無線傳感器網絡在船只機械監控領域的應用

　　系統介紹

　　此項BP 的計劃是建立一套預測維護系統用來監視如馬達、泵之類具有強烈震動的機器。這些機器被放置于Loch Ronnach 油船的引擎室內。通過震動信息來監測系統的工作狀態，當磨損或撕裂現象出現時則通過無線通信發送警告。

　　“震動信息可以幫助預測機器的磨損狀況并預知何時需要進行維護，”Cassar 指出“該系統可以告訴你主軸發生彎曲或是哪臺機器失去平衡。它能把你從每500 小時一次的定期維護工作中解脫出來，只有在需要的時候才做必要的維護。”

　　基于150 個Rochwell 的加速度計，我們構建了整個測量系統。每臺機器安裝有6 個傳感器，3個軸的方向各一個，兩個輔助測量點以及一個監測機器轉動和提供角度相位的轉速計。傳感器用金屬外殼封裝放置于離機器2英寸處，通過有線的形式連接到Mote 上。每個Mote 一次可以驅動10 個傳感器，盡管BP 沒有全都用到。

　　Loch Rannoch 工程的預測維護系統監測引擎室內的泵和馬達的工作狀態。這些機械設備被安裝了大約150 個加速度器。加速度器探測出的震動數據用于評估當前的操作環境。當磨損或撕裂現象出現時，則無線傳感器網絡中的Mote 和網關通過無線通信發送警告。

　　數個Mote 構成了一個由網關控制的子網。Mote 通過IEEE 802.15.4的直接擴頻調制技術將采集到的數據轉發給網關。由于英國政府的限制，工作頻段被調整到英國標準的868MHz。然而系統的工作頻段是可調的，但對于工作于國際環境極為重要。因為各國的許可標準往往不盡相同。

　　網關之間通過IEEE 802.11 構建了一個mesh網絡，將所有的數據傳遞給主控網關。該網關將數據傳遞給后臺的數據存儲服務器。每個網關都有2GB的內存，這確保在網關與船上的網絡失去連接時，仍能夠采集并暫時儲存來自Mote 的數據。

　　問題與解決方案

　　在Loch Rannoch 工程中，BP、Crossbow 和Intel 公司都遇到了許多問題，這些問題都需要在工程實施前解決。船體的金屬構架和密集的機械設備使引擎室射頻傳輸的可能性微乎其微。“金屬是射頻能量的一個強大的反射體，”Crossbow科技公司高級應用工程師John Suh指出。“金屬對射頻信號產生種不良影響，因此就沒有辦法通過發送接收裝置得到信息。

　　解決這個問題就是建立一個mesh網絡。在這種網絡中，每個節點都能與其相鄰節點通訊。節點上的數據將被相鄰節點一次次的轉發直到這些數據到達一個控制器或采集站。這樣的數據傳輸的多重路徑使得這個網絡十分可靠。一旦一個節點時效，其他節點仍能夠直接的，或通過一個或幾個中繼節點相互通信。

　　“不同于傳統的點對點連接，mesh 網絡提供大量的不同路由，”BP 公司的Cassar 說。“每個節點協同其他節點都能探測到任何角落的信息，這種功能是點對點網絡所無法做到的。而mesh 網絡的靈活性能解決這樣的問題。”