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

1、無線傳感器網(wǎng)絡通過部署在現(xiàn)場的微型傳感器節(jié)點，將數(shù)據(jù)采集、處理后通過自組織無線網(wǎng)絡技術(shù)把信息傳輸給匯聚節(jié)點，實現(xiàn)對節(jié)點部署區(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)采集的場合應用。
　　 本文結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡的優(yōu)勢特點，以高壓輸電線路和電力塔環(huán)境信息監(jiān)測網(wǎng)絡為研究對象，重點在監(jiān)測網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、節(jié)點硬件實現(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)方面進行相

2、關(guān)理論和應用研究。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)應用情況和無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)相關(guān)應用研究，分析了電力塔監(jiān)測網(wǎng)絡的實際現(xiàn)狀，提出了電力塔無線傳感器網(wǎng)絡的線性組網(wǎng)模型，設(shè)計了整體和區(qū)域兩種網(wǎng)絡體系相結(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，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，整體網(wǎng)絡呈現(xiàn)線性網(wǎng)絡特性。這種混合型組網(wǎng)方式使

3、得傳感器節(jié)點部署方便，網(wǎng)絡協(xié)議的設(shè)計層次清晰，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)絡的硬件整體結(jié)構(gòu)和各模塊的實現(xiàn)思想，提出了實現(xiàn)無線網(wǎng)關(guān)功能的Sink匯聚節(jié)點和普通信息采集傳感器節(jié)點兩種類型設(shè)計方法。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)測模塊的詳細電路原理圖、PCB電路板的設(shè)計與實現(xiàn)。
　　

4、 第三對監(jiān)測網(wǎng)絡的無線通信協(xié)議進行研究分析，電力塔監(jiān)測網(wǎng)絡節(jié)點分布密度較小、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，在隨機選擇簇頭機制基礎(chǔ)上，提出結(jié)合節(jié)點功率控制進行簇頭選擇的輪換路由改進算法；新的MAC層協(xié)議和網(wǎng)絡層路由算法改進方案降低了節(jié)點的系統(tǒng)開銷，效果很好。
　　 第四根據(jù)電力塔數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)膶嶋H需求，設(shè)計了節(jié)

5、點視頻圖像、溫濕度采集信息的數(shù)據(jù)幀格式，提出了在匯聚節(jié)點上的分層嵌套式數(shù)據(jù)包封裝協(xié)議設(shè)計方法；該方法簡化了節(jié)點監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理過程，其最上層采用的標準IP協(xié)議實現(xiàn)了匯聚節(jié)點通過GPRS網(wǎng)關(guān)與因特網(wǎng)的遠程數(shù)據(jù)互連。采用標準C語言完成了各硬件單元驅(qū)動程序、節(jié)點自組網(wǎng)和數(shù)據(jù)收發(fā)程序、無線通信協(xié)議程序的實現(xiàn)與聯(lián)調(diào)。
　　 第五對降低節(jié)點能耗的幾種方法進行研究分析，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)