什么是物联网技术(散货船舱识别的物联网设计与路由算法改进)

随着国内经济的稳定和复苏，欧美市场的复苏，以及上海国际航运中心建设的加快，我国港口的货物吞吐量显著增加，但散货国内大多数港口仍然使用人工装卸设备，自动化水平较低。此外，该港口被认为具有行业中最复杂的环境[1](高温、强风、暴雨、大雪和其他严峻的考验)，不适合铺设电缆网络。因此，将无线通信技术应用于码头运营，对对提高码头运营效率，提升港口智能化具有重要意义。

目前，物联网技术已经逐渐应用于国内外港口运营管理中。施密特雷内综合运用调频广播技术、加速度计、IEEE 892.15.4无线通信协议和全球定位系统对集装箱运输安全进行监控。Laniel M-pin对射频识别技术对金属外壳包装的集装箱监控进行了相关研究，实验表明天线位置最好放在侧面，使用433 MHz通信效果最好[3]。里佐弗朗切斯科等人将射频识别技术应用于集装箱的安全管理，给出了详细的技术路线，并进行了相关实验，得出系统可靠的结论[4]。彩亨缘将射频识别技术应用于集卡道港，实现了集装箱自动识别，提高了工作效率[5]。刘千波利用无线通信技术实现了中央控制室与卸船机之间的无线通信，为公司创造了良好的效益。林健伟利用码分多址技术将卸船机的可编程控制器与外部网络连接起来，改善了卸船机的故障报警功能，形成可视化界面，实现了对卸船机的实时监控[7]。

在路由算法方面，紫蜂主要采用三种路由算法：簇树、簇树和簇树。其中，聚类树算法和AODVjr算法各有优缺点。最后一种结合了上述两种路由的优点，但与对相比路由开销仍然相对较大。许多学者针对对现有的路由问题提出了一些改进算法。郭状辉提出了一种紫蜂路由算法来减少路由开销，该算法根据目的节点和源节点的深度进一步限制了传输范围，并根据树形结构限制了路由的转发方向，从而减少了路由开销[11]。在刘伟针，对机场现场监控中，提出了一种基于地理位置信息的紫蜂路由协议。在原有AODVjr算法的基础上，采用了路由期望域和寻找域的方法，使得路由具有更高的目的性和方向性，有效地降低了路由开销和时延[12]。

本文利用CC2530芯片设计基于紫蜂技术的无线传感器节点模块，利用OPNET软件模拟对的紫蜂网络，寻找合适的网络拓扑结构。再次，利用紫蜂节点对实际网络进行测试，通过实验验证了该方案在机舱边缘识别中的可行性。最后，结合本文的应用背景，对紫蜂路由算法进行了改进，并通过仿真进行了验证。

1物联网机舱识别系统设计

1.1基于OPNET的紫蜂网络仿真

在实际组网之前，可以使用仿真软件模拟实际场景，考察ZigBee网络在数据传输和接收时延、通信丢包率等各个方面的性能。

图1示出了机舱识别模型，其中全球定位系统紫蜂模块放置在机舱的四个角落，全球定位系统中的数据通过RS232通信协议与紫蜂模块通信，紫蜂模块将全球定位系统发送的位置信息无线发送到网关节点或中央节点。在接收到所有全球定位系统节点的位置信息后，可以初步获得机舱边缘的形状和机舱的位置，在信息到达网关节点的途中，数据通过由紫蜂节点组成的无线传感器网络进行转发。

图1客舱识别模型

1.1.1网络拓扑结构

在建立网络拓扑之前，该船被设定为9万吨级散货船，长150米，宽12米。显示了仿真网络拓扑

通过配置服务和收集统计数据，节点router _ 5 ~ 8将数据转发到中心节点，其他节点(主要是路由节点)负责转发来自节点5 ~ 8的数据包，模拟时间设置为10分钟。在实际的网络应用过程中，数据接收的可靠性、丢包率和数据延迟是需要考虑的两个主要指标。此外，当节点发生故障并移动时，还需要考虑网络是否可靠工作以及数据能否正常传输。

(1)理想条件下的节点数据发送和接收

在图3所示的数据收发中，第一幅图显示了协调器的应用层接收的数据，接下来的四幅图显示了节点5-8的应用层发送的数据。从图3可以看出，发送和接收的数据基本相等，满足了组网要求，即保证了数据传输的稳定性。

(2)节点数据发送和接收延迟

此外，还需要考虑网络延迟，延迟如如图4所示。

纵坐标的单位是秒，横坐标的单位是分。从图4可以看出，平均延迟为0.023秒，除了初始阶段的大延迟外，后续延迟显示稳定状态。

(3)节点发生故障，节点移动时的数据收发

在实际应用过程中，节点可能会发生故障，所以这里进行网络仿真是为了模拟一个节点的故障。在该模拟中，节点4在第五分钟被移出通信范围，这相当于节点4的故障。具体模拟结果见如图5。

图3数据传输和接收

图4数据收发延迟

图5节点故障模拟结果

在数据传输的过程中，实际的中船会震动。本文通过设置节点的轨迹来模拟实际中船的运动。以节点为中心，将节点运动范围设置在2 m以内。仿真结果显示在如图6。从图6可以看出，当节点4-8的移动幅度不大时，接收和发送的数据数量相等，也就是说，节点的移动基本上不影响数据传输。因此，紫蜂技术符合应用要求。(节选)