【正文】 e with the surroundings. The paper fundamentally discusses the hardware and software design architecture of the wildCENSE system at the node, base and work levels. In particular, it embodies the issues and constraints, which were met during the design and testing of the system. II. GPS BASED ANIMAL TRACKING SYSTEM The Barasingha is native to India and Nepal. Once it populated throughout the basins of the Indus, Ganges and Brahmaputra rivers, as well as parts of central India reaching out till the river Godavari. But in past few decades its population has declined significantly listing them as endangered species by IUCN from 1984 to 1996 and as vulnerable since 1996 [4]. Wildlife researchers while surveying Jhilmil Tall (Uttaranchal) area came across some 30 heads of the Barasingha on February 3, 2021 [5]. Trails indicate that they might have migrated across the Nepal border. But yet their exact migratory path is unknown。 wildCENSE。除了高效節(jié)能， 它還 提供詳細(xì)的 位置 信息且擁有 非常高的精度。第 5 列 ―T‖給所采取的傳感器及其它外 設(shè)單次讀出 的典型時(shí)間（單位為秒）。為了滿足上述要求，鋰離子電池包 8Ah 的容量是足夠的。 ?只有 70％的鋰離子電池的能量已經(jīng)假定可用 [20]。 表 1 說明了 節(jié)點(diǎn)上的各個(gè)組件的 電力需求。 隨著微控制器 ，其他 外圍設(shè)備也提出休眠模式，以最大限度地減少能源的使用 。這個(gè)斷電模式的特點(diǎn)是 把所有的一切 都 關(guān)機(jī)，并且通常包括時(shí)鐘源 [7]， 在 的電壓下 消耗的電流小于 10uA 的 ―看門狗 ‖。它可提供恒定 的輸出電壓 的最大輸出 電流 。太陽(yáng)能發(fā)電 被 附加上去以便 進(jìn)一步增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的 壽命 。 圖 4 野外感知系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的功耗必比例圖 級(jí)別 的能源管理 理想的檢測(cè) 節(jié)點(diǎn) 包涵一定 數(shù)量的傳感器沿與其他外圍設(shè)備， 如 RTC，外部 閃存和無(wú)線電收發(fā)信機(jī)。 當(dāng) 權(quán)衡節(jié)點(diǎn) 的 重和 它的能量所需 時(shí)， 野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)方案變得更具挑戰(zhàn)性 。成功 轉(zhuǎn)移到所述基站的數(shù)據(jù)是 將會(huì) 從節(jié)點(diǎn)中刪除。無(wú)線收發(fā)機(jī)， GPS 和外接存儲(chǔ)器都 有 獨(dú)立的端口，即USART0， USART1， SPI，我們 都 能同時(shí)使用它們。節(jié)點(diǎn) 大部分時(shí)間 都 保持在休眠 /無(wú)效模式。 如 圖 3 所 示。 節(jié)點(diǎn) 的 設(shè)計(jì)采用大量的 減少 噪音 的 技術(shù)。這傳感器是 被一個(gè)蓋帽 (IP67 標(biāo)準(zhǔn) )遮著， 使其 感知環(huán)境的 同時(shí) 達(dá)到 保護(hù)它 的作用。 附加 的傳感器 ,為了收集沼鹿周圍 環(huán)境 的參數(shù) ， 從大鴨島上的經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn) [1]中得知我們需要在節(jié)點(diǎn)上安裝數(shù)字傳感器 。 