通信工程師論文衛星通信在林業中的應用

　　測試硬件環境為原野無線傳感器節點(FieldServer)、Digi公司的M10衛星調制解調器;測試操作系統為CentOS6.2,衛星傳輸系統代碼編寫語言為C,邏輯結構圖如圖3所示。測試地點為中國林業科學研究院的白皮松人工純林(116°14'31″E,40°0'17″N),該林分面積0.57hm2,株行距1.67m×1.67m,現存活立木800多株,郁閉度約為0.8。

　　《當代通信》秉承“為企業服務”的宗旨，積極宣傳政府宏觀產業政策、關注產業最新動態趨勢、傳播現代企業管理理念、解讀信息產業營銷策略、預測通信市場發展前景、探索企業創新模式、推介最新通信技術產品、助力信息產業發展。并努力成為：政府、通信企業和社會之間的橋梁;通信企業了解通信技術發展趨勢和市場競爭態勢的窗口;通信科研、技術、管理的專家、學者的論壇;國內外通信制造商捕捉商機，發布觀點的平臺。

　　1用戶任務定制

　　通過用戶任務定制模塊結合用戶控制指令下傳模塊,用戶可以根據自己的需求,定制自己的監測任務,遠程獲得特定時間段的數據。定制監測數據類別分為林業傳感器數據類型、圖像數據類型等多種類型。用戶通過指定監測的開始時間、結束時間、監測數據類別及監測時間間隔參數,可以靈活獲得指定時間段的監測數據。

　　2野外測試與分析

　　2.1測試環境

　　測試硬件環境為原野無線傳感器節點(FieldServer)、Digi公司的M10衛星調制解調器;測試操作系統為CentOS6.2,衛星傳輸系統代碼編寫語言為C,邏輯結構圖如圖3所示。測試地點為中國林業科學研究院的白皮松人工純林(116°14'31″E,40°0'17″N),該林分面積0.57hm2,株行距1.67m×1.67m,現存活立木800多株,郁閉度約為0.8。衛星傳輸系統通過FieldServer傳感器節點獲取白皮松林的空氣溫度、濕度、風速、土壤溫度、濕度、光強度、降水量信息及圖像數據,并通過M10衛星模塊對獲取的林業傳感器數據和圖像數據進行傳輸。FieldServer是一個小型的監測傳感器節點,集多種傳感器、無線網絡以及處理器于一體。一個原野服務器節點主要分為數據板模塊、網絡照相機和Wi-Fi路由器3個部分。數據板模塊可連接多種傳感器,并對傳感器進行管理和數據的采集;測試采用的傳感器主要有空氣溫濕度、土壤溫濕度及水分、日射、CO2濃度、近紅外等類型。網絡照相機負責圖像數據的采集;Wi-Fi路由器通過Wi-Fi將傳感器數據和圖像數據上傳到網絡。

　　2.2測試結果及分析

　　為驗證衛星傳輸系統的可靠性及實用性,筆者在2013年2月2日對白皮松林獲取的傳感器測試數據和圖像測試數據進行分析。獲取的傳感器測試數據、圖像測試原始數據及GZIP壓縮后解壓縮圖像結果見圖4。為獲得衛星模塊的傳輸速率,在衛星信號良好的情況下,對500Byte的傳感器數據進行上傳,經多次測試,上傳測試結果如圖5所示。通過對多次測試數據求平均,衛星模塊的數據傳輸速率穩定在31.27Byte/s。為獲得傳感器設備最佳采集時間間隔,在研究中通過調整傳感器設備的數據采集間隔,獲得固定時間內的數據剩余累積量作為衡量指標。在衛星信號良好的情況下,測試在1h時間內不同數據采集間隔傳感器數據的剩余累積量,多次測試結果見圖6。通過圖6可以看出,在1h的時間范圍內,設置傳感器數據的采集間隔約100s時,傳感器數據的采集量為2556Byte,成功發送數據量為2501.6Byte,剩余累積量55.4Byte,趨近于零。這表明,在衛星信號良好的情況下,衛星傳輸系統能對采集間隔為100s的傳感器節點獲得的林業數據進行及時上傳而不產生累積。

　　3結論

　　針對無線傳感器網絡在林區無網絡覆蓋區域無法進行數據傳輸的問題,筆者設計并實現了一種基于衛星傳輸的數據通信系統。該系統基于ORB-COMM衛星網絡,能通過DigiM10衛星通信模塊進行數據傳輸。ORBCOMM衛星網絡提供全球范圍內全天候的數據傳輸服務。系統基于該衛星網絡,采用主動和被動兩種方式,通過RS232串口和以太網口讀取無線傳感器節點數據,并對獲得的林業傳感器數據和圖像數據進行上傳。同時,為便于圖像數據上傳,衛星傳輸系統對圖像數據進行分塊和無損壓縮處理。考慮用戶交互,衛星傳輸系統設置了靈活的人性化的用戶采集任務調度。用戶可以定制自己需要的某個時間區段的固定時間間隔內的采集數據,從而進一步提高了衛星通信系統在林區的實用性,為決策者提供更多的客觀分析數據。測試結果表明,對于40kB左右的圖像數據進行GZIP的壓縮比為4.06,減少了數據的上傳量,節省了傳輸資源,縮短了傳輸時間。當衛星信號良好時,模塊傳輸速率穩定在31.27Byte/s,當傳感器節點的采集數據間隔設置在100s時,衛星傳輸系統能及時將獲得的數據進行上傳而不產生數據的累積,滿足了林區數據上傳的需要,對在無網絡覆蓋的林區推廣無線傳感器設備具有重要意義。此次通過衛星通信模塊對無線傳感器設備在林區野外無網絡覆蓋區域進行數據傳輸獲得了較好的結果。但衛星通信會受到天氣等自然因素的影響,如在云層覆蓋密集的情況下,云層會干擾衛星信號,導致連接不穩定,中斷圖像等大數據的傳輸,致使數據難以實時上傳。為加大衛星模塊在林區野外的適用性,這將在以后進行進一步的研究。