專利名稱：基于長距離無線mesh網(wǎng)絡的野外智慧監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于野外大區(qū)域監(jiān)控技術領域，尤其涉及一種針對野外大區(qū)域自然保護區(qū)的基于IEEE 802. 11長距離無線mesh網(wǎng)絡的集視頻、語音和生態(tài)為一體的智慧監(jiān)控系統(tǒng)， 即涉及基于IEEE 802. 11協(xié)議長距離無線mesh網(wǎng)絡野外監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
基于IEEE 802. 11 的長距離無線 mesh 網(wǎng)絡 LDmesh(Long-Distance wireless mesh networks)指相鄰節(jié)點間距離很長(長至幾十到上百公里)的無線mesh網(wǎng)絡[1]，它的節(jié)點采用廉價的大功率IEEE 802. 11無線網(wǎng)卡和高增益定向天線，以實現(xiàn)長距離信號覆蓋。它使用公開ISM(Industrial Scientific and Medical)頻段，無需繳納頻段使用費。 耗電量低，可使用太陽能等清潔能源供電，不依賴市電供應，可以工作在極端惡劣的野外環(huán)境。因此LDmesh網(wǎng)絡具有成本低、帶寬高、覆蓋廣、易于部署和維護的特點，性價比高，可以廣泛應用于野外大區(qū)域的寬帶網(wǎng)絡部署，如自然保護區(qū)(濕地、森林、草原)的環(huán)境監(jiān)控、偏遠地區(qū)的遠程醫(yī)療和遠程教育等，IEEE即美國電氣和電子工程師協(xié)會。自然保護區(qū)是保護生物戰(zhàn)略資源的重要措施，對生物資源的占有量是衡量一個國家綜合國力和可持續(xù)發(fā)展能力的重要指標。自然保護區(qū)保護了我國90%的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型、85%的野生動物種群、65%的高等植物群落，加強自然保護區(qū)建設和管理，就是保護我國生態(tài)安全的主體，維護經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的基礎，也是推動經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的重要手段[2]。隨著城市建設和經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，當前自然保護區(qū)面正面臨諸多威脅(I)盲目開墾和改造等人為破壞；(2)來自工業(yè)、生活廢水的污染；(3)偷獵現(xiàn)象屢禁不止；(4)重大自然災害預警機制匱乏；(5)自然保護區(qū)環(huán)境的翔實信息匱乏，保護缺少科學依據(jù)。因此， 加強自然保護區(qū)的監(jiān)管，建設遠程實時精細、精準監(jiān)控系統(tǒng)的任務刻不容緩。然而，由于自然保護區(qū)面積大，重點監(jiān)控區(qū)域分布廣且分散，監(jiān)控數(shù)據(jù)量大且類型多，自然保護區(qū)內(nèi)有些區(qū)域沒有移動通信網(wǎng)絡的信號覆蓋，野外缺乏市電供應等現(xiàn)狀，難以建立一個大區(qū)域的集視頻監(jiān)控和環(huán)境檢測為一體的監(jiān)控系統(tǒng)。野外大區(qū)域檢測面臨著如監(jiān)控面積廣、監(jiān)控參數(shù)類型多樣化、帶寬要求較高以及野外監(jiān)控環(huán)境惡劣等諸多挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的解決方案通常使用如電視監(jiān)控[3]、移動通信網(wǎng) (GSM/GPRS/CDMA) [4] [13] [14]、遙感[5] [6]以及衛(wèi)星通訊技術[7] [8]等進行遠程接入。然而，電視監(jiān)控所需輔助設施龐雜，安裝維護費用較高，且無法感知細粒度數(shù)據(jù)；移動通信網(wǎng)建設成本高，通常部署在人口密集的地區(qū)，一般無法完全覆蓋人跡罕至的野外區(qū)域。另外， 移動通信網(wǎng)的有效傳輸速率只有幾十到一百多Kbps，難以滿足高清晰圖片、視頻的傳輸需求，此外還有額外的運行費用；遙感技術只能感知粗粒度的數(shù)據(jù)；衛(wèi)星鏈路雖然覆蓋范圍大，但是費用高。