張浩+王海龍+夏忠

摘 要：近年來各種自然災(zāi)害頻繁的發(fā)生，特別是地震發(fā)生效率較高，不僅造成了嚴重的經(jīng)濟損失，而且還造成了巨大的人員傷亡。因此需要建立健全地震監(jiān)測系統(tǒng)，以此來降低地震發(fā)生時所帶來的損失和傷害。文章從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和地震監(jiān)測概述入手，并對基于地震監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計進行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：地震監(jiān)測；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；硬件系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)；設(shè)計

前言

地震監(jiān)測主要是利用有線或是無線的方式來將收集到的地震震動信號傳送到監(jiān)控中心，但由于有線網(wǎng)絡(luò)自身的局限性，會對監(jiān)測效果帶來不利影響，在這種情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生，以其獨特的自組織及自愈合的特點在地震監(jiān)測中進行有效應(yīng)用，而且能夠適合各類復(fù)雜的監(jiān)測環(huán)境，因此需要加大對基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地震監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計進行研究，以便于有效的提高地震的預(yù)警水平，確保地震救助效率的提升。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和地震監(jiān)測概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種集各種先進技術(shù)于一體的信息技術(shù)，其不僅是普適計算機的雛形，同時也是人類感官的有效延伸。其以數(shù)據(jù)傳輸和交換機作為中心，作為一種自組織和分布式的網(wǎng)絡(luò)，傳感網(wǎng)絡(luò)中大量傳感器節(jié)點為其提供數(shù)據(jù)，即使在十分惡劣的環(huán)境下，也能夠做到實時監(jiān)測、協(xié)同感知和信息采集，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)進行發(fā)送。這也使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，將其在地震監(jiān)測中進行應(yīng)用，其能夠?qū)Φ卣痤A(yù)防和救援提供更加真實、可靠的信息依據(jù)。由許多隨機分布的傳感器節(jié)點構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)共同組成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。傳感器節(jié)點采用自組織方式，能夠?qū)崟r監(jiān)測對象，進行信息的采集，并采用無線方式來發(fā)送數(shù)據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對感知信息的感知、采集、處理和傳送是其最基本的功能，傳感器網(wǎng)絡(luò)以感知數(shù)據(jù)作為其核心所在，由傳感器、感知對象和觀測者三要素共同構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

一直以來地震監(jiān)測中采用的都是無線或有線來對監(jiān)測信息進行傳送，雖然有線網(wǎng)絡(luò)具有較好的穩(wěn)定性，但在一些惡劣環(huán)境下有線網(wǎng)絡(luò)極易受到破壞，無法及時將監(jiān)測到的信息傳送到監(jiān)測中心。因此利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其能夠適應(yīng)各種復(fù)雜多變的環(huán)境，在任何情況下都能夠及時將監(jiān)測信息向監(jiān)控中心進行反饋，對地震災(zāi)難的預(yù)警和救助具有非常重要的意義。

2 基于地震監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1.1 傳感器節(jié)點設(shè)計

在傳感器節(jié)點設(shè)計過程中，需要明確無線傳感器節(jié)點的構(gòu)成要素，通常情況下由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和電源共同構(gòu)成，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點則包括采集模塊、存儲模塊、通信模塊及能量供應(yīng)模塊等幾部分，在實際工作中，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)利用數(shù)據(jù)采集模塊來對采集信息和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，整個傳感器的節(jié)點控制操作則由處理器模塊負責(zé)，同時還要對節(jié)點自身傳送過來的數(shù)據(jù)和由其他節(jié)點傳送過來的數(shù)據(jù)進行處理和存儲。而與其他傳感器節(jié)點或是基站的無線通信、交流和交換控制信息、接收和轉(zhuǎn)發(fā)采集來的數(shù)據(jù)等則由無線通信模塊負責(zé)。而傳感器節(jié)點正常工作所需要的能量則主要由能量供應(yīng)模塊提供，以此來確保系統(tǒng)的正常運行。

