边境防控体系中无线传感器网络系统的设计与分析
本文关键词：边境防控体系中无线传感器网络系统的设计与分析
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【摘要】：我国幅员辽阔,陆地边境线长达2.2万公里,边境沿线地理环境复杂、出入境通道、人行便道不计其数,而担负人员、交通工具出入境管理职能工作的边防工作站、边防派出所,目前主要通过固定值守与人工巡查相结合的方式对出入边境的边民与交通工具进行管理,工作强度大,实时性差,难以对众多出入境便道、小道实施有效管控的问题目益凸显。2013年,国家边海防委提出立足信息化建设成果,依托信息获取和集成融合的现代技术,建立感知全面、管控智能的边境可视化立体防控体系。在视频监控、雷达、AIS、光电跟踪系统的基础上,通过部署多种类、多数量的复合微型传感器形成联动系统,进一步丰富和完善当前边境防控感知技术,严密边境管控,实现“事前预警、目标跟踪、事件处置”的防控工作要求。在边境防控体系的规划设计中,如何将指定区域众多微型传感器获取的信息及时回传处理、精确定位、智能预警,整个体系中的通信网络尤其是无线传感通信网络的选择与实现是一个技术关键。本论文旨在通过对全国边防重点、特征性区域边境防控任务通信需求的分析,对目前主要短距通信技术与性能的比较,规划甄选出适合于全国边境防控体系建设的微型传感器通信网络技术,破解项目建设中的技术难点,探索和推进边境管控智能化工作,实现人流、物流、信息流由粗放管理向精细化、智能化、标准化、自动化远程管理的转变,全面提升边境管控效率和边境管理水平。论文在对云南边境防控无线传感系统进行设计、规划和建设的基础上,通过对应用中存在问题的分析,提出了一种新的在具有监控功能的非坚持CSMA协议的基础上,采用二叉树型冲突分解的算法,它能够降低系统的碰撞率,改善系统使用效果,并对课题研究成果的现实作用和应用前景进行分析和展望。论文的研究内容包括四个部分：第一部分,对国家边境防控体系建设的背景和现状进行了概述,对边境防控体系中的无线传感器网络需要实现的功能和担负的任务进行了定义,对无线传感器网络的应用领域以及国内外在边境管理中的应用进行了简介。在此基础上,重点阐述了本论文研究内容的来源,提出本文的研究课题。第二部分,在对边境防控系统建设的目的和意义进行详细论述的基础上,结合云南边境管理实际,对系统建设架构进行了规划设计,讨论了边境防控各个分系统的组成和实现方法、软件平台架构和实现功能。在对边境防控网络传输系统分析和设计时,特别指出网络系统构成中的远距无线传感通信部分对于边防管理部门还是一个崭新的应用领域,导入后续章节的进一步研究和分析。第三部分,通过对全国边防重点、特征性区域边境防控任务通信需求的分析,对目前主要短距通信技术与性能的比较,甄选出适合于全国边境防控体系建设的微型传感器通信网络技术,并对选择采用ZigBee技术的边境防控无线传感通信网进行了规划。通过对规划方案的项目实施,在实际应用中发现了系统存在的不足,并在路由协议和MAC协议层面对发现问题进行了分析。第四部分,采用平均周期的方法,在二叉树型冲突分解的具有监控功能的非坚持CSMA协议的基础上,推导出协议吐吞量等相关指标的精确数学表达式,并进行仿真验证,得出仿真结果与理论值一致性的结论,经过对改进模型的分析,采用二叉树型冲突分解的算法,降低系统的碰撞率,使提出新协议的吞吐量得到了明显的改善,探讨了研究成果解决边境防控系统无线传感网络建设中存在问题的实用性。
【关键词】：边境管理 无线传感器网络 随机多址 ZigBee 冲突分解
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-9
- 第一章 概论9-19
- 1.1 课题背景9-10
- 1.2 目的意义10-11
- 1.3 无线传感器网络系统研究现状11-17
- 1.3.1 无线传感通信网络历程11-12
- 1.3.2 无线传感器网络(WSN)特点与技术发展12-14
- 1.3.3 无线传感器网络的应用领域14-15
- 1.3.4 国内外边境管理中无线传感器网络应用状况15-16
- 1.3.5 边境防控体系中无线传感器网络应用亟待解决的问题16-17
- 1.4 论文主要研究内容17-19
- 第二章 云南边境防控系统建设规划19-32
- 2.1 云南省边境防控系统建设总体架构设计20-22
- 2.2 系统组成设计22-27
- 2.2.1 前端固定式感知分系统组成22-23
- 2.2.2 前端便携式感知分系统组成23-24
- 2.2.3 网络传输系统组成24-26
- 2.2.4 指控中心及平台管理系统组成26-27
- 2.2.5 供电配套分系统27
- 2.3 边境防控系统功能信息流设计27-29
- 2.4 边境智能管控平台29-31
- 2.4.1 功能需求29
- 2.4.2 软件平台架构29-30
- 2.4.3 软件平台功能30-31
- 2.5 本章小结31-32
- 第三章 云南边境防控系统无线传感通信网络研究与设计32-43
- 3.1 边境防控体系无线传感器网络的特点32-34
- 3.2 无线近距数字通信技术比较34
- 3.3 ZIGBEE技术34-36
- 3.3.1 ZigBee技术简介34-35
- 3.3.2 ZigBee技术特点35-36
- 3.4 边境防控无线传感网络设计36-40
- 3.4.1 边境防控无线传感网络分析设计37-39
- 3.4.2 边境防控无线传感网络应用构建39-40
- 3.5 实际应用中存在的问题及分析40-42
- 3.6 本章小节42-43
- 第四章 基于二叉树型冲突分解的解决方法讨论43-56
- 4.1 随机多址接入控制协议43-46
- 4.2 随机多址接入技术46-47
- 4.3 模型47-48
- 4.4 模型分析48-50
- 4.5 改进模型分析50-53
- 4.6 仿真及结论53-54
- 4.7 本章小结54-56
- 第五章 结论与展望56-61
- 5.1 主要工作及结论56-58
- 5.2 展望58-61
- 参考文献61-64
- 附录 攻读硕士学位期间完成的研究课题和论文64-65
- 致谢65
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本文编号：885824
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