隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,河流水污染形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備存在部署困難,易產(chǎn)生故障等問(wèn)題,給河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)很大困擾。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為近年來(lái)在通信領(lǐng)域快速發(fā)展的新興技術(shù),越來(lái)越得到大家的關(guān)注和認(rèn)可,尤其是在河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出很好的發(fā)展前景。但基于河流監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)能量損耗嚴(yán)重和數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題,因此無(wú)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(cè)為背景,針對(duì)傳統(tǒng)LEACH算法在傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)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(guò)最優(yōu)簇首數(shù)目進(jìn)行分區(qū),在此基礎(chǔ)上,采用簇首輪換機(jī)制,考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量與未被當(dāng)選為簇首的輪次,動(dòng)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(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā),以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量高效利用的目的。針對(duì)LEACH算法在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中采用單跳通信而導(dǎo)致時(shí)延較高的問(wèn)題,提出RT-LEACH實(shí)時(shí)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(duì)等待,在穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸階段采用CSMA機(jī)制,爭(zhēng)用網(wǎng)絡(luò)信道,降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲,同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中引入高低能量節(jié)點(diǎn),在保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)幕A(chǔ)上也要... 

【文章來(lái)源】：沈陽(yáng)理工大學(xué)遼寧省

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第2章基于WSN的河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)路由概述-9-470MHz無(wú)線傳輸技術(shù)更適合目前狹長(zhǎng)河流的數(shù)據(jù)采集傳輸工作，在河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中前端數(shù)據(jù)采集工作由470MHz無(wú)線通信技術(shù)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合方式來(lái)進(jìn)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(diǎn)，是一種由470MHz微功率技術(shù)組成的中低速的無(wú)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(hù)，用于保護(hù)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(jí)支持層數(shù)據(jù)包(BoardSupportPackage，BSP)和470MHz無(wú)線射頻模塊組成，BSP主要負(fù)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(wú)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(lái)實(shí)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?fù)渎酚傻慕⒌�，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)校驗(yàn)把經(jīng)過(guò)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(duì)應(yīng)的端口地址。應(yīng)用層主要用來(lái)完成目標(biāo)監(jiān)測(cè)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(jìn)行定期維護(hù)。（2）WTH-470網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分類(lèi)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(wú)線接入訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)（AccessPoint，AP）傳輸能力以及攜帶能量的不同來(lái)劃分的。因?yàn)楸疚尼槍?duì)狹長(zhǎng)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(cè)系統(tǒng)路由概述-11-圖2.3網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2.3Meshnetworktopology2.1.2水質(zhì)感知終端河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)感知終端硬件系統(tǒng)平臺(tái)主要通過(guò)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(wú)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(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸?shù)腉PRS模塊；采用了CPLD驅(qū)動(dòng)4.3寸TFT液晶顯示屏的方案的LCD模塊；DI/DO通過(guò)MCU的IO管腳控制的繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入輸出模塊；SD卡存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)功能需要使用STM32處理器自帶的SDIO接口方式來(lái)完成。本文的串口假定是可擴(kuò)展的，因此串口擴(kuò)展模塊采用VK3266芯片來(lái)設(shè)計(jì)[16]。下面是對(duì)各個(gè)模塊的詳細(xì)介紹。（1）CPU核心處理模塊河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)感知終端系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)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(lái)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(wàn)條指令的程序，能夠在一個(gè)周期內(nèi)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算和硬件的除法運(yùn)算，芯片上集成了閃存和靜態(tài)隨機(jī)存取這兩種存儲(chǔ)器，且這兩種存儲(chǔ)器作為暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容器他們的內(nèi)存分別為512KB和64KB。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于動(dòng)態(tài)匯聚節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡策略研究[D]. 魯瑤.電子科技大學(xué) 2019
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[6]無(wú)線傳感網(wǎng)中基于TEEN協(xié)議的數(shù)據(jù)融合算法研究[D]. 王一凡.北京郵電大學(xué) 2017
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[8]基于WSN的水環(huán)境參數(shù)因子采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 郭允峰.沈陽(yáng)理工大學(xué) 2016
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本文編號(hào)：3309305