電力塔無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過部署在現(xiàn)場的微型傳感器節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)采集、處理后通過自組織無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把信息傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對節(jié)點(diǎn)部署區(qū)域信息的監(jiān)測，它尤其適合在一些地形自然條件差、需要長期或大量數(shù)據(jù)采集的場合應(yīng)用。
　　 本文結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢特點(diǎn)，以高壓輸電線路和電力塔環(huán)境信息監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)為研究對象，重點(diǎn)在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、節(jié)點(diǎn)硬件實(shí)現(xiàn)、MAC協(xié)議和路由協(xié)議算法、電路能耗控制、差錯控制傳輸能效與可靠性幾個關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行相

2、關(guān)理論和應(yīng)用研究。論文主要完成了以下幾方面的工作：
　　 首先根據(jù)電力系統(tǒng)目前通信技術(shù)應(yīng)用情況和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)應(yīng)用研究，分析了電力塔監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際現(xiàn)狀，提出了電力塔無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的線性組網(wǎng)模型，設(shè)計(jì)了整體和區(qū)域兩種網(wǎng)絡(luò)體系相結(jié)合的監(jiān)測系統(tǒng)模型。從整個監(jiān)測區(qū)域角度，電力塔地理位置呈線形特點(diǎn)，采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)；從單個電力塔角度，采用星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)；每個星型網(wǎng)簇頭又構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)的普通節(jié)點(diǎn)，整體網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)線性網(wǎng)絡(luò)特性。這種混合型組網(wǎng)方式使

3、得傳感器節(jié)點(diǎn)部署方便，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)層次清晰，非常適合電力塔這種地理位置特殊的監(jiān)測對象。
　　 其次介紹了電力塔監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的硬件整體結(jié)構(gòu)和各模塊的實(shí)現(xiàn)思想，提出了實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)關(guān)功能的Sink匯聚節(jié)點(diǎn)和普通信息采集傳感器節(jié)點(diǎn)兩種類型設(shè)計(jì)方法。完成了主控制單元模塊、ZigBee無線通信模塊、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、視頻圖像采集單元模塊、溫濕度采集模塊、電源管理模塊、電池電量監(jiān)測模塊的詳細(xì)電路原理圖、PCB電路板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　

4、 第三對監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的無線通信協(xié)議進(jìn)行研究分析，電力塔監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布密度較小、采集的數(shù)據(jù)變化相對緩慢，在S—MAC協(xié)議基礎(chǔ)上，提出根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信流量變化采用動態(tài)喚醒周期的新算法：同時結(jié)合分層路由協(xié)議LEACH算法和DPC算法的優(yōu)點(diǎn)，在隨機(jī)選擇簇頭機(jī)制基礎(chǔ)上，提出結(jié)合節(jié)點(diǎn)功率控制進(jìn)行簇頭選擇的輪換路由改進(jìn)算法；新的MAC層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層路由算法改進(jìn)方案降低了節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)開銷，效果很好。
　　 第四根據(jù)電力塔數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)膶?shí)際需求，設(shè)計(jì)了節(jié)

5、點(diǎn)視頻圖像、溫濕度采集信息的數(shù)據(jù)幀格式，提出了在匯聚節(jié)點(diǎn)上的分層嵌套式數(shù)據(jù)包封裝協(xié)議設(shè)計(jì)方法；該方法簡化了節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理過程，其最上層采用的標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了匯聚節(jié)點(diǎn)通過GPRS網(wǎng)關(guān)與因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)互連。采用標(biāo)準(zhǔn)C語言完成了各硬件單元驅(qū)動程序、節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)和數(shù)據(jù)收發(fā)程序、無線通信協(xié)議程序的實(shí)現(xiàn)與聯(lián)調(diào)。
　　 第五對降低節(jié)點(diǎn)能耗的幾種方法進(jìn)行研究分析，從信道接入方式動態(tài)變化、CPU處理器低頻時鐘源工作源低功耗工作模式的配置、數(shù)