CN101399735A - 基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，它包括无线传感器网络、WiMAX宽带无线接入网和环境监测预报与决策平台，无线传感器网络由中心节点和散布于所需监测的环境区域内的一组传感器节点组成；传感器节点所采集的数据汇聚、融合到中心节点，中心节点通过WiMAX宽带无线接入网将数据发送到环境监测预报与决策平台；环境监测预报与决策平台依据所采集的数据对环境的现状进行实时监控。本发明将无线传感器网络技术和WiMAX宽带无线移动通信技术有机融合，充分发挥两者的优势，可以在大范围内实现低成本、实时性强的进行环境监测。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体地说是一种基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络和方法。
背景技术
现有环境监测手段主要有两种：一种是靠人员到达现场进行监测，这是一种比较原始的监测方法，自动化程度低；第二种是采用有线方法监测，需要进行网络布线，不适用监测区域分散性大或者不易布线的场合。而仅仅采用无线局域网技术组成的监测网络，不能实现长距离、大范围的监测。因此迫切需要一种高效的获取、处理、利用信息的技术，并实现网络化、智能化的环境监测。
无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集各种监测对象的信息，可以在长期无人值守的状态下工作。将无线传感器网络应用于环境监测系统中，在信息采集的多样性，获取信息的准确性、可靠性、实时性等方面，与以往的系统相比都有很大的改进。
常见的传感器网络中，传感器节点通过GPRS、CDMA等方式实现和监测中心的通信。而GPRS、CDMA的速率一般只有几十Kbps，对于照片、视频实时监控等数据量比较大的应用场合显得无能为力，而大量增加具有GPRS、CDMA功能的节点又会增加监测系统的成本，因此迫切需要一种支持宽带无线的移动通信方式。
WiMAX是在电信网络融合的大趋势下发展起来的一种城域网无线接入技术。WiMAX的核心网采用移动IP的构架，具备与全IP网络无缝融合的能力，可以满足不同业务和应用的QoS需求，网络具备先进的移动性，同时具备安全性保障和全移动模式下的QoS保证。其技术优势可以概括为：传输距离远且接入速度快，数据吞吐率可高达70Mbps，传输距离可达50公里；系统容量大；在安全保证、互操作性和应用范围等方面，WiMAX也具有当大的优势，允许采用更灵活、更便宜的无线连接，扩展其接入网络。
公开号为CN 101059907A的中国专利“基于无线传感器网络的河流流域污染监控系统和方法”提供了一种基于无线传感器网络的河流水质监控系统和方法，该系统由水质信息采集节点、中继节点、监控基站、远程服务器构成，中继节点和监控基站构成链式无线网，信息采集节点与就近的中继节点组网，构成无线传感器网络，负责采集河流流域污染信息，将信息传递基站，基站汇聚采集的数据，通过有线网络传至远程服务器。
这种监控系统的缺点是：在该系统中，由于每个信息采集节点都选择性的与一个中继节点或一个监控基站无线连接，只有无法与监控基站直接联系的节点才通过中继节点来通过转发实现信息采集节点和监控基站之间的联系，所以每个信息采集节点都要具有和监控基站直接通信的能力，整个监控网络的运行成本比较高，不适于在大范围的水质流域内实现监控。而且信息采集节点不具有照片、视频等的传输能力，不能对水质污染的现状进行实时直观的显示。
发明内容
为了在于克服现有环境监测系统和方法存在的系统成本高、监测范围有限的问题，本发明的目的是提供一种适合于大范围实时监测的环境监测系统和方法。本发明将无线传感器网络技术和WiMAX宽带无线移动通信技术有机融合，充分发挥两者的优势，可以在大范围内实现低成本、实时性强的环境监测。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其特征在于：它包括无线传感器网络、WiMAX宽带无线接入网和环境监测预报与决策平台，无线传感器网络由中心节点和散布于所需监测的环境区域内的一组传感器节点组成；传感器节点所采集的数据汇聚、融合到中心节点，中心节点通过WiMAX宽带无线接入网将数据发送到环境监测预报与决策平台；环境监测预报与决策平台依据所采集的数据对环境的现状进行实时监控。
本发明中，所述的传感器节点包括有低功耗微处理器、环境监测所需要的各种传感器、存储器、电源模块和无线通信单元。微处理器控制传感器对监测所需要的各种参数进行感知、采集，并通过传感器节点上的无线通信单元进行传输。
