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无线传感网络在环境监测中的应用
作 者: 颜语
导 师: 王焱
学 校: 辽宁工程技术大学
专 业: 电工理论与新技术
关键词: 无线传感网络 煤矸石 伪并行遗传算法
分类号: TN929.5;TP212.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
传统的环境监测系统有线监测组网高成本、施工困难、维护工作量繁重,因此很难应用于大面积范围环境监测。针对这个问题,本文提出了在环境中建立无线传感网络来实现对其监测。无线传感器网络的出现使大范围环境随机研究数据获取更易实现,也对人类难以到达的环境长期监控提供了极大的方便。本课题设计主要以阜新煤矿的煤矸石山的监控为应用背景,组建一个无线传感网络监测系统,简要介绍无线传感器网络的建立与实现,说明了基于无线传感器网络环境监测网的组建方案,提出了传感器节点、簇头、基站、监控中心的四层结构。在监测过程中,部署的传感器用来采集影响煤矸石自燃的重要环境因素的信息数据,将信息发送到簇头,簇头将采集到的数据进行过滤压缩打包并通过单跳路由将信息发送到基站,最后传输到监控中心。当监测参数超出正常范围时,监控系统给予报警处理,同时显示不正常参数及可执行操作供参考选择。与有线网络进行比较,不难看出无线传感网络的能源受到极大的限制,网络优化的关键就是延长网络寿命。本文主要采用伪并行遗传算法这一现代全局寻优工具,根据本文矸石山中传感网络的组网模式,进行了编码机制的设计,适应度函数的建立,控制参数的调整等重要工作,实现对网络的优化设计。在网络优化过程中,休眠误差参数,网络连通参数、能量参数都被考虑进去,优化了网络的能量管理,使网络的生命周期达到最长。
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全文目录
致谢 4-5 摘要 5-6 Abstract 6-7 目录 7-10 1 绪论 10-17 1.1 课题研究背景 10 1.2 环境监测方法概论 10-11 1.3 环境监测的发展现状及研究意义 11-12 1.4 本文的应用背景 12-14 1.4.1 煤矸石自燃的危害 12-13 1.4.2 影响煤矸石自燃的重要因素 13-14 1.5 本文的研究目的和主要工作 14-16 1.5.1 本文的研究目的 14-15 1.5.2 本文的主要工作 15-16 1.5.3 本文主要创新点 16 1.6 本章小结 16-17 2 无线传感网络 17-27 2.1 无线传感网络简介 17-18 2.2 无线传感器网络的特点 18-20 2.3 无线传感网络的体系结构 20-22 2.3.1 无线传感网络结构 20-21 2.3.2 无线传感器节点结构 21-22 2.4 无线传感网络的应用领域 22-26 2.4.1 军事应用 22-23 2.4.2 环境应用 23-24 2.4.3 健康监测 24 2.4.4 家居应用 24-25 2.4.5 其他商业应用 25-26 2.5 本章小结 26-27 3 无线传感网络在矸石山中的建立 27-36 3.1 监测网络的基本组网策略 27-28 3.2 无限传感网络组网模式 28 3.3 通信协议的选择 28-29 3.4 无线射频芯片的选择 29 3.5 传感器节点的设计 29-32 3.5.1 传感器节点硬件电路的设计 30-31 3.5.2 CC2420与MSP430F149的数据传输 31-32 3.5.3 传感器节点的基本工作流程 32 3.6 基站的设计 32-33 3.7 地面监控中心 33-35 3.8 本章小结 35-36 4 遗传算法的理论研究 36-45 4.1 遗传算法简介 36-37 4.2 遗传算法的基本运算过程 37-38 4.3 遗传算法的基本术语 38-44 4.3.1 编码 38-40 4.3.2 选择算子 40-41 4.3.3 最优保存策略 41-42 4.3.4 交叉算子 42-44 4.3.5 突变算子 44 4.4 本章小结 44-45 5 并行遗传算法 45-51 5.1 遗传算法的并行化 45-46 5.1.1 遗传算法并行化的目的 45 5.1.2 并行遗传算法的分类 45-46 5.2 分解并行遗传算法的实现 46-48 5.2.1 分解并行遗传算法的基本思想 46 5.2.2 分解并行遗传算法的描述 46-48 5.3 伪并行遗传算法 48-49 5.3.1 伪并行遗传算法的基本思想 48 5.3.2 伪并行遗传算法描述 48-49 5.4 本文所考虑的问题 49-50 5.5 本章总结 50-51 6 基于遗传算法的网络优化 51-72 6.1 网络建模 51-52 6.2 参数介绍 52-55 6.2.1 休眠参数 53 6.2.2 连通性参数 53-54 6.2.3 能量参数 54-55 6.3 遗传算子和选择机制 55-56 6.4 遗传算法的方法论 56-60 6.4.1 编码机制 56-57 6.4.2 适应度函数 57-58 6.4.3 遗传算子 58 6.4.4 动态最优设计算法 58-60 6.5 遗传算法的仿真试验 60-71 6.5.1 串行遗传算法仿真试验 61-64 6.5.2 并行遗传算法仿真试验 64-67 6.5.3 多周期仿真试验 67-71 6.6 本章小结 71-72 结论 72-73 参考文献 73-76 作者简历 76-80 学位论文数据集 80
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器 > 传感器的应用
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