【摘要】：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM)是監(jiān)測(cè)和評(píng)估土木結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)狀況的重要手段。在SHM中,對(duì)橋梁關(guān)鍵信息的采集與傳輸是至關(guān)重要的,因?yàn)橹挥挟?dāng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地傳輸時(shí),才能保證后續(xù)數(shù)據(jù)評(píng)估和分析的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的有線結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有靈活性差、成本高等缺陷,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、(WSN)有效克服了這些缺陷,但傳統(tǒng)WSN仍具有能耗不均衡、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一導(dǎo)致信息孤島等問題。為解決這些問題,本文設(shè)計(jì)一種基于6LoWPAN WSN的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并研究改進(jìn)6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)層中RPL路由協(xié)議以均衡網(wǎng)絡(luò)能耗,研究工作如下:基于6LoWPAN WSN的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由無線傳感器節(jié)點(diǎn)、邊界路由節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心構(gòu)成。無線傳感器節(jié)點(diǎn)與邊界路由節(jié)點(diǎn)的硬件開發(fā)基于CC2538片上系統(tǒng)無線收發(fā)芯片。這兩類節(jié)點(diǎn)的嵌入式軟件開發(fā)基于Contiki3.0嵌入式操作系統(tǒng),包括操作系統(tǒng)的移植和傳感器模塊驅(qū)動(dòng)、以太網(wǎng)模塊驅(qū)動(dòng)以及應(yīng)用軟件的開發(fā)。無線傳感器節(jié)點(diǎn)采用6LoWPAN協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)通信,作為IPv6終端節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的溫濕度、加速度等參數(shù)的采集,并擴(kuò)展了一路模擬信號(hào)輸入通道。邊界路由節(jié)點(diǎn)主要對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集與轉(zhuǎn)發(fā),通過轉(zhuǎn)換IPv4數(shù)據(jù)包和IPv6數(shù)據(jù)包,實(shí)現(xiàn)6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)與IPv4互聯(lián)網(wǎng)的通信。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和在線實(shí)時(shí)顯示等,包括用戶界面設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。用戶界面設(shè)計(jì)基于MATLAB GUIDE開發(fā)環(huán)境平臺(tái),包括人機(jī)界面和數(shù)據(jù)處理模塊;數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基于MySQL數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)管理。針對(duì)6LoWPAN的RPL路由協(xié)議中OFO目標(biāo)函數(shù)度量單一導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能耗分布不均的問題,本文提出在RPL路由協(xié)議OFO目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上,加入能量的判斷標(biāo)準(zhǔn),使子節(jié)點(diǎn)選擇父節(jié)點(diǎn)時(shí)綜合考慮節(jié)點(diǎn)跳數(shù)和能量因素。采用Contiki系統(tǒng)自帶的Cooja仿真器對(duì)改進(jìn)的協(xié)議進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,本文提出的RPL協(xié)議改進(jìn)方案可以均衡網(wǎng)絡(luò)路由轉(zhuǎn)發(fā),從而均衡網(wǎng)絡(luò)能耗。搭建實(shí)際的硬件平臺(tái)對(duì)WSN性能和系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試分析,系統(tǒng)測(cè)試包括邊界路由節(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)通性、無線傳感器節(jié)點(diǎn)能耗、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)庫(kù)的功能;網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)試包括網(wǎng)絡(luò)吞吐率、丟包率、通信距離。測(cè)試結(jié)果表明:系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,網(wǎng)絡(luò)性能良好,能夠準(zhǔn)確可靠地采集和傳輸傳感數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)IPv4網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),具有一定的實(shí)際工程應(yīng)用參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【圖文】：

方便用戶查看和管理數(shù)據(jù)。逡逑２．２系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)逡逑根據(jù)上述介紹的系統(tǒng)需求，本文設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)健康采集系統(tǒng)架構(gòu)如圖２－１所示。逡逑本系統(tǒng)由若干無線傳感器節(jié)點(diǎn)、邊界路由節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)路由器和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成。逡逑下面簡(jiǎn)單地介紹系統(tǒng)的工作流程。逡逑監(jiān)控中心ｐ逡逑＾邐數(shù)據(jù)庫(kù)逡逑遠(yuǎn)程監(jiān)控中心逡逑ｊ逡逑路由器逡逑邐？逡逑ＩＰｖ４網(wǎng)絡(luò)邐Ａ逡逑６ｌ0ｗｐａｎ邋網(wǎng)絡(luò)邐ＣＤ邋Ｃ３逡逑0邐0逡逑0＿逡逑圖２－１系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框架逡逑無線傳感器節(jié)點(diǎn)主要部署在橋梁的關(guān)鍵部位，用于采集橋梁的溫濕度和加速逡逑度等參數(shù)。無線傳感器節(jié)點(diǎn)上電開啟工作模式后就會(huì)根據(jù)ＲＰＬ路由協(xié)議自己尋逡逑找路由并加入網(wǎng)絡(luò)中，因此在監(jiān)測(cè)區(qū)域若干個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)自組織網(wǎng)絡(luò)，將逡逑采集到的橋梁相關(guān)參數(shù)傳送至邊界路由節(jié)點(diǎn)，若干個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)與一個(gè)邊界逡逑路由節(jié)點(diǎn)自組織成簡(jiǎn)單６ＬｏＷＰＡＮ網(wǎng)絡(luò)。邊界路由節(jié)點(diǎn)即是６ＬｏＷＰＡＮ網(wǎng)絡(luò)的根逡逑９逡逑

②ＭＡＣ層數(shù)據(jù)傳輸模式逡逑ＩＥＥＥ８０２．１５．４標(biāo)準(zhǔn)的ＭＡＣ子層提供了兩種無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別是星形逡逑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛯?duì)等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，其具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖２－８所示。ＭＡＣ層的數(shù)據(jù)傳輸逡逑方式主要取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆袃煞N數(shù)據(jù)傳輸方式：到協(xié)調(diào)器的逡逑數(shù)據(jù)傳輸和來自于協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)傳輸；對(duì)等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲С贮c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。逡逑星形拓?fù)溥妼?duì)等拓?fù)溴义希苓姡娽芤灰灰灰�，個(gè)逡逑／邐＼邐＼邐！邐＼邋ｚ邋方逡逑＾邐＼邋春邋ＰＡＮ＿邋＼邐，逡逑Ｖ，邐＾邋ｖ邋Ａｒ邐’敕逡逑＜邐全功能設(shè)備邐＜邐？逡逑精簡(jiǎn)功能設(shè)備逡逑圖２－８星形和對(duì)等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逡逑到協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)傳輸模式又根據(jù)信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分為兩種傳輸模式，逡逑這兩種傳輸方式分別如圖２－９和圖２－１０所示。在信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)逡逑器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要與協(xié)調(diào)器以一定間隔發(fā)出信標(biāo)同步，如果該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是星形網(wǎng)逡逑絡(luò)的一部分且己分配好保障時(shí)隙

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本文編號(hào)：2725832