郭 峰

（上海海事大学 中国 上海 200135）

0 引言

海洋运输对于我国经济发展的意义十分重大，为了实现现代化的航运发展，适应现代航运发展的要求，加强对于内河航运的管理，我们必须进行现代航运科技建设，对航道进行数字化和信息化管理，采取无线传感器网络节点系统，将会降低船舶的通信成本，提高航行的安全性和可靠性。

1 无线传感器网络通信系统的组成

近年来，航运事业不断发展，人们对于船舶航行所需的数据信息越来越关注，而航道信息的采集则显得越为的重要，航道信息的采集涉及多个方面，其中通过无线传感器设置不同的传感器节点，测量航行所需的实时数据，形成数字化网络，用以解决对于航道安全航行所需要数据的实时检测[1]。无线传感器网络应用于航道信息的采集，对于航道的建设，规划，管理，维护起着关键性的作用。 航道无线传感器监测网络可以用于航道保护，监测港口设施的磨损，进行港口设施维护，船舶助航，可以有效的保护航道环境。船舶通信中的无线传感器网络技术是将数据采集，数据传输，数据处理等功能集于一身的技术手段，它将通信卫星，船舶，地面管理系统，无线传感器检测网络有机的结合，利用遥感遥测技术进行动态实时的监测管理，形成了测量航道信息并且及时进行数据传送的可靠系统。

为了满足船舶航行所需信息的测量，实现海上航行信息采集的便捷化、信息化，航道无线传感网络通信系统主要由三个部分组成:航道检测系统，数据通信与传输系统，数据处理系统。

图1 无线传感器网络通信系统的组成

航道检测系统主要负责采集航道实时所需数据，并且将数据传送给数据处理中心。本文采用的航道立体检测，其目标是检测系统的高效率与低成本，实现对航道实时信息的及时掌握[2]。其中无线传感器网络检测系统由四个模块组成:电源模块，传感器，微控制器，无线收发装置。为了使无线传感器网络能够合理的应用于实际的航道数据检测中，我们考虑对于无线传感器网络节点面进行合理有效的网络布局，使传感器网络部署简单适用，并且考虑使传感器网络长时间稳定工作，同时合理控制价格，采用低成本、高效率的网络节点。

数据通信与传输系统，主要负责将实时收到的数据进行简单处理，通过无线传感器网络节点采集信息，将航道内的船舶航行速度，航道内水深，风速，水流速度，浪高等信息进行实时采集并且及时传输给地面控制系统和航行中的船舶[3]。

2 无线传感器网络检测系统结构设计

航道无线传感器网络分为水面无线传感器网络和水下无线传感器网络[4]。其中水面无线传感器网络是采用无线电波信号进行通信和组网，它可以用来监测航道船舶航行的船速，波高，航道内的风速，风向，水位变化，水温等，水下无线传感器网络采用声波进行通信和组网，可以监测水下污染物，悬浮物体。建立立体的水面传感器监测网络，便于实时测量航道数据的变化情况，有助于对于航道进行全方位的监测，对于船舶的引航，助航起到积极作用。

航道检测系统是有多个由锚，锚绳，海面浮标等组成的个体有规律的部署在一起，浮标上面设置有无线通信设备，方便与岸上控制基站，通信卫星进行通信联系，锚绳上设置有传感器节点，用于检测水下数据。水下无线传感器网络通过声波方式传播信息，然后汇聚到水面无线传感器网络。

无线传感器检测网络采用立体的检测网络，可将陆地基站网络，水面无线传感器网络，通信卫星，航道内船舶有效的联系起来，通过无线电波进行数据传输，行道内主要采用水面无线传感器网络进行数据采集，水面无线传感器可以直接与卫星进行通信，并且负责与水下无线传感器网络进行连接，水下无线无线传感器由于具有高延时，高误码率，充电困难，价格高等诸多的局限性，因此在选取测量对象时，尽量采用水面无线传感器网络，以保证系统的稳定性与实用性。对于无线信号衰减明显的情况，水下无线传感器网络节点则采用声波信号进行，这样可以保证传感器信号的及时准确。水下无线传感器将检测到的水流速度，水温等信息，通过无线传感器网络节点自组织传递给汇聚节点，与水面无线传感器网络节点进行数据汇总，以无线信号的传播方式通过信息发送装置将信息传递数据处理器。

我们考虑建立一种稳定并且可以全面覆盖整个航道的检测系统，这种检测系统可以长时间的搜集整个航道内实时感知的数据，通过这些数据的监测，可以让我们更加了解航道内的具体航行情况，从而解决航道内船舶航行所遇问题，如船舶流量，航道内悬浮障碍物，水流速度等以便对于航道内航行的船舶进行实时导航。

3 无线传感器网络节点的优势和发展

通过在航道上建立的无线传感器网络，不仅可以及时和地面控制系统，通信卫星进行数据通行，同时还可以通过水面上的无线传感器网络和船舶上的无线网络进行直接通信，这样即可以提高数据传输的及时性与准确性，同时还大大的提高了经济效益。

在一个固定区段的航道内，对航行信息进行实地的测量，通过无线传感器网络的水上节点和水下节点采集所需的主要信息，通过信息汇聚节点将原始信号传送给监视主机，可以及时准确的了解航行所需的信息，通过节点的测量了解到单位时间段内通过该段航道内的船舶数量，船舶运动方向，水深，浪高，水温，天气变化情况，水流速度，同时可以区分水面漂浮物体。通过分析各个数据的变化情况，了解整个航道内的船舶适航情况。

无线传感器网络通过节点对整个航道的水深进行实时的测量，其测量结构能够真实的反应整个航道内的水深变化情况为船舶的航行制定及时准确的通行标准，对于不同船舶的通行区域进行及时准确的划分。

功耗是无线传感器节点的运行的稳定的关键，他关系到整个网络的稳定性与维护所需的成本。因此选取适当的传感器节点，选取适当的信息处理方法，对于整个无线传感器网络的稳定性至关重要。无线传感器网络节点工作主要在四种状态下工作，信号采集，信息处理，信息传送状态和休眠。而在四种状态下的能耗中，可以清楚的发现在信息传送状态下的能耗是最大的，因此将所采集数据进行必要的整理对于整个无线传感器网络的节能起着至关重要的作用。

4 结果分析

本文提出了基于无线传感器网络技术的海上信息通信系统，其中包括无线传感器网络的布局方式，无线传感器网络的发展优势，为了方便了解海上的交通情况。无线传感器网络通过测量船舶流量，船舶速度，水深，波高，水温，水流速度，风向等参数，分析整个海上通行情况。通过对航道交通信息的采集，以达到对交通控制和诱导等方面的要求，不断增强对于交通的有效使用和管理，增进交通安全，提高交通效率。

［1］http://www.eepw.com.cn/event/topic/WirelessSensor/.

［2］罗继业.海洋环境立体监测系统的设计方法[J].海洋通报，2006.

［3］罗汉江.海洋监测传感器网络关键技术研究[D].

［4］王静，等.水下无线传感器网络[J].声学技术，2009.