用于河口环境监测的低成本低功耗无线传感器网络的设计与实现

《Electronics》：Design and Implementation of a Low-Cost and Low-Power Wireless Sensor Network for Estuary Environmental Monitoring

　　

摘要

无线传感器网络已成为环境监测的重要工具，能够在偏远且变化多端的环境中实现分布式数据采集。然而，对于长期应用而言，通信可靠性、能效、同步性以及实时数据获取能力等方面的问题依然十分关键。本研究针对河口地区复杂的环境条件，设计、实现并验证了一种用于环境监测的同步无线传感器网络。该架构基于Digi XBee SX 868射频模块，采用DigiMesh模式运行，并通过同步的周期性休眠来实现协同测量和低功耗运行。该网络包含监测节点、中继节点以及协调器/网关节点，同时还配套有基于Web的平台，用于实时数据可视化与管理。研究人员还开发了自定义的消息交换格式，以便通过无线网格基础设施实现传感器数据向Web服务器的无缝传输。通过实地实验，对网络的覆盖范围、同步性能、通信可靠性以及能耗进行了评估。实验结果表明，该网络在河口区域能够实现多跳通信，分布式节点之间能够在较长时间内保持稳定同步，而且通过同步休眠还能节省能源。所开发的Web平台则实现了可靠的实时数据访问和网络管理功能。该系统证明了在河口环境中部署可扩展、高能效且具备同步功能的无线传感器网络用于长期环境监测的可行性。