基于OSGi网关的温室监控系统的设计与研究

发布时间：2020-10-10 00:23

　　温室监控系统在设施农业的发展中有着重要作用,但我国温室监控系统的发展程度不高。现有基于工控机的温室监控系统成本高、不易维护、适用性不强且采用有线的方式进行通信,不适于大范围推广。基于此,本文利用无线传感器网络和嵌入式系统,设计了一套基于嵌入式OSGi网关的无线温室监控系统,并对基于无线传感器网络的数据采集方法和OSGi的动态更新策略进行了深一步的研究。论文首先对温室监控系统的国内外研究现状进行了介绍,然后对系统所采用的无线传感器网络,OSGi框架等关键技术进行了介绍。针对大型农场的特殊地理环境,本文设计了一种基于分簇的链式无线传感器网络的数据采集方法。该方法将链路节点的数据进行分簇融合上传,减少传输的能耗和时延。然后本文对传输时延和传输能耗分别进行了数学建模,并用MATLAB进行了仿真,仿真结果显示数学模型与实测数据相吻合。最后,在链路上簇的个数确定的前提下,给出了能耗最优的分簇策略,同时计算出当能耗小于特定值时,簇长度的取值范围。网关实现了无线传感器网络与Internet的无缝对接,本文基于OSGi框架设计与实现了一个模块化,动态化的网关系统。系统在运行过程中,总是伴随着功能的改进和版本的升级,本文在OSGi原型基础上,增加了状态转移和更新时机判断的机制。通过在OSGi的模块中引入事务状态机,实现了一种基于Tranquility一致性保障协议的动态更新策略。验证结果表明,基于Tranquility协议的动态更新策略与已有方案相比更好的保证了模块动态更新前后运行状态的一致性。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S625;TP277
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词
第一章绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 温室监控系统的研究现状
        1.2.2 OSGi框架和软件动态更新的研究现状
    1.3 本文设计目标与主要工作内容
    1.4 论文结构
第二章基于OSGi网关的智能温室监控系统关键技术
    2.1 无线传感器网络
        2.1.1 无线通信技术
        2.1.2 无线传感器网络的拓扑结构
    2.2 OSGi简介
        2.2.1 OSGi框架的基本概念
        2.2.2 OSGi更新策略
        2.2.3 OSGi的技术优势
    2.3 软件动态更新
    2.4 本章小结
第三章基于OSGi网关的温室监控系统设计
    3.1 系统总体结构设计
        3.1.1 系统功能需求分析
        3.1.2 系统的架构设计
    3.2 基于无线传感器网络的数据采集层设计
        3.2.1 传感器数据节点设计
        3.2.2 基于分簇的链式无线传感器数据采集方法的设计
    3.3 基于OSGi框架的嵌入式网关设计
        3.3.1 网关硬件设计
        3.3.2 网关软件设计
    3.4 Web服务器设计
    3.5 本章小结
第四章基于无线传感器网络的数据采集方法实现与建模
    4.1 数据采集方法的实现与测试
        4.1.1 数据采集方法的实现
        4.1.2 数据采集方法的测试
        4.1.3 测试结果分析
    4.2 数据采集方法的建模与仿真
        4.2.1 传输时延的数学模型
        4.2.2 传输能耗的数学模型
        4.2.3 MATLAB仿真及分析
    4.3 能耗最优的链式无线传感器网络的分簇策略
    4.4 本章小结
第五章基于OSGi的温室监控网关实现以及动态更新研究
    5.1 基于OSGi的温室监控网关的实现
        5.1.1 OSGi框架的选择与移植
        5.1.2 网关软件模块的实现
    5.2 OSGi服务动态更新的研究与实现
    5.3 OSGi动态更新的测试与验证
        5.3.1 测试的软硬件平台
        5.3.2 验证场景
        5.3.3 测试结果与分析
    5.4 本章小结
第六章总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果

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