基于无线传感器网络的自动抄水表系统的研究

论文摘要

随着我国经济的发展，水表的数量迅速增加，传统的人工抄表方式已经不能满足社会发展的要求。自动抄表系统可以对水表的信息自动采集和处理，对提高企业的经济效益和信息化管理水平具有重要的意义。本文主要对基于无线传感器网络的自动抄水表系统进行了研究，主要研究内容如下：首先，对基于CC2430的抄水表系统无线传感器硬件节点进行了设计，通过对TinyOS操作系统的移植和应用，实现了硬件节点对水表数据的采集和发送。其次，针对适用于小规模网络的平面路由算法中存在的路由性能指标考虑不全面的问题，提出了一种基于遗传算法的多目标路由优化算法。该算法将网络总能量的消耗、能量消耗的均衡性和路径的可扩展性等三个性能指标作为设计目标，利用遗传算法进行路由优化。仿真结果表明，该算法有效地提高了网络总能量的利用率和网络的生存周期。接着，针对大规模网络，通过对典型的层次型路由协议的分析比较，针对LEACH协议中存在的簇首选取不合理和簇的规模不均衡的问题，提出了一种基于节点度数、节点间的相对距离和节点剩余能量的节能分簇路由协议CEACA。仿真结果表明，该协议不仅有效地避免了低能量的节点充当簇首，同时使得簇首分布均匀，均衡了簇的规模，提高了成簇的质量。最后，搭建了基于无线传感器网络的抄水表系统软件平台，分为前置机软件平台和远程抄水表数据管理平台。前置机软件平台实现对水表数据的接收、统计分析、显示查询和上传的功能；远程抄水表数据管理平台实现抄表数据的管理、收费的管理、费用的综合查询等功能，用户可以通过网络登陆平台进行相关操作。通过对软件平台的测试，验证了平台的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 自动抄表系统的国内外研究现状
• 1.2.1 发展概述
• 1.2.2 国内外普遍采用的自动抄表方式
• 1.3 无线传感器网络的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 无线自动抄水表系统的总体设计
• 2.1 无线自动抄水表系统的组成
• 2.2 数据采集模块
• 2.2.1 远传水表
• 2.2.2 无线传感器节点模块
• 2.3 小区集中器模块
• 2.3.1 基站
• 2.3.2 前置机
• 2.4 抄水表系统的远程数据管理模块
• 2.5 本章小结
• 第三章 抄水表系统的无线传感器节点的设计与实现
• 3.1 远传水表
• 3.1.1 光电编码器
• 3.1.2 工作原理
• 3.2 无线传感器
• 3.2.1 CC2430 射频芯片
• 3.2.2 CC2430 芯片的特点
• 3.2.3 无线传感器节点板的设计
• 3.3 无线传感器节点的操作系统
• 3.3.1 TinyOS 操作系统
• 3.3.2 系统开发语言 NesC
• 3.4 节点应用开发
• 3.4.1 水表数据的采集
• 3.4.2 射频协议
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于遗传算法的多目标路由优化算法
• 4.1 WSN 路由协议简介
• 4.1.1 WSN 路由协议的性能指标
• 4.1.2 WSN 路由协议的分类
• 4.2 典型的平面型路由协议
• 4.2.1 基于数据的路由协议
• 4.2.2 基于位置信息的路由协议
• 4.2.3 各种平面路由协议的性能比较
• 4.2.4 遗传算法在平面路由协议中的应用
• 4.2.5 存在的问题和提出的改进方法
• 4.3 基于遗传算法多目标平面路由协议的设计
• 4.3.1 遗传算法
• 4.3.2 网络模型及问题的描述
• 4.3.3 染色体编码方式
• 4.3.4 适应度函数的设计
• 4.3.5 选择
• 4.3.6 交叉
• 4.3.7 变异
• 4.4 算法的仿真及结果分析
• 4.4.1 参数设置
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 具有提高成簇质量的层次型路由协议的设计
• 5.1 典型的层次型路由协议概述
• 5.1.1 LEACH 协议
• 5.1.2 PEGASIS 协议
• 5.2 基于提高成簇质量的层次型路由协议设计
• 5.2.1 网络模型的建立
• 5.2.2 CEACA 协议的设计
• 5.2.3 最优成簇性分析
• 5.2.4 算法仿真及结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 抄水表系统软件平台的设计和实现
• 6.1 前置机软件平台的功能
• 6.2 数据的接收
• 6.3 数据的管理
• 6.3.1 数据的分析
• 6.3.2 数据的存储
• 6.3.3 数据的显示
• 6.3.4 费用的查询
• 6.4 权限的管理
• 6.5 基于 WEB 的远程抄水表数据管理平台
• 6.5.1 抄表数据的管理
• 6.5.2 收费的管理
• 6.5.3 费用的综合查询
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文主要工作
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文