?藍(lán)牙無線傳感器

藍(lán)牙無線傳感器主要包括兩大模塊:傳感器模塊(SensorModule)和藍(lán)牙無線模塊(BluetoothModule):前者主要用于進(jìn)行現(xiàn)場信號的數(shù)據(jù)采集，將現(xiàn)場信號的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并完成數(shù)字量的變換和存儲。后者運(yùn)行藍(lán)牙無線通信協(xié)議，使得傳感器設(shè)備滿足藍(lán)牙無線通信協(xié)議規(guī)范，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過無線的方式傳送到其它藍(lán)牙設(shè)備當(dāng)中。兩模塊之間的任務(wù)調(diào)度、相互通信，以及同上位機(jī)通信的流程由控制程序控制完成。11a/b/g/n通信協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，定位范圍較廣、成本較低，但服務(wù)范圍受限、能耗大特點(diǎn)，不適用于低功耗應(yīng)用場景?？刂瞥绦虬环N調(diào)度機(jī)制，并通過消息傳遞的方式完成模塊間的數(shù)據(jù)傳遞以及同其它藍(lán)牙設(shè)備的通信，Zigbee振動傳感器，從而完成整個(gè)藍(lán)牙無線系統(tǒng)的功能。

無線傳感器

在公用事業(yè)管理方面，無線傳感器有助于實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵系統(tǒng)之間的自動化通信，并經(jīng)行預(yù)測性報(bào)修。例如，可以在墻上安裝漏水傳感器，以檢測水管故障或冬季可能爆裂的管道。服務(wù)器機(jī)房和數(shù)據(jù)中心正在使用無線繩索傳感器來檢測計(jì)算機(jī)硬件附近是否存在水珠。無線傳感器還支持災(zāi)害管理工作。在橋梁上安裝無線傳感器，可以探測超過某一閾值的水位，從而表明該地區(qū)有可能出現(xiàn)山洪。S_IOT是一款商業(yè)軟件，能夠?qū)?D和3D數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，開展從郊區(qū)到密集城鎮(zhèn)多種環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，包含了終端節(jié)點(diǎn)的具體地理位置信息，但是應(yīng)用成本較高。大型機(jī)械工廠正在使用無線振動傳感器，在設(shè)備故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)測。

無線振動傳感器

工作在授權(quán)頻段的窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IOT(Narrow Band Internet of Things)技術(shù)和非授權(quán)頻段LoRa(Long Range)技術(shù)，是LPWAN的典型代表。NB-IoT技術(shù)構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)。LoRa技術(shù)得益于其免費(fèi)頻段的自組網(wǎng)優(yōu)勢，可以由用戶自行架設(shè)到環(huán)境惡劣、偏遠(yuǎn)等信號盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的無線專網(wǎng)覆蓋。在低功耗物聯(lián)網(wǎng)中，首先需要面對的是如何評估無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)控區(qū)域的覆蓋性能，即如何評估或判定當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域的覆蓋情況。本文給出以LoRa為代表的LPWAN技術(shù)，提出基于該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能評估。2008年我國某大型鋼廠一臺高爐鼓風(fēng)機(jī)葉片因振動折斷，導(dǎo)致了該高爐停產(chǎn)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)千萬元。通過對相關(guān)模擬仿l真軟件比較和分析，得出LoRaSim所模擬的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更符合實(shí)際場景中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸。LoRaSim通過數(shù)據(jù)包接收率、數(shù)據(jù)包碰撞率、網(wǎng)絡(luò)能量消耗參數(shù)等，對網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能進(jìn)行評判。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)模擬仿l真

部署無線傳感網(wǎng)絡(luò)前，需要使用仿l真軟件模擬規(guī)劃，減少部署成本，優(yōu)化覆蓋質(zhì)量及性能。對于LPWAN覆蓋性能的研究，按照模型分類有基于離散事件模型的NS-3、OMNet 、ToSSIM、LoRaSim(開源)代碼及軟件，有基于3D多路徑傳播預(yù)測模型的商用軟件S_IOT。NS-3能夠按需編輯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)環(huán)境，模擬網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，并輸出性能參數(shù)。OMNet 可以根據(jù)不同目的改變用戶接口，支持分布式并行仿l真，利用多種機(jī)制進(jìn)行并聯(lián)的分布式模擬器之間的通信仿l真。Chan氏算法是一種基于TDOA、具有解析表達(dá)式解的定位算法，在TDOA誤差服從理想高斯分布時(shí)性能良好。ToSSIM把硬件中斷換成離散仿l真事件，由仿l真器事件拋出的中斷來驅(qū)動上層應(yīng)用，支持大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)仿l真。