專利申請[9]發(fā)明了一種應用于氣象眼環(huán)境監(jiān)控以及災害預警中的自適應數(shù)據(jù)還原分析分發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用移動通信網(wǎng)絡(3G) ,MMS或SMS信令信道傳輸野外監(jiān)控點所收集的數(shù)據(jù)，但是帶寬受限，且依賴于移動通信網(wǎng)絡，需耗費高額、持續(xù)的通信費用；專利申請[10]發(fā)明了一種集成化野外信息采集、定位和處理的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)主要應用于對近距離、中小尺度的野外區(qū)域的多重信息進行一體化快速采樣以及分析判別，難以應用于對野外大面積(幾百上千平方公里)的視頻監(jiān)控、語音通信和環(huán)境監(jiān)測；專利申請[11]發(fā)明了一種基于紅外相機的森林火情動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)未明確定義監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸方式，僅給出可供選擇的以太網(wǎng)或微波通信的實時傳輸方案，不支持多種數(shù)據(jù)類型的實時傳輸；專利申請[12]發(fā)明了一種多任務模式的濕地數(shù)據(jù)采集方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)以便攜式計算機為平臺，結(jié)合GPS模塊、圖像采集模塊、紅外測距模塊、無線通信模塊等收集距離、圖像、坐標以及空間數(shù)據(jù)信息，使用3G通信技術傳輸采集到的數(shù)據(jù)到服務器，但需依賴于3G 通信網(wǎng)絡，耗費高額、持續(xù)的3G通信費用。參考文獻[I]趙增華,王楠,竇志斌,張連芳,舒炎泰,基于IEEE802. 11的長距離無線mesh網(wǎng)絡[J]，《計算機學報》，已接收，擬于2012年4月刊出.[2]中國網(wǎng)，環(huán)境保護部國家級自然保護區(qū)評委會座談會召開[EB/0L]，http:// www. china, com. cn/poIicy/txt/2011-08/30/content_23312194.htm,2011年08 月 30 日.[3]葛宇晨，電視監(jiān)控在自然保護區(qū)的應用[J]，信息技術，pp. 19-20，2000年第3 期[4]王韜，蘇勤亮，唐松等，自然保護區(qū)生態(tài)多樣性監(jiān)控系統(tǒng)研究[J]，計算機應用，V01. 27，pp. 400-402，2007 年 6 月.[5]朱俊鳳，錢峻屏，張運英等，自然保護區(qū)遙感研究進展[J]，安徽農(nóng)業(yè)科學， 38(20)，pp.10828-10831，2010 年 8 月.[6]李穎，吳學睿，一種濕地微波遙感監(jiān)測方法[P]，CN 101915918 A，2010年12月 15臼 [7]張華國，周長寶，黃韋良等，南麂列島海洋自然保護區(qū)信息系統(tǒng)開發(fā)與應用，地球信息科學[J]，Vol 6，No. 3，pp. 51-55，2004 年 9 月 [8]劉同濤，呂世海，葉生星等，一種自然保護區(qū)管理有效性定量評價方法與系統(tǒng) [P]，CN102136103 A，2011 年 7 月 27 日.[9]張立光，林鵬，張亮文等，自適應數(shù)據(jù)還原分析分發(fā)系統(tǒng)[P]，CN 101800780 A， 2010年08月11日.[10]吳炳方，一種集成化野外信息采集、定位和處理系統(tǒng)及方法[P]，CN 1424683 A，2003 年 6 月 18 日 [11]毛潔娜，于龍，肖功海，基于紅外相機的森林火情動態(tài)監(jiān)測報警系統(tǒng)[P]，CN 101046908A,2007 年 10 月 3 日.[12]趙運林，譚獻良，黃田等，多任務模式的濕地數(shù)據(jù)采集方法及系統(tǒng)[P]，CN 102103201 A，2011 年 6 月 22 日.[13]李偉，王秀凱，聞述等，經(jīng)由GSM的無線傳感器網(wǎng)絡遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[P]，CN 101600168A, 2009 年 12 月 9 日.[14]蒙海軍，吳曉華，高濤，一種農(nóng)業(yè)環(huán)境無線監(jiān)控系統(tǒng)用網(wǎng)關節(jié)點[P]，CN 102056337 A，2011 年 5 月 11 日.