的焦点。

　　无线传感器网络广泛应用于军事侦察、环境监测、目标定位等领域，能够实时地感知、采集和处理网络覆盖范围内的对象信息，并发送给观察者。它具有覆盖区域广，可远程监控，监测精度高，布网快速和成本低等优点。把无线传感器网络技术应用到海洋水环境监测系统中，是人们近几年来研究的焦点。

　　Zigbee与其他的无线通信标准相比，适用于吞吐量较小，网络建设投资小，网络安全性高，不便于频繁更换电源的场合。在工业控制领域利用传感器基于Zigbee技术组成传感器网络，可以使得数据采集和分析变得方便和容易。Zigbee网络用于传感网络的组建很重要的一点在于它的低功耗，其发射功率仅为0～3.6dBm;它的通信距离可达30～70m，具有能量检测和链路质量指示能力，可以自动地对自身的发射功率进行调整，可以在保证通信链路质量的前提下最小地消耗能量。网络功能是Zigbee最重要的特点，也是与其它无线局域网标准不同的地方。在网络层方面，Zigbee的主要工作在于负责网络机制的建立与管理，并具有自我组态与自我修复功能。

　　IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率(<250kb/s)、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。完整的zigBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、以及数据链路层和物理层组成。协议栈结构如图l所示。

　　1 传感网络的构成

　　本文设计的无线传感器网络的组成包括传感器节点、汇聚节点和网关节点，主要负责探测海洋区域内的各种情况，包括油污检测、浊度测量、化学需氧量测量、海藻测量等等。

　　传感器节点主要负责网络的形成，海洋各项参数的采集，并将数据通过多跳的形式传输到汇聚节点。

　　汇聚节点是无线传感器网络的中心节点，负责网络的发起，拓扑的形成与维护，网路数据的汇聚与处理，与监控系统的通信与信息交互。汇聚节点是传感器节点终端节点中能力较强的一种。

　　网关节点接收来自其他节点的数据，并对数据进行校正、融合等处理，然后发送给监测中心。对于监测中心所发指令进行相应处理，用来确定各个节点的工作状态。

　　后台监测中心负责对发送回来的海洋参数数据进行汇总与处理，网络拓扑的控制，网络的监护等工作。

　　整个海洋监测系统由一定数量的传感器网络终端节点、少量汇聚节点、一个网关节点以及后台监测系统组成。为了探测一定区域，需要在该区域内布置一定数量的传感器节点，以达到对整个区域的覆盖，并且需要一个网关节点完成对来自传感器终端的数据的融合，上传给后台监测系统，完成数据的分析与处理。从网关节点到监控中心距离一般都比较远，可采用现有的GPRS网络进行远程数据传输。GPRS网络连接费用相对低廉，传输速率较高，性价比较高，而且能够永远在线。传感网络结构示意图如图2所示。