內(nèi)存 ——愛特梅爾公司 AT45DB16B 數(shù)據(jù) flash[11]，我們需要一個(gè)大的 內(nèi)存存儲(chǔ)空間來(lái)彌補(bǔ)基站與節(jié)點(diǎn)之間通信的 延遲。 低成本、低功耗和易用性也 是 其優(yōu)勢(shì)。 為了 利用 GPS 的 ―熱啟動(dòng) ‖功能 ,我們使用 一個(gè)電池備份機(jī)制。拉森 IQ GPS 支持 NMEA 協(xié)議的 GPRMC 通信形式。 由于運(yùn)行環(huán)境的不同， RTC 在不同的節(jié)點(diǎn) 上運(yùn)行是有偏差的 。外部 RTC 必須準(zhǔn)確 將 這些節(jié)點(diǎn)同步。這使我們能夠 消 除 軟件章節(jié) 節(jié)描述的 多路復(fù)用的開銷。這個(gè)組件 由如下的 一個(gè)單個(gè)節(jié)點(diǎn) 組成 : 微控制器 ——ATMega1281V[7],128 k 字節(jié)程序內(nèi)存 ,是核心處理單元的設(shè)計(jì)。能源的提供將會(huì)在 節(jié) 更詳細(xì)地討論 III．系統(tǒng)概述 大體上生物傳感 網(wǎng) 系統(tǒng)分為 如圖 1 所示 的幾個(gè)部分 ,即硬件、相關(guān)系統(tǒng)軟件和 驅(qū)動(dòng)器 ,中間設(shè)備 服務(wù)器 連接數(shù)據(jù) 記錄和 web 主機(jī)服務(wù) 設(shè)備 最后基于瀏覽器的可視化軟件。而且 ,由于 在 節(jié)點(diǎn) 的重量上有一個(gè)限制 ,就不能提供一個(gè)巨大的電源供應(yīng)。為了彌補(bǔ)時(shí)間上的 延遲 ,節(jié)點(diǎn) 上安裝了一個(gè)較大的 外部 flash 用 來(lái)容納數(shù) 據(jù)在節(jié)點(diǎn)上的生成時(shí)間以及傳輸過程中獲取的時(shí)間 。 用于測(cè)量溫度、濕度 ,和光線以及動(dòng)物活動(dòng)的傳感器也同時(shí)安裝在了 系統(tǒng) 里 。 動(dòng)物的 生活 模式需要被記錄下來(lái)。將 收集到的 有用 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 發(fā)送到其他節(jié)點(diǎn)或基站 , (基站越來(lái)越偏好的情況下兩者都是可用 )。 GPS 的動(dòng)物跟蹤系統(tǒng) 生物傳感網(wǎng) 是一種試圖讓研究人員了解更多有關(guān)沼鹿的生活習(xí)性的途徑。捕獲的數(shù)據(jù) 可以提供給野生動(dòng)物研究人員讓他們完成 研究 和學(xué)習(xí)的目 。它是擁有 更低 能耗 ,更大 的范圍、 更加 多樣的環(huán)境感知特性和更健壯數(shù)據(jù)備份 的 系統(tǒng)。 因此就需要一個(gè)自動(dòng)化的系統(tǒng) ,帶有擁有 眾多網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn) 的自然空間 能夠長(zhǎng) 1作者 Vishwas Raj Jain, Ravi Bagree, Aman Kumar, Prabhat Ranjan； 出處 Intelligent Sensors, Sensors Networks and Information Processing, 2021. 時(shí)間的收集數(shù)據(jù) (即使在夜間 )、 如果沒有這樣的系統(tǒng)，靠人工檢測(cè)，則研究范圍和結(jié)論的準(zhǔn)確率則非常有限 。人類 頻繁的 訪問或 打 擾 已潛移默化中對(duì)物種產(chǎn)生了 影響 [1]。 為了從對(duì)野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)中尋到解決問題的方法 和了解 動(dòng)物與其周圍環(huán)境的 復(fù)雜的關(guān)系 ,科學(xué)家必須 親自到現(xiàn)場(chǎng)去收集所需要的數(shù)據(jù) 。 對(duì)于正在移動(dòng)的節(jié)點(diǎn) 這個(gè)任務(wù) 將 變得更具挑戰(zhàn)性。一個(gè)太陽(yáng)能接受系統(tǒng)為電池提供節(jié)點(diǎn)能量，用于延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的壽命。每一個(gè)點(diǎn)將顯示五個(gè)信息，即：位置（用GPS），溫度，濕度，前進(jìn)方向和環(huán)境亮度。基于 GPS的 動(dòng)物跟蹤系統(tǒng) 1摘要： 野外 感知系統(tǒng) 是一種用于監(jiān)測(cè)沼澤鹿行為和遷徙模式的無(wú)線傳感網(wǎng)。