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決克服現(xiàn)有技術的不足，根據(jù)野外大區(qū)域的監(jiān)控需要，提供一種集視頻、語音和生態(tài)為一體的智慧監(jiān)控系統(tǒng)。為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是，基于長距離無線mesh網(wǎng)絡的野外智慧監(jiān)控系統(tǒng)，包括骨干網(wǎng)和子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡，其中骨干網(wǎng)為基于IEEE802. 11的長距離無線mesh網(wǎng)絡，用于提供高帶寬和長距離覆蓋；子網(wǎng)包括無線傳感器網(wǎng)絡WSN和無線局域網(wǎng)WLAN兩種類型的網(wǎng)絡；無線傳感器網(wǎng)絡WSN用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集和傳輸，根據(jù)需要部署有各種類型的采集終端即傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括土壤溫濕度采集終端，水質(zhì)采集終端；無線局域網(wǎng)WLAN用于高清圖片或視頻監(jiān)控以及監(jiān)控范圍內(nèi)的語音通信，通過接入無線局域網(wǎng)WLAN的手持移動終端設備和圖像采集設備，收集、傳輸包括語音、圖片/視頻的大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)；兩種類型的網(wǎng)絡都將采集到的數(shù)據(jù)匯集到骨干網(wǎng)絡節(jié)點，通過骨干網(wǎng)絡上傳至監(jiān)控中心。骨干網(wǎng)節(jié)點即監(jiān)控子站采用廉價的大功率IEEE 802. 11無線網(wǎng)卡和高增益定向天線，以實現(xiàn)長距離和高帶寬鏈路；監(jiān)控子站由多個嵌入式硬件設備通過交換機互聯(lián)而成； 每個嵌入式硬件設備都配有I個802. 11無線網(wǎng)卡，其中的一個嵌入式硬件設備外接全向天線，工作在AP模式，AP是Access Point的首字縮寫，用于手持移動終端設備和圖像采集設備的無線接入；其它嵌入式硬件設備外接高增益定向天線，工作在ad hoc模式，用于構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡的長距離鏈路。采集終端為傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，構(gòu)成WSN子網(wǎng)，采集終端采集的各種傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給WSN匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點作為一個模塊集成在骨干網(wǎng)節(jié)點上，無線傳感器網(wǎng)絡WSN 支持星形和網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)。手持移動終纟而設備為支持IEEE 802. 11的手持設備，包括手機、PDA，PDA是 Personal Digital Assistant首字縮寫,手持移動終端設備內(nèi)運行成熟的或者自主開發(fā)的語音通信軟件，圖像采集設備為支持IEEE 802. 11的無線圖像采集設備，用于采集和傳輸圖片/視頻數(shù)據(jù)。本發(fā)明的技術特點及效果I)集視頻監(jiān)控、語音通信和環(huán)境監(jiān)控為一體為野外大區(qū)域監(jiān)控提供多角度、全方位、立體式的監(jiān)管和監(jiān)控。2)抗毀性強骨干網(wǎng)絡節(jié)點構(gòu)成網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，其中某個/某些節(jié)點失效后，其它節(jié)點仍可以自組織成網(wǎng)絡，繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，不受失效節(jié)點的影響。3)監(jiān)控區(qū)域廣，帶寬高兩個監(jiān)控點間距離可以達20公里以上。單跳鏈路帶寬達20Mbps以上。4) 一次性投資，建成后不需再支付高額、持續(xù)的通信費該網(wǎng)絡為專用網(wǎng)絡，不依賴于移動通信網(wǎng)絡，而且工作在ISM(Industrial Scientific and Medical)開放頻段,不需要支付頻帶使用費用。5)支持遠距離語音通信，不需另外開發(fā)手持移動終端設備使用市場上常見的支持IEEE 802. Il(WiFi)的手機或其它移動終端即可實現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)的語音通信，不需要專門開發(fā)手持移動終端設備，進一步降低了成本，可推廣性好。
