基于茶園旱情監(jiān)測系統(tǒng)的WSN網(wǎng)關(guān)設(shè)計
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網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)要完成的主要任務(wù)包括采集傳感器節(jié)點(diǎn)旱情監(jiān)測的相關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和封裝后通過以太網(wǎng)或GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)端具有固定公網(wǎng)IP的PC機(jī)。為了驗證該網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性、可靠性和適應(yīng)性，分別對以太網(wǎng)連接和GPRS遠(yuǎn)程傳輸可靠性進(jìn)行了測試試驗。
試驗條件：
(1)Ethernet Switch交換機(jī)1個，EIA／TIA 568B標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線(直連網(wǎng)線)2根；
(2)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)1套，采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)、以太網(wǎng)口驅(qū)動程序、串口數(shù)據(jù)采集程序、socket套接字聯(lián)接程序；
(3)利用10Base-T接至網(wǎng)絡(luò)的PC機(jī)1臺，采用Windows XP操作系統(tǒng)；
(4)Crossbow公司MICAz節(jié)點(diǎn)和MTS310傳感器6套，采用Crossbow公司的Moteview監(jiān)控軟件。
以太網(wǎng)的連接試驗主要是針對網(wǎng)關(guān)連接、網(wǎng)關(guān)接收匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行測試。網(wǎng)關(guān)連接測試是驗證網(wǎng)關(guān)嵌入式Linux操作系統(tǒng)、CS8900網(wǎng)卡初始化和驅(qū)動程序的運(yùn)行正常與否，以及網(wǎng)關(guān)與監(jiān)測中心能否通過以太網(wǎng)進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò)連接。測試網(wǎng)關(guān)接收匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的目的主要是驗證SD卡的初始化、驅(qū)動程序正常與否，網(wǎng)關(guān)能否通過串口讀取匯聚節(jié)點(diǎn)所接收的WSN節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。試驗證明，網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集WSN節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
GPRS數(shù)據(jù)傳輸可靠性可以由誤碼率和丟包率來衡量。為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，該實(shí)驗以丟包率作為分析的主要依據(jù)。由于GPRS傳輸延遲的不確定性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c數(shù)據(jù)包的發(fā)送時間間隔相關(guān)，間隔時間越大，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃跃蜁档?。分別對TCP／IP傳輸和UDP傳輸兩種通信方式進(jìn)行了測試丟包率試驗，發(fā)送間隔時間為1～10 s，每種間隔時間進(jìn)行500次數(shù)據(jù)傳輸試驗，計算的丟包率如圖5所示?？梢钥闯觯?種傳輸模式中，4～5 s是1個分界點(diǎn)，自此以后丟包率基本趨于穩(wěn)定，這時的丟包狀況來源于網(wǎng)絡(luò)的不可控因素。由于茶園旱情監(jiān)測對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性沒有過高的要求，因此，網(wǎng)關(guān)GPRS遠(yuǎn)程傳輸采用TCP方式，間隔時間選為5 s。
5 結(jié) 語
針對目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特點(diǎn)及發(fā)展趨勢，結(jié)合現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計采用嵌入式系統(tǒng)平臺實(shí)現(xiàn)多種遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的WSN網(wǎng)關(guān)，用于茶園旱情監(jiān)測系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)通過串行口與匯聚節(jié)點(diǎn)通信，可以通過以太網(wǎng)或GPRS兩種可選方式監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。開發(fā)了功能完善的WSN網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。隨著3G時代的到來以及工業(yè)級3G通信模塊的推出，如何利用網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)WSN與3G的互聯(lián)是今后擬研究解決的問題。
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