智能家庭无线传感器网络的研究

发布时间：2017-10-04 13:02

  本文关键词：智能家庭无线传感器网络的研究

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【摘要】：在过去的十几年里,随着电子科技水平的日益提高,人们的生活以及思维习惯不断地被更新,并且对日常生活也提出了更多更大胆的要求。家庭生活智能化,实现安防、环境检测以及家电控制等所有家庭系统一体化智能控制,正是人们对更高标准生活的一种追求。基于课题组已经完成的浙江省科技厅重大科技公关项目“支持传统优势产业升级的嵌入式软件技术平台开发及应用”,本文提出将传感器网络路由层协议的关键技术移植于智能家庭网络中,组建“智能家庭无线传感器网络”。本文研究的技术上的创新点主要包括两方面:一方面是利用嵌入式技术结合无线网络协议设计了一个智能家庭的无线传感器网络,对家庭环境进行远程监控;另一方面是将原经典路由层协议—LEACH协议进行改进,然后应用到智能家庭网络的网络中,以达到均衡网络内的能量消耗,从而实现智能家庭更节能环保的功能。本文首先介绍了智能家庭网络的研究背景、意义和国内外发展现状。并且详细阐述了智能家庭网络系统的通用架构,以及其中组网的关键技术。本文接着给出了智能家庭网络系统的设计,详细介绍了基于Zig Bee协议的无线传感器网络的系统架构及软硬件设计。在硬件部分中,主要对协调器、路由器和终端节点这三种类型网络节点进行了概要设计和模块设计;软件部分给出了三种类型网络节点的嵌入式软件设计以及基于Qt的控制中心软件设计。其次本文通过对比分析无线传感器网络的通信协议,针对经典路由协议LEACH协议的缺点,本着均衡网络内节点能量消耗的思想,从簇首选举、簇的划分以及最优路径选取几方面着手,提出了合理的改进方案。最后本文利用OPNET仿真软件对改进后的基于能量均衡的LEACH协议进行建模仿真比较,结果证明改进后的协议能够有效延长网络生命周期,减少能量损耗,非常适用于智能家庭网络的应用。
【关键词】：智能家庭 射频通信 无线传感器网络 LEACH协议
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 绪论11-14
• 1.1 课题研究的背景及意义11
• 1.2 智能家庭网络的意义11
• 1.3 国内外智能家居研究现状11-12
• 1.4 课题研究内容12-13
• 1.5 论文结构13-14
• 2 智能家庭的系统结构14-23
• 2.1 智能家庭系统的整体结构14-16
• 2.2 几种典型的智能家庭组网技术16-18
• 2.2.1 有线方式16-17
• 2.2.2 无线方式17-18
• 2.3 智能家庭系统的核心技术18-22
• 2.4 本文的智能家庭系统的结构22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 智能家庭的软硬件设计23-44
• 3.1 系统总体设计方案23-26
• 3.1.1 系统架构23-24
• 3.1.2 节点模块设计24-26
• 3.1.2.1 协调器节点设计24-25
• 3.1.2.2 路由器节点设计25
• 3.1.2.3 终端节点设计25-26
• 3.2 节点硬件设计26-33
• 3.2.1 核心处理板设计26-29
• 3.2.2 电源模块设计29
• 3.2.3 主机通信模块设计29-30
• 3.2.4 传感器电路模块设计30-33
• 3.2.4.1 温湿度传感器30-31
• 3.2.4.2 开关信号量传感器31-33
• 3.3 系统软件设计33-43
• 3.3.1 ZigBee协议栈33-34
• 3.3.2 节点软件设计34-37
• 3.3.2.1 协调器软件设计34-35
• 3.3.2.2 路由器软件设计35-36
• 3.3.2.3 终端节点软件设计36-37
• 3.3.3 主控软件设计37-43
• 3.3.3.1 串口通信模块38-41
• 3.3.3.2 数据处理显示模块41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 智能家庭网络研究44-57
• 4.1 无线传感器网络概述44-46
• 4.1.1 无线传感器网络的布局44-45
• 4.1.2 无线传感器网络的特点45-46
• 4.1.3 通信协议46
• 4.2 智能家庭网络46-47
• 4.3 智能家庭网络和无线传感器网络对比分析47-48
• 4.4 无线传感器网络的经典路由协议分析48-53
• 4.4.1 DD由协议48-49
• 4.4.2 SPIN路由协议49-50
• 4.4.3 层次路由协议50-53
• 4.4.3.1 GAF协议51
• 4.4.3.2 LEACH协议51-53
• 4.5 LEACH协议的研究53-56
• 4.5.1 原经典LEACH协议的不足53-54
• 4.5.2 改进的LEACH协议的关键点论证54-56
• 4.6 本章小结56-57
• 5 基于能量均衡的LEACH协议仿真57-66
• 5.1 OPNET简介57
• 5.2 基于能量均衡的LEACH协议的建模57-63
• 5.2.1 进程建模57-61
• 5.2.1.1 LTPAL进程模型58
• 5.2.1.2 CSMA进程模型58-59
• 5.2.1.3 能量均衡的LEACH进程建模型59-61
• 5.2.2 节点建模61-62
• 5.2.3 网络建模62-63
• 5.3 仿真结果分析63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 总结和展望66-68
• 6.1 工作总结66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-71
• 在学研究成果71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 郭秀梅;;X10及PLCBUS在智能家居网络中的应用与分析[J];河北科技师范学院学报;2007年04期

2 杨云;田浩澄;顾沈君;韩龙生;徐文春;;无线传感器网络分层聚类路由算法[J];计算机研究与发展;2011年S2期

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本文编号：970791