基于无线传感器网络的海洋水流监测系统的研究

论文摘要

海洋监测是人类对海洋探索的基础步骤,对海洋的监测主要是通过海洋浮标实现的,而海洋水流监测又是海洋监测的基础。本论文将无线传感器网络技术应用到海洋水流监测系统,实时采集浮标传感器节点分布内的海洋区域水流信息并将信息传输给监控室,进而监测海洋水流漂浮轨迹。首先,论文对浮标节点硬件设计。节点硬件模块主要包括单片机、AT86RF212无线模块、GPS模块、GPRS模块及电源模块。利用这几个模块设计浮标节点电路图,使区域内传感器节点可以实现数据信息采集和短距离数据传输,汇聚节点可以实现监测区域与监控中心的通信。其次,对系统实现存在的问题进行了分析。在无线传感器网络海洋监测系统中,监测区域内通信协议采用ZigBee技术,但是ZigBee路由协议采用的算法容易“热点”效应。同时,由于海洋这一被测对象特殊,系统实现还存在节点能耗和节点的丢失两个重大的问题。为解决以上问题,系统选取无线传感器网络现有路由协议LEACH路由协议,并对LEACH路由协议仿真分析。最后,本论文基于现有低功耗分簇路由协议LEACH,并结合EEPB链式路由算法设计一种新的路由协议。并对这种新的路由协议与LEACH路由协议仿真比较。仿真结果表明,这种新的路由协议避免了“热点”效应,并且相比于LEACH路由协议在解决节点能耗与节点丢失这两个问题方面具有着明显优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题背景和意义
• 1.2 海洋浮标技术
• 1.3 海洋监测技术国内外研究现状和发展趋势
• 1.4 论文的主要工作和组织结构
• 1.4.1 论文的主要工作
• 1.4.2 论文的组织结构
• 第2章 无线传感器网络技术分析
• 2.1 无线传感器网络技术
• 2.1.1 无线传感器网络的起源、应用和发展
• 2.1.2 无线传感器网络的基本构架
• 2.2 无线传感器网络节点结构
• 2.3 无线通信协议的选择
• 第3章 浮标定位与数据传输技术
• 3.1 GPS定位技术
• 3.1.1 GPS技术概述
• 3.1.2 GPS定位系统构成
• 3.1.3 GPS定位方法
• 3.1.4 GPS定位原理
• 3.2 GPRS技术
• 3.2.1 GPRS技术简介
• 3.2.2 GPRS网络结构
• 3.2.3 GPRS技术的优点及应用
• 第4章 无线传感器网络海洋水流监测系统
• 4.1 海洋水流监测系统总体设计
• 4.1.1 系统设计目标
• 4.1.2 系统总体设计原则
• 4.1.3 系统实现功能
• 4.1.4 工作原理
• 4.1.5 海洋水流监测系统总体设计结构
• 4.2 海洋监测系统节点总体设计
• 4.2.1 海洋水流监测系统节点总体设计框图
• 4.2.2 系统节点硬件设计要求
• 4.3 单片机模块
• 4.4 无线通信模块
• 4.4.1 780MHz无线通信频段
• 4.4.2 AT86RF212无线通信模块参数
• 4.4.3 AT86RF212无线通信模块结构图特点
• 4.4.4 AT86RF212无线通信模块调试
• 4.4.5 AT86RF212无线通信模块扩展电路图
• 4.5 GPS定位模块
• 4.6 GPRS模块
• 4.7 电源模块
• 第5章 基于LEACH算法的路由协议改进
• 5.1 系统设计存在问题
• 5.1.1 节点能耗问题
• 5.1.2 节点丢失问题
• 5.2 路由协议
• 5.2.1 路由协议概述
• 5.2.2 ZigBee路由协议
• 5.2.3 无线传感器网络常见路由协议分类
• 5.2.4 路由协议选择
• 5.3 LEACH算法
• 5.3.1 LEACH算法描述
• 5.3.2 簇首选取及建立
• 5.3.4 LEACH协议网络模型
• 5.3.5 LEACH协议能耗分析
• 5.4 基于LEACH的模拟无线传感器网络在海洋监测系统
• 5.4.1 无线传感器网络在海洋监测系统网络模型
• 5.4.2 基于LEACH算法的模拟系统仿真
• 5.5 LEACH算法改进
• 5.5.1 PEGASIS算法
• 5.5.2 EEPB算法
• 5.5.3 LEACH和EEPB路由协议优缺点
• 5.5.4 LEACH路由协议改进
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