林区无线传感器网络数据采集系统设计
发布时间：2021-06-30 17:12
进入21世纪以来,随着中国经济的快速发展以及人们物质生活水平的不断提高,环境生态文明问题也受到了越来越多的关注。林业作为我国的传统行业,对我国经济的快速发展有着突出的贡献。对林区进行环境生态数据采集和信息化监管,是生态文明建设,实现美丽中国和人们追寻美好生活的迫切期盼,也是实现我国经济可持续发展战略的必由之路。传统的林区已构建的数据采集系统,大多是基于TCP/IP的有线传输或基于短距离通信的Wi-Fi和ZigBee无线传输等方式实现,而这些方式存在布线繁琐、通信距离短、安全性不高、受自然环境约束等缺陷。本文针对以上问题和林区环境特征及实际需求,首先对林区无线传感器网络的适应性组网技术和方案进行了研究和设计,然后对林区的环境生态参数和林分生长参数等实现高效率、低成本、高可靠性采集,最后对采集节点和汇聚节点及通信方式进行了软硬件设计,并构建了林区数据云监测平台实现PC-WEB端与APP移动端的可视化呈现、预警和监管。本文具体研究设计主要内容如下:（1）针对林区环境生态等数据采集的特征、特性和需求进行了分析,研究与之相适应的无线传感器网络的组网技术和方案,实现对林区内环境数据的高效采集与实时...
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?ＬｏＲａＷＡＮ网络架构??Ｆｉｇ２．１?ＬｏＲａ?ＷＡＮ?Ｎｅｔｗｏｒｋ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??
Ｃｌａｓｓ－Ｃ是最耗费能源的，终端每次进行数据上传操作后，接收窗口会一直打??开，常用于智能停车场和路灯控制场景。??ＬｏＲａ终端节点的三种工作模式原理如图２．２所示。??ＵＬ?Ｆｒａｍｅ?ＤＬ?Ｆｒａｍｅ??＾?？??ＬＸ?｜ＤＬ１?ＤＬ２?［ＵＬ?ＩｄＬＩ?ＤＬ２?－，…Ｃｌａｓｓ－Ａ??Ｆｒａｍｅ－１?Ｆｒａｍｅ－２??Ｅｘｔｍ?Ｓｃｈｅｄｕｌｅｄ?ＤＬ?Ｓｌｏｔｓ??ＵＬ?ＩｄＬＩ?ＤＬ２｜ｅｘ?…Ｃｌａｓｓ－Ｂ??ＵＬ?Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ＤＬ?…Ｃｌａｓｓ－Ｃ??图２．２?ＬｏＲａ终端节点工作模式原理图??Ｆｉｇ２．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＬｏＲａ?ｔｅｒｍｉｎａｌ?ｎｏｄｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｍｏｄｅ??（３）无线频段分配??无线通信频段表示无线通信技术使用的固定的无线电波的频率范围，所有的??无线通讯技术都有自己的无线频段，而在同等发射功率且有障碍物的条件下通信??频段越低可实现的传输距离就越远［３８］。ＬｏＲａ无线通讯技术在１３７ＭＨｚ？１０２０ＭＨｚ??工作，常用的无线通信频段有９１５ＭＨｚ、８６８ＭＨｚ、以及４７０ＭＨＺ？５１０ＭＨｚ和??４３３ＭＨｚ。??中国相关规定，中国大陆地区有２个ＩＳＭ?（免费）频段：４７０？５１０ＭＨｚ频段??和７７９？７８７ＭＨｚ频段［３９］。在发射功率小于５０ｍＷ且发射时长不超过５ｓ的条件下??可使用４７０－５１０ＭＨＺ频段。在发射功率小于１０ｍｗ可使用７７９－７８７频段。林区数??据采集应用场景面积大
ＡＢＰ方式是出厂时就先事先将入网信息烧写在设备上，也就是说设备上电己??经入网了，无需再特意去请求入网，适合私网。??ＯＴＡＡ方式具体入网流程如图２．３所示，节点初始化后发出入网请求，入网请??求包含节点自定义的８字节长地址ＤｅｖＥＵＩ、对入网申请信息加密的ＡＰＰＫＥＹ和??云服务器上的应用地址ＡｐｐＥＵＩ。云服务器收到终端的入网请求，同意ＬｏＲａ终端??节点入网，将此ＤｅｖＥＵＩ注册并返回一个设备短地址ＤｅｖＡｄｄｒ，并且将设备在服??务器注册，建立长地址与短地址之间的联系，生成通讯密钥，将通讯密钥的参数??下发给网关，网关收到后下发给节点。节点根据下发的数据包，得到ＤｅｖＡｄｄｒ、??用于负载的ＡＥＳ加密的ＡＰＰＳＫＥＹ、用于数据校验的ＮＷＫＳＫＥＹ，实现了对数据??传输的加密，提高了系统的安全性。??发送入网申请???ＤｅｖＥＵＩ＋ＡｐｐＥＵＩ＋ＡｐｐＫｅｙ???Ｎ????丨——＞?１?＞??ＬｏＲａ节点?＾＾?ＬｏＲａ网关?］?云服务器???｜?返回接受????ＤｅｖＡｄｄｒ??计算生成会话密钥??ＮｗｋＳｋｙ＋ＡｐｐＳｋｙ??图２．３?ＯＴＡＡ入网流程??Ｆｉｇ２．３．?ＯＴＡＡ?Ａｃｃｅｓｓ?Ｐｒｏｃｅｓｓ??２．２．３林区无线传感器网络的应用场景??无线传感器网络的出现，给林区数据采集带来了信息感知的一场变革。其中??ＷＳＮ在野外林区的主要应用在林区生态环境监测、林分生长参数监测、林区防火??和病虫防护以及树木培育与珍稀动植物保护等场景［４１］