6)可擴展性強可根據(jù)后期需要，靈活地增加視頻監(jiān)控點和環(huán)境監(jiān)控點。部署網(wǎng)狀視頻監(jiān)控點，大范圍監(jiān)控保護區(qū)內(nèi)的人員活動情況，避免/減少人為破壞。監(jiān)控更為豐富的環(huán)境數(shù)據(jù)，如氣象要素監(jiān)控，水文水質(zhì)監(jiān)控，土壤監(jiān)控等。7)低功耗，可以使用清潔能源一個監(jiān)控子站的典型功耗不超過15w，在野外監(jiān)控點可以使用太陽能/風能供電， 克服了野外沒有市電供應的難題。


圖I針對野外大區(qū)域監(jiān)控的層次型異構(gòu)無線網(wǎng)絡架構(gòu)示意圖。圖2基于IEEE 802. 11協(xié)議長距離無線mesh網(wǎng)絡的集視頻、語音和生態(tài)為一體的野外大區(qū)域智慧監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。圖3監(jiān)控子站示意圖。
具體實施例方式野外大區(qū)域的監(jiān)控范圍通常覆蓋幾百甚至上千平方公里，所轄地理環(huán)境，氣候條件等變化較大，野外環(huán)境較為惡劣，不同區(qū)域的監(jiān)控需求不同，監(jiān)控參數(shù)類型多樣化，既有如溫、濕度等小數(shù)據(jù)量的標量數(shù)據(jù)，也有如高清圖片、視頻、語音等需高帶寬傳輸?shù)拇罅繑?shù)據(jù)。另外，受成本以及距離的限制，網(wǎng)絡節(jié)點的部署有區(qū)域性，區(qū)域內(nèi)，監(jiān)控節(jié)點分布較集中，相距幾十或幾百米，而區(qū)域間的距離有可能很遠，達幾十公里。通常網(wǎng)絡節(jié)點的部署呈網(wǎng)狀型。針對野外大區(qū)域監(jiān)控面積廣、監(jiān)控參數(shù)類型多樣化、帶寬要求較高以及節(jié)點部署有區(qū)域性的特點，設計了層次型異構(gòu)無線網(wǎng)絡架構(gòu)，如附圖I所示。該網(wǎng)絡系統(tǒng)包括骨干網(wǎng)和子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡，其中骨干網(wǎng)為基于IEEE 802. 11的長距離無線mesh網(wǎng)絡，提供高帶寬和長距離覆蓋。子網(wǎng)包括無線傳感器網(wǎng)絡WSN和無線局域網(wǎng) WLAN兩種類型的網(wǎng)絡。WSN子網(wǎng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集和傳輸，可以根據(jù)需要部署各種類型的采集終端即傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，如土壤溫濕度采集終端，水質(zhì)采集終端等。WLAN用于高清圖片或視頻監(jiān)控以及監(jiān)控范圍內(nèi)的語音通信，通過手持移動終端設備和圖像采集設備收集、傳輸語音、圖片/視頻等大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)。兩類子網(wǎng)都將采集到的數(shù)據(jù)匯集到骨干網(wǎng)絡節(jié)點，通過骨干網(wǎng)絡上傳至監(jiān)控中心。骨干網(wǎng)節(jié)點(監(jiān)控子站)采用廉價的大功率IEEE 802. 11無線網(wǎng)卡和高增益定向天線，以實現(xiàn)長距離和高帶寬鏈路。監(jiān)控子站通常是一個“復合節(jié)點”，即由多個嵌入式硬件設備(如無線路由設備)通過交換機互聯(lián)而成。每個嵌入式硬件設備都配有I個802. 11 無線網(wǎng)卡，通常有一個嵌入式硬件設備外接全向天線，工作在AP(Access Point)模式,用于移動終端設備和圖像采集設備的無線接入；其它外接高增益定向天線，工作在ad hoc模式，用于構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡的長距離鏈路。