CN203827384U

CN203827384U - 双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统

Info

Publication number: CN203827384U
Application number: CN201420163169.4U
Authority: CN
Inventors: 周杰; 姚雷
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2024-04-04

Abstract

本实用新型公开了一种双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统，包括包括骨干网、子网双层网络、远程数据传输网、本地应急气象信息监测中心以及远程气象控制中心。本实用新型稳定性和效率均较高，能够方便快捷地为完成应急气象观测系统信息采集、信息传输和信息控制等，彻底改变了现有的车载气象站通信方式不足，同时能够为应急气象观测提供全方位、多角度、立体式的监控，且其抗毁能力强，数据传输的稳定性，对于灾害应急观测具有重要意义。

Description

双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统

技术领域

本实用新型涉及一种气象观测装置，特别涉及一种双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统。

背景技术

我国是一个气象自然灾害比较严重的国家，在发生天气灾害、地质灾害和举办大型活动的情况下，需要气象部门针对当地气象环境进行应急动态监测，提供气象保障服务。因此良好的应急气象观测系统的设计对气象部门的气象观测极其的重要。目前在应急气象观测中主要使用车载气象站。车载气象站成本高，音频、视频采集要素不全，很难实现大面积观测，而且在一些地质复杂地区难以部署，不能深入到待测区域进行应急气象观测。但伴随着微机电系统(MEMs)、片上系统(soc)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，无线Mesh网络得到了广泛的应用。此外随着我国自主研发的北斗卫星定位导航通信系统的建成和不断完善，卫星数据通信业务也在广泛的试用中。因此，设计一种基于无线传感器网络WSN和无线局域网WLAN双子网的无线Mesh网络，可以克服传统车载气象站无法深入路况差的地区、覆盖面积小、观测密度低的缺点，有较为广阔的应用前景。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型公开了一种双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统，包括包括骨干网、子网双层网络、远程数据传输网、本地应急气象信息监测中心以及远程气象控制中心，所述的骨干网为基于IEEE802.11的长距离无线Mesh网络,用于提供高带宽和长距离覆盖；子网双层网络包括无线传感器网络WSN和无线局域网WLAN两种类型的网络；两种类型的网络均与所述的骨干网相连都将采集到的数据汇集到骨干网络节点,通过骨干网络上传至本地应急气象信息监测中心；所述的本地应急气象信息监测中心通过远程数据传输网与远程气象控制中心相连，将数据传送给远程气象控制中心。

作为本实用新型的一种改进，所述的无线传感器网络WSN包括传感器网络节点，所述的传感器网络节点包括温度、湿度、气压、风向、风速、和降雨量气象传感器。

作为本实用新型的一种改进，所述的无线局域网WLAN包括支持IEEE802.11的手持移动终端设备和支持IEEE802.11图像采集设备。

作为本实用新型的一种改进，所述的远程数据传输网包括GPRS网络和卫星通信网络。

作为本实用新型的一种改进，所述的骨干网有包括监控子站和无线网关，监控子站由嵌入式硬件设备通过无线Mesh交换机互联而成；每个嵌入式硬件设备都配有1个802.11无线网卡,其中的一个嵌入式硬件设备外接全向天线,工作在AP模式,用于手持移动终端设备和图像采集设备的无线接入；其它嵌入式硬件设备外接高增益定向天线,工作在ad hoc模式,用于构成网状网络的长距离链路。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型采用无线MESH网进行通信,由于其为网状网络,具有传统无线网络所不具备的“多跳”传输功能,因此稳定性和效率均较高,能够方便快捷地为完成应急气象观测系统信息采集、信息传输和信息控制等,彻底改变了现有的车载气象站通信方式不足。

（2）本实用新型采用无线传感器WSN和无线局域网WLAN双模式子网信息采集系统，集视频监控、语音通信和气象环境要素监控为一体，为应急气象观测提供全方位、多角度、立体式的监控。

（3）骨干网络节点构成网状拓扑结构,其中某个/某些节点失效后,其它节点仍可以自组织成网络,继续传输数据,不受失效节点的影响，其抗毁能力强。

（4）远程数据传输网络的多功能网关能够根据网络状况自动选择传输通道，保证数据传输的稳定性，对于灾害应急观测具有重要意义。

附图说明

图1为双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统结构框图。

图2为WSN子网观测节点硬件结构图。

图3为WLAN子网无线网络架构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本实用新型提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

应急气象观测系统通常覆盖几百甚至上千平方公里,所辖地理环境,气候条件等变化较大,不同区域的监控需求不同,监控参数类型多样化,既有如温、湿度等小数据量的标量数据,也有如高清图片、视频、语音等需高带宽传输的大量数据。另外,受成本以及距离的限制,网络节点的部署有区域性,区域内监控节点分布较集中,相距几十或几百米,而区域间的距离有可能很远,达几十公里，通常网络节点的部署呈网状型。针对区域监控面积广、监控参数类型多样化、带宽要求较高以及节点部署有区域性的特点,设计了双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统,如附图1所示。

