海洋增強型監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)方案研究.pdf

1、我國大陸海域遼闊，包含著豐富的能源和資源，由于陸地資源的逐漸減少，海洋資源在人類的生活中的重要性呈現(xiàn)出日趨上升的趨勢。但是，隨著人類對海洋的探索的深入和生活垃圾的任意排放，導(dǎo)致海洋災(zāi)害、海洋生態(tài)等各種海洋污染問題嚴(yán)重，加強海洋環(huán)境保護刻不容緩。2013年7月30日，習(xí)近平在中共中央政治局第八次集體學(xué)習(xí)時明確提到，要更深入的關(guān)心、認(rèn)識和經(jīng)略海洋，推動海洋強國建設(shè)。如何實現(xiàn)對海洋資源的合理有效的開發(fā)和利用，是關(guān)系到發(fā)展海洋經(jīng)濟和我國經(jīng)濟的可

2、持續(xù)發(fā)展的大問題。
　　對海洋環(huán)境的良好的認(rèn)知是保護海洋環(huán)境和開發(fā)海洋資源的前提，而海洋環(huán)境監(jiān)測是認(rèn)知海洋的最重要的手段。所以，要更好的研究和大力發(fā)展海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，為了更好的推進海洋環(huán)境的高效管理、防災(zāi)減災(zāi)、資源保護、海上軍事、作業(yè)等活動，為它們提供良好的技術(shù)支撐作用和信息平臺。自從1991年美國麻省理工學(xué)院首次提出物聯(lián)網(wǎng)概念以來，這項技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新一代信息技術(shù)，被稱為第三次浪潮。將物

3、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到海洋環(huán)境領(lǐng)域，實現(xiàn)海洋增強型監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)是大勢所需。ZigBee協(xié)議由IEEE802.15.4工作小組和ZigBee Alliance合作研究和制定，該無線通信技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，具有低功耗、低成本、低復(fù)雜度、高可靠性的特點，能很好的滿足無線傳感器對于低成本、低功耗、高容錯性的要求，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)自組網(wǎng)的不二之選，加之可嵌入到電子設(shè)備中，支持地理定位，尤其適用于海洋環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域。
　　海洋監(jiān)測系統(tǒng)通過采用

4、岸站監(jiān)測中心、衛(wèi)星遙感和海洋浮標(biāo)、監(jiān)測船等監(jiān)測手段于一體，借助于部署在實際檢測海域的各種傳感器、浮標(biāo)等無線監(jiān)測節(jié)點，完成對溫濕度、鹽度、深度、洋流、葉綠素、濁度等海洋參數(shù)進行采集。由于無線監(jiān)測節(jié)點一般采用鋰電池供電，且部署在環(huán)境惡劣的海洋環(huán)境中，即使大型浮標(biāo)采用電池與太陽能相結(jié)合的供電方式，電池充放電循環(huán)次數(shù)達到一定值后，其容量也會越來越小，減少到初始值的80％就基本不工作了，一旦電池能量耗盡或者不再工作，人工充電或者更換電池成本大、操

5、作復(fù)雜，因此，在海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，必須確保整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，通過節(jié)能策略可以有效的延長網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。設(shè)計和優(yōu)化MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議、路由協(xié)議，可以提高無線通信的效率，降低網(wǎng)絡(luò)能量的消耗；數(shù)據(jù)融合的目的是去掉冗余，只保留有用的信息，可以有效的降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，必須要綜合考慮通信代價和數(shù)據(jù)融合代價，使兩者達到平衡，才能降低網(wǎng)絡(luò)總能耗；拓?fù)淇刂频淖饔檬潜ＷC網(wǎng)絡(luò)的連通質(zhì)量和覆蓋質(zhì)量，提高路由協(xié)議效率，同時兼顧網(wǎng)絡(luò)簡單性、可靠性、可

6、擴展性等性能，對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化；休眠機制讓傳感器節(jié)點周期性的工作與休眠，是節(jié)點能量管理的重要手段。
　　本文圍繞海洋環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)重點研究無線傳感網(wǎng)的智能組網(wǎng)方案。文章借助于NS2仿真平臺，建立了ZigBee節(jié)點的模型，分析了網(wǎng)絡(luò)的ZBR算法和組網(wǎng)流程，動畫模擬了網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)過程，通過仿真實驗探索和總結(jié)了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同的激活各個節(jié)點的時間間隔下完成網(wǎng)絡(luò)的建立所需時間的規(guī)律，最后結(jié)合軟硬件的設(shè)計，完成了小型無線傳感網(wǎng)實驗，實驗結(jié)果證明