可容错周界入侵探测系统设计与实现

发布时间：2017-03-22 16:08

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【摘要】：如今,周界入侵探测系统已经成为无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)的重要应用之一,被广泛地布置在国境线、机场周边、海岸线等处用以探测非法入侵。由于无线传感器节点体积小,感知、计算和通信等能力有限,容易因环境噪声或自身故障的影响而使探测结果不准确。因此,设计和实现一套能抵抗环境噪声和传感器故障影响的可容错周界入侵探测系统,充满挑战且意义重大。本文阐述了周界入侵探测系统中传感器节点的有向概率感知模型、故障模型、网络模型,在此基础上通过节点内容错算法、节点间容错算法、信任管理与故障节点判定算法三个环节实现了系统的容错,并给出了相应的数学描述。在此基础上,设计并实现了系统硬件的主控模块、组网模块、遥控模块、接口模块、GPRS模块、电源模块、防水外壳和接口,完成了探测节点、汇聚节点的硬件组装。实现了探测节点、汇聚节点的嵌入式编程,使上述两类节点可运行节点内容错算法,并可自动组网和将探测到的信息发送到控制中心。系统的控制中心通过服务器编程实现,可运行节点间容错算法、信任管理与故障节点判定算法,并完成数据的存储与展示。最后,通过实验验证了系统的容错性能,并通过仿真分析了部署参数对系统性能的影响。本文从实际应用场景出发,建立了周界入侵探测系统的模型,创新地提出了可容错周界入侵探测算法并进行了数学推导。基于上述算法,设计硬件和软件,实现了能抵抗环境噪声和传感器故障影响的可容错周界入侵探测系统。通过实验和仿真对系统的容错性能进行了验证,结果显示该系统在实验和仿真中均有着良好的入侵探测效果。
【关键词】：周界入侵 入侵探测 容错算法 无线传感器网络 系统设计
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-17
• 1.1.1 无线传感器网络概述13-14
• 1.1.2 线传感器网络的容错性14-15
• 1.1.3 周界入侵探测系统15-17
• 1.2 研究现状17-19
• 1.2.1 可容错无线传感器网络17-18
• 1.2.2 可容错周界入侵探测18-19
• 1.3 本文工作19-21
• 第二章 可容错周界入侵探测算法21-41
• 2.1 周界入侵探测系统建模21-25
• 2.1.1 有向概率感知模型21-22
• 2.1.2 故障模型22-23
• 2.1.3 网络模型23-25
• 2.2 可容错周界入侵探测算法25-39
• 2.2.1 节点内容错算法27-29
• 2.2.2 节点间容错算法29-34
• 2.2.3 信任管理与故障节点判定算法34-39
• 2.2.4 可容错周界入侵探测算法39
• 2.3 本章小结39-41
• 第三章 系统硬件设计与实现41-61
• 3.1 硬件方案设计41-46
• 3.1.1 系统要求与技术指标41-43
• 3.1.2 方案设计43-46
• 3.2 节点模块设计与实现46-56
• 3.2.1 主控模块46-49
• 3.2.2 组网模块49-50
• 3.2.3 遥控模块50-52
• 3.2.4 接口模块52-54
• 3.2.5 GPRS模块54-55
• 3.2.6 电源模块55-56
• 3.3 节点模块组装56-57
• 3.4 节点封装与接口设计57-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 系统软件设计与实现61-73
• 4.1 组网设置61-62
• 4.2 探测节点嵌入式编程62-67
• 4.3 汇聚节点嵌入式编程67-68
• 4.4 控制中心编程68-71
• 4.5 本章小结71-73
• 第五章 系统实验、仿真与结果分析73-87
• 5.1 有向概率感知模型验证73-75
• 5.2 系统实验研究75-79
• 5.2.1 实验环境搭建75-76
• 5.2.2 故障节点判定实验分析76-77
• 5.2.3 入侵探测实验分析77-79
• 5.3 系统仿真研究79-84
• 5.3.1 仿真环境搭建79-81
• 5.3.2 系统仿真分析81-84
• 5.4 本章小结84-87
• 第六章 总结与展望87-89
• 参考文献89-95
• 研究成果目录95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐小龙;耿卫建;杨庚;李玲娟;杨震;;高效容错的无线传感网事件及其边界检测算法[J];计算机研究与发展;2014年05期

2 胡祥超;朱宝良;鲁辉;;基于阻抗变化分析的刺绳围栏周界警戒与隔离技术研究[J];电子设计工程;2014年07期

3 章巍;刘志勤;胡东平;王耀彬;;一种可靠的人体入侵探测系统设计[J];传感器与微系统;2013年03期

4 宋欣;王翠荣;;基于统计假设检验的虚拟传感网容错策略[J];东北大学学报(自然科学版);2012年03期

5 司海飞;杨忠;王s，

本文编号：261833