2.1.2 GPRS網(wǎng)關(guān)設(shè)計

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，各個無線監(jiān)測電路發(fā)來的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息由GPRS網(wǎng)關(guān)負責(zé)接收，并經(jīng)過一定的處理后由GPRS網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)測站進行發(fā)送，同時GPRS網(wǎng)絡(luò)還能夠接收控制指令，并將其向各個無線監(jiān)測節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)。無線轉(zhuǎn)發(fā)站的運行則由3.6V的高能電池為其提供電能支持，同時還具有太陽能自動充電功能，為其長期工作提供了充足的保證。

2.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無線接收模塊采用的無線射頻收發(fā)器，其具備較為多樣化，不僅支持幀處理，還具有突發(fā)傳輸、數(shù)據(jù)緩沖、數(shù)據(jù)加密、空閑頻道檢測、連接質(zhì)量指示等多種功能，能夠有效的降低主控制器的負載。其中信號的接收和轉(zhuǎn)換由傳感器采集模塊完成，所需要工作的能量由電源模塊供應(yīng)。傳感器節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)的基本單元，其主要承擔(dān)著計算、存儲、通信、傳感和執(zhí)行等任務(wù)。同時由微功耗處理器模塊、無線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電源等部分共同構(gòu)成無線傳感器節(jié)點的硬件部分。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計思路

2.2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點主要承擔(dān)著對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理、對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)進行集中及信息傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等任務(wù)，在具體無線傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中，需要由網(wǎng)關(guān)節(jié)點將自身幀編號和網(wǎng)絡(luò)地址的信標幀向全網(wǎng)傳送，同時以此地址列表作為構(gòu)建路由表的基礎(chǔ)。并對其中各幀的編號進行記錄，從而有效的避免出現(xiàn)多次發(fā)送的現(xiàn)象。還要繼續(xù)將已經(jīng)修改的信標幀向周圍發(fā)送，各傳感器節(jié)點收到信標幀后，會選擇信號最強的節(jié)點回發(fā)至終端節(jié)點，并對路由器節(jié)點將自身當(dāng)作終端路由器節(jié)點進行確認，開始建立網(wǎng)絡(luò)。

2.2.2 路由

在對數(shù)據(jù)進行傳送過程中，需要由源節(jié)點廣播一個路由分組，并由路由器攜帶目的節(jié)點依次由領(lǐng)近節(jié)點進行廣播，而且在廣播開始之前還需要進行該節(jié)點到源節(jié)點路由的建立，將目的節(jié)點依次廣播至周圍節(jié)點時，路由分組到達某個具有網(wǎng)關(guān)的路由信息節(jié)點及網(wǎng)關(guān)節(jié)點時，則路由分組的廣播就會停止。并在該過程中建立一個反向路由，實現(xiàn)網(wǎng)點節(jié)點到源節(jié)點的反向傳輸，而且該節(jié)點還會順著反向路由傳輸一個路由分組，當(dāng)路由分組抵達源節(jié)點后，則整個過程結(jié)束。

2.2.3 傳感器工作流程

在傳感器工作過程中，傳感器的數(shù)據(jù)需要由傳感器節(jié)點來讀取，并將讀取到的數(shù)值與設(shè)定的閾值進行比較。根據(jù)比較的情況來采取適宜的數(shù)據(jù)監(jiān)測措施，這樣可以有效的避免無用數(shù)據(jù)的采集，提高傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的續(xù)航能力。但在實際工作中，需要有效的對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸量進行控制，這樣可以確保地震監(jiān)測的及時預(yù)報。因此需要根據(jù)監(jiān)測的傳感器值的情況，適宜的情況下采用多跳路由來轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，從而將數(shù)據(jù)快速傳送到遠程監(jiān)控中心，確保地震監(jiān)測的及時性和實時性。

3 結(jié)束語

將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地震監(jiān)測中進行有效應(yīng)用，有效的提高了我國地震監(jiān)測的效率，因此需要加大對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究力度，不斷對其進行創(chuàng)新，有效的提高其自身的穩(wěn)定性和實用性，提高地震監(jiān)測的質(zhì)量，有效的保障我國人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。

參考文獻

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