所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，适用范围可达方圆50公里以上。其所述的无线传感器网络由许多传感器节点组成。传感器节点之间通过蓝牙、ZigBee等近距离无线接入方法构成一个无线自组织网络，网络拓扑结构是簇形、星形、网状网等。不同监测区域的无线传感器网络的网络拓扑结构以及近距离无线接入方法可以相同也可以不同。传感器节点采集的数据经过多跳转发最终融合到该传感器网络的中心节点。
所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其所述的中心节点具有与该无线传感器网络内的传感器节点以及WiMAX基站通信能力，传感器网络内的节点采集的信息最终汇集到该传感器网络的中心节点，并经过中心节点发送到WiMAX基站，进入WiMAX宽带无线接入网，最终传输到监测预报与决策平台。
所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其所述的中心节点具有照片以及视频传输能力，用于将照片、视频形式的监测结果实时发送到监测中心。
所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其所述WiMAX宽带无线接入网中的WiMAX基站，包括固定的WiMAX基站，也包括车载应急WiMAX基站。WiMAX的核心网采用移动IP构架，具备与全IP网络无缝融合的能力，可以满足不同业务和应用的QoS需求。
所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其所述监测预报与决策平台，可以直接也可以通过ISDN、Internet、PSTN、移动蜂窝网等接入WiMAX宽带无线接入网。通过WiMAX宽带无线接入网把分布在所监测区域内的无线传感器网络所收集的信息传输到监测预报与决策平台。监测控制中心也通过WiMAX宽带无线接入网向传感器网络发送控制命令。
基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络的工作方法为：分布于所监测区域的多个传感器网络内的信息采集节点将采集到的信息经过传感器网络内的近距离无线接入网络汇聚到传感器网络的中心节点，再经过中心节点发送到WiMAX宽带无线接入网，监测基站将数据汇聚到监测预报与决策平台，具体步骤如下：
步骤a：在需要监测的环境内布撒播大量传感器节点以及中心节点。启动传感器节点，在传感器节点和中心节点之间组成无线传感器网络。无线传感器网络的中心节点同时还要搜索与之进行通信的WiMAX基站，搜索到WiMAX基站信号以后中心节点处在监测由WiMAX基站发送的控制命令状态。
步骤b：启动监测预报与决策平台的数据接收系统，监测预报与决策平台的控制中心通过WiMAX宽带无线接入网向无线传感器网络的中心节点发布系统初始化控制命令，中心节点接收到完整的控制命令以后，向控制中心做出回应，同时向无线传感器网络内通过近距离无线接入手段转发系统控制命令，对于由于距离限制不能和中心节点直接通信的传感器节点，控制命令通过多跳传达。传感器网络内的节点接收到该命令以后，对系统进行初始化，并对中心节点做出回应。初始化控制命令使无线传感器网络内的传感器节点处在预备发送所采集的数据的状态。
步骤c：控制中心通过WiMAX宽带无线接入网向传感器网络的中心节点发布要求传感器节点进行数据采集并上传采集数据的命令，中心节点接收到该命令以后，向控制中心做出回应，同时向本无线传感器网络的节点发布该命令，传感器节点收到命令以后将所采集的数据以及该传感器节点的ID号通过传感器网络汇聚到本传感器网络的中心节点。中心节点将这些信息汇聚，发送到其所搜索到的WiMAX基站，通过WiMAX宽带无线通信网络进行信息传输。控制中心可以直接也可以通过ISDN、Internet、PSTN等接入WiMAX宽带无线接入网。监测预报与决策平台根据整个系统所采集的监测信息对环境进行监测、预报，也可以改变数据的采集策略实现更好的监测。
本发明中传感器节点的信息采集和传送方法为：传感器节点接收到发自中心节点的上传采集结果的控制命令以后，把传感器节点上的各类传感器监测到的环境数据直接或以多跳的方式通过近距离无线接入网传送至本传感器网络内的中心节点，中心节点在收到某个节点的数据以后，向该节点发出确认信息，该传感器节点接收到确认信息以后完成一次采集信息的上传任务，如果一定时间段内没有接收到中心节点发出的确认信息，则该传感器节点再次传输所采集的数据信息，直到收到确认信息。中心节点将本传感器网络内节点的采集信息进行汇聚，传给WiMAX基站或者应急通信车。具体步骤如下：
