引言

無線傳感器網絡利用大量廉價傳感器節(jié)點在目標區(qū)域探測并回傳數據，遠端計算機處理并提供信息給決策者.監(jiān)測野外環(huán)境時，因為不可能做到大規(guī)模布線供給電源或傳輸數據，所以有線傳感方案不可行，利用無線技術則可以很好地解決這個問題.野外環(huán)境不如室內環(huán)境理想，影響無線信號傳輸的因素不可控，可能導致數據損失較多.在現有解決方案中單個節(jié)點丟包率是80%~90%,經過多跳返回至遠端計算機的數據少而且質量差，不足以作為決策依據，從而失去監(jiān)控意義.

既然單個節(jié)點傳輸數據不可靠，那么可以用一個較大但較為可靠的設備作為中繼基站，近距離高質量地接收附近節(jié)點的數據，利用成熟可靠的技術回傳至遠端計算機，彌補現有解決方案的不足.基于ARM11 的開發(fā)板具有內存大.計算能力強.性能優(yōu)異穩(wěn)定的特點，適于充當這里的中繼基站，實現數據的分類發(fā)送和分方式發(fā)送，并且達到數據的一個定位功能，使傳感器網絡回傳的數據數量更多.質量更好，使決策者了解的情況更加可靠，保證了監(jiān)控意義.

1 基 站

基站即公用移動通信基站是無線電臺站的一種形式，是指在一定的無線電覆蓋區(qū)中，通過移動通信交換中心，與移動電話終端之間進行信息傳遞的無線電收發(fā)信電臺.

基站包括宏基站.微基站.射頻拉遠.直放站和室內分布系統(tǒng).宏基站一般有專用的機架，可以提供容量，容量大，需要機房，可靠性較好，維護方便.微基站可以看成是微型化的基站，將所有的設備濃縮在一個比較小的機箱內，可以方便安裝；同時微基站和宏基站一樣可以提供容量.射頻拉遠是指將基站單個扇區(qū)的射頻部分用光纖拉到一定距離之外發(fā)射的設備，光纖拉遠的基帶部分安放在原基站，可以和原基站的其他扇區(qū)共用CE 等資源，可以提供容量.直放站是一種信號中繼器，對基站發(fā)出的射頻信號根據需要放大，本身不能提供容量，其應用環(huán)境主要包括覆蓋不好且容量要求比較小的區(qū)域和容量要求比較小的廣域覆蓋.

應用最廣泛的直放站包括無線直放站和光纖直放站兩大類，其中的區(qū)別主要是施主基站的信號通過無線途徑還是光纖傳播到直放站.室內分布系統(tǒng)通過將宏基站.微基站和直放站等的射頻輸出信號為信號源引入到需要覆蓋的室內環(huán)境，來提高室內覆蓋性能，本身不能提供容量，包括有源和無源兩類產品.

2 自適應網關設計

自適應網關的設計框圖如圖1 所示，以ARM-11 開發(fā)板為核心接收節(jié)點采集的數據，并加載GPRS 模塊和3G 模塊來實施傳輸.接收的數據以文本形式和多媒體圖片形式進行儲存，文本通過2G 網絡傳輸到終端手機，多媒體圖片通過3G網絡傳輸到終端PC.下面分別從文本.多媒體及數據類型的判定三個方面進行說明.

2.1 文本文本中存儲的是節(jié)點采集的當地的溫度.濕度.光照等信息，通過ZigBee 網絡傳送至ARM-11開發(fā)板，文件結尾以。txt為后綴名.文本存儲的數據相對比較小，將借助GPRS 模塊，通過2G 網絡傳輸至手機終端，手機將會以短信的形式接收到信息.這樣，既能夠達到傳輸的質量和速度，對網絡的負荷也相對較小.

2.2 多媒體多媒體數據是節(jié)點采集的當地周邊的地理信息，以圖片的形式，通過WiFi 網絡發(fā)送至ARM-11開發(fā)板，文件結尾以。jpg為后綴名.文件存儲的數據相對比較大，將借助3G 模塊，通過3G 網絡傳輸至終端PC,PC 將會以郵件附件的形式接收到信息.這樣，既能夠保證圖片的傳輸速度和質量，也能夠充分利用3G 網絡對大文件的傳輸優(yōu)越性，做到網絡的充分利用.

2.3 數據類型判定要做到數據的自適應傳輸，也就是上面所說的文本數據和多媒體數據分別以2G 網絡和3G 網絡傳輸至終端，這里采用的是從文件的后綴名對文件一一進行判定.如果遇到后綴名為。txt,則歸類為文本文件，通過2G 網絡傳輸，同樣，若后綴名為。jpg,則歸類為多媒體文件，通過3G 網絡傳輸，因此實現自適應傳輸.

具體過程如下：

（1） 對文件逐個取地址.

（2） 判定.if（filename.endsWith（“.txt”）） 即文件后綴名是否為。txt.若判定為是，則判定其為文本數據，繼而調取短信發(fā)送函數發(fā)送.

（3） 若第2 步判定為非，則if（filename.endsWith（“.jpg”））即判定文件名是否以。jpg 為結尾.若判定為是，則文件為多媒體數據，繼而通過郵件發(fā)送函數發(fā)送.

（4） 若第（3） 步判定為非，則文件錯誤，跳過，繼續(xù)取下一文件地址.

3 測試

測試的重點是自適應傳輸.測試的環(huán)境選在西北大學信息科學與技術學院外的樹林中.主要流程如下：

（1） 布置10 個節(jié)點，其中5 個采集溫度.濕度.光照，5個采集多媒體數據；

（2） 搭建好基站初始化系統(tǒng)，發(fā)送采集到的文件；

（3） 終端查收文件.

基站初始化界面如圖2 所示，本系統(tǒng)的主要信息為基站名稱.接收信息的手機號碼.接收郵件的郵箱地址以及采集到當地坐標值.此外，還有相關的控制按鈕.

圖3 所示是所采集的數據縮略圖，其中讀取的位置為開發(fā)板上外插的SD 卡，從圖中左側可以得到所發(fā)文本和多媒體文件的信息.然后開始發(fā)送.

在接收端，首先觀察終端手機接收情況，圖4 所示是終端手機短信圖.可見，其成功收到基站發(fā)送來的8 條短信，并正確接收到了短信內容，得到該地溫濕度值，時延為30~50 s.圖5所示是觀察到的郵件接收情況，同樣也成功接收到8 封郵件，從中選取一封郵件閱讀的圖像如圖6 所示.可見，圖片信息完整，以郵件附件的形式發(fā)送得到，郵件正文為當地的坐標值，與預期結果一致，時延為40~60 s.最后，得到如圖7 所示的發(fā)送日志.

從這次發(fā)送的發(fā)送日志，可以清晰地得到這次發(fā)送成功與否的告知.

4 結語

本文講述了將2G 網絡和3G 網絡融合在ARM-11 開發(fā)板上組成一個基站，然后通過節(jié)點采集野外的溫.濕度.光照和圖片等信息，傳輸至中繼基站，進而傳遞至終端.該方法可降低野外的惡劣環(huán)境對數據傳輸的影響，增加數據的可靠性，減少因過多重發(fā)帶來的效率不高的問題.同時，對于不同類型數據采取自適應傳輸，也大大提高了數據的傳輸，從而達到對有限的網絡資源進行充分利用的目的.此外，本方法也能夠對采集的數據進行定位，同時又利于決策者對數據的了解掌握.