基于水环境监测的无线传感器网络覆盖研究及应用
本文关键词：基于水环境监测的无线传感器网络覆盖研究及应用，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：水环境污染与保护问题一直是人类社会关注的热点问题。特别对于国内水污染日益严重的今天,急需高效的水环境监测系统。无线传感器网络(WSN)技术的快速发展和节点成本的下降,使得无线传感器应用于水环境监测成为了可能。本文针对水环境监测的WSN的覆盖控制问题进行了研究,提出了一种平行四边形覆盖算法。本文提出的覆盖算法突破了传统矩形覆盖算法的局限性,一方面保证在初始部署时使用最少节点实现全覆盖,另一方面保证节点移动后网络仍具有高覆盖率。仿真结果表明该算法在节点数和覆盖率两方面都优于传统矩形覆盖算法,能够满足水环境监测的要求。该算法有效减少了网络部署节点数量从而降低了成本,因此算法更具备一般性。此外本文还设计了基于WSN和安卓手机平台的水环境监测系统,其利用PC端和安卓移动终端实现了对水环境的远程实时监测。该水环境监测系统适用于湖泊、水库和鱼塘等水环境的监测,具有工作区域广、系统成本低、操作方便、监测数据精确和实时监测等特点。本文的主要工作包含以下几点：第一：学习并研究了无线传感器网络相关的覆盖理论,主要对网格划分法、基于遗传算法的覆盖理论、PEAS算法、部分覆盖理论和覆盖算法中的模式突变理论等进行了分析。第二：突破传统的矩形覆盖算法,设计了更具一般性的平行四边形节点覆盖算法。该算法确定了节点部署中的最优首节点位置且能有效降低能耗和保持高覆盖率。第三：设计了一套基于WSN和安卓手机平台的水环境监测系统,利用CC2430芯片和各类传感器实现了PC端和安卓移动终端对水环境监测的远程实时监测和管理。
【关键词】：无线传感器网络 安卓手机平台 水环境监测系统 覆盖算法
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X832;TN929.5;TP212.9
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-8
- 专用术语注释表8-9
- 第一章 绪论9-13
- 1.1 论文研究背景9-10
- 1.1.1 我国水环境现状9
- 1.1.2 无线传感器网络的发展及应用领域9-10
- 1.2 论文研究的目的与意义10-11
- 1.3 论文的主要工作11-12
- 1.4 论文的结构安排12-13
- 第二章 无线传感器网络和安卓技术13-25
- 2.1 无线传感器网络概述13-17
- 2.1.1 无线传感器网络的体系结构和特点13-15
- 2.1.2 WSN的网络协议及拓扑结构概述15-16
- 2.1.3 WSN的关键技术和应用领域16-17
- 2.1.4 ZigBee技术概述17
- 2.2 安卓技术17-19
- 2.2.1 安卓技术的发展17-18
- 2.2.2 安卓技术体系结构18-19
- 2.2.3 安卓开发平台特点19
- 2.3 WSN覆盖问题19-24
- 2.3.1 WSN覆盖问题分类21-23
- 2.3.2 WSN覆盖算法性能评价标准23-24
- 2.4 本章小结24-25
- 第三章 无线传感器网络覆盖理论研究25-37
- 3.1 网格划分法25-26
- 3.1.1 网格划分算法描述25-26
- 3.1.2 网格划分算法分析26
- 3.2 PEAS覆盖算法26-28
- 3.2.1 PEAS算法描述26-27
- 3.2.2 PEAS算法思想27-28
- 3.3 基于遗传算法的覆盖优化算法28-31
- 3.3.1 遗传算法28-29
- 3.3.2 基于遗传算法的覆盖算法分析29-31
- 3.4 部分覆盖算法31-34
- 3.4.1 部分覆盖算法简介31
- 3.4.2 CPCA算法思想31-33
- 3.4.3 部分覆盖算法分析33-34
- 3.5 覆盖算法中的模式突变理论34-35
- 3.5.1 模式突变理论简介34
- 3.5.2 模式突变理论分析34-35
- 3.6 本章小结35-37
- 第四章 水环境监测系统覆盖算法设计37-49
- 4.1 网络模型37
- 4.2 算法的问题描述37-38
- 4.3 算法的基本思想38-39
- 4.4 最优首节点位置39-42
- 4.4.1 最优首节点算法步骤39-40
- 4.4.2 最优首节点仿真验证40-42
- 4.5 平行四边形覆盖算法42-44
- 4.5.1 问题描述42-43
- 4.5.2 算法步骤43-44
- 4.6 仿真分析44-48
- 4.7 本章小结48-49
- 第五章 基于ZigBee和Android的水环境监测系统设计49-63
- 5.1 水环境监测系统的体系架构49
- 5.2 水环境监测系统硬件平台设计49-58
- 5.2.1 水环境监测系统数据采集模块50-54
- 5.2.2 水环境监测系统的数据处理模块54-56
- 5.2.3 水环境监测系统的数据传输模块56-57
- 5.2.4 水环境监测系统的附加模块57-58
- 5.3 水环境监测系统软件平台设计58-62
- 5.3.1 水环境监测系统后台软件设计58-60
- 5.3.2 水环境监测系统安卓终端软件设计60-62
- 5.4 本章小结62-63
- 第六章 总结与展望63-65
- 6.1 总结63-64
- 6.2 展望64-65
- 参考文献65-68
- 附录1 攻读硕士学位期间申请的专利68-69
- 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目69-70
- 致谢70
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