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa的农业温室监测系统设计与实现[J]. 朱军,郭恋恋,王乾辰,孙明戍. 通信技术. 2018(10)
[2]物联网LoRa技术的应用与发展[J]. 蒋武洲,周海东,刘福,张博. 电视技术. 2018(08)
[3]环境监测数据采集系统设计[J]. 雷志强,田军委,苏宇,乔路,张吉. 计算机系统应用. 2018(07)
[4]林业信息化与林业经济发展关系的分析与对策[J]. 林起纬,丁伟. 南方农机. 2018(11)
[5]基于GPRS的工业废气远程监测系统的设计[J]. 王雪飞,王鹏. 仪表技术与传感器. 2018(06)
[6]一般WSN基础设施的服务质量要求和挑战[J]. 胡亮亮. 电脑知识与技术. 2018(08)
[7]无线传感器网络应用综述[J]. 任志玲,张广全,林冬,张钟保,赵星. 传感器与微系统. 2018(03)
[8]LoRa无线网络技术与应用现状研究[J]. 王鹏,刘志杰,郑欣. 信息通信技术. 2017(05)
[9]基于高可用云计算的中国智慧林业大数据系统探究[J]. 李清锋,孔明茹,黄英来. 世界林业研究. 2017(06)
[10]Web数据库系统快速开发模式的实践与探索[J]. 刘建连. 科技创新与应用. 2017(09)
硕士论文
[1]基于Android和LoRa的工业化气体浓度远程监控系统[D]. 刘文娟.扬州大学 2018
[2]面向森林环境的动态监测及数据可视化分析研究[D]. 李昊.北京工业大学 2017
[3]农田环境的无线传感器网络监测系统设计与实现[D]. 冯荣华.福建农林大学 2017
[4]基于物联网的新疆干旱区城市防护林温湿度监测系统的研究与应用[D]. 杨晓迪.新疆农业大学 2016
[5]基于Nginx高并发Web服务器的改进与实现[D]. 张尧.吉林大学 2016
[6]无线网络在不同频段及衰落环境下的传播性及差异研究[D]. 齐凯歌.安徽大学 2015
[7]林业物联网云网关关键技术研究与初步设计[D]. 陈雄华.中国林业科学研究院 2013
[8]基于MVC设计模式的thinkphp框架的研究与应用[D]. 王昭英.西安建筑科技大学 2010
[9]无线传感器网络连通覆盖集布置方式的研究[D]. 武文斌.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3258151
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?ＬｏＲａＷＡＮ网络架构??Ｆｉｇ２．１?ＬｏＲａ?ＷＡＮ?Ｎｅｔｗｏｒｋ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??
Ｃｌａｓｓ－Ｃ是最耗费能源的，终端每次进行数据上传操作后，接收窗口会一直打??开，常用于智能停车场和路灯控制场景。??ＬｏＲａ终端节点的三种工作模式原理如图２．２所示。??ＵＬ?Ｆｒａｍｅ?ＤＬ?Ｆｒａｍｅ??＾?？??ＬＸ?｜ＤＬ１?ＤＬ２?［ＵＬ?ＩｄＬＩ?ＤＬ２?－，…Ｃｌａｓｓ－Ａ??Ｆｒａｍｅ－１?Ｆｒａｍｅ－２??Ｅｘｔｍ?Ｓｃｈｅｄｕｌｅｄ?ＤＬ?Ｓｌｏｔｓ??ＵＬ?ＩｄＬＩ?ＤＬ２｜ｅｘ?…Ｃｌａｓｓ－Ｂ??ＵＬ?Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ＤＬ?…Ｃｌａｓｓ－Ｃ??图２．２?ＬｏＲａ终端节点工作模式原理图??Ｆｉｇ２．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＬｏＲａ?ｔｅｒｍｉｎａｌ?ｎｏｄｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｍｏｄｅ??（３）无线频段分配??无线通信频段表示无线通信技术使用的固定的无线电波的频率范围，所有的??无线通讯技术都有自己的无线频段，而在同等发射功率且有障碍物的条件下通信??频段越低可实现的传输距离就越远［３８］。ＬｏＲａ无线通讯技术在１３７ＭＨｚ？１０２０ＭＨｚ??工作，常用的无线通信频段有９１５ＭＨｚ、８６８ＭＨｚ、以及４７０ＭＨＺ？５１０ＭＨｚ和??４３３ＭＨｚ。??中国相关规定，中国大陆地区有２个ＩＳＭ?（免费）频段：４７０？５１０ＭＨｚ频段??和７７９？７８７ＭＨｚ频段［３９］。在发射功率小于５０ｍＷ且发射时长不超过５ｓ的条件下??可使用４７０－５１０ＭＨＺ频段。在发射功率小于１０ｍｗ可使用７７９－７８７频段。林区数??据采集应用场景面积大
