面向水环境监测的无线传感器网络技术研究

发布时间：2017-10-19 11:27

  本文关键词：面向水环境监测的无线传感器网络技术研究

  更多相关文章： 无线传感器网络 水环境监测 PEGASIS协议 双链头算法 距离阈值

【摘要】：水环境质量的好坏,直接影响着人类的日常生活、工农业生产、社会发展可持续性等方方面面。随着互联网的普及与扩大化,如今的社会已经进入了信息传感技术高度网络化的“物联网时代”,人们对于水环境保护与监督也提出了更高的要求。传统的水环境监测方案具有实时性差、监测区域小、耗费人力物力等缺点,逐渐变得难以适应当今信息网络化的潮流。无线传感器网络集传感器技术、嵌入式处理、无线通信、路由组网等多项技术于一体,可通过低成本的微电子集成传感器对监测区域进行大范围的信息感知,并通过相应的组网协议将环境或者监测对象的信息上传至用户。无线传感器网络技术的飞速进步,也为水环境监测领域带来了全新的理念与发展。本文首先采用无线传感器网络技术,设计了一种基于Zig Bee与3G通信技术的新型水环境监测系统,完成了系统整体结构、主要工作模块以及数据传输的设计,并进行了详细的功能介绍。在此基础之上,主要对水环境监测领域的组网协议进行了深入地研究:原有的Zig Bee组网方式并不适合大规模、复杂化的组网应用,通过参考层次结构路由的组网方式,提出一种适合水环境监测这一特殊应用领域的改进组网算法。在组网算法的改进方面,根据水环境监测组网规模大、拓扑环境复杂、更换电池困难但是对通信速率要求相对不高等特点,经过分析,本文采用PEGASIS协议作为组网基础;借鉴蚁群相遇算法,采用双链头方式进行网络拓扑与信息传输,从而缩短了网络的通信时延;通过对监测节点CC2530进行丢包率实验测试,确定出数据稳定传输的距离阈值,并作为相邻节点间距的限定权重,进一步平衡了全网能耗与通信质量之间的关系。最后,通过MATLAB进行模拟仿真,并对算法的适用性进行了讨论。仿真结果显示,本文提出的组网协议适合大规模组网应用,能够通过均衡全网能耗延长网络寿命,对全网通信质量的优化效果明显。算法的设计符合水环境监测领域的应用特点,为无线传感器网络技术在此领域的进一步研究奠定了基础。
【关键词】：无线传感器网络 水环境监测 PEGASIS协议 双链头算法 距离阈值
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X832;TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究目的和意义10-11
• 1.2 水环境监测系统研究概况11-12
• 1.3 无线传感器网络概述12-16
• 1.3.1 无线传感器网络简介13-14
• 1.3.2 无线组网技术调研14-16
• 1.4 论文主要内容及组织结构16-18
• 第2章 基于Zig Bee与 3G通信的水环境监测系统研究18-34
• 2.1 基于Zig Bee与 3G通信的水环境监测系统设计方案18-20
• 2.1.1 系统设计目标18-19
• 2.1.2 系统整体设计方案19-20
• 2.2 Zig Bee与 3G通信技术概述20-25
• 2.2.1 Zig Bee协议栈规范介绍20-23
• 2.2.2 Zig Bee网络拓扑结构23-24
• 2.2.3 3G通信技术介绍24-25
• 2.3 系统硬件设计组成25-29
• 2.3.1 监测节点的设计25-26
• 2.3.2 网络基站的设计26-28
• 2.3.3 视频采集与 3G通信模块的设计28-29
• 2.4 系统软件设计组成29-32
• 2.4.1 Zig Bee设备程序设计29-31
• 2.4.2 基于UDP的数据传输程序设计31-32
• 2.5 系统组网需求分析32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 系统组网技术的研究基础34-42
• 3.1 基于层次结构的路由协议34-37
• 3.1.1 基于层次结构的路由协议的思想34-35
• 3.1.2 PEGASIS协议简介35-37
• 3.1.3 PEGASIS协议的不足37
• 3.2 蚁群算法在路由组网中的应用37-41
• 3.2.1 蚁群算法的基本原理38-39
• 3.2.2 蚁群算法的实现步骤39
• 3.2.3 蚁群算法用于路由组网的优缺点39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第4章 基于距离阈值的双链头PEGASIS协议改进算法42-53
• 4.1 算法改进的基本思想42-43
• 4.2 蚁群算法的自适应改进43-45
• 4.3 双链头算法45-47
• 4.3.1 蚁群相遇算法简介45-46
• 4.3.2 拓扑成链阶段46-47
• 4.3.3 数据传输阶段47
• 4.4 距离阈值的应用与分析47-50
• 4.4.1 距离阈值的必要性48-49
• 4.4.2 具体实施方案49-50
• 4.5 协议整体流程50-51
• 4.6 本章小结51-53
• 第5章 模拟实验与结果分析53-60
• 5.1 仿真工具简介53-54
• 5.2 仿真结果分析54-59
• 5.2.1 仿真模型及参数设置54-55
• 5.2.2 实验结果分析55-58
• 5.2.3 本文算法适用性的讨论58-59
• 5.3 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果66-67
• 致谢67-68
• 作者简介68

【参考文献】

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本文编号：1060831