氣象論文氣象觀測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計

　　在我國的氣象觀測領(lǐng)域當(dāng)中，這篇氣象論文認(rèn)為需要充分的實現(xiàn)其自動化和信息化的趨勢，從而在這個過程當(dāng)中，其無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)便發(fā)揮出了巨大的作用和優(yōu)勢，因此在本文當(dāng)中，在面向氣象觀測的基礎(chǔ)上保證其無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計，從而有效的實現(xiàn)了對氣象觀測的優(yōu)化設(shè)計。《山東氣象》是宣傳山東氣象形象、交流先進氣象科技成果和人才培養(yǎng)的重要基地，是創(chuàng)建和傳播山東氣象文化的重要載體。以發(fā)表研究論文為主，也報道相關(guān)學(xué)科的研究綜述與述評、研究進展與動態(tài)、研究短訊、新技術(shù)與新方法等。獲獎情況：1999年度獲山東省優(yōu)秀科技期刊。

　　【摘要】隨著現(xiàn)代化的通信技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在無線通信等技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中都取得了相當(dāng)大的成就，在現(xiàn)代化的氣象觀測技術(shù)的的應(yīng)用過程當(dāng)中，也實現(xiàn)了最大限度的自動化和信息化水平的不斷提高，因此無線傳感器的技術(shù)已經(jīng)成為了一門全新的信息技術(shù)，并被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)以及其各方面的產(chǎn)業(yè)當(dāng)中。同時需要針對現(xiàn)階段的氣象行業(yè)當(dāng)中的無線網(wǎng)的感應(yīng)應(yīng)用等各做出充分的研究，在本文當(dāng)中，首先對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點進行概述;其次對氣象觀察的無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點做出全面的分析;最后對其節(jié)點的部署以及測試做出規(guī)范性的探討。

　　【關(guān)鍵詞】氣象觀測;無線傳感器;網(wǎng)絡(luò)節(jié)點;設(shè)計

　　隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷提高，無線傳感器已經(jīng)得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，其中可以被稱之為一種綜合性的智能信息系統(tǒng)，可以最大限度的實現(xiàn)對信息的相關(guān)采集、信息的有效傳輸和對信息的優(yōu)化處理。在無限傳感器的應(yīng)用過程當(dāng)中，可以對周圍的環(huán)境做出全面充分的檢測，也可以實現(xiàn)對交通的智能指揮，在智能電網(wǎng)的發(fā)展方面也出現(xiàn)了相當(dāng)顯著的成效。在此種基礎(chǔ)上，可以對無線傳感器系統(tǒng)的硬件平臺、操作系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作出充分的研究，最終在面向氣象觀測的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對其無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計，從而為將來的氣象網(wǎng)絡(luò)傳感提供相對應(yīng)的前提條件和理論基礎(chǔ)。

　　1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為節(jié)點共同構(gòu)成的軟硬件平臺組合而成的無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在經(jīng)過了不斷發(fā)展過程，其中的傳感器節(jié)點的功能也逐漸趨向多樣化。同時，在無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點當(dāng)中，受到了其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量和資源的限制，一般情況下，在傳統(tǒng)的嵌入式的操作系統(tǒng)當(dāng)中，運行的過程所需要的能耗是相對較大的，因此對內(nèi)存以及其他的資源的要求方面也是相對較高的，在此種情況下，是不可以利用傳統(tǒng)的嵌入式的操作方式進行資源的處理的。與此同時，在消息達到的時候所產(chǎn)生的消息并發(fā)量也是相當(dāng)大的，呈現(xiàn)出了密集的現(xiàn)象，在這個過程當(dāng)中需要保持多個邏輯運算的同時執(zhí)行，在計算機的操作系統(tǒng)方面所提出的要求是相當(dāng)?shù)?除此之外，在對無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行模塊化的過程中，由于其模塊化的程度相對較高，因此在進行硬件系統(tǒng)的控制時需要保證全面方便快捷的控制和操作。

　　2氣象觀察的無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分析研究

　　2.1節(jié)點功能要求以及技術(shù)指標(biāo)

　　在對氣象觀測當(dāng)中的無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行分析的時候，需要對其周圍的信息作出搜集，其中包括溫度、濕度、風(fēng)向以及氣壓等多個方面的數(shù)據(jù)，從而最大限度地擺脫數(shù)據(jù)采集當(dāng)中所呈現(xiàn)出來的電力依賴的現(xiàn)象，實現(xiàn)在自然資源的情況下可以進行長期的工作。并且在這個過程當(dāng)中，還可以形成多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)，對于節(jié)點當(dāng)中所采集到的數(shù)據(jù)，在多跳網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上完成數(shù)據(jù)的整體匯聚。

