適用於戶外環境監測之長距型無線感測器網路開發

Abstract

近年來無線感測器網路技術發展迅速，市面已發展相當多的相關產品，並廣泛運用於各種領域，如居家看護、生態調查及環境感測等。但當應用於大範圍且環境惡劣的監測地點時，既有的產品受限於軟硬體限制，資料必須透過大量節點以接力轉傳的方式回傳，如此不但提高感測網路硬體成本，更因轉傳次數增加，而降低資料回傳率。有鑒於此，本研究提出並實現一套適用於戶外長距型的無線感測器網路，能有效節省成本，並提升網路的穩定性。 在本研究中吾人所開發之長距型之無線感測器網路，感測節點部分利用MSP430微處理器為主要的核心運算晶片，且使用以920 MHz為通訊頻率之無線電通訊模組進行節點間的通訊。採用增益為2 dBm之全向形天線，可使通訊距離達1200公尺。同時，節點整合環境感測元件與其它控制與轉換電路，建構一具長距通訊能力且節能的感測器節點。此外，為使系統能減少傳輸消耗，吾人針對此系統之特性，設計一適用於此套系統的通訊協定，能有效地減少因拓樸建立及資料回傳所造成的冗餘封包，並將節點的剩餘能量納入選擇最佳回傳路徑的依據。實驗結果顯示，使用此通訊協定，能有效地平衡內層節點的封包轉傳負載量，均勻地消耗節點能量，而延長網路壽命。 為驗證本系統之可行性，吾人將此系統架設於臺大校園，以測試系統各項性能表現。其中包括資料成功回傳率、能量消耗測試等。實驗結果顯示，在實際架設時，感測節點能自行選擇回傳路徑，將資料回傳至閘道器，且網路中所有節點資料回傳率皆達到八成以上。因此，本系統所建構之長距型無線感測器網路能克服環境的干擾，穩定地執行監測任務。