面向水环境监测的无线传感器网络技术研究

作     者：王付浩 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田广军;陈琛

授予年度：2015年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 080202[工学-机械电子工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0802[工学-机械工程] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：无线传感器网络 水环境监测 PEGASIS协议 双链头算法 距离阈值 

摘      要：水环境质量的好坏,直接影响着人类的日常生活、工农业生产、社会发展可持续性等方方面面。随着互联网的普及与扩大化,如今的社会已经进入了信息传感技术高度网络化的“物联网时代,人们对于水环境保护与监督也提出了更高的要求。传统的水环境监测方案具有实时性差、监测区域小、耗费人力物力等缺点,逐渐变得难以适应当今信息网络化的潮流。无线传感器网络集传感器技术、嵌入式处理、无线通信、路由组网等多项技术于一体,可通过低成本的微电子集成传感器对监测区域进行大范围的信息感知,并通过相应的组网协议将环境或者监测对象的信息上传至用户。无线传感器网络技术的飞速进步,也为水环境监测领域带来了全新的理念与发展。本文首先采用无线传感器网络技术,设计了一种基于Zig Bee与3G通信技术的新型水环境监测系统,完成了系统整体结构、主要工作模块以及数据传输的设计,并进行了详细的功能介绍。在此基础之上,主要对水环境监测领域的组网协议进行了深入地研究:原有的Zig Bee组网方式并不适合大规模、复杂化的组网应用,通过参考层次结构路由的组网方式,提出一种适合水环境监测这一特殊应用领域的改进组网算法。在组网算法的改进方面,根据水环境监测组网规模大、拓扑环境复杂、更换电池困难但是对通信速率要求相对不高等特点,经过分析,本文采用PEGASIS协议作为组网基础;借鉴蚁群相遇算法,采用双链头方式进行网络拓扑与信息传输,从而缩短了网络的通信时延;通过对监测节点CC2530进行丢包率实验测试,确定出数据稳定传输的距离阈值,并作为相邻节点间距的限定权重,进一步平衡了全网能耗与通信质量之间的关系。最后,通过MATLAB进行模拟仿真,并对算法的适用性进行了讨论。仿真结果显示,本文提出的组网协议适合大规模组网应用,能够通过均衡全网能耗延长网络寿命,对全网通信质量的优化效果明显。算法的设计符合水环境监测领域的应用特点,为无线传感器网络技术在此领域的进一步研究奠定了基础。