步骤1：传感器节点初始化后，传感器节点处于监测发自中心节点的控制命令的状态；
步骤2：传感器节点接收到控制中心的进行环境监测数据采集的命令以后，如果该节点处在数据采集命令所要到达的其它节点到达中心节点的多跳路径之上，则对该命令向多跳路径的下一个传感器节点进行转发。如果数据采集命令要求本传感器节点进行数据采集，则在传感器节点的微控制器控制下，对所要监测的环境参数进行采集，对所采集的信息进行存储。在微控制器控制下，通过传感器节点上的无线通信单元将所采集的信息进行向传感器网络的中心节点发送；
步骤3：发送结束以后，监测是否收到发自中心节点的确认信息，如果一定时间内没有收到确认信息，则重新进行发送，直到收到中心节点确认信息；
步骤4：由中心节点将本传感器网络内的传感器节点所采集的信息进行汇集，通过WiMAX网络将信息传送给控制中心；
步骤5：控制中心在收到某一个传感器网络的中心节点所发送的该传感器网络的监测信息以后，向该中心节点发出确认信息。
本发明将WiMAX宽带无线接入技术与无线传感器网络技术进行有效结合，构成新型的混合网络，辅以PSTN、蜂窝移动网络和因特网作为基础骨干网络，构成一个完整的信息流通链，信息传递与交互采用星型、簇型及网状网等多种方式。克服了链状网信息传递可靠性低的缺点，同时克服了传统方案覆盖区域有限、成本高等缺点，具有实用性强、自动化程度高等优点，可以广泛应用于湖泊、江河等大范围的环境监测中。
本发明具有如下特点：
(1)将WiMAX宽带无线接入技术和近距离的无线传感器网络技术有机结合：WiMAX的全IP结构简化了系统的复杂度，WiMAX和无线传感器网络技术的结合实现了整个监测系统的无线化，扩大了系统的适用范围，适用范围可达方圆50公里以上，降低了系统成本。
(2)WiMAX宽带无线接入技术的引入使得本环境监测系统支持对环境的移动监测，可以对环境监测数据进行宽带无线传输，同时可以以图片、视频等形式对环境进行实时、直观的监测。
(3)通过近距离无线接入网络，将所要监测环境区域内的传感器节点构成自组织的传感器网络，每一个无线传感器网络内都有一个或多个同时具有与该无线传感器网络内的传感器节点以及WiMAX基站通信能力的中心节点，通过中心节点实现传感器网络和WiMAX宽带无线接入网之间的信息流通：传感器网络内的传感器节点所采集的信息经过无线传感器网络汇集到传感器网络内的中心节点，由中心节点通过WiMAX网络把数据传输到监测控制中心；控制中心所发布的对传感器网络的控制通过传感器网络的中心节点向传感器网络内的传感器节点传达。
(4)控制中心可以直接也可以通过ISDN、Internet、PSTN等接入WiMAX宽带无线接入网，实现传感器监测网络和控制中心的通信。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明将WiMAX宽带无线接入技术和近距离的无线传感器网络技术有机结合，使用WiMAX宽带无线接入网对无线传感器网络所采集的数据进行高效传输，系统可靠性高，操作性能好。
(2)本监测系统可以对大范围的环境监测区域，例如河流、湖泊等大面积的环境信息进行低成本、网络化的实时采集，系统建设成本较低，安装和维护方便。可以对包括蓝藻水华、化工污染等在内的各种需要监测的湖泊、江河监测项目进行有效的服务。
(3)本监测系统支持移动应急监测，通过WiMAX宽带无线通信网络可以对环境进行宽带视频实时无线监控，提高监测的实时性与有效性。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图；
图2是本发明实施例一基于WiMAX和ZigBee无线传感器网络的蓝藻水华监测网络中的中心节点结构框图；
图3是本发明实施例一基于WiMAX和ZigBee无线传感器网络的蓝藻水华监测网络中的传感器节点结构框图；
图4是本发明实施例一基于WiMAX和ZigBee无线传感器网络的蓝藻水华监测网络的工作方法流程图；
图5是本发明实施例一基于WiMAX和ZigBee无线传感器网络的蓝藻水华监测网络的传感器节点的信息采集和传送流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
我国主要湖泊富营养化严重，在东部和西南地区被调查的二百多个湖泊中，有80％不同程度的富营养化，生态系统全面退化。富营养化的主要表现是蓝藻水华的爆发。现有无线通信技术中，ZigBee技术是功耗和成本属最低之一，具有数据速率低和通信范围小的特点，又决定了适于承载数据量较小的业务，例如控制指令或者短字节的感知参数等，尤其适合于蓝藻水华参数定期或按需上传的应用。
