【摘要】：隨著社會的發(fā)展,生活質(zhì)量的提高,人們對新鮮食物的需求量不斷增加。其中,水產(chǎn)品(諸如魚、蟹等)由于其具有較高的營養(yǎng)價(jià)值,鮮活水產(chǎn)品的需求量逐年增加。鮮活水產(chǎn)品運(yùn)輸與其它食品運(yùn)輸相比,最顯著的區(qū)別是必須保持其鮮活度,因此常采用活體運(yùn)輸?shù)姆绞?而非傳統(tǒng)的真空塑料包裝,對運(yùn)輸環(huán)境的要求相對嚴(yán)格。傳統(tǒng)運(yùn)輸方式不能滿足鮮活水產(chǎn)品運(yùn)輸要求,需建立一套鮮活水產(chǎn)品運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)控裝置,提高水產(chǎn)品運(yùn)輸安全。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)通過結(jié)合數(shù)據(jù)采集與處理、無線通信和計(jì)算機(jī)技術(shù),能夠在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)監(jiān)測多種參數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲和傳輸。WSN相較于傳統(tǒng)有線傳輸模式有體積小、功耗低、結(jié)構(gòu)靈活和不用維護(hù)線路等優(yōu)勢,因而在水產(chǎn)品運(yùn)輸中得到廣泛應(yīng)用。然而,現(xiàn)有的水產(chǎn)品運(yùn)輸監(jiān)測系統(tǒng)中存在著無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)功耗較高的問題,當(dāng)運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)時(shí),節(jié)點(diǎn)的電源無法滿足系統(tǒng)的供電需求。為解決水產(chǎn)品運(yùn)輸中的節(jié)點(diǎn)功耗過大的問題,本文設(shè)計(jì)了無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn),從硬件和軟件兩方面同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化,降低無線傳感網(wǎng)功耗,提高能量利用率。WSN中的硬件功耗高是由線路設(shè)計(jì)不合理和阻抗不匹配等原因引起的。本文設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí),采用了電源分壓和交流濾波等手段,從電源中分離出多個(gè)電壓以滿足不同傳感器的需求;通過設(shè)計(jì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu),使得傳感器獲得了最大傳輸功率,減少了能量損失�？紤]到水產(chǎn)品運(yùn)輸中的需求,設(shè)計(jì)了具有一定防水性的封裝盒用以保護(hù)節(jié)點(diǎn),保證了WSN的穩(wěn)定性。WSN中的軟件功耗高是由節(jié)點(diǎn)通信時(shí),網(wǎng)絡(luò)中的能量分布不當(dāng)造成的,通常和該網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議有關(guān)。對于如何優(yōu)化WSN的通信協(xié)議,一直是國內(nèi)外大量學(xué)者積極研究并討論的熱點(diǎn)問題。本文根據(jù)WSN通信模式的不同,將其分為單點(diǎn)通信與多點(diǎn)通信兩種模式。對于單點(diǎn)通信,本文提出了基于路徑損耗模型的方法、基于高斯模型的方法和基于混合模型的方法。通過這些方法,WSN節(jié)點(diǎn)可以有效地降低節(jié)點(diǎn)在通信時(shí)的過剩發(fā)射功率并且減少了非必要的數(shù)據(jù)傳輸量。對于多點(diǎn)通信,本文改進(jìn)了通信協(xié)議中的幀結(jié)構(gòu),提出了基于隱馬爾可夫模型(HMM)和非合作博弈的功率控制方法,通過在無線傳感網(wǎng)中引入節(jié)點(diǎn)能量博弈的方式,平衡節(jié)點(diǎn)傳輸功率,提高能量利用率并延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,優(yōu)化后的無線傳感網(wǎng)性能得到了提升。在單點(diǎn)通信模式下,基于混合模型的方法效率最高,將總功耗降低了20%以上;在多點(diǎn)通信模式下,基于HMM和非合作博弈的控制方法在能量利用率、算法收斂速率和最大生命周期3個(gè)方面均優(yōu)于傳統(tǒng)算法。本論文的研究成果從多方面降低了無線傳感網(wǎng)中的能耗,解決了在長途或長時(shí)間物流運(yùn)輸監(jiān)測過程中,節(jié)點(diǎn)電源能量耗盡無法對目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測的困難,能夠較好地應(yīng)用于水產(chǎn)品運(yùn)輸監(jiān)測領(lǐng)域,具備推廣到其他物流監(jiān)測領(lǐng)域的價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【圖文】：

