無線傳感技術

早在上世紀70年代，就出現了將傳統傳感器採用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感網絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網絡。隨着相關學科的不斷髮展和進步，傳感器網絡同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，並通過與傳感控制的相聯，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網絡，這是第二代傳感器網絡。而從上世紀末開始，現場總線技術開始應用於傳感器網絡，人們用其組建智能化傳感器網絡，大量多功能傳感器被運用，並使用無線技術連接，無線傳感器網絡逐漸形成。

無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，其發展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。

無線傳感器網絡可以看成是由數據獲取網絡、數據頒佈網絡和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、處理單元和通信模塊的節點，各節點通過協議自組成一個分佈式網絡，再將採集來的數據通過優化後經無線電波傳輸給信息處理中心。

1、硬件資源有限。WSN節點採用嵌入式處理器和存儲器，計算能力和存儲能力十分有限。所以，需要解決如何在有限計算能力的條件下進行協作頒佈式信息處理的難題。

2、電源容量有限。為了測量真實世界的具體值，各個節點會密集地分佈於待測區域內，人工補充能量的方法已經不再適用。

3、無中心。在無線傳感器網絡中，所有節點的地位都是平等的，沒有預先指定的中心，是一個對等式網絡。各節點通過頒佈式算法來相互協調，在無人值守的情況下，節點就能自動組織起一個測量網絡。

4、自組織。網絡的佈設和展開無需依賴於任何預設的網絡設施，節點通過分層協議和份布式算法協調各自的行為，節點開機後就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。

5、多跳路由。WSN節點通信能力有限，覆蓋範圍只有幾十到幾百米，節點只能與它的鄰居直接通信。

6、動態拓撲。WSP是一個動態的網絡，節點可以隨處移動；一個節點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網絡運行；也可能由於工作的需要而被添加到網絡中。

7、節點數量眾多，分佈密集。WSN節點數量大、分佈範圍廣，難於維護甚至不可維護。所以需要解決如何提高傳感器網絡的軟、硬件健壯和容錯性。

8、傳輸能力的有限性。無線傳感器網絡通過無線電源進行數據傳輸，雖然省去了佈線的煩惱，但是相對於有線網絡，低帶寬則成為它的天生缺陷。同時，信號之間還存在相互干擾，信號自身也在不斷地衰減，諸如此類。

9、安全性問題。無線信道、有限的能量，分佈式控制都使得無線傳感器網絡更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此，安全性在網絡中至關重要。

基於無線傳感技術的LED路燈設計

基於無線傳感技術的LED路燈節能控制系統可以對LED路燈的開關狀態進行實時的監控，同時檢測和收集LED路燈的各個參數信息。LED路燈的各類參數信息(開關狀態，電流、電壓、亮度、温度等)經由LED路燈周邊的無線傳感節點實時的傳輸到監控中心。系統據此設計維修計劃併發出警報，通知進行故障處理，節約了人力成本，提高了故障處理的效率，實現了路燈管理的智能化。

基於無線傳感技術的LED路燈節能控制系統具有以下優勢：①無線方式組網，不需要佈線，擴展靈活，且不佔用空間;②容易被採用，實施快捷方便，不影響道路環境;③監管高效便捷，設備故障處理效率高，降低了路燈的能耗。

基於無線傳感技術的LED路燈節

能控制系統主要由監控中心、子網控制器和LED路燈監控器三個部分組成。 ^[1] 

LED路燈監控器的心臟是單片機，它負責數據的處理，是監控器的數據中心。電壓、電流、温度傳感器採集電流、電壓、温度值，繼電器則控制LED路燈的狀態，然後將信息輸送到單片機，單片機和Zigbee射頻模塊通信，向子網控制器報送LED路燈的各類參數，接受子網控制器的監控命令。

LED路燈監控器對開關狀態及採集、亮度調節、電流、温度、電壓採集等進行控制。LED路燈監控器分為外掛式和模塊式，滿足不同的使用需求。

子網控制器位於監控中心和LED路燈監控器之間，分別以不同的方式與系統中心和路燈監控器通信。它運用Zigbee通訊協議，下達系統中心的命令，同時反饋LED路燈監控器的監控情況。子網控制器負責處理本子網內的所有事務，包括監控LED路燈監控器運行狀態和控制信號、處理報警等。

單片機、GPRS/3G和Zigbee射頻模塊組成了子網控制器。單片機是子網控制器的核心。單片機接收監控中心的各類命令，上報LED路燈監控器的參數值。同時，它通過Zigbee射頻模塊來發送監控命令。

監控中心的主要功能是對LED路燈監控器進行監控和遠程數據訪問，包括配置參數，發送監控命令、收集LED路燈的狀態等。LED路燈照明時間和開關的設定可以隨着路段日照情況和人車流量的變化而變化，既滿足了照明的需要，也節約了能耗。監控中心的功能由以下幾個模塊來實現：

數據管理模塊。數據管理模塊主要進行數據的應用管理，是整個系統的核心。數據管理模塊對系統的運行和配置數據進行管理，包括路燈監控器數據的管理、系統運行狀態數據和其它配置數據的管理等。

主界面模塊。主界面模塊主要由監控管理、數據顯示和控制面板等組成。將數據以圖形化的方式形象直觀地展示出來，為用户提供整個LED路燈的實時監控。同時，用户可根據自己的需求來配置和管理系統。

數據庫模塊。數據庫模塊主要負責系統的數據存儲和操作。系統可以根據需要隨時調用和回放數據庫中存儲的歷史數據，為其他模塊的功能執行和分析提供支撐。

用户管理模塊。用户管理模塊主要負責系統中用户賬户的管理，包括賬户的註冊、登入和修改，不同用户權限的設定和授權，嚴格控制用户對系統的修改，實現系統運行的安全和穩定。

通信管理模塊。通信管理模塊主要負責通信接口的配置和管理，保證數據的通信。它是軟件系統的對外接口，通過與底層中心控制的數據交互，最終實現用户對底層硬件的控制。