ＡＢＰ方式是出厂时就先事先将入网信息烧写在设备上，也就是说设备上电己??经入网了，无需再特意去请求入网，适合私网。??ＯＴＡＡ方式具体入网流程如图２．３所示，节点初始化后发出入网请求，入网请??求包含节点自定义的８字节长地址ＤｅｖＥＵＩ、对入网申请信息加密的ＡＰＰＫＥＹ和??云服务器上的应用地址ＡｐｐＥＵＩ。云服务器收到终端的入网请求，同意ＬｏＲａ终端??节点入网，将此ＤｅｖＥＵＩ注册并返回一个设备短地址ＤｅｖＡｄｄｒ，并且将设备在服??务器注册，建立长地址与短地址之间的联系，生成通讯密钥，将通讯密钥的参数??下发给网关，网关收到后下发给节点。节点根据下发的数据包，得到ＤｅｖＡｄｄｒ、??用于负载的ＡＥＳ加密的ＡＰＰＳＫＥＹ、用于数据校验的ＮＷＫＳＫＥＹ，实现了对数据??传输的加密，提高了系统的安全性。??发送入网申请???ＤｅｖＥＵＩ＋ＡｐｐＥＵＩ＋ＡｐｐＫｅｙ???Ｎ????丨——＞?１?＞??ＬｏＲａ节点?＾＾?ＬｏＲａ网关?］?云服务器???｜?返回接受????ＤｅｖＡｄｄｒ??计算生成会话密钥??ＮｗｋＳｋｙ＋ＡｐｐＳｋｙ??图２．３?ＯＴＡＡ入网流程??Ｆｉｇ２．３．?ＯＴＡＡ?Ａｃｃｅｓｓ?Ｐｒｏｃｅｓｓ??２．２．３林区无线传感器网络的应用场景??无线传感器网络的出现，给林区数据采集带来了信息感知的一场变革。其中??ＷＳＮ在野外林区的主要应用在林区生态环境监测、林分生长参数监测、林区防火??和病虫防护以及树木培育与珍稀动植物保护等场景［４１］
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa的农业温室监测系统设计与实现[J]. 朱军,郭恋恋,王乾辰,孙明戍. 通信技术. 2018(10)
[2]物联网LoRa技术的应用与发展[J]. 蒋武洲,周海东,刘福,张博. 电视技术. 2018(08)
[3]环境监测数据采集系统设计[J]. 雷志强,田军委,苏宇,乔路,张吉. 计算机系统应用. 2018(07)
[4]林业信息化与林业经济发展关系的分析与对策[J]. 林起纬,丁伟. 南方农机. 2018(11)
[5]基于GPRS的工业废气远程监测系统的设计[J]. 王雪飞,王鹏. 仪表技术与传感器. 2018(06)
[6]一般WSN基础设施的服务质量要求和挑战[J]. 胡亮亮. 电脑知识与技术. 2018(08)
[7]无线传感器网络应用综述[J]. 任志玲,张广全,林冬,张钟保,赵星. 传感器与微系统. 2018(03)
[8]LoRa无线网络技术与应用现状研究[J]. 王鹏,刘志杰,郑欣. 信息通信技术. 2017(05)
[9]基于高可用云计算的中国智慧林业大数据系统探究[J]. 李清锋,孔明茹,黄英来. 世界林业研究. 2017(06)
[10]Web数据库系统快速开发模式的实践与探索[J]. 刘建连. 科技创新与应用. 2017(09)
硕士论文
[1]基于Android和LoRa的工业化气体浓度远程监控系统[D]. 刘文娟.扬州大学 2018
[2]面向森林环境的动态监测及数据可视化分析研究[D]. 李昊.北京工业大学 2017
[3]农田环境的无线传感器网络监测系统设计与实现[D]. 冯荣华.福建农林大学 2017
[4]基于物联网的新疆干旱区城市防护林温湿度监测系统的研究与应用[D]. 杨晓迪.新疆农业大学 2016
[5]基于Nginx高并发Web服务器的改进与实现[D]. 张尧.吉林大学 2016
[6]无线网络在不同频段及衰落环境下的传播性及差异研究[D]. 齐凯歌.安徽大学 2015
[7]林业物联网云网关关键技术研究与初步设计[D]. 陈雄华.中国林业科学研究院 2013
[8]基于MVC设计模式的thinkphp框架的研究与应用[D]. 王昭英.西安建筑科技大学 2010
[9]无线传感器网络连通覆盖集布置方式的研究[D]. 武文斌.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3258151
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/lylw/3258151.html
