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无线传感器网络监测平台的设计与研究

作　者: 刘晓锡
导　师: 王霓虹
学　校: 东北林业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 ZigBee 可视化平台
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要

无线传感器网络是由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的微小的传感器节点通过自组织方式构成的。它能根据环境自主的完成指定任务的分布式智能化网络系统。网络中的节点以协作的方式监控不同位置的物理或环境状况(比如温度、湿度、振动、压力、污染物等),通常情况下通信的距离较短,一般采用多跳(multi-hop)的无线通信方式传输感知信息。该网络可以在相对独立的环境下运行,也可以通过网关连接到互联网,使用户可以远程访问。林区湿地环境的监测是无线传感器网络应用的一个重点。可以通过网络将环境中的监测信息汇集起来,实现集中地管理。常见的林区湿地环境监测是利用高清摄像头或人工瞭望台来实行监测。为了提高工作工作效率,本文引进了无线传感器网络对环境的监测。本监测平台以高效率、低能耗为目标。首先,由于节点功能的不同,本文叶子节点的硬件设计选择了TI公司的超低功耗的MSP430和支持ZigBee2007协议栈的CC2520无线射频收发器,簇头节点则选用CC2480射频芯片；电源模块采用了灵活的动态电源管理,并研究了动态天线的概念。节点的软件设计以Z-stack协议栈为基础,根据之前提到的动态天线主要分析其普通节点到汇聚节点或基站的MAC协议和路由的机制,以及其帧和数据段的研究。再者,后台的处理软件分为两层来设计,分为数据汇集层和信息分析和调用层。整个后台的工作过程是串口实时的监测网络中节点上传的信息,经过汇集层经过分发、各个模块的分析处理后直接存到数据库中,而数据的分析和调用层主要负责信息的主观呈现工作。本文主要在节点硬件的配置选择,数据汇集层的通信、初始信息的优化处理上做了精心的研究,监测平台能够实时的显示节点信息(配置信息和传感信息),从而提高了监测平台的低功耗、实时性和高效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究背景及意义  8
  1.2 WSN的发展和应用现状  8-11
    1.2.1 WSN的研究现状  8-9
    1.2.2 WSN监测平台应用研究现状  9-11
  1.3 本文的研究内容  11
  1.4 本文的组织结构  11-13
2 WSN关键技术介绍  13-21
  2.1 感知技术  13-16
    2.1.1 硬件技术  13-15
    2.1.2 自动识别技术  15-16
  2.2 WSN网络技术  16-17
    2.2.1 低速无线网络  16-17
    2.2.2 宽带无线网络以及蜂窝移动通信  17
  2.3 应用技术  17-20
    2.3.1 发现技术  17-18
    2.3.2 网路管理技术  18-19
    2.3.3 数据处理技术  19-20
    2.3.4 安全技术  20
  2.4 本章小结  20-21
3 WSN监测平台基础架构的研究  21-39
  3.1 节点的硬件研究  21-25
    3.1.1 处理器模块  22
    3.1.2 无线通信模块  22-24
    3.1.3 智能动态天线(动态天线与MAC协议对应)  24-25
    3.1.4 电源模块  25
  3.2 节点射频协议  25-36
    3.2.1 MAC与路由协议介绍  26-29
    3.2.2 基于动态天线MAC协议的设计  29-32
    3.2.3 基于簇树混合型拓扑的路由协议研究  32-36
  3.3 上层管理平台框架介绍  36-38
    3.3.1 平台总体介绍  36-37
    3.3.2 关键数据结构  37-38
  3.4 本章小结  38-39
4 关键模块分析与算法研究  39-54
  4.1 关键模块分析  39-44
    4.1.1 串口通讯模块  39-41
    4.1.2 数据预处理模块  41
    4.1.3 数据分发模块分析  41-42
    4.1.4 数据存储模块  42-44
  4.2 关键算法研究与改进  44-53
    4.2.1 拓扑结构绘制算法  45-46
    4.2.2 模拟现实模块算法研究  46-48
    4.2.3 历史数据查询算法  48-53
  4.3 本章小结  53-54
5 可视化界面设计  54-59
  5.1 拓扑结构模块  54-55
  5.2 串口通信模块  55-56
  5.3 节点模拟显示模块  56-57
  5.4 历史数据分析与查询模块  57-58
    5.4.1 查询模块  57
    5.4.2 历史数据曲线图  57-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-64
致谢  64-65

无线传感器网络监测平台的设计与研究

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