雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)，包括包括骨干網(wǎng)、子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心以及遠(yuǎn)程氣象控制中心。本實(shí)用新型穩(wěn)定性和效率均較高，能夠方便快捷地為完成應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)信息采集、信息傳輸和信息控制等，徹底改變了現(xiàn)有的車(chē)載氣象站通信方式不足，同時(shí)能夠?yàn)閼?yīng)急氣象觀測(cè)提供全方位、多角度、立體式的監(jiān)控，且其抗毀能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對(duì)于災(zāi)害應(yīng)急觀測(cè)具有重要意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種氣象觀測(cè)裝置，特別涉及一種雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是一個(gè)氣象自然災(zāi)害比較嚴(yán)重的國(guó)家，在發(fā)生天氣災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害和舉辦大型活動(dòng)的情況下，需要?dú)庀蟛块T(mén)針對(duì)當(dāng)?shù)貧庀蟓h(huán)境進(jìn)行應(yīng)急動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提供氣象保障服務(wù)。因此良好的應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)氣象部門(mén)的氣象觀測(cè)極其的重要。目前在應(yīng)急氣象觀測(cè)中主要使用車(chē)載氣象站。車(chē)載氣象站成本高，音頻、視頻采集要素不全，很難實(shí)現(xiàn)大面積觀測(cè)，而且在一些地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)難以部署，不能深入到待測(cè)區(qū)域進(jìn)行應(yīng)急氣象觀測(cè)。但伴隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMs)、片上系統(tǒng)(SOC)、無(wú)線(xiàn)通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的應(yīng)用。此外隨著我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航通信系統(tǒng)的建成和不斷完善，衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)也在廣泛的試用中。因此，設(shè)計(jì)一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN雙子網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)，可以克服傳統(tǒng)車(chē)載氣象站無(wú)法深入路況差的地區(qū)、覆蓋面積小、觀測(cè)密度低的缺點(diǎn)，有較為廣闊的應(yīng)用前景。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:一種雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)，包括包括骨干網(wǎng)、子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心以及遠(yuǎn)程氣象控制中心，所述的骨干網(wǎng)為基于IEEE802.11的長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)，用于提供高帶寬和長(zhǎng)距離覆蓋；子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡(luò)包括無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)；兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)均與所述的骨干網(wǎng)相連都將采集到的數(shù)據(jù)匯集到骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)骨干網(wǎng)絡(luò)上傳至本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心；所述的本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)與遠(yuǎn)程氣象控制中心相連，將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程氣象控制中心。
[0005]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN包括傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、和降雨量氣象傳感器。
[0006]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN包括支持IEEE802.11的手持移動(dòng)終端設(shè)備和支持IEEE802.11圖像采集設(shè)備。
[0007]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)包括GPRS網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。
[0008]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的骨干網(wǎng)有包括監(jiān)控子站和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，監(jiān)控子站由嵌入式硬件設(shè)備通過(guò)無(wú)線(xiàn)Mesh交換機(jī)互聯(lián)而成；每個(gè)嵌入式硬件設(shè)備都配有I個(gè)802.11無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，其中的一個(gè)嵌入式硬件設(shè)備外接全向天線(xiàn)，工作在AP模式，用于手持移動(dòng)終端設(shè)備和圖像采集設(shè)備的無(wú)線(xiàn)接入；其它嵌入式硬件設(shè)備外接高增益定向天線(xiàn)，工作在ad hoc模式，用于構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)距離鏈路。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果:
[0010](I)本實(shí)用新型采用無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)進(jìn)行通信，由于其為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，具有傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所不具備的“多跳”傳輸功能，因此穩(wěn)定性和效率均較高，能夠方便快捷地為完成應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)信息采集、信息傳輸和信息控制等，徹底改變了現(xiàn)有的車(chē)載氣象站通信方式不足。
[0011](2)本實(shí)用新型采用無(wú)線(xiàn)傳感器WSN和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN雙模式子網(wǎng)信息采集系統(tǒng)，集視頻監(jiān)控、語(yǔ)音通信和氣象環(huán)境要素監(jiān)控為一體，為應(yīng)急氣象觀測(cè)提供全方位、多角度、立體式的監(jiān)控。
[0012](3)骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中某個(gè)/某些節(jié)點(diǎn)失效后，其它節(jié)點(diǎn)仍可以自組織成網(wǎng)絡(luò)，繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，不受失效節(jié)點(diǎn)的影響，其抗毀能力強(qiáng)。
[0013](4)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的多功能網(wǎng)關(guān)能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況自動(dòng)選擇傳輸通道，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對(duì)于災(zāi)害應(yīng)急觀測(cè)具有重要意義。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2為WSN子網(wǎng)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖3為WLAN子網(wǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解下述【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。
[0018]應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)通常覆蓋幾百甚至上千平方公里，所轄地理環(huán)境，氣候條件等變化較大，不同區(qū)域的監(jiān)控需求不同，監(jiān)控參數(shù)類(lèi)型多樣化，既有如溫、濕度等小數(shù)據(jù)量的標(biāo)量數(shù)據(jù)，也有如高清圖片、視頻、語(yǔ)音等需高帶寬傳輸?shù)拇罅繑?shù)據(jù)。另外，受成本以及距離的限制，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的部署有區(qū)域性，區(qū)域內(nèi)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)分布較集中，相距幾十或幾百米，而區(qū)域間的距離有可能很遠(yuǎn)，達(dá)幾十公里，通常網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的部署呈網(wǎng)狀型。針對(duì)區(qū)域監(jiān)控面積廣、監(jiān)控參數(shù)類(lèi)型多樣化、帶寬要求較高以及節(jié)點(diǎn)部署有區(qū)域性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)，如附圖1所示。
[0019]該系統(tǒng)包括骨干網(wǎng)、子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心和遠(yuǎn)程氣象控制中心。其中骨干網(wǎng)為基于IEEE802.1l的長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)，用于提供高帶寬和長(zhǎng)距離覆蓋；子網(wǎng)包括無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN用于氣象要素監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集和傳輸，根據(jù)需要部署有各種類(lèi)型的采集終端即傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、和降雨量等多種氣象傳感器；無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN用于高清圖片或視頻監(jiān)控以及監(jiān)控范圍內(nèi)的語(yǔ)音通信，通過(guò)接入無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN的手持移動(dòng)終端設(shè)備和圖像采集設(shè)備，收集、傳輸包括語(yǔ)音、圖片/視頻的大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)；兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)都將采集到的數(shù)據(jù)匯集到骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)骨干網(wǎng)絡(luò)上傳至本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心。本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心將數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程氣象控制中心，便于發(fā)出預(yù)警信息，優(yōu)先使用GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程氣象控制中心，在GPRS網(wǎng)絡(luò)不可用的情況下，使用衛(wèi)星通道進(jìn)行發(fā)送。
[0020]如圖2所示，WSN子網(wǎng)由便攜式氣象觀測(cè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee組網(wǎng)技術(shù)而成，這些觀測(cè)節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理與通信模塊和電源模塊組成。其中，傳感器模塊包括溫度、濕度、氣壓、雨量、風(fēng)向、風(fēng)速傳感器。傳感器均使用支持Modbus協(xié)議的智能傳感器,這些傳感器通過(guò)RS-485接口和處理與通信模塊相連接。處理與通信模塊采用TI公司的CC2530芯片，該芯片符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的物理層，支持低功耗模式。電源模塊使用鋰電池供電，為了得到處理與通信所需的3.3V電壓與傳感器模塊所需的5V電壓，電源模塊使用一個(gè)降壓芯片和一個(gè)升壓芯片變換出所需電壓。
