面向钢轨监测的无线传感器网络网关设计

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钢轨安全是铁路交通中影响行车安全的重要因素,对其进行有效地监测是保障铁路安全畅通的前提。无线传感器网络是由大量部署在监测区域内的传感节点以自组织方式构成的传感器网络,能够协作地采集、处理和传输覆盖区域内监测对象的信息。而无线传感器网络网关作为无线传感器网络与外部网络之间的数据通信中枢,用于完成数据汇聚、处理及转发等任务,是整个传感监测系统的关键组成部分。本文针对钢轨安全监测的需求,以无线传感器网络技术为背景,对钢轨应力监测系统中的无线传感器网络网关进行了设计,开展的主要工作如下:针对无线传感器网络中远程监控网关的硬件需求,对网关的核心处理器模块、面向无线传感器网络的汇聚节点模块、面向外部网络的数据通信模块及供电单元等进行了模块选型,对其硬件原理框图及机械结构组成进行了设计,实现了网关硬件平台的搭建。根据远程监控网关数据控制软件的功能需求,对串口和网络接口的数据通信部分进行了设计,分别针对两个不同网络制定了通信协议,实现了协议的转换。从数据传输的完整性和数据转发的效率出发对控制软件的性能进行了优化,而后设计并实现了一种控制软件远程更新的方法。针对钢轨监测无线传感器网络现场调试的实际需求,研制了一种用于现场调试的网关,设计了网关的硬件电路,开发了应用于上位机的现场调试软件,可实现对钢轨监测传感网中节点的监控、节点参数设置以及节点应用程序远程更新等功能,方便技术人员在工程现场对传感器节点的现场调试与维护。将开发设计的无线传感器网络远程监控网关及现场调试网关应用于某铁路段进行长期现场测试。测试结果表明:设计的无线传感器网络网关满足户外工作的基本要求,与传感节点间的有效通信距离可达200m以上,传输性能良好。网关数据控制软件整体运行稳定,数据传输丢失率低,耗时短,实时性好,可应用于对钢轨安全状态的长期监测。
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