此外，該節(jié)點(diǎn)將有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)和保持時(shí)間信息。這個(gè)系統(tǒng)將會(huì)被做成項(xiàng)圈的形式，這樣能比較容易的套在動(dòng)物的脖子上。 工程所要 進(jìn)一步 研究的 問題 是 如何使節(jié)點(diǎn)的電力供應(yīng) 足夠 維持 到最后一年。在某些情況下 將無(wú)線電發(fā)射機(jī)安置動(dòng)物身上能讓研究 變得更加容易 ,但是 圖像 的大部分仍然不能被標(biāo)記出來(lái)，因?yàn)槿鄙?有 效的數(shù)據(jù)收集 。其次 ,在晚上 追蹤活動(dòng)的動(dòng)物 與其說是做實(shí)驗(yàn)或做 研究 還不如說是冒險(xiǎn) 。它還能夠在不對(duì)生態(tài)造成干擾的情況下 收集數(shù)據(jù)和 相比傳統(tǒng)研究方式來(lái)說，它是一種更為 經(jīng)濟(jì)方法 來(lái) 進(jìn)行長(zhǎng)期 的 研究。 野外感知系統(tǒng) 是一個(gè) 用于 監(jiān)控 沼鹿 (澤鹿 )行為和遷移模式的 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 。它將有助于他們理解瀕危物種的 需求 ,以及這些物種與周圍的環(huán)境 關(guān)系 。 輸入的該系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 要有哪些功能由 野生動(dòng)物研究人員 輸入 。 這個(gè)系統(tǒng)的主要的功能 是 使用 GPS 跟蹤 動(dòng)物的 遷徙運(yùn)動(dòng)。自從監(jiān) 測(cè)區(qū)域變 大 后 ,獲得的數(shù)據(jù)需要不斷的從 一個(gè)節(jié)點(diǎn) 傳 到 另一個(gè) 節(jié)點(diǎn)依據(jù)直到它轉(zhuǎn)移到一個(gè)基站。 數(shù)據(jù)傳輸和恢復(fù) : 分散的數(shù)據(jù)只有在被傳播到基站 (s)的情況下才能被科學(xué)家收集起來(lái)用于分析 。 節(jié)討論更詳細(xì)的 討論了數(shù)據(jù)的 交流 問題 。 因此 ,節(jié)點(diǎn)需要輕量級(jí)電力備份系統(tǒng)。 圖 1 生物傳感網(wǎng) 系統(tǒng)概述 1)硬件架構(gòu) 完整的傳感器節(jié)點(diǎn)連同電池充電系統(tǒng)的 是以一個(gè)項(xiàng)圈的 形式 呈現(xiàn)的，它被套在了沼鹿的脖子上 。它有 4 k 字節(jié)的 eepm 和 8 k 字節(jié)的存儲(chǔ)器。 當(dāng)連續(xù)通信是， 內(nèi)部諧振器是不夠準(zhǔn)確 ，這時(shí)需要在外部加上一個(gè) MHz 的晶振 。它還 產(chǎn)生 周期 性的 中斷 來(lái)將 微控制器 從 ―斷電 ‖睡眠 模式中喚醒 。 為了 維護(hù)節(jié)點(diǎn) 與節(jié)點(diǎn)之間通信 的準(zhǔn)確性 ,RTC 與 GPS 設(shè)備每五天 實(shí)現(xiàn)一次同步 ,保持 1 秒內(nèi)的時(shí)鐘偏差。這一通信協(xié)議包涵了所有需要的內(nèi)容， 即日期、緯度、經(jīng)度和時(shí)間。 無(wú)線電收發(fā)機(jī) ——XBeePro[10]——這個(gè)數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵 通信模 式 是基于 IEEE ZigBee /標(biāo)準(zhǔn)。它還提供了五個(gè)睡眠模式來(lái)滿足不同 應(yīng)用場(chǎng)合 的需求。對(duì)于我們的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) ,一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要收集的數(shù)據(jù)來(lái)自同行 ,這 要求更高內(nèi)存容量。濕度傳感器有內(nèi)置的加熱器 用于 蒸發(fā)吸收水。 我們使用一個(gè) TAOS 的 TSL2561t[15]這是一款 高靈敏度的數(shù)字光傳感器。為了降低 ADC 的噪聲，一個(gè) LC 濾波器（ L =10MH 和 C= 的）已被添加到的 ADC 引腳的微控制器。節(jié)點(diǎn)的大小為 56平方厘米，僅重 34gms。 以 一個(gè)產(chǎn)生周期性中斷 的 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ RTC）為 基礎(chǔ) ， 從的傳感器和 GPS 上收集所需的數(shù)據(jù) 。 