基于无线传感器网络的路面监测系统汇聚节点设计

摘 要：就目前现代的城市化发展来讲，交通出行也变得越来越复杂多样化，那么道路安全问题也就成了重中之重。交通道路路面状况需要定期勘察深入监测，因为交通路面安全问题是出行的基本前提，道路路面的损坏是再正常不过的一件事情，但需要做的是将后期的完善工作准备充分，路面检测系统技术要足够的成熟全面，才可以保证交通出行的正常进行不被外界因素所影响。而无线传感器网络技术则是由分布安装在各个道路监测系统中的多个微型传感器节点组成，然后利用无线网络的通信技术构成一个多格式多元化的组织网络，最后通过它的感应系统，采集信息，并搜集处理覆盖区域内的目标对象的信息，传达给信息需求者，这就是在路面监测系统中使用无线传感器网络技术的目的所在。

关键词：无线传感器网络；路面监测系统；汇聚节点设计；嵌入式系统

前言：本篇文章主要讲述了道路路面监测中故障监测问题，在无线网络传感器技术的基础下，结合其功能特点设计一套应用于道路监测系统的方案。以便在道路行驶过程中更好的了解路面状况，监测道路是否安全以及位置信息。基于现代传感器技术，无线通讯信号技术，数据信号处理技术，嵌入式系统等科技的迅速发展，出现了综合这几门技术为一体发展的传感器器件，这种既具有无线通讯功能又有数据信号处理功能类的传感器结合自身构成了自组织的网络结构，它的诞生大大的方便了城市交通中路面监测系统的应用。现阶段在无线传感器网络的发展中，需要运用创新的思想，并能解决实际问题的特点来设计开发。首先需要了解无线传感器网络的特点和路面监测系统汇聚节点的特性，再做接下来的具体分析，了解它们之间的相同点和互补点，结合实际现状分析研究。

一、无线传感器网络的研究背景分析

1.无线分组网的研究

1996年美国军方资助大学洛杉矶分校开展了有关低功耗无线传感器网络节点的研究，与此同时加州大学分校也开展了相同的研究，主要是借助于MEMS技术，来达到传感与计算，通信的集成，利用智能传感器技术来加强，其主要的目的也就是为了开发一系列可以自组织，可重构的传感器节点。1972年美国国防部计划署开启了第一个分组交换网计划，在ARRANET的互联网基础上进行了军用无线网的分组网研究，它重新定义了分组交换与无线技术结合的概念。我们都了解在教室或者室内要想连接无线Wi-Fi进入互联网络必须要借助路由器的设置，但是并不是所有的场合都适合路由器的存在，介于这些原因Ad hoc网络就得以运用，它不需要任何的预先架国设的无线通信基础设施，所有的节点通过分层的协议体系与分布式算法来协调每个节点的各自行为，而且每个节点还可以自主的单独组成网络，Ad hoc网络是一种对等结构的网络，没有固定的服务路由器。

2.从无线分组网到无传感器网络的研究

Ad hoc网络最初的建设初衷是被应用于军事领域行业，但随着网络科技的发展，扩展领域越来越广泛，尤其通信方面应用的最多，在办公，会议，个人通信等方面都有着极大的便捷，显而易见的可以说，未来Ad hoc网络技术在移动通信市场上的发展空间具有不可估量的潜力，Ad hoc网络具有快速组网的功能，因此就省去了布线和网络设备的步骤，可以应用于临时会议工作中。无线传感器网络是大量监测区域内的许多传感器节点组成，它通过无线通信的方式形成了一个具有自己特性的自组网络系统，它是人类与大自然交流的沟通桥梁，人们可以通过它直接的感知到外界的信息，它是人类了解世界，认识世界，亲近大自然的功臣。除此之外，就目前无线传感器网络可以被引用于无人驾驶的飞机上，并可以依据预先设置好的路径依次的撤下，在商业市场分析下开展了它的商业发展的潜力，相信在科学家和专业人员的研究开发下无线传感器网络涉及的方面和领域会越来越多，它的研究具有着一定深厚的技术发展背景和长久以来自然的社会发展过程。