下面对本发明的实施例“基于WiMAX和ZigBee无线传感器网络的蓝藻水华监测网络”进行介绍。
一种基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，它包括无线传感器网络1、WiMAX宽带无线接入网2和环境监测预报与决策平台3，无线传感器网络1由一组多个中心节点11和散布于所需监测的环境区域内的一组传感器节点12组成；传感器节点12所采集的数据汇聚、融合到中心节点11，中心节点11通过WiMAX宽带无线接入网2将数据发送到环境监测预报与决策平台3；环境监测预报与决策平台3依据所采集的数据对环境的现状进行实时监控。
无线传感器节点12上安装有水质监测时所需要的各种传感器125以及近距离无线通信设备。传感器125布撒在目标监测环境内，通过近距离组成无线传感器网络负责环境参数采集。
无线传感器网络1中具有与传感器节点12以及WiMAX基站通信能力的中心节点11，负责无线传感器网络1和WiMAX宽带无线接入网2之间的通信。
环境监测预报与决策平台3对无线传感器网络1进行控制，通过数据库系统来管理和分析无线传感器网络所采集的数据，实现环境监测。
WiMAX宽带无线接入网2负责向环境监测预报与决策平台3和无线传感器网络1之间提供移动宽带无线接入。环境监测预报与决策平台可以直接也可以通过ISDN、Internet、PSTN等接入WiMAX宽带无线接入网来得到系统所采集的信息。
图1是本发明网络结构的示意图，其中23为采用艾维新一代宽带无线接入网；22是车载应急通信网络；24是ISDN网络；25是Internet；26是PSTN；27是移动蜂窝网；环境监测系统预报与决策平台3。
图3是本实施例中传感器网络节点硬件框图，包括低功耗微处理器121、电源管理模块123、时钟复位以及测试模块126、存储器模块122、密封壳4、传感器模块125、ZigBee射频收发模块124、ZigBee天线127。传感器模块122内包括进行蓝藻监测、预测时所需要的各种传感器，例如温度传感器251、叶绿素浓度传感器252、水流传感器253、PH值传感器254、氨氮含量值传感器255、总磷含量值传感器256等等。传感器与水质中的被测物质充分接触。低功耗微处理器121负责传感器节点的总体控制。电源管理模块123负责对传感器节点上的电源进行管理。存储器模块122满足传感器节点上所需要的各种存储要求。除传感器模块125和无线传感器天线127外，传感器节点上的其他设备都封装在满足防水、防腐蚀等水质工作环境要求的密封壳4内。
图2是本实施例的无线传感器网络中的中心节点结构框图，包括WiMAX射频收发模块118、WiMAX天线119、电源管理模块113、时钟复位以及测试模块116、存储器模块112、主控处理器111、图像采集模块110、传感器模块115、ZigBee射频收发模块114、ZigBee天线117及密封壳5。存储器模块112满足传感器节点上所需要的各种存储要求。传感器模块115包含水质测量所需要的各种传感器。主控处理器111负责满足中心节点的控制、计算要求。图像采集模块110负责对水质进行图像采集。
中心节点11将无线传感器网络1的大量传感器节点12和WiMAX宽带无线接入网2联系起来。蓝藻水华监测预报与决策平台3可以直接也可以通过ISDN 24、Internet25、PSTN26等接入方法接入艾维WiMAX宽带无线接入网23来实现水质监测预报与决策平台3和无线传感器网络1的大量传感器节点之间的信息传输。
图4是本实施例监测网络工作方法流程图。分布于监测湖泊区域的多个传感器网络内的信息采集节点将采集到的信息经过传感器网络汇聚到传感器网络的中心节点，再经过传感器网络的中心节点发送到WiMAX宽带无线接入网，最终数据汇聚到蓝藻水华监测预报与决策平台，蓝藻水华监测预报与决策平台根据整个系统所采集的水质监测信息对水质进行监测、预报，具体步骤如下：
F1-1：在需要监测的湖泊流域内布撒播传感器节点以及中心节点；
F1-2：启动传感器节点，组成以中心节点为中心的无线传感器网络；
F1-3：中心节点搜索与之进行通信的WiMAX基站，搜索到WiMAX基站信号以后，中心节点处在监测由WiMAX基站发送的控制命令状态；
F1-4：启动蓝藻水华监测预报与决策平台的数据接收系统，控制中心各个无线传感器网络的中心节点发布系统初始化控制命令；
F1-5：中心节点接收到完整的初始化控制命令后，向控制中心做出响应，同时向无线传感器网络内的传感器节点转发系统控制命令，无线传感器网络进行初始化；
F1-6：传感器网络的中心节点判断是否收到控制中心发布的进行数据采集、上传的命令。如果没有收到，继续监测控制中心的控制命令；否则，到F1-7；
