本文選題：海洋環(huán)境監(jiān)測　切入點：組網(wǎng)方案　出處：《上海海洋大學》2014年碩士論文

【摘要】：我國大陸海域遼闊，包含著豐富的能源和資源，由于陸地資源的逐漸減少，海洋資源在人類的生活中的重要性呈現(xiàn)出日趨上升的趨勢。但是，隨著人類對海洋的探索的深入和生活垃圾的任意排放，導致海洋災害、海洋生態(tài)等各種海洋污染問題嚴重，加強海洋環(huán)境保護刻不容緩。2013年7月30日，習近平在中共中央政治局第八次集體學習時明確提到，要更深入的關心、認識和經(jīng)略海洋，推動海洋強國建設[1]。如何實現(xiàn)對海洋資源的合理有效的開發(fā)和利用，是關系到發(fā)展海洋經(jīng)濟和我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展的大問題。 對海洋環(huán)境的良好的認知是保護海洋環(huán)境和開發(fā)海洋資源的前提，而海洋環(huán)境監(jiān)測是認知海洋的最重要的手段。所以，要更好的研究和大力發(fā)展海洋環(huán)境監(jiān)測技術，為了更好的推進海洋環(huán)境的高效管理、防災減災、資源保護、海上軍事、作業(yè)等活動，為它們提供良好的技術支撐作用和信息平臺。自從1991年美國麻省理工學院首次提出物聯(lián)網(wǎng)概念以來，這項技術已經(jīng)發(fā)展成為繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新一代信息技術，被稱為第三次浪潮。將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到海洋環(huán)境領域，實現(xiàn)海洋增強型監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)是大勢所需。ZigBee協(xié)議由IEEE802.15.4工作小組和ZigBee Alliance合作研究和制定，該無線通信技術作為物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術之一，具有低功耗、低成本、低復雜度、高可靠性的特點，能很好的滿足無線傳感器對于低成本、低功耗、高容錯性的要求，，是無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)自組網(wǎng)的不二之選，加之可嵌入到電子設備中，支持地理定位，尤其適用于海洋環(huán)境監(jiān)控領域。 海洋監(jiān)測系統(tǒng)通過采用岸站監(jiān)測中心、衛(wèi)星遙感和海洋浮標、監(jiān)測船等監(jiān)測手段于一體，借助于部署在實際檢測海域的各種傳感器、浮標等無線監(jiān)測節(jié)點，完成對溫濕度、鹽度、深度、洋流、葉綠素、濁度等海洋參數(shù)進行采集。由于無線監(jiān)測節(jié)點一般采用鋰電池供電，且部署在環(huán)境惡劣的海洋環(huán)境中，即使大型浮標采用電池與太陽能相結合的供電方式，電池充放電循環(huán)次數(shù)達到一定值后，其容量也會越來越小，減少到初始值的80%就基本不工作了，一旦電池能量耗盡或者不再工作，人工充電或者更換電池成本大、操作復雜，因此，在海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，必須確保整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，通過節(jié)能策略可以有效的延長網(wǎng)絡的使用壽命。設計和優(yōu)化MAC（介質訪問控制）協(xié)議、路由協(xié)議，可以提高無線通信的效率，降低網(wǎng)絡能量的消耗；數(shù)據(jù)融合的目的是去掉冗余，只保留有用的信息，可以有效的降低網(wǎng)絡負載，必須要綜合考慮通信代價和數(shù)據(jù)融合代價，使兩者達到平衡，才能降低網(wǎng)絡總能耗；拓撲控制的作用是保證網(wǎng)絡的連通質量和覆蓋質量，提高路由協(xié)議效率，同時兼顧網(wǎng)絡簡單性、可靠性、可擴展性等性能，對網(wǎng)絡進行優(yōu)化；休眠機制讓傳感器節(jié)點周期性的工作與休眠，是節(jié)點能量管理的重要手段。 本文圍繞海洋環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)重點研究無線傳感網(wǎng)的智能組網(wǎng)方案。文章借助于NS2仿真平臺，建立了ZigBee節(jié)點的模型，分析了網(wǎng)絡的ZBR算法和組網(wǎng)流程，動畫模擬了網(wǎng)絡的組網(wǎng)過程，通過仿真實驗探索和總結了不同拓撲結構在不同的激活各個節(jié)點的時間間隔下完成網(wǎng)絡的建立所需時間的規(guī)律，最后結合軟硬件的設計，完成了小型無線傳感網(wǎng)實驗，實驗結果證明了前面所得規(guī)律的科學性。在實際應用中，可以將節(jié)點部署成多個星型拓撲結構，設置好依次上電激活不同節(jié)點的時間，可以有效減少組網(wǎng)過程中的信標沖突，降低建立網(wǎng)絡所用時間，從而減少網(wǎng)絡能耗，延長網(wǎng)絡使用壽命。
[Abstract]:Mainland China's vast sea, contains abundant energy and resources, the land resources gradually reduced the importance of marine resources in human life showed a rising trend. However, with any emissions of human exploration of the ocean depth and garbage, resulting in marine disasters, marine ecological and other marine pollution the problem is serious, strengthen the protection of the marine environment is.2013 in July 30th, Xi Jinping, the CPC Central Committee Political Bureau of the eighth collective study explicitly mentioned, more in-depth understanding of concern, and the ocean, promote the construction of marine power [1]. how to achieve a reasonable and effective exploitation and utilization of marine resources, is related to the development of marine economy and sustainable development China's economy a big problem.
The marine environment good cognition is the premise to protect the marine environment and marine resources development, marine environment monitoring is the most important means of cognition of the oceans. Therefore, to better research and develop marine environmental monitoring technology for high efficiency management, to better promote the marine environment disaster prevention and mitigation, resources protection, maritime military work, and other activities, to provide good technical support and information platform for them. Since 1991, the Massachusetts Institute of Technology first proposed the concept of things, this technology has become