骨干網(wǎng)絡支持網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，以多跳方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。 骨干網(wǎng)的網(wǎng)關節(jié)點(監(jiān)控網(wǎng)關)通過內(nèi)部網(wǎng)絡或Internet和后端監(jiān)控中心進行通信。監(jiān)控中心為后臺監(jiān)控軟件平臺，用于查詢、處理、存儲骨干網(wǎng)上傳的監(jiān)控數(shù)據(jù)。采集終端為傳統(tǒng)傳感器(如溫度、濕度等小數(shù)據(jù)量)網(wǎng)絡節(jié)點，構(gòu)成WSN子網(wǎng)。采集終端采集的各種傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給WSN匯聚(sink)節(jié)點。匯聚節(jié)點通常作為一個模塊集成在骨干網(wǎng)節(jié)點上。無線傳感器子網(wǎng)可以支持星形和網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)。手持移動終纟而設備為支持IEEE 802.11的手持設備，如手機、PDA (Personal Digital Assistant)等,其內(nèi)運行成熟的或者自主開發(fā)的語音通信軟件,能提供監(jiān)控區(qū)域內(nèi)人員的語音通信。圖像采集設備為支持IEEE 802. 11的無線圖像采集設備，用于采集和傳輸圖片/視頻數(shù)據(jù)。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步詳細說明本發(fā)明。如圖2所示，以野外大區(qū)域自然保護區(qū)的監(jiān)控為例，在自然保護區(qū)待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)部署傳統(tǒng)無線傳感器節(jié)點，如溫度、濕度傳感器節(jié)點，土壤水分、鹽度傳感器節(jié)點等，以及圖像采集節(jié)點。針對一個監(jiān)控區(qū)域，在部署的無線傳感器節(jié)點周圍建設一個監(jiān)控桿塔，桿塔上安裝監(jiān)控子站。監(jiān)控子站組成無線多跳網(wǎng)狀(mesh)網(wǎng)絡，將各種傳感數(shù)據(jù)、語音數(shù)據(jù)以及圖片/視頻數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控網(wǎng)關節(jié)點，再由監(jiān)控網(wǎng)關節(jié)點傳到后端的監(jiān)控中心。監(jiān)控網(wǎng)關節(jié)點通常設在自然保護區(qū)監(jiān)控站內(nèi)，經(jīng)由內(nèi)部網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)和監(jiān)控中心通信。采集終端采集終端為支持Zigbee標準無線傳感器節(jié)點，可以使用Jennic5139，CC2430等支持Zigbee協(xié)議棧的無線傳輸模塊。根據(jù)需要配備各種傳感器，如空氣溫濕度、土壤溫濕度、 水文等傳感器，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測。具備異常數(shù)據(jù)的報警功能，并將報警數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心?？梢允褂锰柲芄╇?。手持移動終設備手持移動終端設備為支持IEEE 802. 11的手持設備，如手機、PDA等，可安裝成熟的語音通信軟件，如Skype等，或選擇如Android等開源手機安裝自主研發(fā)的語音通信軟件。手持移動終端設備通常用于工作人員到野外監(jiān)控區(qū)域進行系統(tǒng)部署、定期維護以及故障排查時與監(jiān)控中心進行溝通、交流，與此同時，也是對突發(fā)、緊急事件進行快速上報的便捷、有效手段。圖像采集節(jié)點圖像采集節(jié)點為支持IEEE802. 11的圖像采集設備，具有采集圖片以及視頻的功能，并可以上傳到監(jiān)控中心。具備實時圖像/視頻識別功能，可以識別異常圖像或視頻，并產(chǎn)生報警數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心?？梢允褂锰柲芄╇姟１O(jiān)控子站如圖3所示，監(jiān)控子站由多個嵌入式無線設備組成，每個嵌入式無線設備配備一塊無線802. 