F1-7：中心节点接收到完整的控制命令后，向控制中心做出响应，同时向无线传感器网络内的传感器节点转发系统控制命令；
F1-8：各个传感器节点收到命令以后将所采集的数据以及该传感器节点的ID号通过传感器网络汇聚到传感器网络的中心节点；
F1-9：中心节点将这些信息发送到其所搜索到的WiMAX基站，进入WiMAX宽带无线通信网络；
F1-10：控制中心通过直接接入WiMAX宽带无线接入网或者通过ISDN、Internet、PSTN等接入WiMAX宽带无线接入网来得到系统所采集的信息；
F1-11：蓝藻水华监测预报与决策平台根据整个系统所采集的湖泊水质监测信息对蓝藻水华进行监测、预报。
图5是本实施例中传感器节点的信息采集和传送方法。具体步骤如下：
F2-1：传感器节点初始化；
F2-2：传感器节点处于准备接收发自中心节点的控制命令的状态，需要时作为其他节点向中心节点多跳路径上的一个节点向路径上的下一个节点转发信息；
F2-3：传感器节点判断是否接收到控制中心的进行蓝藻水华监测数据采集的信息，如果没有收到，则转F2-2，否则转F2-4；
F2-4：传感器节点判断是否需要转发进行水质监测数据采集的信息，如果不需要，转F2-6；否则转F2-5；
F2-5：本传感器节点作为路由节点多跳转发进行蓝藻水华监测数据采集的信息；
F2-6：传感器节点判断判断是否需要进行蓝藻水华监测数据采集，如果不需要转F2-2，否则转F2-7；
F2-7：在微控制器控制下，传感器节点对所要监测的水质参数进行采集，对所采集的信息进行存储；
F2-8：在微控制器控制下，传感器节点通过传感器节点上的无线通信单元将所采集的信息进行向中心节点发送；
F2-9：传感器节点判断是否在一定时间内收到中心节点的确认信息，如果收到确认信息转F2-2，否则转F2-8。
本发明将WiMAX宽带无线接入技术和近距离的无线传感器网络技术有机结合，使用WiMAX宽带无线接入网对无线传感器网络所采集的数据进行高效传输，系统可靠性高，操作性能好。而且本发明可以对大范围的环境监测区域，例如河流、湖泊等大面积的环境信息进行低成本、网络化的实时采集，系统建设成本较低，安装和维护方便。可以对包括蓝藻水华、化工污染等在内的各种需要监测的湖泊、江河监测项目进行有效的服务。本发明支持移动应急监测，通过WiMAX宽带无线通信网络可以对环境进行宽带视频实时无线监控，提高监测的实时性与有效性。
Claims (8)
1、一种基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其特征在于：它包括无线传感器网络(1)、WiMAX宽带无线接入网(2)和环境监测预报与决策平台(3)，无线传感器网络(1)由中心节点(11)和散布于所需监测的环境区域内的一组传感器节点(12)组成；传感器节点(12)所采集的数据汇聚、融合到中心节点(11)，中心节点(11)通过WiMAX宽带无线接入网(2)将数据发送到环境监测预报与决策平台(3)；环境监测预报与决策平台(3)依据所采集的数据对环境的现状进行实时监控。
2、根据权利要求1所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其特征在于：所述传感器节点(12)包含微处理器(121)、存储器(122)、电源(123)、无线通信模块(124)和一组测量环境监测所需要传感器(125)；传感器(125)采集的数据通过无线通信模块(124)汇聚、融合到中心节点(11)。
3、根据权利要求2所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其特征在于：所述无线通信模块(124)是采用蓝牙或ZigBee的近距离无线通信方式；无线传感器网络(1)的网络拓扑结构是星形、簇形以及网状网中的任意一种。
4、根据权利要求1所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其特征在于：无线传感器网络(1)内设有一个或一组中心节点(11)，中心节点(11)同时具有与传感器节点(12)以及WiMAX宽带无线接入网(2)内的WiMAX基站通信能力。
5、根据权利要求1或4所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其特征在于：中心节点(11)能够实现环境监测数据、照片以及视频数据的宽带无线实时传输。
6、根据权利要求1或2所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其特征在于：一组传感器节点(12)之间、传感器节点(12)与中心节点(11)之间通过蓝牙或ZigBee进行通信，并以多跳的方式进行中心节点(11)和传感器节点(12)之间的信息传递。
