基于IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的韓國氣象局天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案

位于朝鮮半島西南端 60 英里的濟(jì)州島是韓國最大的島，面積達(dá) 706 平方英里，以旅游和變化多樣的氣候樣而聞名。由于南面的暴風(fēng)雨經(jīng)常在島上登陸，再經(jīng)過大陸，因此濟(jì)州島成為韓國氣象局（KMA）預(yù)測(cè)天氣變化的主要的數(shù)據(jù)源。

不論是臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)，還是暴風(fēng)雨天氣，KMA 緊密追蹤濟(jì)州島的天氣狀況。在過去，KMA 采用有線溫度和風(fēng)速感應(yīng)器，結(jié)合調(diào)制解調(diào)器和蜂窩無線電來執(zhí)行追蹤任務(wù)。然而，這種方式有幾個(gè)不足之處，一是在島上一些偏遠(yuǎn)地區(qū)搭牽電纜難度很大，另一個(gè)是數(shù)據(jù)傳遞帶寬有限。

系統(tǒng)集成商 KT Corp 現(xiàn)在在整個(gè)島上（包括海岸和山區(qū)）安裝約 300 個(gè) Firetide 無線感應(yīng)器節(jié)點(diǎn)，感應(yīng)器數(shù)據(jù)和視頻被傳送到網(wǎng)絡(luò)，被 KMA 實(shí)時(shí)獲取，以建立所謂的自動(dòng)天氣系統(tǒng) （AWS）。

Firetide 營銷經(jīng)理 Ksenia Coffman 稱，應(yīng)用這套系統(tǒng)后，濟(jì)州島的無線節(jié)點(diǎn)包括天氣感應(yīng)器，可檢測(cè)溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向和風(fēng)度、沉淀物、降雪、可視性、云層、地表溫度和地下溫度。通過追蹤濟(jì)州島的天氣系統(tǒng)，韓國希望提高惡劣天氣的預(yù)測(cè)，減才人員財(cái)產(chǎn)損失。

Firetide 感應(yīng)器節(jié)點(diǎn)符合低功耗無線個(gè)人局域網(wǎng)采用的 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)，KMA 分支機(jī)構(gòu) - 濟(jì)州氣象局（JRMA）可利用節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)據(jù)。

KMA 之前在島上安裝一個(gè)由 600 個(gè)有線感應(yīng)器組成的網(wǎng)絡(luò)。然而，有線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施在地理上存著很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)楦袘?yīng)器必須安裝在通訊電纜還沒到達(dá)的地區(qū)。這將導(dǎo)致高額的安裝維修費(fèi)和調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)發(fā)送費(fèi)用，也涉及了網(wǎng)絡(luò)可靠性問題。此外，通訊線每秒只能傳送 2400 字節(jié)的數(shù)據(jù)，這樣低的數(shù)率無法傳送視頻，或支持其它機(jī)構(gòu)和研究人員實(shí)時(shí)在線分享觀察數(shù)據(jù)，這正是 KMA 希望實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)功能。

為解決這些問題，KT Corp 提供了泛在感應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)（USN）+ Mesh 系統(tǒng)，包括 Firetide 無線感應(yīng)器節(jié)點(diǎn)。2006 年，KT Corp 開展了一系列的系統(tǒng)測(cè)試，據(jù) KT 未來技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 USN 研究部門 Hyung-Keun Ryu 稱。同年，公司在濟(jì)州島東北部采用無線網(wǎng)狀網(wǎng)，安裝幾個(gè)感應(yīng)器。節(jié)點(diǎn)可以在 2.5-10 公里范圍內(nèi)與其它節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)通訊，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為每秒 25 兆字節(jié)。

島上高 12-13 米的電塔和電線桿上安裝感應(yīng)器節(jié)點(diǎn)

2007 年，KT 在項(xiàng)目第二階段將測(cè)試觀察網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到濟(jì)州島南部。今天，公司在島上高 12-13 米的電塔和電線桿上安裝感應(yīng)器節(jié)點(diǎn)，同時(shí) KMA 廢除現(xiàn)有的有線感應(yīng)器系統(tǒng)。

島上現(xiàn)有地面天氣觀察技術(shù)將數(shù)據(jù)傳到 4 個(gè)有人守衛(wèi)的基站，另有 19 個(gè) AWS 無人守衛(wèi)的基站監(jiān)測(cè)重大的天氣變化?！拔覀兊挠?jì)劃是采用 Firetide 硬件，通過 USN 網(wǎng)絡(luò)連接所有 19 個(gè)站點(diǎn)，” Ryu稱：“這還在進(jìn)行中，一些站點(diǎn)已經(jīng)安裝了Firetide?！?/p>

新系統(tǒng)的每個(gè)感應(yīng)器節(jié)點(diǎn)以 2.4G 或 5GH 的頻段發(fā)送其 ID 碼，連同感應(yīng)器數(shù)據(jù)到鄰近的節(jié)點(diǎn)上，直至基站的 10 個(gè)感應(yīng)器網(wǎng)關(guān)之一。網(wǎng)關(guān)接著通過有線以太網(wǎng)連接發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器，KT 軟件翻譯數(shù)據(jù)，并將它傳送到一個(gè)集合點(diǎn)，或“總節(jié)點(diǎn)”上。JRMA 在那里采用專用軟件分析數(shù)據(jù)，將它傳送給 KMA 內(nèi)部的 ERP 系統(tǒng)，這樣 KMA 辦公室或其它機(jī)構(gòu)便可以共享信息。

“所有的觀察數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存在 KMA一個(gè)數(shù)據(jù)庫里” Ryu稱。

因?yàn)楣?jié)點(diǎn)支持兩個(gè)射頻頻段，Ryu 解釋稱，KT 可以建立一個(gè)適應(yīng)多變的地形和當(dāng)?shù)匾?guī)化的系統(tǒng)。5 GHZ 提供更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，Coffman稱，而 2.4 GHz 的穿透性更強(qiáng)。據(jù) Coffman 稱，傳輸?shù)木嚯x根據(jù)地形、路線和使用頻率而改變。

到目前為止，KT 已經(jīng)安裝了近 30 個(gè) Firetide 無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，覆蓋 600 平方公里的海岸地區(qū)。項(xiàng)目的目標(biāo)是 300 個(gè)節(jié)點(diǎn)，屆時(shí)將有 20 個(gè)網(wǎng)關(guān)。這些節(jié)點(diǎn)和其它設(shè)備由島上 AC 電力網(wǎng)充電，邊遠(yuǎn)的地區(qū)由太陽板充電。另外，KT 已采用了兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，與兩個(gè)感應(yīng)器節(jié)點(diǎn)有線連接，提供的數(shù)字視頻圖像同感應(yīng)器數(shù)據(jù)一起傳送給網(wǎng)關(guān)。

采用無線系統(tǒng)，RYU 稱，KMA 將節(jié)省費(fèi)用，數(shù)據(jù)傳送能力更高了，可實(shí)時(shí)傳送視頻。到目前為止，USN + 網(wǎng)狀網(wǎng)系統(tǒng)工作非常良好。

安裝在海岸和山區(qū)電線桿和電塔上的感應(yīng)器節(jié)點(diǎn)必須可以承受它們所要測(cè)量的氣候變化。2007 年 Nari臺(tái)風(fēng)發(fā)生時(shí)，一個(gè)傳遞數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)天線被打碎了，不得不替換。除此之外，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒有出任何問題。Firetide 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)極其牢固，自安裝后承受了所有的惡劣天氣。