基于无线图像传感器网络的野生动物监测系统数据可靠传输研究

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1、基于无线图像传感器网络的野生动物监测系统数据可靠传输研究　　摘要野生动物监测是野生动物保护、管理和可持续利用的重要环节。针对传统监测方式效率低的缺点，本文设计了基于无线图像传感器网络的野生动物监测系统；重点设计了基于STM32F1芯片和XbeePro模?K的终端节点和汇聚节点硬件电路，并在ZigBee协议的应用层设计了数据重传网络传输协议。试验结果表明，系统能够实现野生动物监测图像数据的自助采集、无线可靠传输，在协调节点与终端节点相距100m、150m、200m和250m时，有应用层重传协议的节点丢包率分别为0.64

2、%、0.94%、1.46%、1.83%，相较于无重传协议的节点，传输可靠性有显著提高。　　【关键词】野生动物监测无线图像传感器网络数据可靠传输网络节点　　1引言　　野生动物监测是保护珍贵濒危野生动物，可持续利用野生动物资源的重要环节[1，2]。为克服人工野生动物监测费时费力的缺点，卫星监测、“3S”技术和无线电项圈等技术开始应用于野生动物调查[3-5]。但这些监测方式在准确性和实时性等方面存在不足。例如，卫星监测周期长，难以监测局部信息。红外相机捕获野生动物图像，省时省力，费用低，已成为野生动物调查的利器[6-8]。

3、但如何将图像实时传输给研究者和管理决策部门，成为野生动物相机监测面临的重要问题。　　无线图像传感器网络技术以低功耗、低成本等特点受到研究人员广泛关注，在农业、环境和工业监测等领域有广阔的应用[9-，11]。无线图像传感器网络可以克服野生动物相机监测数据无法及时传输等问题。　　目前，无线图像传感器技术在实际的野生动物监测尚不多见。VladimirDyo等人[12]采用RFID-WSN实现了獾的位置监测，但无法实现野生动物图像监测。RaviBagree等人采用无线传感器技术设计了TigerCENSE节点实现了老虎的监测[

4、13]，但仅在动物园进行相关实验测试，没有在森林环境中运行。Garcia-Sanchez等人利用Imote节点开发了感兴趣区域移动目标监控系统[14]，实现了经过公路通道的野生动物的跟踪，但监测范围有限。另外，上述设计都没有对监测数据可靠传输问题进行讨论。　　论文针对野生动物监测数据无法及时传输给研究者的问题，对现有野生动物监测系统和无线传感器网络充分研究的基础上，设计了基于无线图像传感器网络的野生动物监测系统，并且为适应野生动物监测，在ZigBee协议应用层设计数据重传机制，实现了野生动物图像数据可靠传输。　　2基

5、于无线图像传感器网络的野生动物监测系统　　2.1监测系统基本结构　　该系统由无线图像传感器终端节点、汇聚节点、本地数据监测中心和远程数据监测中心等构成，结构如图1所示。　　图像传感器节点和路由节点部署在野生动物监测区域内，以自组织的方式构成无线图像传感器网络，野生动物进入监测视野时，触发相机拍照，将采集到的图像以及温湿度等信息以多跳的网络方式传送到汇聚节点，汇聚节点负责接收和融合网络中所有节点的信息，并通过网关节点将数据传输到本地监测中心，监测中心软件对接收的数据进行分析、处理、存储和图形化显示，实现了野生动物图像及

6、生存环境实时在线监测。本地监测中心可以根据实际需要将获取信息上传网络，有关研究人员和部门可以及时获取数据，从而详细掌握野生动物生存状态等信息。　　2.2无线图像传感器网络节点硬件设计　　2.2.1无线图像传感器网络图像采集节点硬件设计　　无线图像传感器网络图像采集节点负责野生动物图像采集、温室度等信息采集以及数据的无线传输。它由处理模块、温湿度传感器模块、图像采集模块、无线通讯模块、存储模块和电源模块等组成。图像硬件节点结构图和实物如图2、3所示。　　处理器模块以ST公司的STM32F103VET6微控制器为核心，该

7、控制器是以ARMCortex-M3为内核，工作频率最高72MHz，具有多种标准和通信接口（I2C、SPI、SDIO、USART）。带有灵活的静态存储器控制器，支持SD卡，方便数据存储。　　无线传输模块采用XBee-PRO900HP，它和单片机通过串口或SPI接口连接，并通过API协议通讯。该模块采用了Digimesh的网络协议，可自组织成无线传感器网络。　　图像采集模块由CMOS图像感光元器件OV775和缓存芯片ALB422B组成，利用SCCB总线协议配置摄像头不同格式输出、分辨率调整、亮度和增益等。　　SL620人

8、体感应模块是基于红外线技术的自动控制产品，灵敏度高，感应距离在0-20m，可靠性强，超低电压工作模式。　　2.2.2无线图像传感器网络汇聚节点硬件设计　　无线图像传感器网络汇聚节点负责汇聚野生动物图像信息，以及通过以太网传输到本地管理中心或者通过3G网络上传服务器。汇聚节点在终端节点的基础上增加了以太网模块和3G无线路由器模块，其结构图和实物图