随着科技的脚步不断深入, 人类已经置身于信息时代, 而作为信息获得最重要的和最基本的技术之一的无线传感器网络 (WSN) 技术也相应得到快速的发展。
1 无线传感器网络的特点
无线传感器网络是新一种新型的信息获取系统, 具有较好的发展前景和应用空间, 尤其是通过无线通信方式形成一个自组织的网络 (Ad Hoc) 系统, 以便实现监测、感知和采集网络覆盖区域内各种感知对象的信息, 进行及时的处理, 最终把信息发送给观察者。无线传感器网络也不同于其他无线网络。
首先, 因为无线传感器网络在硬件资源上相对比较有限。无线传感器节点 (微尘) 是嵌入式的处理器和存储器, 在计算功能和存储功能上十分有限, 因此目前的节点均以采集数据参数为主。
其次, 无线传感器网络具有分布式、自组织性特点。无线传感器网是由对等节点构成的网络, 这就使得不存在中心控制, 使管理和组织网都比较简单灵活, 最终通过每个节点自身的相互协调和自动式布置形成网络, 减少人为手段和其它的辅助措施。
最后, 无线传感器网络还具有动态拓扑、规模大和空间位置寻址等特点。通过大规模的节点就可以得到更多的空间视角的信息量, 提高通讯技术的监测的准确性。
2 当前城市通信管网管理和维护中存在的问题
2.1 对于通信管道中的光缆情况掌握不足
就以上海地区而言, 目前各大运营商对于敷设在地下通信管道中光缆的管理工作相对薄弱, 尤其是对于同一路由管道中的光缆的确切数字的掌握并不全面, 而光缆路由判定更是只以光缆上吊牌为主, 维护层次较为初级。虽然各大运营商均建立自己的资产管理系统。但由于光缆数字动态变化, 故资产系统无法做到及时更新, 往往和现场情况不符。对于运营商来说, 掌握通信管线中的光缆实时信息显得极为重要。
2.2 通信管道使用情况掌握不足
城市中通信管道属于稀缺资源, 管道位置及管孔数量更是极其宝贵的资源。由于通信管网是城市地下管网系统中的一部分, 属于隐蔽类工程, 要确切掌握通信管道的使用情况确实存在难度。通信管网运营单位、各运营商及相关单位对及时掌握城市通信管道的使用, 管孔占用情况的需求是相当迫切的。
2.3 光缆维护方式相对被动
城市道路容易发生诸如地表沉降、机动车碾压、地质塌陷等情况, 容易造成通信管道和光缆的损坏从而引起通信故障, 严重影响通信网络的正常运行。目前的光缆维护普遍存在着被动性、滞后性等特点, 通常只能事后进行抢修, 无法前对一些隐患光缆进行预处理, 这样的维护方式存在很多弊端。
3 无线传感器网络在通信管网上的管理和维护
正是充分利用了无线传感器网络技术的自身的特点和功能, 在城市通信管道中构建一个无线传感器网, 进一步提升城市通信管网管理及维护水平。
3.1 利用无线传感器网络节点时间同步技术
无线传感器网络是一种新的分布式系统, 节点之间相互独立并以无线方式通信, 每个节点维护一个本地计时器, 无线传感器的时间同步技术 (NTP, Network Time Protocol) 设计将是关键的步骤。运用绝对时间同步技术, 采集分析安置在各个通信管道各主要管孔和通信光缆接头包上的无线传感器的信息, 通过无线传感器的时钟及频率等参数来标示光缆的连通性, 能够有效地判断通信管道和光缆运行情况, 很好地防范通信管道及光缆断裂及损坏, 保证通信网络的正常运转。
3.2 利用无线传感器网络的节点定位技术
无线传感器网络的定位技术是指组织的网络通过特定方法提供节点位置信息。通过在通信管道和通信光缆上安置无线传感器, 利用节点定位技术能够有效地掌握到整条通信光缆的路由走向和实时信息, 动态掌握了通信光缆的变化, 极大程度提升合理利用通信管网的能力。
3.3 构建无线传感器网络管理系统, 掌握通信管网及光缆的实时信息, 建立光缆维护预警机制
通信管网的无线传感器网络管理需要构建一个集中式网络管理系统, 搭建一种基于查询的无线传感器网络数据管理系统, 对各种无线传感器网络设备进行配置和控制。目前最主流系统的是基于UPn P协议的无线传感器网络的关系系统-BOSS (Bridge Of the Sensor S) 。管理系统对于采集到得数据进行存储、管理、分析并显示出相应的参数指标从而判断通信管道和光缆的运行情况。比如管理系统根据采集到的通信管道的应力变化情况, 数据一旦超限, 则说明该段通信管道存在着碾压、断裂等情况, 系统应发出警报并及时显示相关位置, 从而提示维护人员提前采取必要的补救措施, 保证通信管道和光缆不受损坏。管理系统与运营商自身的资产管理系统有机地结合, 能够及时掌握通信管道的实时数据, 解决了光缆维护的实时信息, 建立光缆的预警机制, 大大提高了维护人员的工作效率。
4 函待完善的技术问题
就目前的技术水平来说, 无线传感器网在通信管网中的运用是大势所趋, 很好地满足当前的通信管网管理和维护上的诸多需求。但尚有一些技术问题需要进一步完善。
4.1 网络内通信问题
无线传感器网络内正常通信联系中, 信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响, 尤其是在敷设在地下的通信管网而言, 如何提高无线传感器的传感功率进行安全有效通信将是个有待完善的问题。
4.2 系统能量供应问题
目前主要的解决方案有:使用高能电池;降低传感功率;此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。
4.3 传感器的防水问题
由于上海地区地势相对较低导致通信管道内普遍有积水, 环境较为潮湿。这对于安置无线传感器提出了更高的要求, 无线传感器需要有着极其好的防水渗透能力。
在以后的科技研发和实际运用过程中, 要充分根据无线传感器网络技术的自身的特点进行针对性研发、应用, 提升城市通信管网的管理水准。
摘要：无线传感器网络 (WSN, Wireless Sensor Network) 是一种自组织网络通过数据获取网络、数据分布网络和控制管理三部分核心部分组成, 本文充分根据无线传感器网络自身的特点和功能充分运用在通信管网和光缆管理以及在维护应用上发挥自身优势以及存在问题进行探索。
关键词：无线传感器网络,WSN,通信管网,应用
参考文献
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