11網(wǎng)卡，通過一個網(wǎng)絡交換機互聯(lián)。其中有一個嵌入式無線設備外接全向天線工作模式為AP，作為手持移動終端設備和圖像采集節(jié)點的無線接入點。另外還集成了 Zigbee傳輸模塊，作為傳感器子網(wǎng)的匯聚節(jié)點，負責收集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)傳感器子網(wǎng)的各種傳感數(shù)據(jù)。其它一到多個嵌入式無線設備外接高增益定向天線，如32dBi的柵格天線，工作在 ad hoc模式，可以和其它監(jiān)控子站構(gòu)成點到點的長距離鏈路(幾十公里)，提供遠距離傳輸和大面積覆蓋。監(jiān)控網(wǎng)關監(jiān)控網(wǎng)關內(nèi)嵌IEEE 802. 11通信模塊和有線網(wǎng)絡接口。監(jiān)控網(wǎng)關部署在自然保護區(qū)的監(jiān)控站點內(nèi)，因此可以采用交流電源供電。監(jiān)控網(wǎng)關通過IEEE 802. 11無線通信模塊與骨干網(wǎng)絡的監(jiān)控子站通信，負責收集各種數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，并將監(jiān)控中心的命令等下傳到各個監(jiān)控子站，實現(xiàn)監(jiān)控中心和監(jiān)控子站間的透明傳輸。監(jiān)控中心監(jiān)控中心是一套基于JSP/Servlet的在線監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫使用MySql，服務器使用Tomcat。監(jiān)控中心的主要功能包括周期性收集各個采集終端的數(shù)據(jù)，實時查詢，數(shù)據(jù)的后期處理和分析，監(jiān)控各個網(wǎng)絡節(jié)點的工作狀態(tài)，支持多種商用手持終端設備的語音通信服務模塊等。數(shù)據(jù)收集方面主要包括以下兩種類型I)事件驅(qū)動類型當傳感器節(jié)點監(jiān)控到異常事件時，比如溫、濕度超過正常范圍，土壤水分、鹽分超過警戒值等，將產(chǎn)生報警數(shù)據(jù)包，主動上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心以播放報警聲音配合彈窗等方式，引起職守人員的注意。當圖像采集節(jié)點監(jiān)控到異常事件時，比如監(jiān)控區(qū)域內(nèi)有活動物體，檢測到火焰狀物體等，將產(chǎn)生報警圖片/視頻，主動上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心以播放報警聲音配合顯示報警圖片/視頻等方式，引起值守人員的注意。當遠程工作人員發(fā)現(xiàn)盜獵，自然火災等緊急事件時，使用手持移動終端設備向監(jiān)控中心值守人員進行匯報。2)查詢驅(qū)動類型為收集到監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，各個傳感器節(jié)點和圖像采集節(jié)點要周期性地上傳所采集到的數(shù)據(jù)。為節(jié)省能量，在上傳周期間隔時間內(nèi)可以睡眠，采取時間喚醒或者事件喚醒的機制。監(jiān)控中心通過監(jiān)控子站向傳感器節(jié)點和圖像采集節(jié)點下發(fā)參數(shù)設置和主動查詢等命令，參數(shù)設置命令包括設置傳感器節(jié)點和圖像采集節(jié)點的采集周期等，主動查詢命令包括查詢傳感器節(jié)點和圖像采集節(jié)點的采集數(shù)據(jù)等。監(jiān)控中心以數(shù)據(jù)列表以及數(shù)據(jù)圖表的形式顯示采集數(shù)據(jù)，并將采集數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，提供歷史查詢和報表管理等對采集數(shù)據(jù)進行處理、分析的功能。此外，監(jiān)控中心值守人員可通過語音通信服務模塊主動呼叫攜有手持移動終端設備的遠程工作人員，進行例行的詢查和溝通。
權利要求
