无线传感器网络关键技术研究

论文摘要

传感器技术、微电子机械系统、计算机、无线通信、自动控制和人工智能等技术的进步,推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络以数据为中心,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并将处理后的信息传送给用户,是一门新兴综合性科学技术。无线传感器网络提供了一种全新的信息获取和处理方法,在国防军事、环境监测、交通管理、医疗卫生和生产制造等领域具有广阔的应用前景。无线传感器网络的关键技术主要包括:网络通信协议、核心支撑技术、自组织管理、开发应用技术。本论文围绕无线传感器网络关键技术研究了无线传感器网络定位算法、无线传感器网络仿真技术和基于ZigBee技术的无线传感器网络应用,这些都是无线传感器网络领域关键技术的重要组成部分。节点定位是无线传感器网络关键技术之一。本论文提出一种新的无线传感器网络节点定位算法——跳数加权质心定位算法。该算法完全基于网络连通性,不需要测距或信号强度信息,提高了定位精度,同时降低了传统质心定位算法对信标节点密度的要求。仿真模拟是无线传感器网络系统研究、开发的重要手段之一。本论文详细介绍了OMNeT++仿真平台的原理和使用方法,提出了一种适合于无线传感器网络定位算法研究的网络仿真模型,并结合跳数加权质心定位算法进行了仿真研究。ZigBee技术是一种新兴的短距离通信技术,其短距离、低功耗、高冗余的特点非常适合无线传感器网络应用。本论文在分析ZigBee协议的基础上提出一种精简ZigBee协议栈,能够满足简单的应用环境。同时,针对矿井监控无线传感器网络提出了一种网络结构,采用CC2431无线单片机进行了传感器网络节点设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 论文研究内容和结构安排
• 2 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.1.1 网络结构
• 2.1.2 节点结构
• 2.1.3 协议栈结构
• 2.2 无线传感器网的特点和应用
• 2.2.1 无线传感器网络特点
• 2.2.2 无线传感器网络的应用
• 2.3 无线传感器网络的关键技术
• 本章小结
• 3 无线传感器网络定位算法研究
• 3.1 无线传感器网络定位算法概述
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 测量节点间距离或角度的基本方法
• 3.1.3 计算节点位置的基本方法
• 3.1.4 定位算法分类
• 3.1.5 定位算法要求
• 3.1.6 定位算法性能评价
• 3.2 典型定位算法和系统分析
• 3.2.1 RADAR 定位系统
• 3.2.2 AHLos 定位算法和N-hop MP 定位算法
• 3.2.3 基于AOA 的APS 算法
• 3.2.4 质心算法
• 3.2.5 DV-Hop 算法及相关算法
• 3.2.6 Amorphous 定位算法
• 3.2.7 APIT 算法
• 3.2.8 定位算法的主要挑战
• 3.3 跳数加权质心定位算法（HWC）
• 3.3.1 加权质心定位算法相关工作
• 3.3.2 算法基本思想
• 3.3.3 算法过程
• 3.3.4 跳数多边形内点测试法
• 3.3.5 算法分析和仿真比较
• 本章小结
• 4 无线传感器网络仿真技术研究
• 4.1 无线传感器网络仿真技术概述
• 4.2 OMNeT++仿真软件
• 4.2.1 OMNeT++概述
• 4.2.2 OMNeT++框架
• 4.2.3 NED 语言和仿真系统逻辑描述
• 4.2.4 简单模块的算法实现
• 4.3 无线传感器网络仿真模型的建立
• 4.3.1 仿真建模流程
• 4.3.2 无线传感器网络仿真模型
• 4.3.3 仿真举例
• 本章小结
• 5 基于 ZigBee 技术的无线传感器网络应用研究
• 5.1 ZigBee 技术简介
• 5.1.1 ZigBee 技术概述
• 5.1.2 ZigBee 技术体系结构
• 5.1.3 ZigBee 网络拓扑结构
• 5.2 ZigBee 协议分析
• 5.2.1 ZigBee 协议栈概述
• 5.2.2 ZigBee 协议关键概念
• 5.3 精简 ZigBee 协议栈
• 5.3.1 现有ZigBee 协议栈概述
• 5.3.2 ZigBee 协议栈的精简
• 5.4 基于 ZigBee 的矿井监控传感器网络设计
• 5.4.1 网络结构设计
• 5.4.2 节点MCU 选型
• 5.4.3 节点硬件设计
• 5.4.4 节点软件设计
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 仿真模型结构代码
• 附录2 协议栈关键代码
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况说明