a new generation of information technology after computer and internet global information industry development, known as the third wave of the Internet of things technology applied to marine environment, marine enhanced monitoring networking is the trend of the.ZigBee protocol by IEEE802.15.4 working group and ZigBee Alliance research and business cooperation The wireless communication technology, as one of the key technologies of IOT, with low power consumption, low cost, low complexity, high reliability, can well meet the needs of wireless sensor for low cost, low power consumption, high fault tolerance requirements is achieved since the network of choice for wireless sensor networks, and embedded electronic equipment, support geographic positioning, especially suitable for the field of marine environmental monitoring.
Marine monitoring system through the use of shore station monitoring center, satellite remote sensing and monitoring of ocean buoy, ship monitoring means in one, with the help of a variety of sensors deployed in the actual detection area, buoy wireless monitoring node, the completion of the temperature and humidity, salinity, depth, water, chlorophyll, turbidity and other parameters were collected. Because of the ocean the general wireless monitoring node is powered by a lithium battery, and deployed in the harsh environment of the marine environment, power supply even large buoy by battery and solar energy combined with the battery charge and discharge cycles reaches a certain value, its capacity will be more and more small, reduced to the initial value of 80% would not work, once the battery energy depletion or no longer work, the artificial recharge or replace the battery cost, the operation is complex, therefore, in the marine environment monitoring system, to ensure the reliability and stability of the system, through the Such strategies can effectively prolong the lifetime of the network. The design and optimization of MAC (medium access control) protocol, routing protocol, can improve the efficiency of wireless communication, reduce network energy consumption; data fusion is to remove redundant, only useful information, can effectively reduce the network load, must be integrated into the communication cost and cost of data fusion, to achieve balance between, in order to reduce the total energy consumption of the network; topology control is to ensure the quality of network connectivity and coverage quality, improve the efficiency of routing protocols, taking into account the network reliability, simplicity, scalability and performance, to optimize the network; dormancy mechanism let sensor nodes periodically work and sleep, is an important means of energy management.
In this paper, the intelligent network scheme on marine environment monitoring system of wireless sensor networks. Based on the simulation platform of NS2, a ZigBee node model, network analysis of ZBR algorithm and networking process, animation networking process of the network, through the simulation experiment to explore and summarize the different topology of complete network set up time the law in the different activation intervals of each node, and then the design of hardware and software, completed a small wireless sensor network experiment, experimental results show that the science of law. In the practical application, nodes can be deployed into a plurality of star topology is set up on the electrical activation of different order node time, can effectively reduce the network beacon collision process, reduce the time required by the network, so as to reduce the network energy consumption, prolong the network lifetime.

【學位授予單位】：上海海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5;TP391.44

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本文編號：1729670