1.一種基于長距離無線mesh網(wǎng)絡的野外智慧監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，包括骨干網(wǎng)和子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡，其中骨干網(wǎng)為基于IEEE 802. 11的長距離無線mesh網(wǎng)絡，用于提供高帶寬和長距離覆蓋；子網(wǎng)包括無線傳感器網(wǎng)絡WSN和無線局域網(wǎng)WLAN兩種類型的網(wǎng)絡；無線傳感器網(wǎng)絡WSN用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集和傳輸，根據(jù)需要部署有各種類型的采集終端即傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括土壤溫濕度采集終端，水質(zhì)采集終端；無線局域網(wǎng) WLAN用于高清圖片或視頻監(jiān)控以及監(jiān)控范圍內(nèi)的語音通信，通過接入無線局域網(wǎng)WLAN的手持移動終端設備和圖像采集設備，收集、傳輸包括語音、圖片/視頻的大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)； 兩種類型的網(wǎng)絡都將采集到的數(shù)據(jù)匯集到骨干網(wǎng)絡節(jié)點，通過骨干網(wǎng)絡上傳至監(jiān)控中心。
2.如權利要求I所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，骨干網(wǎng)節(jié)點即監(jiān)控子站采用廉價的大功率IEEE802. 11無線網(wǎng)卡和高增益定向天線，以實現(xiàn)長距離和高帶寬鏈路；監(jiān)控子站由多個嵌入式硬件設備通過交換機互聯(lián)而成；每個嵌入式硬件設備都配有I個802. 11無線網(wǎng)卡， 其中的一個嵌入式硬件設備外接全向天線，工作在AP模式，AP是Access Point的首字縮寫，用于手持移動終端設備和圖像采集設備的無線接入；其它嵌入式硬件設備外接高增益定向天線，工作在ad hoc模式，用于構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡的長距離鏈路。
3.如權利要求I所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，采集終端為傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，構(gòu)成 WSN子網(wǎng)，采集終端采集的各種傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給WSN匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點作為一個模塊集成在骨干網(wǎng)節(jié)點上，無線傳感器網(wǎng)絡WSN支持星形和網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)。
4.如權利要求I所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是，手持移動終端設備為支持IEEE802. 11的手持設備，包括手機、PDA，PDA是Personal Digital Assistant首字縮寫，手持移動終端設備內(nèi)運行成熟的或者自主開發(fā)的語音通信軟件，圖像采集設備為支持IEEE 802. 11的無線圖像采集設備，用于采集和傳輸圖片/視頻數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于野外大區(qū)域監(jiān)控技術領域。為根據(jù)野外大區(qū)域的監(jiān)控需要，提供一種集視頻、語音和生態(tài)為一體的智慧監(jiān)控系統(tǒng)，本發(fā)明采取的技術方案是，基于長距離無線mesh網(wǎng)絡的野外智慧監(jiān)，包括骨干網(wǎng)和子網(wǎng)雙層網(wǎng)絡，其中骨干網(wǎng)為基于IEEE 802.11的長距離無線mesh網(wǎng)絡；子網(wǎng)包括無線傳感器網(wǎng)絡WSN和無線局域網(wǎng)WLAN兩種類型的網(wǎng)絡；兩種類型的網(wǎng)絡都將采集到的數(shù)據(jù)匯集到骨干網(wǎng)絡節(jié)點，通過骨干網(wǎng)絡上傳至監(jiān)控中心。本發(fā)明主要應用于野外大區(qū)域監(jiān)控。
文檔編號H04N7/18GK102547247SQ201210021569
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權日2012年1月31日
發(fā)明者葉君驕, 李灝, 趙增華 申請人:天津大學