[0021]圖3所示的是WLAN子網(wǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。手持移動(dòng)終端設(shè)備為支持IEEE802.1l的手持設(shè)備，如智能手機(jī)、PDA、平板終端等，能提供監(jiān)控區(qū)域內(nèi)人員的語(yǔ)音通信，手持移動(dòng)終端設(shè)備通常用于工作人員到應(yīng)急監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)部署、定期維護(hù)以及故障排查時(shí)與監(jiān)控中心進(jìn)行溝通、交流，與此同時(shí)，也是對(duì)突發(fā)、緊急事件進(jìn)行快速上報(bào)的便捷、有效手段。視頻、圖像采集設(shè)備為支持IEEE802.1l的無(wú)線(xiàn)視頻圖像采集設(shè)備，用于采集和傳輸圖片/視頻數(shù)據(jù)，具備實(shí)時(shí)圖像/視頻識(shí)別功能，可以識(shí)別異常圖像或視頻，并產(chǎn)生報(bào)警數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，可以使用太陽(yáng)能供電。
[0022]骨干網(wǎng)有許多監(jiān)控子站和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)組成，監(jiān)控子站由多個(gè)嵌入式無(wú)線(xiàn)設(shè)備組成，每個(gè)嵌入式無(wú)線(xiàn)設(shè)備配備一塊無(wú)線(xiàn)802.11網(wǎng)卡，通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)互聯(lián)。其中有一個(gè)嵌入式無(wú)線(xiàn)設(shè)備外接全向天線(xiàn)工作模式為AP，作為手持移動(dòng)終端設(shè)備和圖像采集節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)。另外還集成了 ZigBee傳輸模塊，作為傳感器子網(wǎng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)傳感器子網(wǎng)的各種傳感數(shù)據(jù)。其它一到多個(gè)嵌入式無(wú)線(xiàn)設(shè)備外接高增益定向天線(xiàn)，工作在ad hoc模式，可以和其它監(jiān)控子站構(gòu)成點(diǎn)到點(diǎn)的長(zhǎng)距離傳輸和大面積覆蓋。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌IEEE802.11通信模塊和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口，可以采用交流電源供電，通過(guò)IEEE802.11無(wú)線(xiàn)通信模塊與骨干網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控子站通信，負(fù)責(zé)收集各種數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，并將監(jiān)控中心的命令等下傳到各個(gè)監(jiān)控子站，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心和監(jiān)控子站間的透明傳輸。
[0023]本實(shí)用新型方案所公開(kāi)的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開(kāi)的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括骨干網(wǎng)、子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心以及遠(yuǎn)程氣象控制中心，所述的骨干網(wǎng)為基于IEEE802.11的長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)，用于提供高帶寬和長(zhǎng)距離覆蓋；子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡(luò)包括無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)；兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)均與所述的骨干網(wǎng)相連都將采集到的數(shù)據(jù)匯集到骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)骨干網(wǎng)絡(luò)上傳至本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心；所述的本地應(yīng)急氣象信息監(jiān)測(cè)中心通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)與遠(yuǎn)程氣象控制中心相連，將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程氣象控制中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN包括傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、和降雨量氣象傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN包括支持IEEE802.11的手持移動(dòng)終端設(shè)備和支持IEEE802.11圖像采集設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)包括GPRS網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙子網(wǎng)模式下無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急氣象觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的骨干網(wǎng)有包括監(jiān)控子站和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，監(jiān)控子站由嵌入式硬件設(shè)備通過(guò)無(wú)線(xiàn)Mesh交換機(jī)互聯(lián)而成；每個(gè)嵌入式硬件設(shè)備都配有I個(gè)802.11無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，其中的一個(gè)嵌入式硬件設(shè)備外接全向天線(xiàn)，工作在AP模式，用于手持移動(dòng)終端設(shè)備和圖像采集設(shè)備的無(wú)線(xiàn)接入；其它嵌入式硬件設(shè)備外接高增益定向天線(xiàn)，工作在ad hoc模式，用于構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)距離鏈路。
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK203827384SQ201420163169
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】周杰, 姚雷 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)