無線傳感器網絡在船只機械監(jiān)控領域的應用
設備安全性
另外一個與環(huán)境相關的問題是設計一個能裝載Mote 和電池的安全性較高的外殼。Crossbow 在這個階段的另一個任務是開發(fā)一套適合BP設備的商用系統(tǒng)。“我們充分學習了封裝技術,并且設計出了一款高安全系數且適合工程應用和環(huán)境的的特殊外殼?!盨uh 說。
如何處理所有數據
在項目的最后階段,項目組又面臨一個嚴峻的問題,那就是要想準確地確定機械問題的所在,必須獲取大量的震動數據并對之進行分析。而挑戰(zhàn)在于如何協調大數據量傳感器監(jiān)控數據的采集和低速率網絡傳輸協議(IEEE 802.15.4)用于Mote 和網關之間的通信之間的關系。
具體的解決方案是通過在Mote 上處理大批的數據,來減少傳輸給網關的數據量。剛開始時,Mote 用的是8 位的處理器,然而這被證明滿足不了大量數據處理需要的。所以Intel 和Crossbow 采用了Intel 32位的X-Scale 處理器代替原有的8 位處理器。
“當你著眼于傳感器網絡應用時,你會發(fā)現不同的傳感器會有不同的數據帶寬范圍要求?!盋rossbow 的Suh 說,“在一些實際應用中,你可能需要通過一個的溫度傳感器采集溫度,要獲得數據并不需要太多的處理量。但在這個項目中,我們使用了高帶寬的震動傳感器。我們決定采用比8 位處理器能力更強的微處理器。所以我們采用了32 位微處理器?!?P> Intel 進一步通過軟件增強了Mote 的處理性能?!白畹湫偷氖悄憧梢栽贛ote 上作FFT和其它計算來提取出數據中的頻率特征?!盜ntel 的傳感器網絡系統(tǒng)總監(jiān)Ralph Kling 這樣說,“為了做一些更高級的處理,我們從Rockwell 獲得了使用其接口IP 知識產權核的許可,并將其在本領域的許多經驗算法移植到Mote 上,使Mote 更好地實施監(jiān)控。我們的目的是要在網絡邊界內進行大量的數據處理,而不像先前那樣把數據都傳輸回后端的服務器。”
Intel 還在網關上加入了可將數據解析為XML 格式的軟件?!拔覀冇幸惶卓蓪祿M行抽象和檢索的基于XML 的數據系統(tǒng)?!盞ling 說,“XML是一種通用中間件格式,用在網關和后端服務器的數據交換。網關還提供一個連接后端Rockwell服務器的接口并將數據處理成為服務器可以接受的格式?!?P> 能量供應
在BP開發(fā)無線傳感器網絡商用系統(tǒng)的過程中,如何獲得能量,如何利用能量,以及如何確保有足夠的能量等一系列能耗問題越來越被關注。為了解決這些問題,研究小組采用了低功率無線電IEEE802.15.4 標準,并在Mote 上實施能量的安全管理模式。
此外,對數據的預處理工作減少了數據傳輸量,這也節(jié)省了電能的消耗?!拔覀儨p少無線傳輸量,”Cassar 說,“射頻組件會消耗大部分的電能,而新處理器驚人的處理能力減少了數據量,從而大大提高電池壽命。”
另一項任務是電能的獲取。“我們在Loch Rannoch上測試的另一項技術是獲取機械的振動產生的能量,從而把動能轉化為電能,”Cassar先生,“我們嘗試了兩種方式,一種是用可充電鋰電池檢驗是否可以完全支持Mote工作。另一種是用可充電的大容量電容器作為儲存媒介。我們認識Mote 的能量獲取方式在這個項目中扮演著重要角色?!?P> 試驗結果
Loch Rannoch 項目實現了一套用于系統(tǒng)監(jiān)測和預測維修的高效自動數據采集系統(tǒng)。而這些工作以前大都由人來完成。“操作人員通過手持設備,如PDA,就能直接獲得各種轉動機器的狀態(tài)監(jiān)測數據,并同時檢測一個加速度讀數?!盋assar 說,“以前對于每臺機器,操作員記錄測量儀器的位置并測量幾秒鐘的數據。這是一個非常乏味的工作,但必須每六到八周,做一次,有時會更久些。然而他們每次采集到的數據其實是十分少的,因為一年才幾次采集數據。我們現在將網絡設定為每18 小時采集一次數據。再以不用像以前拿著手持設備每8 周去檢測設備,而是每18 小時自動采集一次數據?!?P> 從Loch Rannoch 項目中獲得的其它經驗
◆傳感器網絡可以在惡劣的環(huán)境中很好地工作。
◆射頻和網絡結構的選擇是十分重要的。這兩者都可以提高通信的可靠性。
◆先進的平臺能很好地配合這種特殊的應用,因為通過在網絡邊界內的預處理大幅度降低了數據的傳輸量。
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