无线传感器网络在应急通信中的应用研究与实现

论文摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是将计算、通信、传感器3项技术相结合的产物。近年来,随着无线通信技术和电子器件技术的快速发展,使低成本、低功耗、多功能的无线传感器的开发和广泛应用成为可能。这同时也促进了由成百上千微型传感器节点自组织构成的无线传感器网络的应用,主要表现在军事、环境监测、医疗、智能建筑和其他商业领域。近年来重大自然灾害频发,给广大人民群众的生命财产带来重大损失,当灾害发生后如何有效的对被困人员进行解救是一项艰巨的任务。无线传感器网络具有以数据为中心、体积小、自组织性、可快速布置、节能等特点,在应急通信领域,相比传统网络具有独特的优势和潜力。如何合理有效的把无线传感器网络应用于应急通信环境成为当前无线传感器网络研究领域的研究热点问题之一。本文以此为研究背景,介绍了无线传感器网络架构、特点、关键技术以及应用,主要分析和研究了无线传感器网络中的定位技术和数据传输机制。首先,在探索和研究了一些适用于应急通信环境的定位算法基础上,对N-Hop定位算法中初值计算方法进行改进,缩小了卡尔曼滤波的初值范围。仿真结果表明,改进后的算法在定位计算开销、定位精度、节点能量开销方面均得到了有效提高；其次,对无线传感器网络的数据传输机制进行了研究,提出—种基于能量综合权值的路由算法EIW-DSR（Energy Integrated Weight DSR）,该算法利用权值综合了路径节点上的能量消耗、剩余能量及其方差、以及枢纽性等参数,与DSR路由算法和WBDSR路由算法相比,具有能耗低、负载均衡、可靠性强、消除网络“热点”、延长网络生命周期等方面的优点；最后,基于上面两点的研究,实现了基于无线传感器网络的应急通信系统,介绍了其设计过程与思路,并对其功能进行了演示。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题来源及本人工作
• 1.3 本文组织
• 第二章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络框架结构
• 2.1.1 无线传感器网络结构
• 2.1.2 无线传感器节点结构
• 2.1.3 无线传感器网络协议栈
• 2.2 无线传感器网络特点
• 2.3 无线传感器网络应用
• 2.4 无线传感器网络关键技术
• 2.4.1 拓扑控制
• 2.4.2 定位技术
• 2.4.3 路由技术
• 2.4.4 数据融合技术
• 2.4.5 数据管理
• 2.4.6 网络安全
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线传感器网络应用于应急通信环境的定位技术研究
• 3.1 问题的提出
• 3.2 无线传感器网络定位算法概述
• 3.2.1 无线传感器网络基本概念和算法
• 3.2.2 现有常用无线传感器网络定位方法简介
• 3.3 各种定位算法在应急环境中的性能分析
• 3.4 基于缩小的卡尔曼滤波初值的N-Hop定位算法
• 3.4.1 卡尔曼滤波基本原理简介
• 3.4.2 N-Hop Multilateration Primitive定位算法简介
• 3.4.3 基于缩小的卡尔曼滤波初值的N-Hop定位算法改进
• 3.4.4 改进算法仿真与实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 一种基于能量综合权值的EIW-DSR路由算法
• 4.1 问题的提出
• 4.2 无线传感器网络中的路由技术
• 4.2.1 无线传感器路由技术概述
• 4.2.2 无线传感器路由技术分类及简介
• 4.2.3 常用无线传感器网络路由简介
• 4.3 基于能量综合权值的EIW-DSR路由
• 4.3.1 基于能量综合权值的EIW-DSR路由模型
• 4.3.2 性能分析与仿真实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 无线传感器网络在应急通信中的应用实现
• 5.1 基于无线传感器网络的应急通信系统框架结构
• 5.2 基于无线传感器网络的应急通信系统原型实现
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 攻读硕士学位期间获得的专利申请
• 缩略词
• 图表清单
• 参考文献