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无线传感器网络路由技术研究及应用

作　者: 胡继珍
导　师: 于飞
学　校: 青岛科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 自动抄表无线通信 OMNeT++ 网络协议
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 149次
引　用: 3次
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内容摘要

电力用户自动集抄系统的研究具有重要的意义,国外对自动抄表技术的研究比较早,目前已经形成了多种行之有效的自动抄表方案。国内的集抄技术以载波为主,近年来在大中城市获得了一定的推广,但大多数地区仍采用人工抄表的方式。为了推广自动抄表技术,提高我国电能管理的自动化水平,很有必要开发多种适合我国居民环境的抄表系统。本文研究了一种近距离无线集抄系统及其相关技术,主要做了以下的工作:论文首先综述了无线抄表系统研究的背景,分析了国内外对无线抄表的研究和应用现状,以及无线技术在自动抄表系统中的应用情况;同时介绍了我国电能表技术的发展情况,并简要介绍了无线传感器网络的路由技术。然后,研究了自动集抄系统的架构及系统中各部分的功能,并详细讨论了低压用户端抄表网络的实现方案,并在此基础上提出了本文研究的无线集抄系统的系统架构。同时分析了用于无线集抄系统的单相无线电能表的原理和应具备的功能,研究了近距离无线通信技术和多功能电能表通信规约。其次,研究了一种单相无线电能表,该电能表具有电能计量和近距离无线通信功能,同时还具有一定的网络功能。电能表的本机部分实现对用户用电的计量功能和网络功能;无线通信模块部分完成电能表的近距离通信功能。文中给出了详细的硬件设计电路和软件流程。无线通信模块基于CC1110无线单片机,工作在ISM 433MHz频段,能够保证复杂建筑环境下对通信距离的要求;同时无线通信模块集成了CSMA功能,保证了数据收发的可靠性。再次,研究了一种无线传感器网络路由算法,详细的给出了该算法的实现流程,研究了OMNeT++仿真技术,并在OMNeT++环境下建立了该算法的模型,实现了对该算法的仿真。最后,研究了低压用户端近距离无线网络的实现。对该网络的设备功能、网络的拓扑结构、组网方式以及数据传输和应用层开发都做给出了设计方案。并通过点对点通信方式实现了对电能表电能参数的抄读。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
1 绪论  10-24
  1.1 课题背景  10
  1.2 自动抄表系统的历史  10-15
    1.2.1 国外自动抄表研究现状  11-13
    1.2.2 国内抄表技术的发展  13-15
      1.2.2.1 有线信道集中抄表系统  13
      1.2.2.2 无线信道集中抄表系统  13-14
      1.2.2.3 电力线载波集中抄表系统  14-15
  1.3 电能表技术的发展  15-16
    1.3.1 国内电能表的应用现状  15
    1.3.2 电能表的发展趋势  15-16
  1.4 微功率无线通信技术在集抄系统中的应用  16-18
    1.4.1 微功率无线集抄系统的组成  16-17
    1.4.2 微功率无线集抄系统的特点  17
    1.4.3 微功率无线集抄应用情况  17-18
  1.5 无线传感器网络路由技术  18-21
    1.5.1 无线传感器网络  18-19
    1.5.2 无线传感器网络协议栈结构  19-20
    1.5.3 无线传感器网络路由研究  20-21
  1.6 课题来源  21-22
  1.7 本论文研究的主要内容和创新点  22-23
  1.8 小结  23-24
2 自动集中抄表系统的架构分析和设计  24-44
  2.1 集中抄表系统总体架构  24-28
    2.1.1 主站功能  25
    2.1.2 通信网络1  25-26
    2.1.3 集中器  26
    2.1.4 通信网络2  26-27
      2.1.4.1 RS 485总线式抄表方案  26
      2.1.4.2 电力线载波抄表方案  26-27
      2.1.4.3 RS 485总线、低压电力线载波混合抄表方案  27
      2.1.4.4 RS 485总线、低功率无线混合抄表方案  27
    2.1.5 数据采集终端  27
    2.1.6 电能表  27-28
