无线传感器网络数据采集及组网算法设计与实现

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海洋是一个巨大的资源宝库,是人类可持续发展的财富。海洋的开发和利用一直以来都是人们研究的重点,在这个占据了全球70%表面的水域里,蕴含着极其丰富的资源。无线传感器网络用于海洋监测是近几年来随着无线传感器技术、网络通信技术、嵌入式系统等技术的快速发展,提出的一种新型网络系统,它利用无线传感器网络部署的灵活性、监测的实时性以及自组织性对海洋环境进行有效地监测。本文提出的无线传感器节点TelosB的数据采集软件模块及组网算法,基于我们已投放使用的两个研究平台一无线传感器网络海上监测系统和水下传感器网络组网研究平台。无线传感器网络海上监测系统,是一个近海海面实时监测系统,由大量无线传感器节点TelosB采用一定网络拓扑结构构成,系统的运行无需人工参与、自动实现海面信息采集与存储,同时该系统也是一个用来科研理论验证的实验平台,数据采集软件在本系统中发挥着重要的作用。水下传感器网络组网研究平台,由自主研发的水下传感器节点部署实现。在该研究平台中,根据水下的特性对网络节点和网络协议进行新的研究,无线传感器节点TelosB在该平台中属于一个实际应用。无线传感器节点TelosB的数据采集软件模块的设计与实现,本文中首先进行了详细的研究背景和设计目标分析,提出了一种基于海上监测系统的数据采集软件模块。接着在总体设计中,根据功能不同将监测系统中用到的无线传感器节点分为网络中的数据采集节点和基站(sink)节点,建立了整体的程序流程图。最后通过对TinyOS下的程序特点划分为不同程序模块,对数据采集软件做了详细的程序设计与实现。无线传感器节点TelosB参与的扩展口组网算法,本文从硬件和软件两个角度对TelosB节点进行了详细的分析,提出了扩展口通信参与组网的可行性组件和组网算法。首先,从传统的无线传感器网络组网方式出发,分析了TelosB节点扩展口通信参与组网时面临的实际问题。然后根据功能特点进行了扩展口通信的设计和实验验证,设计了满足系统要求的通信组件。最后结合TelosB节点扩展口通信参与组网时的通信方式,提出了一种扩展口组网算法—轮询监听算法,解决了应用中的通信问题。无线传感器网络海上监测系统和水下传感器网络组网研究平台在长期的运行过程中,积累了很多实践经验,收集了大量的科研数据。基于TelosB节点的数据采集软件模块和组网算法在这两个平台中发挥着重要的作用,为海洋科研和水下传感器网络的研究提供了可靠的保证。
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