森林小氣候監(jiān)測(cè)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)的研究.pdf

1、本文在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)眾多關(guān)鍵技術(shù)中，通過(guò)綜合考慮森林環(huán)境和小氣候監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，自行設(shè)計(jì)了基于ZigBee/802.15.4標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn);改進(jìn)定位算法、提高定位精度;在現(xiàn)有的基于RSSI能量?jī)?yōu)化算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合接收信號(hào)強(qiáng)度指示、鏈路質(zhì)量指示這兩個(gè)與信道質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)、以及節(jié)點(diǎn)間距離參數(shù)，構(gòu)造基于能量的跨層優(yōu)化算法，提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期;同時(shí)建立傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)融合機(jī)制，提高采集數(shù)據(jù)質(zhì)量、降低節(jié)點(diǎn)間通訊的能量消耗，提高無(wú)線

2、傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
　　在圍繞能量?jī)?yōu)化前提下，從物理層和MAC層入手設(shè)計(jì)了基于森林小氣候監(jiān)測(cè)的傳感網(wǎng)功能結(jié)構(gòu)和基于ZigBee/802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的森林小氣候監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)森林小氣候監(jiān)測(cè)范圍廣、區(qū)域分散、地貌復(fù)雜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于CC2520射頻處理器和低功耗的MSP430F5437處理器的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及結(jié)合ARM處理器和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的控制節(jié)點(diǎn)，在物理層、MAC上實(shí)現(xiàn)了針對(duì)森林小氣候監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)

3、絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究。
　　為解決現(xiàn)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法復(fù)雜、定位精度低、計(jì)算能耗開(kāi)銷大的問(wèn)題，結(jié)合研究對(duì)象的特點(diǎn)，對(duì)經(jīng)典定位算法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種適用于大規(guī)模傳感網(wǎng)的定位算法。該算法與經(jīng)典MDS算法的MDS-MAP定位算法相比，計(jì)算復(fù)雜程度更低，僅使用節(jié)點(diǎn)間的一跳距離來(lái)計(jì)算簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的距離，回避了節(jié)點(diǎn)間的最短路徑估計(jì)，降低了能源消耗。該算法不僅可以在規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中獲得較好的定位精度，而且在不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行定位計(jì)算時(shí)，仍能獲得較低的定

4、位誤差，該算法為跨層能量的設(shè)計(jì)提供了基本節(jié)點(diǎn)間的距離參數(shù)，同時(shí)為數(shù)據(jù)融和提供地理位置參考。
　　針對(duì)森林環(huán)境的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)無(wú)線電傳播路徑損耗模型以及CC2520的分析，建立了一種基于節(jié)點(diǎn)間距離、接收信號(hào)強(qiáng)度指示和鏈路質(zhì)量指示的跨層能量?jī)?yōu)化算法。該算法適合在通信開(kāi)銷小、硬件要求低的場(chǎng)合下使用。用分段線性逼近的方法得到發(fā)送功率與接收的信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)、鏈接質(zhì)量指示(LQI)、節(jié)點(diǎn)間距離的關(guān)系。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化得到發(fā)送功率與片碼錯(cuò)

5、誤率、節(jié)點(diǎn)間距離的關(guān)系。實(shí)現(xiàn)了根據(jù)鏈路質(zhì)量和節(jié)點(diǎn)間距離，在應(yīng)用層、MAC層、物理層的跨層能量?jī)?yōu)化算法。通過(guò)在MATLAB上進(jìn)行仿真，證明該算法較標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)發(fā)送方法在能量節(jié)省有明顯的改善，該算法降低了能量消耗、減少了節(jié)點(diǎn)間碰撞，提高了傳感網(wǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期、延長(zhǎng)了森林小氣候監(jiān)測(cè)周期。
　　在以上研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)森林小氣候監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，建立了可信度機(jī)制自適應(yīng)與加權(quán)算法相結(jié)合的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)融合機(jī)制，對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融