
图表3 Loch Rannoch 工程的预测维护系统监测引擎室内的泵和马达的工作状态。这些机械设备被安装了大约150 个加速度器。加速度器探测出的震动数据用于评估当前的操作环境。当磨损或撕裂现象出现时,则无线传感器网络中的Mote 和网关通过无线通信发送警告。
数个Mote 构成了一个由网关控制的子网。Mote 通过IEEE 802.15.4 的直接扩频调制技术将采集到的数据转发给网关。由于英国政府的限制,工作频段被调整到英国标准的868MHz 。然而系统的工作频段是可调的,但对于工作于国际环境极为重要。因为各国的许可标准往往不尽相同。
网关之间通过IEEE 802.11 构建了一个mesh 网络,将所有的数据传递给主控网关。该网关将数据传递给后台的数据存储服务器。每个网关都有2GB 的内存,这确保在网关与船上的网络失去连接时,仍能够采集并暂时储存来自Mote 的数据。
问题与解决方案
多方面因素
在Loch Rannoch 工程中,BP、Crossbow 和Intel 公司都遇到了许多问题,这些问题都需要在工程实施前解决。船体的金属构架和密集的机械设备使引擎室射频传输的可能性微乎其微。“金属是射频能量的一个强大的反射体,”Crossbow 科技公司高级应用工程师John Suh 指出。“金属对射频信号产生种不良影响,因此就没有办法通过发送接收装置得到信息。
解决这个问题就是建立一个mesh 网络。在这种网络中,每个节点都能与其相邻节点通讯。节点上的数据将被相邻节点一次次的转发直到这些数据到达一个控制器或采集站。这样的数据传输的多重路径使得这个网络十分可靠。一旦一个节点时效,其他节点仍能够直接的,或通过一个或几个中继节点相互通信。
“不同于传统的点对点连接,mesh 网络提供大量的不同路由,”BP 公司的Cassar 说。“每个节点协同其他节点都能探测到任何角落的信息,这种功能是点对点网络所无法做到的。而mesh 网络的灵活性能解决这样的问题。”
设备安全性
另外一个与环境相关的问题是设计一个能装载Mote 和电池的安全性较高的外壳。Crossbow 在这个阶段的另一个任务是开发一套适合BP 设备的商用系统。“我们充分学习了封装技术,并且设计出了一款高安全系数且适合工程应用和环境的的特殊外壳。”Suh 说。
如何处理所有数据
在项目的最后阶段,项目组又面临一个严峻的问题,那就是要想准确地确定机械问题的所在,必须获取大量的震动数据并对之进行分析。而挑战在于如何协调大数据量传感器监控数据的采集和低速率网络传输协议(IEEE 802.15.4)用于Mote 和网关之间的通信之间的关系。
具体的解决方案是通过在Mote 上处理大批的数据,来减少传输给网关的数据量。刚开始时,Mote 用的是8 位的处理器,然而这被证明满足不了大量数据处理需要的。所以Intel 和Crossbow 采用了Intel 32 位的X-Scale 处理器代替原有的8 位处理器。