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多源数据采集的WSN及实时同步研究

作　者: 张雪华
导　师: 万舟；吴建德
学　校: 昆明理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 无线传感网络多源数据时间同步协议 MAC层协议
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 34次
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内容摘要

本论文依据大型结构健康监测的特点和要求,提出了一种针对特殊需要的WSN数据采集系统。在本文中,WSN的多源数据研究和多源数据的实时同步采集是本文的特色,而时间同步协议和MAC层协议设计是本文的创新点。首先,,本文研究了WSN的时间同步协议,并提出了适用于分簇网络的时间同步算法HLTN。在能耗性方面,该算法在不降低算法精度的前提下,将大部分通信开销和计算功能集中在有源供电的簇头和Sink节点上进行,尽可能节省传感器节点的通信开销,解决了能量开销的最大问题。在NS-2平台上,对算法HLTN进行了仿真,仿真结果表明,该时间同步算法具有较高的同步精度,符合本文应用场合的精度要求。其次,研究了MAC层协议,从能耗和扩展性方面考虑,结合CSMA机制和TDMA机制,设计了一种基于分簇网络模型的CDMAC协议。本文对该协议的性能进行了分析,结果表明,这种唤醒/睡眠的机制大大地降低了能量损耗,延长了节点的生命周期,扩展性很好。最后,对WSN的各种多源数据类型进行了分析,设计了多源数据同步采集方案。利用时间同步算法和MAC层协议解决了实时同步采集问题和采集数据发送冲突问题。并在采集传感器节点中,定义好了采集数据的数据包格式,为上位机进一步处理和分析做准备。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究动态  9-12
    1.2.1 国外研究动态  9-11
    1.2.2 国内研究动态  11-12
  1.3 论文的研究内容  12-13
  1.4 论文的组织结构  13-14
  1.5 本章小结  14-15
第二章 WSN及时间同步概述  15-25
  2.1 无线传感网络WSN  15-19
    2.1.1 WSN的基本概念  15
    2.1.2 WSN的特殊性  15-17
    2.1.3 WSN的体系结构  17
    2.1.4 WSN的应用场合  17-19
  2.2 WSN时间同步技术  19-24
    2.2.1 时间同步算法的基本原理  19-22
    2.2.2 研究时间同步算法的必要性  22-23
    2.2.3 WSN时间同步算法设计要求  23-24
  2.3 小结  24-25
第三章 WSN时间同步算法研究  25-40
  3.1 时间同步的误差分析  25-26
  3.2 典型的时间同步算法研究  26-32
    3.2.1 同步算法分类  26
    3.2.2 典型时间同步算法  26-29
    3.2.3 时间同步算法比较  29-32
  3.3 基于分簇网络的时间同步算法方案设计  32-37
    3.3.1 分簇网络拓扑  32
    3.3.2 双向成对算法  32-33
    3.3.3 WSN时间同步算法HLTN描述  33-36
    3.3.4 新节点加入和根节点失效的处理  36
    3.3.5 性能分析  36-37
  3.4 仿真分析  37-39
    3.4.1 NS-2简介  37-38
    3.4.2 仿真平台建立  38
    3.4.3 仿真结果与分析  38-39
  3.5 小结  39-40
第四章 MAC层通信机制研究与设计  40-50
  4.1 MAC协议概述  40-42
    4.1.1 MAC协议设计要求  40
    4.1.2 MAC协议能耗分析  40-41
    4.1.3 MAC协议分类  41-42
  4.2 分簇网络模型  42
  4.3 分簇网络的MAC协议设计  42-48
    4.3.1 CSMA/CA机制  43
    4.3.2 DEANA协议及其改进  43-45
    4.3.3 CDMAC协议描述  45-47
    4.3.4 协议流程  47-48
  4.4 性能分析  48-49
  4.5 小结  49-50
第五章多源数据同步采集方案设计  50-58
  5.1 WSN网络结构组建  50-51
  5.2 多源数据信号的特性分析及处理  51-52
    5.2.1 模拟信号  51
    5.2.2 数字信号  51-52
    5.2.3 频率信号  52
    5.2.4 脉冲信号  52
  5.3 WSN的数据同步采集方案  52-57
    5.3.1 节点同步采集数据方案  52-56
    5.3.2 多源数据同步采集流程  56-57
  5.4 小结  57-58
第六章总结与展望  58-60
  6.1 总结  58-59
  6.2 展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-66
附录攻读硕士学位期间发表论文与参与课题  66

多源数据采集的WSN及实时同步研究

内容摘要

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