　　2.2節(jié)點的典型結(jié)構(gòu)組成

　　在該系統(tǒng)當(dāng)中，需要對其中的典型結(jié)構(gòu)進行分析，其中需要根據(jù)其不同的應(yīng)用場景來對其傳感器的節(jié)點做出不同的設(shè)計和分析，從而形成面向?qū)ο鬄閼?yīng)用網(wǎng)絡(luò)的一種無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面都是呈現(xiàn)出了相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在其結(jié)構(gòu)當(dāng)中，主要是由幾個部分來共同組成的，其中分別是傳感器模塊(由傳感器和模塊組成)、包括、存儲器等)、無線收發(fā)模塊(由無線通信模塊和天線組成、以及電源部分可以選擇的其它功能單元包括：定位系統(tǒng)、移動系統(tǒng)等，其結(jié)構(gòu)模式圖如圖1所示。

　　2.3節(jié)點硬件系統(tǒng)組成

　　在對該系統(tǒng)當(dāng)中的節(jié)點進行設(shè)計的過程當(dāng)中，需要對幾個模塊做出專門設(shè)計，其中包括通信模塊、接口模塊、傳感器模塊和電源模塊等。在設(shè)計的時候，需要保證對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理要時刻和通信模塊當(dāng)中的芯片來作為主要的核心設(shè)計理念，并且還要做到不斷的對其外圍的電路做出合理科學(xué)的設(shè)計，其中包括晶振電路、天線匹配電路等。在接口模塊當(dāng)中，主要是在其外部設(shè)備設(shè)施的基礎(chǔ)上做出相對應(yīng)的擴展，從而對其處理器和傳感器當(dāng)中所需要的通信的需求做出不斷的規(guī)劃和適應(yīng)。例如對傳感器模塊設(shè)計的時候，需要對其外界因素做出信息的搜集，比如周圍的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等多種因素，在進行設(shè)計的過程的當(dāng)中，根據(jù)獲取的元素信息實現(xiàn)智能化的傳感器效果。在其傳感器的運行過程當(dāng)中，其電源模塊是一個相當(dāng)重要的部分，可以利用太陽能來作為能量進行電池供電，其中的電池模塊主要是由鋰電池、電源管理電路和電壓轉(zhuǎn)換電路來共同構(gòu)成的，這些電池模塊可以最大限度的對各個模塊當(dāng)中的正常工作提供保障，節(jié)點硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　2.4節(jié)點的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　在該系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，主要包含了系統(tǒng)基礎(chǔ)組件、傳感器驅(qū)動組件、路由協(xié)議組件和應(yīng)用層組件這幾個相關(guān)的組件，在對其設(shè)計和研究的過程當(dāng)中，需要對其傳感器的驅(qū)動組件、路由協(xié)議組件以及其應(yīng)用開發(fā)的各部分組件進行不斷的分析和優(yōu)化，其軟件系統(tǒng)的總體框架如圖3所示。

　　3節(jié)點的部署以及測試

　　氣象無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點部署還存在著許多不足之處，例如網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)選擇設(shè)計過于簡單，只能根據(jù)物理連接的情況進行了網(wǎng)絡(luò)通道的選擇，實現(xiàn)了程序的更新功能，但沒有在離線的情況下實現(xiàn)這一功能，不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬情況對或進行選擇，整個中間件沒有考慮視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ�，�?shù)據(jù)庫方面并沒有考慮大批量數(shù)據(jù)的存儲情況，沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動刪除功能。在下一階段的工作中，需要進一步改正和增加的內(nèi)容有：實現(xiàn)中間件系統(tǒng)中子系統(tǒng)和子系統(tǒng)的程序離線下載功能，完善程序的自動更新升級功能，進一步提高系統(tǒng)的實用性和便利性。改進中間件系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)選擇功能，通過物理通道的監(jiān)測實現(xiàn)可接入外網(wǎng)通道的選擇，再分析可接入外網(wǎng)通道的信號強度，最后完成具體網(wǎng)絡(luò)通道的選擇工作，從而進一步地增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫自動清理數(shù)據(jù)功能，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中各個表中的記錄超過規(guī)定限度時，會自動的刪除最原始的數(shù)據(jù)。、實現(xiàn)中間件系統(tǒng)對視頻監(jiān)控的支持，為遠(yuǎn)程監(jiān)控觀測區(qū)域提供一種可靠穩(wěn)定的解決方案。在筆者從事的縣區(qū)區(qū)域當(dāng)中該系統(tǒng)中包含三個觀測區(qū)域，其中的采每個區(qū)域當(dāng)中都設(shè)置了一個傳感器節(jié)點和一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點。在區(qū)域當(dāng)中，沒有出現(xiàn)市電接口的條件，從而可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)資源的有效獲取，對于網(wǎng)管節(jié)點的使用方面主要是依靠于太陽能的能源供電。與此同時，在區(qū)域當(dāng)中的氣象觀測無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點運行過程中，對于能源能耗的使用方面都提出了相當(dāng)嚴(yán)格的要求。

　　利用先進的科學(xué)技術(shù)，最大限度的實現(xiàn)了低功耗的氣象觀測的硬件平臺設(shè)備，對資源得到有效利用的同時;還建立出了一種的適用于氣象觀測的網(wǎng)絡(luò)多條路由的協(xié)議，從而最大最大限度的滿足了現(xiàn)代化的氣象觀測業(yè)務(wù)的最大化需求。

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