當(dāng) GPS 處于開機(jī)狀態(tài)，并 在 修理的過程 ， 如果附近 有 節(jié)點(diǎn) /基 站則可以無(wú)線電進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸 。 微控制器和無(wú)線收發(fā)信機(jī) 之間的 通訊波特率被設(shè)置為 57600，雖然 這個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)也支 115200 的 波特率 。在本節(jié)中，我們將 在軟件和硬件水平上 討論我們的 能源管理 技術(shù) ，和野外感知體系 。 為這樣復(fù)雜的系統(tǒng) 設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電源供應(yīng)器是一個(gè) 巨大的 挑戰(zhàn)。此外，未用引腳 和 數(shù)字輸入緩沖器 分別被配置成 輸出引腳和禁用，最大限度地減少他們的能源泄漏。轉(zhuǎn)換效率 高達(dá) 96％。 掉電 檢測(cè)器是 在睡眠模式狀態(tài) 狀態(tài)下 [18]唯一 工作 的模擬量模塊。當(dāng) 節(jié)點(diǎn)是在睡眠模式 時(shí) GPS 被關(guān)閉。以下假設(shè) 是基于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的組件能工作最低一年 ： ?節(jié)點(diǎn) 每 3 小時(shí) 進(jìn)行測(cè)量 。 ?最后，我們假設(shè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每天會(huì) 從其他節(jié)點(diǎn) 收到最 多 7 頁(yè) 數(shù)據(jù)并想其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送一頁(yè)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 。太陽(yáng)能充電 可 進(jìn)一步 延長(zhǎng) 節(jié)點(diǎn) 的工作時(shí)間 。最后一列，即 ―C‖是 在不同的模式下 各個(gè)組件 每天 的 電流 需 求（ mAh）。 軟件協(xié)議和硬件實(shí)現(xiàn)都經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以 實(shí)現(xiàn) 優(yōu)化系統(tǒng)能源 的要求。 microclimate sensing。 hence it is important to monitor their movement and protect them. wildCENSE is an attempt towards discovering this path along with helping the researchers know more about their habitat. The input for the design of the system came from wildlife researchers. In the system proposed, specially designed lightweight collar, with sensor node attached, would be put on the animal. These collars would collect data about the desired parameters from the vicinity of the animal. The data may then be sent to other nodes or the base station, depending on the availability of either (base station getting a preference in case of both being available). The prime requirement is to track the migratory movement of the animal which is done using a Global Positioning System (GPS). Besides the location, the animal39。 being rated up to 96 percent efficient. Figure 4. Power Consumption breakdown of a wildCENSE node B. Software Level Energy Management wildCENSE emplo