7、根据权利要求1所述的基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络，其特征在于：WiMAX宽带无线接入网(2)中的WiMAX基站包括固定的WiMAX基站(21)和处于运动中的车载WiMAX基站(22)。
8、一种基于WiMAX和无线传感器网络的大范围实时环境监测网络的方法，其特征在于它包括以下步骤：
a：在需要监测的环境内布撒播大量传感器节点以及中心节点；启动传感器节点，在传感器节点和中心节点之间组成无线传感器网络；无线传感器网络的中心节点同时搜索与之进行通信的WiMAX基站，搜索到WiMAX基站信号以后中心节点处在监测由WiMAX基站发送的控制命令状态；
b：启动监测预报与决策平台的数据接收系统，监测预报与决策平台的控制中心通过WiMAX宽带无线接入网向无线传感器网络的中心节点发布系统初始化控制命令，中心节点接收到完整的控制命令以后，向控制中心做出回应，同时向无线传感器网络内通过近距离无线接入手段转发系统控制命令，对于由于距离限制不能和中心节点直接通信的传感器节点，控制命令通过多跳传达；传感器网络内的节点接收到该命令以后，对系统进行初始化，并对中心节点做出回应；初始化控制命令使无线传感器网络内的传感器节点处在预备发送所采集的数据的状态；
c：控制中心通过WiMAX宽带无线接入网向传感器网络的中心节点发布要求传感器节点进行数据采集并上传采集数据的命令，中心节点接收到该命令以后，向控制中心做出回应，同时向本无线传感器网络的节点发布该命令，传感器节点收到命令以后将所采集的数据以及该传感器节点的ID号通过传感器网络汇聚到本传感器网络的中心节点；中心节点将这些信息汇聚，发送到其所搜索到的WiMAX基站，通过WiMAX宽带无线通信网络进行信息传输；监测预报与决策平台根据所采集的监测信息对环境进行监测、预报，并通过改变数据的采集策略实现更好的监测。
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101882365A (zh) * | 2010-04-20 | 2010-11-10 | 上海大学 | 智能宽带无线(simo)环境检测和控制系统 |
| CN102056337A (zh) * | 2009-10-27 | 2011-05-11 | 西安迅腾科技有限责任公司 | 一种农业环境无线监控系统用网关节点 |
| CN102438333A (zh) * | 2010-09-29 | 2012-05-02 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种通用的无线传感器网络系统及其信息处理方法 |
| CN103376130A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 福建闽冠伟业智能科技有限公司 | 基于无线通信的环境监测系统 |
| CN103426011A (zh) * | 2012-05-21 | 2013-12-04 | 苏州汉朗光电有限公司 | 一种电子标签无线网络移动实现方法 |
| CN103945179A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-07-23 | 吉林大学 | 一种基于分布式无线传感器网络的智能视频监控系统 |
| CN103957535A (zh) * | 2014-04-29 | 2014-07-30 | 中国矿业大学 | 一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统 |
| CN103983303A (zh) * | 2014-05-06 | 2014-08-13 | 中国民航大学 | 一种机场停机坪环境污染监测系统 |
| CN104133448A (zh) * | 2014-07-30 | 2014-11-05 | 江西理工大学 | 基于无线传感网络监测钉螺及钉螺生存环境的智能系统 |
| CN104318740A (zh) * | 2014-10-15 | 2015-01-28 | 南京邮电大学 | 基于Zigbee和串口的通用传感器收发方法 |
| CN105761465A (zh) * | 2014-12-18 | 2016-07-13 | 镇江坤泉电子科技有限公司 | 基于无线传感器的水质环境监测系统 |
