本文關(guān)鍵詞：面向水環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究

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【摘要】：水環(huán)境質(zhì)量的好壞,直接影響著人類的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會發(fā)展可持續(xù)性等方方面面。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及與擴大化,如今的社會已經(jīng)進入了信息傳感技術(shù)高度網(wǎng)絡(luò)化的“物聯(lián)網(wǎng)時代”,人們對于水環(huán)境保護與監(jiān)督也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測方案具有實時性差、監(jiān)測區(qū)域小、耗費人力物力等缺點,逐漸變得難以適應(yīng)當今信息網(wǎng)絡(luò)化的潮流。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集傳感器技術(shù)、嵌入式處理、無線通信、路由組網(wǎng)等多項技術(shù)于一體,可通過低成本的微電子集成傳感器對監(jiān)測區(qū)域進行大范圍的信息感知,并通過相應(yīng)的組網(wǎng)協(xié)議將環(huán)境或者監(jiān)測對象的信息上傳至用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速進步,也為水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域帶來了全新的理念與發(fā)展。本文首先采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),設(shè)計了一種基于Zig Bee與3G通信技術(shù)的新型水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),完成了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、主要工作模塊以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計,并進行了詳細的功能介紹。在此基礎(chǔ)之上,主要對水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的組網(wǎng)協(xié)議進行了深入地研究:原有的Zig Bee組網(wǎng)方式并不適合大規(guī)模、復(fù)雜化的組網(wǎng)應(yīng)用,通過參考層次結(jié)構(gòu)路由的組網(wǎng)方式,提出一種適合水環(huán)境監(jiān)測這一特殊應(yīng)用領(lǐng)域的改進組網(wǎng)算法。在組網(wǎng)算法的改進方面,根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測組網(wǎng)規(guī)模大、拓撲環(huán)境復(fù)雜、更換電池困難但是對通信速率要求相對不高等特點,經(jīng)過分析,本文采用PEGASIS協(xié)議作為組網(wǎng)基礎(chǔ);借鑒蟻群相遇算法,采用雙鏈頭方式進行網(wǎng)絡(luò)拓撲與信息傳輸,從而縮短了網(wǎng)絡(luò)的通信時延;通過對監(jiān)測節(jié)點CC2530進行丟包率實驗測試,確定出數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸?shù)木嚯x閾值,并作為相鄰節(jié)點間距的限定權(quán)重,進一步平衡了全網(wǎng)能耗與通信質(zhì)量之間的關(guān)系。最后,通過MATLAB進行模擬仿真,并對算法的適用性進行了討論。仿真結(jié)果顯示,本文提出的組網(wǎng)協(xié)議適合大規(guī)模組網(wǎng)應(yīng)用,能夠通過均衡全網(wǎng)能耗延長網(wǎng)絡(luò)壽命,對全網(wǎng)通信質(zhì)量的優(yōu)化效果明顯。算法的設(shè)計符合水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用特點,為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在此領(lǐng)域的進一步研究奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 水環(huán)境監(jiān)測 PEGASIS協(xié)議 雙鏈頭算法 距離閾值
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X832;TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究目的和意義10-11
• 1.2 水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究概況11-12
• 1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述12-16
• 1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介13-14
• 1.3.2 無線組網(wǎng)技術(shù)調(diào)研14-16
• 1.4 論文主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)16-18
• 第2章 基于Zig Bee與 3G通信的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究18-34
• 2.1 基于Zig Bee與 3G通信的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案18-20
• 2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計目標18-19
• 2.1.2 系統(tǒng)整體設(shè)計方案19-20
• 2.2 Zig Bee與 3G通信技術(shù)概述20-25
• 2.2.1 Zig Bee協(xié)議棧規(guī)范介紹20-23
• 2.2.2 Zig Bee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2.3 3G通信技術(shù)介紹24-25
• 2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計組成25-29
• 2.3.1 監(jiān)測節(jié)點的設(shè)計25-26
• 2.3.2 網(wǎng)絡(luò)基站的設(shè)計26-28
• 2.3.3 視頻采集與 3G通信模塊的設(shè)計28-29
• 2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計組成29-32
• 2.4.1 Zig Bee設(shè)備程序設(shè)計29-31
• 2.4.2 基于UDP的數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計31-32
• 2.5 系統(tǒng)組網(wǎng)需求分析32-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第3章 系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)的研究基礎(chǔ)34-42
• 3.1 基于層次結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議34-37
• 3.1.1 基于層次結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議的思想34-35
• 3.1.2 PEGASIS協(xié)議簡介35-37
• 3.1.3 PEGASIS協(xié)議的不足37
• 3.2 蟻群算法在路由組網(wǎng)中的應(yīng)用37-41
• 3.2.1 蟻群算法的基本原理38-39
• 3.2.2 蟻群算法的實現(xiàn)步驟39
• 3.2.3 蟻群算法用于路由組網(wǎng)的優(yōu)缺點39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第4章 基于距離閾值的雙鏈頭PEGASIS協(xié)議改進算法42-53
• 4.1 算法改進的基本思想42-43
• 4.2 蟻群算法的自適應(yīng)改進43-45
• 4.3 雙鏈頭算法45-47
• 4.3.1 蟻群相遇算法簡介45-46
• 4.3.2 拓撲成鏈階段46-47
• 4.3.3 數(shù)據(jù)傳輸階段47
• 4.4 距離閾值的應(yīng)用與分析47-50
• 4.4.1 距離閾值的必要性48-49
• 4.4.2 具體實施方案49-50
• 4.5 協(xié)議整體流程50-51
• 4.6 本章小結(jié)51-53
• 第5章 模擬實驗與結(jié)果分析53-60
• 5.1 仿真工具簡介53-54
• 5.2 仿真結(jié)果分析54-59
• 5.2.1 仿真模型及參數(shù)設(shè)置54-55
• 5.2.2 實驗結(jié)果分析55-58
• 5.2.3 本文算法適用性的討論58-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果66-67
• 致謝67-68
• 作者簡介68

【參考文獻】

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本文編號：1060831