劉信文

（大連市水路運(yùn)輸管理處，遼寧 大連 116001）

WSN系統(tǒng)是一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在該系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行中，將會(huì)通過(guò)大量的傳感器獲取輪機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)傳感器將這些數(shù)據(jù)提交到系統(tǒng)的控制中樞中，由船舶工作人員對(duì)輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察，防止發(fā)生重大安全事故。這種技術(shù)在應(yīng)用中，將應(yīng)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，需要對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)計(jì)與確定。

1 WSN系統(tǒng)的硬件構(gòu)成設(shè)施

WSN系統(tǒng)的硬件構(gòu)成設(shè)施包括以下內(nèi)容：（1）通信模塊。由于MSN系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中是基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞的，所以通信設(shè)備為在船舶系統(tǒng)中相關(guān)位置上設(shè)置的射頻裝置。（2）信息處理模塊。當(dāng)WSN系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)輪機(jī)運(yùn)行情況異常時(shí)，會(huì)向船舶上的工作人員發(fā)出警報(bào)，在該過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)信息處理模塊對(duì)傳感器收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通常情況下，信息處理模塊的硬件設(shè)施為單片機(jī)，有單片機(jī)中的程序進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比。（3）傳感器。在輪機(jī)發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)都會(huì)發(fā)生一定變化，所以在WSN系統(tǒng)的建設(shè)中，需要設(shè)置多種類多數(shù)量的傳感器，以對(duì)整個(gè)輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。（4）存儲(chǔ)模塊。在船舶中的輪機(jī)發(fā)生故障時(shí)，除了要第一時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行處理，WSN系統(tǒng)還需要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障信息的有效存儲(chǔ)，為后續(xù)的技術(shù)改進(jìn)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。對(duì)于存儲(chǔ)模塊，當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出了相應(yīng)的硬件設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的快速精確存儲(chǔ)。

2 WSN在船舶輪機(jī)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用方式

2.1 硬件設(shè)施安裝

在WSN系統(tǒng)的應(yīng)用中，核心內(nèi)容為進(jìn)行各類硬件設(shè)施安裝，在具體的安裝過(guò)程中，需要注意以下問(wèn)題：（1）傳感器系統(tǒng)。在傳感器的運(yùn)行中，會(huì)將各類環(huán)境參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，所以在傳感器系統(tǒng)的建設(shè)中，要對(duì)傳感器的布線方式、線路保護(hù)等內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，以保證所有的傳感器都能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行。（2）射頻裝置安裝。在射頻裝置的安裝過(guò)程中，需要考慮信號(hào)發(fā)射的能量和船舶上相關(guān)障礙物對(duì)信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度方面的影響，保證射頻裝置能夠有效進(jìn)行信號(hào)發(fā)射。（3）防干擾設(shè)施。雖然單片機(jī)有一定的抗干擾能力，但是由于船舶輪機(jī)的運(yùn)行環(huán)境較為特殊，在系統(tǒng)的建設(shè)中需要在單片機(jī)前設(shè)置PID系統(tǒng)，以消除系統(tǒng)中產(chǎn)生的各類干擾信號(hào)。（4）硬件保護(hù)設(shè)施。在硬件設(shè)施的安裝過(guò)程中，需要充分考慮這些硬件對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求，并根據(jù)這種要求設(shè)置硬件保護(hù)設(shè)施，提高硬件的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命。例如，船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用的微處理器為L(zhǎng)M3S1968，這種微處理器在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，具有能量消耗低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)保證信息在連接接口中的信息傳遞質(zhì)量。而船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中無(wú)線傳感器型號(hào)為ADXL001，這種型號(hào)的無(wú)線傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，能夠減小船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的體積，降低船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的能量消耗，與傳統(tǒng)無(wú)線傳感器的應(yīng)用效果相比，整體應(yīng)用價(jià)值更高，能夠大大提升船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)整個(gè)WSN系統(tǒng)的建設(shè)重點(diǎn)，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建立中，主要工作內(nèi)容如下：（1）路由協(xié)議實(shí)施。在WSN系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)同時(shí)收集大量數(shù)據(jù)，這種情況對(duì)整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)了很大的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，所以需要選擇能夠降低系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)擔(dān)的協(xié)議，最終可應(yīng)用的協(xié)議為L(zhǎng)EACH。該協(xié)議能夠?qū)⒍鄠€(gè)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)簇，在這些節(jié)點(diǎn)中選出一個(gè)簇頭，在完成數(shù)據(jù)融合后，由簇頭將信號(hào)提交到基站。在該過(guò)程中需要計(jì)算簇頭的閾值，但是這種方法在應(yīng)用過(guò)程中簇頭會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性無(wú)法被有效保障，所以需要對(duì)當(dāng)前的算法進(jìn)行調(diào)整。（2）安全保護(hù)程序設(shè)計(jì)。在WSN系統(tǒng)的應(yīng)用中，會(huì)將系統(tǒng)中的傳感器作用一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以探究輪機(jī)發(fā)生故障的位置，同時(shí)也能夠在一定程度上確定故障類型。在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，通常會(huì)讓這些節(jié)點(diǎn)生成ID，為了保證系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，這些ID不能發(fā)生重復(fù)。在本文的研究過(guò)程中，最終采用的方法為各節(jié)點(diǎn)隨機(jī)生成一個(gè)1～N3的整數(shù)作為ID，其中N為相關(guān)區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，經(jīng)計(jì)算，應(yīng)用這種方法時(shí)基本不會(huì)產(chǎn)生ID重復(fù)現(xiàn)象，能夠有效保證WSN系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。（3）網(wǎng)絡(luò)的形成，WSN系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，如果其中的中心節(jié)點(diǎn)被選取，則WSN系統(tǒng)中的中心節(jié)點(diǎn)就會(huì)將自身具備的信息數(shù)據(jù)傳播給其他節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳播。在此過(guò)程中，船舶輪機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，會(huì)對(duì)輪機(jī)震動(dòng)信號(hào)展開監(jiān)測(cè)，確定震動(dòng)信號(hào)是否符合相應(yīng)的工作標(biāo)準(zhǔn)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，無(wú)線路由器的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，會(huì)隨機(jī)抽取一個(gè)數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值展開對(duì)比，如果數(shù)值比標(biāo)準(zhǔn)值小，則需要將這個(gè)節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn)，并將該節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)信息傳輸給其他節(jié)點(diǎn)。