  2.2 短距离无线通信技术  28-33
    2.2.1 ISM开放频段  28-29
    2.2.2 短距离无线通信系统  29
    2.2.3 短距离无线的拓扑结构  29-31
    2.2.4 典型短距离无线数据网络技术  31-33
  2.3 本文构建的无线集抄方案  33-36
    2.3.1 无线方案的选择  33-34
    2.3.2 无线集抄方案介绍  34-36
  2.4 电子式单相无线电能表设计  36-38
    2.4.1 电子式无线电能表功能设计  36-37
      2.4.1.1 电能计量及存储功能  36-37
      2.4.1.2 短距离无线通信功能  37
    2.4.2 电子式无线电能表计量原理  37-38
  2.5 多功能表通信规约介绍  38-42
    2.5.1 多功能电能表通讯规约的字节格式  39
    2.5.2 多功能电能表通讯规约的帧格式  39-41
    2.5.3 多功能电能表通讯规约的帧传输  41-42
  2.6 本章小结  42-44
3 电子式单相无线电能表设计  44-68
  3.1 无线电能表设计方案框图  44-45
  3.2 无线电能表本机部分  45-53
    3.2.1 信号的调理和采集  45-47
    3.2.2 电能计量单元  47-49
    3.2.4 控制芯片PIC16F946  49-51
    3.2.5 电源单元电路  51-52
    3.2.7 红外线收、发电路  52-53
    3.2.8 LCD显示电路  53
  3.3 电能表本机部分软件设计  53-55
  3.4 无线电能表无线通信模块  55-66
    3.4.1 基于CC1110的无线通信模块  56-58
    3.4.2 串行通信的设计及程序  58-60
    3.4.3 无线模块的高频配置  60-63
    3.4.4 无线收发程序设计  63-66
      3.4.4.1 接收程序设计  63-64
      3.4.4.2 发送程序设计  64-66
  3.5 本章小节  66-68
4 无线传感器网络路由算法研究及其仿真  68-88
  4.1 定向扩散路由算法  68-69
  4.2 定向扩散算法的基本概念  69-70
  4.3 改进的定向扩散路由算法  70-75
    4.3.1 兴趣在网络中的传播  72-73
    4.3.2 源节点向sink节点的路径的建立  73-75
      4.3.2.1 源节点建立路径  73-74
      4.3.2.2 中继节点建立路径。  74
      4.3.2.3 最优转发节点的选择规则  74-75
    4.3.3 路径的加强  75
  4.4 改进定向扩散协议仿真实现  75-86
    4.4.1 网络模拟器omnet++介绍  75-79
      4.4.1.1 OMNeT++组成  76-77
      4.4.1.2 OMNeT++结构  77-78
      4.4.1.3 OMNeT++语法  78
      4.4.1.4 仿真过程  78
      4.4.1.5 配置文件omnetpp.ini  78-79
      4.4.1.6 矢量描绘工具Plove  79
    4.4.2 OMNeT++环境下定向扩散协议的模拟实现  79-86
      4.4.2.1 仿真环境的建立  79-84
      4.4.2.2 仿真结果  84-86
  4.5 本章小结  86-88
5 集抄系统低压用户端近距离无线网络设计  88-98
  5.1 无线抄表近距离无线网络设计  88-95
    5.1.1 网络中的设备  88-89
      5.1.1.1 集中器  88
      5.1.1.2 中继器  88
      5.1.1.3 单相无线电能表  88-89
    5.1.2 无线网络的特性  89-90
    5.1.3 网络的拓扑结构  90-91
    5.1.4 无线通信协议网络层设计  91-93
    5.1.5 通信链路设计  93-95
    5.1.6 传输层  95
    5.1.7 应用层  95
  5.2 点对点通信的实现  95-97
  5.3 本章小节  97-98
6 总结和展望  98-99
参考文献  99-103
致谢  103-104
攻读学位期间发表的学术论文目录  104-105

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