第三章智能建造平臺體系WSN概述3.2

WSN與智能施工監測隨著社會的發展，通信技術發展得越來越快，無線通信技術的應用也越來越廣泛無線通信中一個新興領域,得到迅速的發展，并漸漸走向集成化、規模化數據獲取的重要手段，其在智能建造應用體系中的作用日漸凸顯，使用方法也日益成熟和規范2WSN概述——WSN定義3.2

WSN與智能施工監測局限定義1大規模、無線、自組織、多跳、無分區、無基礎設施支持的網絡。網絡節點是同構的，網絡成本較低、體積較小、大部分節點不移動，被隨意散布在工作區域。網絡系統有較長的工作時間WSN由大量的微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者無線傳感器網絡由若干個空間分布的自主傳感器組成，用于監控物理或環境條件，如溫度、聲音、振動、壓力、運動或污染等，同時通過協同網絡將數據傳遞到某個地方定義2定義33無線傳感器網絡(WirelessSensorNetworks，WSN)WSN概述——WSN特點3.2

WSN與智能施工監測+01+02+03+04+05分布式和網絡自組織規模大且密度高網絡拓撲動態變化以數據為中心源受限4WSN概述——WSN特點3.2

WSN與智能施工監測分布式和網絡自組織沒有設置中心節點，所有的節點都擁有相同的權限，各節點之間都是通過分布式算法來協調，自動將所有節點組織到一起01規模大且密度高常由成千上萬個傳感器節點組成，覆蓋區域大，節點密集；網絡的規模大、密度高、存在冗余節點，造價相對便宜02網絡拓撲動態變化拓撲結構通常是不斷變化的，節點的移動、故障、節點能源的耗盡、新節點的加入、無線信道的不穩定等都可能造成結構的變化03以數據為中心傳感器節點隨機部署，構成的傳感器網絡與節點編號之間的關系是完全動態的，表現為節點編號與節點位置沒有必然聯系04源受限無線傳感器網絡通常用于一些特殊場所和領域，傳感器往往在價格、體積和功耗上受到限制，單個節點的計算能力、存儲空間、續航能力相對較弱，無法做大規模的存儲和計算055WSN體系結構——網絡結構3.2

WSN與智能施工監測局限無線傳感器網絡結構傳感器節點信息收集和數據處理，對其他節點轉發來的數據進行存儲、管理和融合等匯聚節點連接傳感器網絡與Internet外部網絡的網關，實現兩種協議間的轉換管理節點所有者通過任務管理節點訪問無線傳感器網絡的資源6WSN體系結構——感知節點結構3.2

WSN與智能施工監測A傳感器模塊B處理器模型C無線通信模塊D供電管理模塊感知節點結構示意圖7WSN體系結構——感知節點結構3.2

WSN與智能施工監測3142感知節點結構的核心，包括處理器和存儲器兩部分，節點的所有功能及任務進度都需要它來協調完成處理器模型提供并管理電能，在具體應用中，要根據能耗情況選擇供電設備，用電量小的則可以選擇微型電池供電管理模塊包括傳感器和AD/DC轉換器（模擬數字轉換器），傳感器部分負責采集信息，AD/DC轉換器負責模數信號轉換傳感器模塊由信號接收器、信號發射器等部件構成。無線通信模塊的主要功能是和其他無線網絡傳感器節點進行通信無線通信模塊8WSN體系結構——感知節點的限制條件3.2

WSN與智能施工監測微型嵌入式設備，要求價格低、功耗小導致其攜帶的處理器計算能力比較弱，存儲容量小數據的采集和轉換、數據管理和處理、應答匯聚節點的任務請求和節點控制傳感器感知節點體積很小，攜帶的能量有限分布廣泛，能量無法及時補充感知節點消耗能量的模塊：傳感器模塊、處理器模塊和無線通信模塊電源能量有限計算和存儲能力有限感知節點各個模塊的能量消耗情況示意圖9WSN的協議棧3.2