2.3 系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)

在完成對(duì)WSN系統(tǒng)的建設(shè)后，需要對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)收，在該過(guò)程中，可以應(yīng)用MATLAB軟件完成相關(guān)操作。在MATLAB軟件中，需要按照建成的WSN系統(tǒng)進(jìn)行模型建設(shè)，同時(shí)在系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的傳感器處施加能夠有效模擬輪機(jī)故障的激勵(lì)，觀察建成的WSN系統(tǒng)是否能夠及時(shí)顯示向傳感器施加的震動(dòng)激勵(lì)。在系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)的過(guò)程中，假設(shè)WSN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為100M×100M，WSN系統(tǒng)中無(wú)線路由器的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為80，數(shù)據(jù)接收基站坐標(biāo)為（50,100），傳船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)包的大小為4000bit，數(shù)據(jù)傳輸速度為85kbit/s。以上為WSN系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的條件，通常情況下，在狀態(tài)檢測(cè)過(guò)程中采用LEACH協(xié)議算法展開計(jì)算，在系統(tǒng)檢測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，船舶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行315輪之后，出現(xiàn)了死亡節(jié)點(diǎn)，使用改進(jìn)過(guò)后的LEACHE協(xié)議算法對(duì)其展開監(jiān)測(cè)表明，船舶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行410輪之后出現(xiàn)了死亡節(jié)點(diǎn)。通過(guò)以上數(shù)據(jù)信息分析能夠發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的計(jì)算協(xié)議與改進(jìn)之前相比，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值更高，其優(yōu)勢(shì)也能夠充分發(fā)揮出來(lái)。

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，為了對(duì)船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)采集功能展開檢測(cè)，需要在參與檢測(cè)的船舶輪機(jī)中安裝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中系統(tǒng)的采樣頻率為1kHz，在此過(guò)程中需要對(duì)船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的時(shí)間以及電壓幅值展開檢測(cè)，確定二者之間的關(guān)系，并將其以線形圖的方式呈現(xiàn)出來(lái)，檢測(cè)人員在分析檢測(cè)結(jié)果的過(guò)程中，能夠在短時(shí)間之內(nèi)對(duì)其展開全面有效的分析，最終得出船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)采集功能的檢測(cè)結(jié)果。

最終的檢驗(yàn)結(jié)果表明，本文最終設(shè)計(jì)的WSN系統(tǒng)能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)故障信號(hào)的顯示，在多次模擬后，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠有效現(xiàn)實(shí)輪機(jī)的故障部位，并未出現(xiàn)信號(hào)干擾問(wèn)題。

本文重點(diǎn)研究了在WSN基礎(chǔ)上，船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并對(duì)船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以及LWEACH協(xié)議算法展開優(yōu)化，最終形成了一種新的協(xié)議算法。同時(shí)采用軟件路由仿真的方式，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)展開收集，在此基礎(chǔ)上對(duì)船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的振動(dòng)信號(hào)展開有效檢測(cè)，最終達(dá)到提升船舶輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性以及有效性的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在WSN系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，硬件內(nèi)容包括各類傳感器、通信模塊、信息處理模塊、存儲(chǔ)模塊等，在系統(tǒng)的實(shí)際建設(shè)中，還包括相關(guān)輔助設(shè)施的建設(shè)，保證這些硬件設(shè)備能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。在WSN系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，首先需要對(duì)這些硬件設(shè)施進(jìn)行正確合理安裝，其次為建設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，在該過(guò)程中需要對(duì)LEACH協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，最后為驗(yàn)收過(guò)程，觀察系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行。