| CN103647822B (zh) * | 2013-12-09 | 2017-04-05 | 中国人民解放军总参谋部工程兵第四设计研究院 | 一种应急通信指挥、定位、传感系统 |
| CN109274749A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-25 | 新华三技术有限公司 | 一种用户状态检测方法、装置及系统 |
-
2008
- 2008-10-06 CN CNA2008101561648A patent/CN101399735A/zh active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102056337A (zh) * | 2009-10-27 | 2011-05-11 | 西安迅腾科技有限责任公司 | 一种农业环境无线监控系统用网关节点 |
| CN101882365B (zh) * | 2010-04-20 | 2012-06-13 | 上海大学 | 智能宽带无线simo环境检测和控制系统 |
| CN101882365A (zh) * | 2010-04-20 | 2010-11-10 | 上海大学 | 智能宽带无线(simo)环境检测和控制系统 |
| CN102438333A (zh) * | 2010-09-29 | 2012-05-02 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种通用的无线传感器网络系统及其信息处理方法 |
| CN103376130A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 福建闽冠伟业智能科技有限公司 | 基于无线通信的环境监测系统 |
| CN103426011A (zh) * | 2012-05-21 | 2013-12-04 | 苏州汉朗光电有限公司 | 一种电子标签无线网络移动实现方法 |
| CN103426011B (zh) * | 2012-05-21 | 2016-01-20 | 苏州汉朗光电有限公司 | 一种电子标签无线网络移动实现方法 |
| CN103647822B (zh) * | 2013-12-09 | 2017-04-05 | 中国人民解放军总参谋部工程兵第四设计研究院 | 一种应急通信指挥、定位、传感系统 |
| CN103945179A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-07-23 | 吉林大学 | 一种基于分布式无线传感器网络的智能视频监控系统 |
| CN103945179B (zh) * | 2014-03-20 | 2017-07-18 | 吉林大学 | 一种基于分布式无线传感器网络的智能视频监控系统 |
| CN103957535A (zh) * | 2014-04-29 | 2014-07-30 | 中国矿业大学 | 一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统 |
| CN103957535B (zh) * | 2014-04-29 | 2017-04-26 | 中国矿业大学 | 一种具有远程感知能力接力延拓的无线传感器网络系统 |
| CN103983303A (zh) * | 2014-05-06 | 2014-08-13 | 中国民航大学 | 一种机场停机坪环境污染监测系统 |
| CN104133448A (zh) * | 2014-07-30 | 2014-11-05 | 江西理工大学 | 基于无线传感网络监测钉螺及钉螺生存环境的智能系统 |
| CN104318740A (zh) * | 2014-10-15 | 2015-01-28 | 南京邮电大学 | 基于Zigbee和串口的通用传感器收发方法 |
| CN104318740B (zh) * | 2014-10-15 | 2017-08-25 | 南京邮电大学 | 基于Zigbee和串口的通用传感器收发方法 |
| CN105761465A (zh) * | 2014-12-18 | 2016-07-13 | 镇江坤泉电子科技有限公司 | 基于无线传感器的水质环境监测系统 |
| CN109274749A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-25 | 新华三技术有限公司 | 一种用户状态检测方法、装置及系统 |
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