WSN與智能施工監測ABCDE物理層無線傳感器網絡的協議棧負責生成載波，并對載波進行調制、解調數據鏈路層把數據流封裝成幀、幀檢測、介質訪問控制和差錯控制網絡層負責路由的生成、選擇和維護傳輸層負責對數據流進行傳輸控制應用層為基于監測任務的應用軟件進程服務10WSN的協議棧3.2

WSN與智能施工監測無線傳感器網絡的協議棧細化模型11WSN的協議棧3.2

WSN與智能施工監測在該模型中增加了時間同步和定位功能，，它們既要依賴于數據傳輸通道進行協作定位和時間同步協商，同時又要為網絡協議各層提供信息支持。拓撲結構的控制集中在數據鏈路層和網絡層，基于服務質量的管理集中在傳輸層、網絡層和數據鏈路層的協議中。能量、安全和移動管理則跨越了網絡中的應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層。12WSN安全問題3.2

WSN與智能施工監測安全路由安全路由協議一般采用鏈路層加密和認證、多路徑路由、身份認真、雙向連接認證和認證廣播等機制安全協議密匙管理：無線傳感器網絡有諸多限制；安全傳播：在無線傳感器網絡中實現基于源端認證的安全組播13WSN在健康監測中的應用——工程簡介3.2

WSN與智能施工監測局限西安奧體中心體育場建于西安國際港務區，是2021年第十四屆全國運動會的主場館。奧體中心體育場主要由“一場兩館”組成，呈“品”字形布陣，一場是指主體育場，兩館分別是指體育館和游泳館。體育場看臺上空覆蓋了完整的環狀鋼結構罩棚，上部鋼結構罩棚采用徑向懸挑主桁架＋環向次桁架＋水平支撐結構體系，下部混凝土結構采用框架-剪力墻結構體系。從上空往下看，體育場鋼結構罩棚平面近圓環形，東西高、南北低，立面呈馬鞍形，其外輪廓線南北最大長度約335米，東西約321米，罩棚最大寬處約74米，最窄處約45米。14WSN在健康監測中的應用——監測系統總體設計3.2

WSN與智能施工監測局限特點目的措施原因大型空間結構建筑物；投資金額大、設計使用壽命長、建筑規模龐大，長期受到自然環境、自身材料老化、地基不均勻沉降影響為了保證重大空間結構建筑物的安全性、耐久性和適用性，需要對大型空間結構建筑進行實時健康監測一是監測點布置繁多，現場線纜布線困難且成本也比較高；二是布線凌亂復雜，不利于后期的管理和維護，還存在安全隱患結合WSN與無線通信技術，利用先進的健康監測手段和方法，對健康監測系統進行總體設計，建立長期有效的健康監測系統15WSN在健康監測中的應用——監測系統總體設計3.2

WSN與智能施工監測局限感知層通信層管理層16WSN在健康監測中的應用——監測系統總體設計3.2

WSN與智能施工監測局限感知層：負責監測區域內健康監測數據的實時采集，是整個健康監測系統的基礎核心部分01通信層：負責的是監測系統數據傳輸協議的轉換，是實現無線遠程健康監測系統的關鍵，主要包括ZigBee通信網絡、嵌入式網關、GPRS通信網絡02管理層：為管理人員提供監測系統中各測點的監測信息，為下一步實現對監測數據的智能分析、結構的智能診斷、系統的分級預警提示等提供平臺03管理層通信層感知層17WSN在健康監測中的應用——監測系統總體設計及數據分析3.2

WSN與智能施工監測局限用戶界面設計健康監測系統組成用戶正確輸入自己的賬號和密碼即可進入到健康監測系統的主界面，可查看基本監測信息無線監測系統界面設計可以查看監測系統中開發的各個功能，包括監測設備總覽、監測數據實時顯示、歷時監測數據回放、監測數據導出等監測數據實時界面設計通過查詢