隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,河流水污染形勢日趨嚴(yán)峻。傳統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備存在部署困難,易產(chǎn)生故障等問題,給河流水質(zhì)監(jiān)測工作帶來很大困擾。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為近年來在通信領(lǐng)域快速發(fā)展的新興技術(shù),越來越得到大家的關(guān)注和認可,尤其是在河流水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出很好的發(fā)展前景。但基于河流監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也會遇到網(wǎng)絡(luò)能量損耗嚴(yán)重和數(shù)據(jù)傳輸實時性差的問題,因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由技術(shù)的研究顯得十分重要。本文基于河流水質(zhì)監(jiān)測為背景,針對傳統(tǒng)LEACH算法在傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點能量利用不均衡情況,提出新型的E-LEACH能量高效路由算法。該算法通過最優(yōu)簇首數(shù)目進行分區(qū),在此基礎(chǔ)上,采用簇首輪換機制,考慮節(jié)點剩余能量與未被當(dāng)選為簇首的輪次,動態(tài)改變簇首的選舉閾值,另外采用單跳和多跳相結(jié)合方式進行路由轉(zhuǎn)發(fā),以達到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量高效利用的目的。針對LEACH算法在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用單跳通信而導(dǎo)致時延較高的問題,提出RT-LEACH實時路由算法。該算法在下一跳路徑選擇中引入繁忙率等因素,避免排隊等待,在穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸階段采用CSMA機制,爭用網(wǎng)絡(luò)信道,降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲,同時在網(wǎng)絡(luò)中引入高低能量節(jié)點,在保證數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)幕A(chǔ)上也要... 

【文章來源】：沈陽理工大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

河流水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第2章基于WSN的河流水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)路由概述-9-470MHz無線傳輸技術(shù)更適合目前狹長河流的數(shù)據(jù)采集傳輸工作，在河流水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中前端數(shù)據(jù)采集工作由470MHz無線通信技術(shù)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合方式來進行數(shù)據(jù)采集，Wireless-TH-470（WTH-470）網(wǎng)絡(luò)具備覆蓋范圍廣，吞吐量靈活，成本低等特點，是一種由470MHz微功率技術(shù)組成的中低速的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。（1）WTH-470網(wǎng)絡(luò)分層在分層結(jié)構(gòu)上，部分遵循網(wǎng)絡(luò)七層模型(OpenSystemInterconnection，OSI)，增加硬件邏輯層，舍棄物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。WTH-470網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由硬件邏輯層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三部分構(gòu)成，并且在網(wǎng)絡(luò)層中添加安全防護，用于保護數(shù)據(jù)安全。網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)Fig.2.2TheStructureofnetworkhierarchy硬件邏輯層主要由板級支持層數(shù)據(jù)包(BoardSupportPackage，BSP)和470MHz無線射頻模塊組成，BSP主要負責(zé)硬件邏輯層與網(wǎng)絡(luò)層之間的數(shù)據(jù)通信工作。470MHz無線射頻模塊主要用于數(shù)據(jù)的收發(fā)工作。網(wǎng)絡(luò)層主要用來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地址的分配、傳輸數(shù)據(jù)的管理以及網(wǎng)絡(luò)拓撲路由的建立等，通過網(wǎng)絡(luò)校驗把經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)傳輸給特定的端口，并且接收通信數(shù)據(jù)包發(fā)送給對應(yīng)的端口地址。應(yīng)用層主要用來完成目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域樣本數(shù)據(jù)的采集工作，另外網(wǎng)絡(luò)層也需要進行定期維護。（2）WTH-470網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分類全能耗設(shè)備（FullEnergeticDevice，F(xiàn)ED）和部分能耗設(shè)備（PartEnergeticDevice，PED）是根據(jù)無線接入訪問節(jié)點（AccessPoint，AP）傳輸能力以及攜帶能量的不同來劃分的。因為本文針對狹長河流環(huán)境，可以采用FED，F(xiàn)ED與FED

第2章基于WSN的河流水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)路由概述-11-圖2.3網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)Fig.2.3Meshnetworktopology2.1.2水質(zhì)感知終端河流水質(zhì)監(jiān)測感知終端硬件系統(tǒng)平臺主要通過地板電路和核心硬件電路共同組成。主要核心模塊的組成采用的是ARM處理器STM32F103RC的CPU模塊，其中ARM處理器是由32位Cortex-M3TM架構(gòu)并且由意法半導(dǎo)體公司所生產(chǎn)；470MHZ無線傳輸模塊配備標(biāo)準(zhǔn)的外圍電路并采用SX1278高性能射頻芯片；使用了AD7708的AD采集模塊；利用1N5408芯片作為鋰電池充電管理的電源模塊；采用了SIMCOM公司的SIM900A模塊進行數(shù)據(jù)的傳輸?shù)腉PRS模塊；采用了CPLD驅(qū)動4.3寸TFT液晶顯示屏的方案的LCD模塊；DI/DO通過MCU的IO管腳控制的繼電器來實現(xiàn)輸入輸出模塊；SD卡存儲模塊實現(xiàn)讀寫功能需要使用STM32處理器自帶的SDIO接口方式來完成。本文的串口假定是可擴展的，因此串口擴展模塊采用VK3266芯片來設(shè)計[16]。下面是對各個模塊的詳細介紹。（1）CPU核心處理模塊河流水質(zhì)監(jiān)測感知終端系統(tǒng)的硬件設(shè)計中，選擇采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103RC作為CPU模塊。ARM處理器由32位的Cortex-M3來構(gòu)建。STM32F103RC在工作狀態(tài)下，最高頻率只有72MHZ，但是每一赫茲在每秒能處理1250萬條指令的程序，能夠在一個周期內(nèi)可以同時實現(xiàn)乘法運算和硬件的除法運算，芯片上集成了閃存和靜態(tài)隨機存取這兩種存儲器，且這兩種存儲器作為暫時存儲數(shù)據(jù)的容器他們的內(nèi)存分別為512KB和64KB。

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本文編號：3309305