上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章 無線傳感網(wǎng)基本理論介紹了無線傳感網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)；比較了幾種無線傳感網(wǎng)的的優(yōu)勢；介紹了無線傳感網(wǎng)的基本工作原理，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)通信和多點(diǎn)通信。的結(jié)構(gòu)器網(wǎng)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)如圖 2-1，首先劃定一個(gè)待測區(qū)域，將傳內(nèi)[17]。每一個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)都帶有收發(fā)模塊，通過天線去�；ヂ�(lián)網(wǎng)可以將該信息傳輸給上位機(jī)，方便存儲于數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的容量都很小，不利于大量數(shù)據(jù)的堆積和存儲[18]，因隔內(nèi)，把已獲取到的信息傳遞出去，為下次到來的信息預(yù)

每一層都完成特定的功能。具體分層如圖2-2。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層可以采用多種無線射頻傳輸技術(shù)，如正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM）、超寬帶（Ultra Wideband，UWB）、多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output， MIMO）、碼分多址（CodeDivision MultipleAccess， CDMA）技術(shù)等[28]，也可以采用傳統(tǒng)的紅外傳輸技術(shù)；數(shù)據(jù)鏈路層主要將物理層的信息自下而上地傳遞給網(wǎng)絡(luò)層[29]，并且優(yōu)化通信鏈路，

圖 2-3 線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Figure 2-3 Linear topology structure如圖 2-3，無線傳感網(wǎng)的線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為 3 種，分別是點(diǎn)對點(diǎn)拓?fù)浜托切屯負(fù)洹｜c(diǎn)對點(diǎn)拓?fù)涫亲詈唵蔚耐負(fù)湫问�，采用單點(diǎn)通信模式，由匯聚節(jié)點(diǎn)和采一對一的對應(yīng)關(guān)系，半雙工通信時(shí)，出度為“1”，入度為“0”。全雙工通和入度都為“1”。樹形拓?fù)涞膹?fù)雜程度高于點(diǎn)對點(diǎn)拓?fù)�，由一個(gè)根節(jié)點(diǎn)和若干層子節(jié)點(diǎn)組的子節(jié)點(diǎn)又作為下一層的父節(jié)點(diǎn)，以此類推直到最底層。一般根節(jié)點(diǎn)由任，負(fù)責(zé)控制第一層子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流向和物理參數(shù)設(shè)定，控制關(guān)系逐層該結(jié)構(gòu)多采用半雙工通信模式，出度數(shù)量為除去根結(jié)點(diǎn)外的節(jié)點(diǎn)總數(shù)。確定，可能是從零到出度數(shù)量的任何一個(gè)子集。星型拓?fù)涫菑?fù)雜程度更高的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)子個(gè)簇，通常由匯聚節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇首。由圖可以看出，簇首處于星型結(jié)構(gòu)的負(fù)責(zé)調(diào)度整個(gè)簇內(nèi)所有采集節(jié)點(diǎn)的能量分配，收集采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)�？�

【參考文獻(xiàn)】

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1 葉繼華;王文;江愛文;;一種基于LEACH的異構(gòu)WSN能量均衡成簇協(xié)議[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2015年12期

2 張沖;熊勇;房衛(wèi)東;單連海;林奮波;陳長勇;;ZigBee網(wǎng)絡(luò)性能測試系統(tǒng)研究[J];國外電子測量技術(shù);2015年08期

3 卜范玉;張清辰;;基于博弈論的無線傳感網(wǎng)能量均衡模型[J];計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用;2015年05期

4 呂樺;;先進(jìn)通信電源技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用分析[J];電子技術(shù)與軟件工程;2015年09期

5 許建中;趙成勇;Aniruddha M.Gole;;模塊化多電平換流器戴維南等效整體建模方法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年08期

6 董穎;蘇真真;周占穎;肖匡心;;一種基于節(jié)點(diǎn)剩余能量和位置的LEACH改進(jìn)算法[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版);2015年02期

7 董哲;宋紅霞;;ZigBee-WiFi協(xié)同無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2015年01期

8 朱世盤;張永超;史忠誠;;智能變電站中高頻開關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用[J];中國電力;2015年01期

9 劉順勇;溫懷;趙麗;;基于Zstack的點(diǎn)對點(diǎn)通信研究[J];重慶第二師范學(xué)院學(xué)報(bào);2014年06期

10 周翠平;白洋;秦小明;王玲;韋曉燕;班大金;;二氧化碳麻醉技術(shù)在羅非魚無水�；钸\(yùn)輸中的應(yīng)用研究[J];漁業(yè)現(xiàn)代化;2014年04期

本文編號：2793177