第19卷第3期2006年6月传感技术学报CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSVol.19No.3Jun.2006StructuralHealthMonitoringBasedonWirelessSensorNetworksYEWei2song,YUANShen2fang(ThekeyLabofSmartMaterialandStructuralInstitute,NUAA,Nanjing210016,ChinaAbstract:Structuralhealthmonitoringisanimportantresearchinterestinthesmartmaterialsandstructurefield.Thispaperintroducesthemostpromisingtechnology,wirelesssensornetworkanditsuseinthestructuralhealthmonitoring.Thearchitectureofwirelesssensornetworkandtheissuesaboutitwerein2troduced.Anexperimentsystemwasdesignedforthespecialdemandinthisnewfield.Someroutingpro2tocolsandapplicationprogramsweredeveloped,suchasmulti2hoprouting,multi2sampleandrobustness.Basedonthesesoftware,weimplementloadinglocationandfastenerfailure.Keywords:structuralhealthmonitoring;wirelesssensornetwork;routingprotocolsEEACC:6150C;6210无线传感网络在结构健康监测中的应用叶伟松,袁慎芳(南京航空航天大学智能材料与结构研究所,南京210016收稿日期:2005207222基金项目:国家自然基金项目资助(90305005作者简介:叶伟松(19822,男,在读硕士,从事测试计量技术及仪器研究,wenqiuye@126摘要:将无线传感网络引入结构健康监测中。根据无线传感网络的体系结构和性能标准,提出了应用在结构健康监测里的一些特殊需求。设计了一套实验系统,在此基础上,开发出几种网络协议和应用程序,实现了多跳路由,多参数采集和网络抗毁性,并应用这些程序,协同完成了载荷定位和紧固连接件松动诊断。实验证明,无线传感网络在结构健康监测中应用前景广阔。关键词:结构健康监测;无线传感网络;路由协议:TN915文献标识码:A:100421699(20060320890205结构健康监测系统于仿生,是多种学科交叉作用的共同产物[1]。它采用埋入或者表面粘贴的传感器系统作为神经系统,能感知和预报结构内部的缺陷和损伤。具有诸多优点的结构健康监测技术可被广泛应用于航空航天、船舶工业、民用建筑等诸多领域。随着传感器、微机电系统和网络三大技术的发展,出现了无线传感器网络这一全新的信息获取和处理技术。如今,无线传感网络可以由一平方英寸大小,小于一瓦特的很多小单元组成。它们通过一个或者多个微型控制器跟各种各样的传感器和无线收发装置连接起来。很多研究人员预测,借助于半导体处理器的发展,传感网络单元可以缩小到用显微镜才能看到的程度,将通信、应用微电子技术的传感器、低功耗的半导体逻辑技术整合在一块极其微小的芯片上,它们像尘埃一样散布到各种各样的物理环境中,甚至可以采用周围的能量作为电力。本研究将无线传感网络应用到结构健康监测中,以一个网络实现了多跳路由,多参数采集以及网络抗毁性,并借助这些协议和程序,进行载荷定位和紧固连接件失效诊断。1无线传感网络体系结构特点无线传感器网络体系结构如图1所示。它由三个主要部分组成[2]:传感节点,终端节点(Sink和观察对象。传感节点散布在观察区域内采集与观察对象相关的数据,并将协同处理后的数据传送到Sink。Sink可以通过Internet或通信卫星实现传感器网络与任务管理节点通信。图1无线传感网络体系结构无线传感器网络体系结构中存在着下列影响路由协议设计的因素:(1网络动态:大部分网络体系结构都假设传感节点是静态的,而Sink是可移动的。观察对象的移动或静止则取决于不同应用程序的要求。(2网络拓扑:分为固定和自组织两种拓扑配置方式。固定情况下,手动配置节点,数据通过预定路径传送;自组织情况下,节点以adhoc方式随机散布。(3数据发送模式[3]:根据不同的应用程序,可将数据发送模式分为连续模式,事件驱动模式,查询驱动模式和混合模式。(4节点类型:通常所有的传感节点都为同构的。在需要不同功能的传感器的应用中,也存在异构的传感节点。近来还有人[4]提出采用特殊的能源局限性弱的节点来充当兼具转发,传感和聚集数据三种功能的传感节点。(5路径选择:存在多跳和单跳两种选择方式。无线射频的发送能量与距离的平方成正比,多跳路径的能源消耗比单跳路径少,故多采用多跳路径。但由于多跳路径...