数事教术马流用
应用研究
基于无线传感器网络的列车运行环境监测系统
研究孙维信
(中国铁通式威分公司市场部甘肃武威733000)
摘要：本文将基于ZigBee技术的无线传感器网络应用于列车运行环境监测，实时监测环境变化，并将监测信息由终端节点发到用户节点与传统环境蓝测方法相比，具有成本低、对环境影响小、维护管理方便、免布线、可大量布点等特点。并利用NS一2仿真工具对提出的方案进行仿真并分新，实验结累表明文中提出的环境监测传感器网络设计方案是有效可行的。
关键词：无线传感器网络环境监测NS-2伤真中图分类号：TP274.4
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2011)08-0075-02
无线传感器网络是一门跨学科的先进技术，它是一种特殊的自组织网络，并由大量的传感器节点（可达到成百上于个)组成，涉及传感器技术，分布式信息处理技术、无线传输技术、计算机技术等研究领域。随着相关学科的不断进步与发展，无线传感器网络广泛应用于军事，商业等领域。
本文将基于ZgBoe技术的无线传感器网络应用于列车运行环境监测，实时监测环境变化，并将监测信息由终端节点发送到用户节点。与传统环境监测方法相比，具有成本低、对环境影响小、维护管理方便、免布线，可大量布点等特点，并利用NS-一2仿真工具对提出的方案进行仿真分析，实验结果表明本文提出的环境监测中的传感器网络设计方案是有效的。
1、无线传感器网络的体系结构
无线传感网络的网络结构由三个主要部分组成：传感器节点、汇聚节点和管理节点。无线传感器网络系统一股在监测区城(SensorField)内部或附近随机部署大量传感器网络节点，具有无线通信与计算能力的微小传感器网络节点能根据环境通过自组织方式快速组网，形成自主完成指定任务的分布式智能化网络系统，并以协作的方式实时感知、采集和处理网络分布区域中的各种环境数据或被监测对象的信息，监测的数据沿着其它传感器节点以多跳中继方式传输，在传输过程中监测数据可能与多个节点监测的数据进行融合，最后通过多跳路由将数据传输到汇聚节点，汇聚节点链路将整个区城内的信息传送到远程控制节点，最终通过互联网或卫星直接或间接地到达管理节点0
1.1节点结构
传感器节点是无线传感器网络部署到监测区域中收集和转发信息、协作完成指定任务的对象。传感器节点通常是一个微型的嵌人式系统，由传感器模块、数据处理模块、无线通信模块和能量模块四部分组成(3
(1)传感器模块。传感器模块是硬件平台中直接与外部信号接船的模块，负责在监测区城内感知、获取感知对象的信息和数据转换。
(2)处理器模块。处理器模块是无线传感器网络节点的核心，整个传感器节点的工作由其控制。处理器模块不仅对自身节点采集的数据进行存储和处理，而且也处理其它节点转发过来的数据信息。
1.2网络结构
无线传感器网络的架构一般划分为两类：分层式构架和分簧式构架。
分层构架由各层传感器节点和基站组成。到基站路由跳数相同的节点形成分层架构的某一层。基站可以当做接人点，传感器节点
万方数据
分层多跳式向基站传输信息。能量消耗低是分层架构的一大优点，每个节点都可以给短距离邻居层节点传输信息。
分族构架中，把传感器节点分成镁，每个簇由族头管理，簇头是通信主要内容，节点和簇头通讯，然后簇头再和基站通讯。通过分级扩展方式两跳的分候构架可以成为多跳架构。分族构架是一种自适应分族拓扑算法，周期性运行，胰建立和稳定数据通讯是每一轮循环必须经历的过程。在膜建立阶段，相等节点动态形成额，随机产生头：在数据通讯阶段，族内节点发送数据给族头，数据处理、数据
融合并且与汇节点通讯等工作由簇头完成。 2、基于无线传感器网络的环境监测系统
2.1模型建立
本文以列车运行环境异物监测为例，采用无线传感器网络技术与ZigBee协议技术，建立环境监测系统，进行实时地远程监测。当终端节点采集到环境状态的变化量时，立刻将数据发送回中心协调器，并可通过协调器发布到用户端，用户即时可知道环境情况及状态变化曲线。本系统由现场传器终端、中心监测软件构成。通过增加其他类型的传感器，可以同时对监测区城内监测更多数据，例如风速传感器，声音传感器等，可以监测列车沿线是否有动物穿越或者自然环境变化。模型体系构架如图1所示。
Etateraet
暂能手机
EBet无线传感间 J2ME客户编
移动设各终编使用32ME
无线高站
最装
便携式动客户
赢高客户
广J2EE服务器端
HTTPS或XML
无线传感网练
ZigBee开发套与GPRS模块
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系镜
JDBC贩能军系残
件
应用服务部
Servlet容a GPRS
JDBC
图1基于Zigbee的监测系统体系构架
2.2模型描述
网络整个结构由两个子网络构成，一个是多序列网关自组织网络，另一个是单-一或多个地面分镁无线传感器网络。无线地面传感器网络具有大量传感器节点，赖首通信能力较强。置于不同车辆上的网关组成线形拓扑结构的自组织网，且形成多网关序列自组织网络，任务主要是采集各簇的监测数据并传递给数据中心，网络的主