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应用于通信基站环境监测的无线传感器节点的设计和研究

作　者: 陆彦达
导　师: 钱松荣; 朱光民
学　校: 复旦大学
专　业: 电子与信息工程
关键词: 无线传感器网络通信基站环境监测节点硬件设计节能措施
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

通信运营商的核心竞争力在于自身通信网络的完善和稳定,而这主要取决于通信网络内通信基站的稳定性。通信基站的稳定性又取决于两方面,设计之初的位置选择和建成之后的日常维护。现行的设计和维护手段存在多项弊端,其中最主要的就是忽略了的周边环境监测数据,而这些数据恰恰是一个通信基站是否能够平稳运行十年或更久时间的关键因素。本论文的目的就在利用近年来逐渐兴趣的无线传感器网络来定时收集待建基站地点周围的环境数据,以便用来全面地分析评估该地点是否合适。从研究生论文的角度来看,本论文的工作具有四大创新点：首先,目前各运营商的设计和维护手段都采用效率低下的人工采集方式,还没有形成一整套利用无线传感网络自动监测环境数据的系统,本论文的整体思想和设计对于现行机制和手段就是一个有效地补充。其次,本论文对应用于通信基站环境监测的无线传感器结点进行了硬件设计。典型传感器节点非常多,但是各用利弊,论文的第三章再对无线传感器节点进行了综合比较后,设计出了符合应用需求的无线传感器节点。最终MCU选择了TI公司(德州仪器)近年推出的MSP430系统,无线发射模块最终选择了TI公司(德州食品)推出的CC1101芯片,传感器节点按照不同的通信基站类型选择不同类型的传感器节点。第三,在节点的硬件结构讨论完毕后,论文第四章和第五章主要针对节约节点功耗和延长工作寿命提出了几个可行性方案。节能操作历来是整个无线传感器节点的重中之重,本论文结合通信基站环境监测的实际情况,提出了几个有效增加节点工作寿命的措施。第四,论文针对节点间的网络协议传播作了一定地探讨分析,提出了簇内单跳传播,簇头间多跳路由的协议设想,这既是针对实际情况所设计的网络协议,也可以有效节约能源,延长工作寿命。目前,本系统在模拟测试中表现了良好的应用性。下一步就是期待把该系统能够正式投入到实际应用中,为通信网络的建设和运行提供有力支撑,切实提高通信基站的运行稳定性和维护部门的工作效率。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
第一章引言  7-13
  1.1 论文的产生背景  7-8
  1.2 论文的目的意义  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-11
  1.4 论文结构及工作  11-13
第二章无线传感器节点概述  13-21
  2.1 无线传感器网络简介  13-14
  2.2 无线传感器节点的组网架构  14-15
  2.3 无线传感器节点的网络特性  15-16
  2.4 无线传感器节点的硬件结构  16-18
  2.5 无线传感器节点的软件平台  18-19
  2.6 无线传感器节点的关键技术  19-21
第三章无线传感器节点硬件设计  21-40
  3.1 典型无线传感器节点硬件介绍  21-25
    3.1.1 五款典型传感器节点介绍  21-24
    3.1.2 热门传感器节点硬件对比  24-25
  3.2 节点处理器模块的设计  25-28
    3.2.1 MSP430F149的选择理由  25-26
    3.2.2 MSP430F149的引脚功能  26
    3.2.3 MSP430F149的简单介绍  26-28
  3.3 节点无线传输模块的设计  28-30
    3.3.1 CC1101的选择理由  28-29
    3.3.2 CC1101的简单介绍  29-30
    3.3.3 CC1101的引脚功能  30
  3.4 电源管理模块的设计  30-31
  3.5 传感器模块的设计  31-34
    3.5.1 通信基站的场景分类  32-33
    3.5.2 通信基站的传感器选择  33-34
    3.5.3 传感器的对应型号  34
  3.6 无线传感器节点的实物图  34-38
    3.6.1 处理器模块实物图  34-35
    3.6.2 无线传输模块实物图  35
    3.6.3 电源管理模块实物图  35
    3.6.4 液晶显示模块  35-37
      3.6.4.1 液晶显示模块实物图  36
      3.6.4.2 液晶显示模块原理图  36-37
    3.6.5 传感器结点整体图  37-38
  3.7 无线传感器节点的开发环境  38-40
    3.7.1 IAR EW430选择理由  38-39
    3.7.2 IAR EW430软件介绍  39-40
第四章无线基站环监系统设计  40-52
  4.1 无线基站环监系统总体方案  40-41
  4.2 无线网络节约功耗的措施  41-47
    4.2.1 低功耗处理器的应用  42
    4.2.2 集中化模块和直流电源的应用  42-43
    4.2.3 中断响应机制的应用  43-45
    4.2.4 奇偶校验码的应用  45-47
    4.2.5 最优化网络协议  47
  4.3 网络协议的设计  47-52
    4.3.1 典型网络协议的概述  47-48
    4.3.2 基本网络协议的选择和缺陷  48-49
    4.3.3 网络协议的优化  49-52
      4.3.3.1 层次路由协议的优化  49-50
      4.3.3.2 MAC层TDMA协议的优化  50-52
第五章总结与展望  52-56
  5.1 论文的未来优化  52-54
  5.2 论文的前景展望  54
  5.3 论文工作总结  54-56
参考文献  56-57
后记  57-58

应用于通信基站环境监测的无线传感器节点的设计和研究

内容摘要

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