该系统包括骨干网、子网双层网络、远程数据传输网、本地应急气象信息监测中心和远程气象控制中心。其中骨干网为基于IEEE802.11的长距离无线Mesh网络,用于提供高带宽和长距离覆盖；子网包括无线传感器网络WSN和无线局域网WLAN两种类型的网络；无线传感器网络WSN用于气象要素监控数据的采集和传输,根据需要部署有各种类型的采集终端即传感器网络节点,传感器网络节点包括温度、湿度、气压、风向、风速、和降雨量等多种气象传感器；无线局域网WLAN用于高清图片或视频监控以及监控范围内的语音通信,通过接入无线局域网WLAN的手持移动终端设备和图像采集设备,收集、传输包括语音、图片/视频的大数据量的数据；两种类型的网络都将采集到的数据汇集到骨干网络节点,通过骨干网络上传至本地应急气象信息监测中心。本地应急气象信息监测中心将数据通过远程数据传输网将数据传送给远程气象控制中心，便于发出预警信息，优先使用GPRS网络将数据传送给远程气象控制中心，在GPRS网络不可用的情况下，使用卫星通道进行发送。

如图2所示，WSN子网由便携式气象观测节点通过ZigBee组网技术而成，这些观测节点由传感器模块、处理与通信模块和电源模块组成。其中，传感器模块包括温度、湿度、气压、雨量、风向、风速传感器。传感器均使用支持Modbus协议的智能传感器，这些传感器通过RS-485接口和处理与通信模块相连接。处理与通信模块采用TI公司的CC2530芯片，该芯片符合IEEE 802.15.4标准的物理层，支持低功耗模式。电源模块使用锂电池供电，为了得到处理与通信所需的3.3V电压与传感器模块所需的5V电压，电源模块使用一个降压芯片和一个升压芯片变换出所需电压。

图3所示的是WLAN子网无线网络架构示意图。手持移动终端设备为支持IEEE802.11的手持设备,如智能手机、PDA、平板终端等 ,能提供监控区域内人员的语音通信，手持移动终端设备通常用于工作人员到应急监控区域进行系统部署、定期维护以及故障排查时与监控中心进行沟通、交流,与此同时,也是对突发、紧急事件进行快速上报的便捷、有效手段。视频、图像采集设备为支持IEEE802.11的无线视频图像采集设备,用于采集和传输图片/视频数据，具备实时图像/视频识别功能，可以识别异常图像或视频,并产生报警数据上传到监控中心，可以使用太阳能供电。

骨干网有许多监控子站和无线网关组成，监控子站由多个嵌入式无线设备组成,每个嵌入式无线设备配备一块无线802.11网卡,通过一个网络交换机互联。其中有一个嵌入式无线设备外接全向天线工作模式为AP,作为手持移动终端设备和图像采集节点的无线接入点。另外还集成了ZigBee传输模块,作为传感器子网的汇聚节点,负责收集监控区域内传感器子网的各种传感数据。其它一到多个嵌入式无线设备外接高增益定向天线,工作在ad hoc模式,可以和其它监控子站构成点到点的长距离传输和大面积覆盖。无线网关内嵌IEEE802.11通信模块和有线网络接口，可以采用交流电源供电，通过IEEE802.11无线通信模块与骨干网络的监控子站通信,负责收集各种数据上传到监控中心,并将监控中心的命令等下传到各个监控子站,实现监控中心和监控子站间的透明传输。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims

1.一种双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统，其特征在于：包括骨干网、子网双层网络、远程数据传输网、本地应急气象信息监测中心以及远程气象控制中心，所述的骨干网为基于IEEE802.11的长距离无线Mesh网络,用于提供高带宽和长距离覆盖；子网双层网络包括无线传感器网络WSN和无线局域网WLAN两种类型的网络；两种类型的网络均与所述的骨干网相连都将采集到的数据汇集到骨干网络节点,通过骨干网络上传至本地应急气象信息监测中心；所述的本地应急气象信息监测中心通过远程数据传输网与远程气象控制中心相连，将数据传送给远程气象控制中心。

2.根据权利要求1所述的双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统，其特征在于：所述的无线传感器网络WSN包括传感器网络节点，所述的传感器网络节点包括温度、湿度、气压、风向、风速、和降雨量气象传感器。

3.根据权利要求1所述的双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统，其特征在于：所述的无线局域网WLAN包括支持IEEE802.11的手持移动终端设备和支持IEEE802.11图像采集设备。

4.根据权利要求1所述的双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统，其特征在于：所述的远程数据传输网包括GPRS网络和卫星通信网络。

5.根据权利要求1所述的双子网模式下无线Mesh网络应急气象观测系统，其特征在于：所述的骨干网有包括监控子站和无线网关，监控子站由嵌入式硬件设备通过无线Mesh交换机互联而成；每个嵌入式硬件设备都配有1个802.11无线网卡,其中的一个嵌入式硬件设备外接全向天线,工作在AP模式,用于手持移动终端设备和图像采集设备的无线接入；其它嵌入式硬件设备外接高增益定向天线,工作在ad hoc模式,用于构成网状网络的长距离链路。