二、无线传感器网络的特点

无线传感器网络是一种比较尖端的网络，它与移动通信网，蓝牙网络等常见的无线网络有相似之处，但也存在着一定程度上的差别。传统的无线网络的始端作用目标是有效地提供服务质量和利用宽带网络。无线传感器网络的特点主要有一下几点：

2.1节点数目庞大，密度深高。通常会在监测区域部署大量的传感器节点以获取精确信息，传感器节点数目可达上千上万。大量节点能够有效幅度地加大监测区域的覆盖面积，减少盲区的隐患。

2.2具有自主组织能力，可以自动进行配备和调和。在其应用领域中，不能够预先精准地设定传感器的节点位置。由于节点通常被放置在比较落后的没有基础设施的位置，所以也不会预先了解各个节点简的相互关系。有的要高距离撒散大量的传感器节点，有的会放置到危险的区域或者人类不可遇及的地方，此时就要用到自组织网络的这种特点。自主进行配置和管理，通过控制机制和网络协议，自动形成能够转发监测数据的无线网络系统。

2.3无线传感器网络的基本结构是由三个节点组成，它的节点一般是一个微型的嵌入式系统，单单从网络功能来讲，它的每个节点都具有感知终端和路由器的功能，除了收集信息和对数据进行处理，还可以对附近转发的节点的数据进行储存，融合等，所以传感器节点的软硬件技术是传感器网络研究的重中之重。

三、基于无线传感器网络下的路面监测系统的设计思想

3.1本文主要就是针对无线传感器网络下有关路面监测系统汇聚节点的研究设计，主要是运用传感器网络技术对道路路面监测方面进行改善，结合传感器自身的优点特性运用开发在路面监测系统中。路面状况是一个不可确保的问题，对于一个城市来说交通道路是城市正常运转的前提保障，路面一旦损坏对人们出行，国家经济发展产业都会造成不好的影响，需要大量的人力物力，时间精来抢救维修，为了解决这一头痛的难题，有关专业人员就考虑到可以借鉴传感器网络原理的思想来改善减少此类状况的发生。

3.2结合长时间的研究与发现，无线传感器网络技术很适用于道路交通发展方面，就路面的好坏情况，可以在车子上利用安装一个传感器和垂直加速度移动传感器节点来检测路面是否出现故障，如果它的移动子节点检测到的数据为异常，那么就说明前方的道路不安全，与此同时移动子节点进而可以检测到实时的位置信息，然后再经过一定的路由传送方式在各个子节点以无线传输的模式将信号发送到汇聚节点，它在一方面可以通过子节点传送的监测路面故障信息发送给路面监测人员，具体到哪一段位置的故障情况方便观察；另一方面它可以直接将它检测的路面情況发送到网络上。城市公路建设构造中，需要设置大量的子节点布置在公路网络中，将移动子节点安装在车辆上，方便及时检测了解路面状况。

3.3关于汇聚节点的总体设计需要对各个处理器的类型了解，包括它们的系统处理频率，和处理器在应用中的功能效率以及耗能情况，在嵌入式系统中的操作系统的选型中也要慎重选择，汇聚节点的射频模块的选择要考虑到整个系统的路面子节点的需求。汇聚节点的硬件和软件系统的设计移植首先要了解基本的工作原理，在各个数据信号处理器和链接器，编译环境的综合条件下将无线传感器网络思想运用于路面监测系统中去，使其得到最大的受益。

结束语：综上所述，路面监测是交通出行中的重要成分，为了保证正常的行驶，基于无线传感器网络技术下的路面监测系统要做好充分的后期工作，在出现特殊的突发情况时，可以及时的处理挽救。

参考文献：

[1]孙天泽，袁文菊，张海峰.嵌入式设计及 LINUX 驱动开发指南——基于 ARM9 处理器[M].北京：电子工业出版社，2005 .

[2]李驹光. ARM 应用系统开发详解一一基于 S3C4510B 的系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004 .

[3]李方敏. VxWorks 高级程序设计[M].北京：清华大学出版社， 2004 .

作者简介：

郑木棉（1996-）男，汉族，安徽六安人，本科在读，现就读于河海大学文天学院.