在艙內(nèi)復(fù)雜、空間有限的環(huán)境下,利用無線通信系統(tǒng)來檢測(cè)艙內(nèi)設(shè)備健康狀況的檢測(cè)有著重要意義。無線mesh網(wǎng)絡(luò)具有靈活、多跳、低成本的特點(diǎn),逐漸成為了一種主流的無線傳感網(wǎng)絡(luò),本文在無線mesh網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上構(gòu)建應(yīng)用于艙內(nèi)的無線通信系統(tǒng)。此外,無線mesh節(jié)點(diǎn)完全依賴電池供電,電池電量有限,針對(duì)這些問題,本文對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本文的主要研究工作主要包括以下三個(gè)方面:首先,設(shè)計(jì)了低功耗mesh硬件系統(tǒng)。分析了應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)無線通信系統(tǒng)提出的需求,選擇了具有較高通信速率的Wi-Fi芯片ESP32作為組網(wǎng)芯片;針對(duì)系統(tǒng)能量供應(yīng)模塊,設(shè)計(jì)了雙電源方案,在主電池能量不足以維持節(jié)點(diǎn)工作時(shí),可自動(dòng)平穩(wěn)切換至備用電池,同時(shí)也能在節(jié)點(diǎn)工作期間更換電池而不影響節(jié)點(diǎn)的正常工作;設(shè)計(jì)了高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集傳感器振動(dòng)數(shù)據(jù)。硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均選擇的低功耗器件。其次,對(duì)低功耗無線mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)mesh協(xié)議搭建了無線mesh網(wǎng)絡(luò);根據(jù)TPSN協(xié)議實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步,在時(shí)鐘同步的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的同步休眠與喚醒;采用了功率控制機(jī)制使無線mesh節(jié)點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整發(fā)射功率從而實(shí)現(xiàn)降低節(jié)點(diǎn)能耗以及提高網(wǎng)絡(luò)性... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)局域網(wǎng)架構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文1第1章緒論1.1研究背景及意義在船舶、潛艇等艙內(nèi)，空間密閉，里面遍布各種金屬設(shè)備，環(huán)境復(fù)雜。當(dāng)對(duì)艙內(nèi)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)、故障診斷時(shí)，若使用有線連接通信的方式會(huì)使封閉復(fù)雜的環(huán)境更加復(fù)雜。相對(duì)而言，采用無線通信的方式無疑是更好的選擇。傳統(tǒng)的局域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1-1所示，通常是多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)接入同一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)AP(AccessPoint)，AP負(fù)責(zé)所有節(jié)點(diǎn)之間的信息交互，這樣的架構(gòu)其實(shí)有較多的限制[1]：節(jié)點(diǎn)不能距離AP太遠(yuǎn)，因?yàn)樗泄?jié)點(diǎn)與AP直接相連，AP通信范圍之外的節(jié)點(diǎn)無法與之建立通信；當(dāng)AP故障時(shí)，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓；網(wǎng)絡(luò)容量受AP的容量限制，容易超載。而無線mesh網(wǎng)絡(luò)是一種異常靈活的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1-2所示，由于其多跳的特性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以連接多個(gè)其他節(jié)點(diǎn)，當(dāng)中間某個(gè)節(jié)點(diǎn)因故障停止工作時(shí)，剩余節(jié)點(diǎn)可以重新自主形成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從而形成新的數(shù)據(jù)傳輸通道，這種特性也可以解決艙內(nèi)因障礙物遮擋造成節(jié)點(diǎn)間通信質(zhì)量不佳的問題。圖1-1傳統(tǒng)局域網(wǎng)架構(gòu)圖1-2無線mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常被大量部署在艙內(nèi)的各個(gè)地方，一般是依靠節(jié)點(diǎn)自身攜帶的電池供電，節(jié)點(diǎn)電池電量有限，且隨著使用電池電量逐漸降低，當(dāng)下降到一定程度不足以給節(jié)點(diǎn)供電時(shí)，該節(jié)點(diǎn)停止工作。同時(shí)，大量節(jié)點(diǎn)的停止工作將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的癱瘓。這就決定了節(jié)點(diǎn)對(duì)低功耗的迫切需求[2]。節(jié)點(diǎn)能耗直接關(guān)系著節(jié)點(diǎn)的使用壽命，也就影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)感知范圍的大孝有效感知生命的長(zhǎng)短。因此實(shí)現(xiàn)低功耗、延長(zhǎng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的使用壽命是至關(guān)重要的�？梢酝ㄟ^設(shè)計(jì)低功耗的硬件電路降低節(jié)點(diǎn)的硬件功耗；通過節(jié)點(diǎn)休眠、功率控制等技術(shù)降低無線網(wǎng)絡(luò)的平均功耗[3]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文2本文旨在設(shè)計(jì)面向艙內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)景的無線通信系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的周期性同步休眠來降低功耗；同時(shí)利用功率控制技術(shù)進(jìn)一步降低節(jié)點(diǎn)功耗；再結(jié)合無線mesh網(wǎng)絡(luò)靈活、多跳轉(zhuǎn)發(fā)的特點(diǎn)，就能建立一個(gè)穩(wěn)定、持久、高質(zhì)量的無線通信系統(tǒng)。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1無線mesh網(wǎng)絡(luò)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀無線mesh網(wǎng)絡(luò)（WirelessmeshNetwork,WMN），即“無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”，是一種“多跳”網(wǎng)絡(luò)，由Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而來[4]。Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是移動(dòng)的，并且能以任意方式動(dòng)態(tài)的保持與其它節(jié)點(diǎn)的連接，因此WMN繼承了無線Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)無中心、無基礎(chǔ)設(shè)施、多跳、自組織的特點(diǎn)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能充當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)來傳輸數(shù)據(jù)[5]，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1-3所示。WMN最早被應(yīng)用于美國(guó)軍方，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，因其靈活的特點(diǎn)被民用市場(chǎng)關(guān)注，并很快成為了無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[6]。圖1-3無線mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖[7]國(guó)外對(duì)于WMN的研究比較深入，已經(jīng)存在許多搭建的平臺(tái)和項(xiàng)目。1998年，摩托羅拉公司歷時(shí)12年完成了銥星系統(tǒng)，由66顆衛(wèi)星組成，在mesh網(wǎng)絡(luò)下工作[8]。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將各種無線鏈路與其他衛(wèi)星連接起來，語(yǔ)音呼叫可以通過mesh網(wǎng)絡(luò)在一顆衛(wèi)星和另一顆衛(wèi)星之間通過星座進(jìn)行通信，而無需將信號(hào)傳輸?shù)降孛嬲荆梢源蟠蠼档脱舆t。進(jìn)入21世紀(jì)，MWN得到了迅速的發(fā)展，美國(guó)的Networks公司于2000年購(gòu)買了美國(guó)軍方的部分Ad-hoc技術(shù)，在此技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)出了無

【參考文獻(xiàn)】：
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