无线传感器网络让山区能够预测宝贵的水供应

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欢迎访问e展厅 展厅 6 数据采集/无线通讯展厅 通讯卡, 数据采集卡, 无线通讯模块, 远程监控系统, RFID, 信号隔离器, 转换器... 概要：Dust Networks 的无线网格网络解决方案使得 CITRIS 能够采用分布在加州东部内华达山脉中一个偏远、多山和环境恶劣之 0.5 平方英里区域的 300 个传感器，可靠地从积雪状况中搜集实时含水量数据。 挑战：研究人员需要一种能够在严酷情况下进行可靠传输的密集、大型、低成本的无线传感器网络 (WSN)，以实现长期不需维护的环境监测。 解决方案：研究小组选择了Dust Networks SmartMeshWSN 技术。SmartMesh 整合了超低功秏 Eterna™ 技术802.15.4 节点和先进的网络管理功能，可实现远程监测所需的电池长寿命以及自动形成、自愈、多跳网格网络。 挑战 不管是热电生产、农业、工业或水电生产，积雪量以及每年储存在积雪中的地表水对于美国经济都是至关重要，因为此类水源的用户每年为美国的国内生产总值贡献达到1.7 万亿美元 (占比 15%)。仅在加利福尼亚州一地，降雪对于生产收入的贡献几乎占到了加州 GDP 的 30%。积雪信息可用于预测干旱和洪涝灾害，在公共与私营经济部门之间均等地分配水资源，而且对于农业规划也是很关键。 在积雪皑皑的多山地区中，支配积雪、融雪和地表水的过程并不为大众所熟知，因为它们很难测量。直到最近，研究人员一直所依靠的是零星部署在陡峭地形和极端环境情况之偏远地点的有线传感器，这些环境包括山洪、厚厚的积雪、冰点以下的温度、以及具有喜欢啃咬电缆的动物之地方。这些有线网络过于昂贵、不可靠、以及难以维护，且由于数据点过少而无法创建流域的态势图。 在 CITRIS (Center for Information Technology Research in the Interests of Society) 的一个合作项目中，加州大学伯克利分校的 Roger C. Bales、UC Merced 和 Steven D. Glaser 探索了改善大规模环境监测的方法，并转向无线传感器网络 (WSN) 以了解该技术是否能够实现一种更有效、可扩展和坚固的解决方案。Glaser 博士说：“我们需要一种拥有空间和时间密集性的可靠 WSN，其在同一个无线电频段内具有多个节点，即使对于高频数据传输也能依靠电池运行至少一年，而且可在非常严酷的环境中正常运作。” 虽然他们发现很多商用无线系统都能够在两点之间传输数据，但硬件通常包含了供电功率相对较高的无线电装置，此类装置所需的电能仅靠电池是无法提供的。另外，他们还发现：典型的点对点传输系统是独立运作的，如果多条链路部署得过于接近 (即是无线电传输范围有重迭)，则在节点之间会存在有害的无线电干扰。 解决方案 Glaser 博士选择了 Dust Networks® SmartMesh® WSN 技术，由于它具有长电池寿命、智能网络特性和可扩展性。超低功耗的 802.15.4 SmartMesh 节点可实现长达数年的电池使用寿命。SmartMesh 网络管理器提供了先进的内置技术，以创建一种自动形成、自愈、多跳网格网络。Glaser 博士说：“这些特性在大多数无线传感器网络中并非是标准配置。若当初我们要设计和执行堆栈级控制和复杂网络算法以提供所需的特性，那么，我们的环境监测系统肯定需要长得多的时间 (甚至多出数年之久) 才能建立起来。” 通信系统由 Dust Networks 的无线节点和一个网络管理器组成。这些节点具有高度集成的硬件，以及用于实现简单集成的可配置软件接口。节点每 15 分钟从负责测量积雪深度、太阳辐射、相对湿度、土壤水分和基质水势、以及温度的远程传感器组传送一次数据。有些节点直接连接至传感器组；其它则用作“中继站”，以提高通过山脊、岩层露头和森林进行数据传输时的可靠性。SmartMesh 网络管理器支持可自动形成和易于扩展的大型、密集、多跳网格网络。另外，它还提供了安全管理、用于优化传感器布局的详细网络统计数据、确定性的节点电源管理，并可凭借内置的网络状态监控功能实施动态的网络优化。网络管理器通过以太网将传感器数据传送至一部本地计算器。该计算器安放在一座 40 英尺高的塔之底部，而一个置于塔的较高位置之GPRS 调制解调器负责提供互联网连接，以实现至某个远离现场位置的实时数据传输。 结果 利用一个含有 57 个无线节点的网络在 23 个测量位置上部署了 300 多个传感器，用于收集和传输国王河实验流域(这是位于谢拉山脉南部的一个偏远、地形垂直陡峭、森林茂密的上游源头流域) 0.5 平方英里区域内的相关数据。 Steven Glaser、Roger C. Bales 和他们的研究生 Branko Kerkez创立了一种 WSN 部署方法，并且表明：基于 DustNetworks 标准的网格网络技术提供了一种可靠、灵活性强和可扩展的网络解决方案，通过最大限度地提高通路可靠性、延长电池寿命和扩大空间覆盖来满足环境监测应用的需求。 Bales 说：“目前，水资源管理者必需对水的可用量做出保守估计。鉴于很多情况他们并不了解，所以不得不如此。如果我们以一种人们能够使用的方式来降低其估测中的不确定性，我们就可以容易地想象到：国家经济将因此而增加数亿美元的收入。” 为什么与 Dust Networks 进行合作呢? Dust Networks 是无线传感器网络领域的先驱，当超低功耗至关紧要时可提供智能网格技术。Dust Networks 正在划定智能设备的连接方式。采用基于标准的无线网格网络技术，Dust Networks 设计了芯片、模块和管理器，这有助构建具先进网络管理及全面安全特性的可靠、灵活和可扩展的网络。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/11/2015)