基于无线传感器网络的三峡库区水质环境监测系统研究

摘要

无线传感器网络系统具有广泛的应用前景，特别是在某些特定的场合，由于目标区域的特殊限制，其他的传感系统无法发挥其应有的作用，使得无线传感器网络系统的优越性得到了很好的体现。目前，它已经成为国内外跨多重学科的重要研究领域之一。
　　 无线传感器网络系统技术的研究在我国方兴未艾，它舍弃了传统有线传感器网络安装不方便的缺点，特别是在军事上或一些人员无法到达的地区，对重要目标的监测，有着重要的应用价值。
　　 三峡首期蓄水成库后，水体稀释自净能力减弱，水环境容量降低。加上我国水资源紧缺，水污染严重，因此，水质监测是水资源管理与保护的重要基础，而水质监测提供的水质信息显得尤为重要。所以，加强水功能区内重点地区、重点水域和供水水源地的水质监测，对于提高对突发、恶性水质污染事故的预警预报及快速反应能力有着重要意义。
　　 本文以“基于无线传感器网络的三峡库区水质环境监测系统研究”项目为依托，设计了一种在三峡库区特殊环境中应用的具有一定可行性和实用价值的无线传感器网络系统解决方案。
　　 结合无线传感器网络系统技术的发展和针对在特殊应用场景应用的需求，本文给出了无线传感器网络系统模型。并分析了系统模型中各个功能模块的要求与设计原则，提出了一种基于蚁群算法的能量均衡路由协议(ACO-EBR)，开发了基于IEEE802.15.4协议的无线传感器网络原型系统和实现无线传感器采集数据的传输方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1问题的提出及研究的意义

1.2无线传感器网络国内外研究现状

1.2.1军事领域的研究进展

1.2.2民用领域的研究进展

1.2.3无线传感器网络技术发展趋势

1.3本文研究的目的和研究内容

1.4论文的组织

2无线传感器网络概述

2.1无线传感器网络的定义

2.2无线传感器网络的体系结构

2.2.1无线传感器网络结构

2.2.2传感器网络节点结构

2.2.3传感器网络协议栈

2.3无线传感器网络特征

2.4无线传感器网络的关键技术

3无线传感器网络技术及路由协议

3.1无线传感器网络接入技术

3.1.1基于竞争机制的信道接入技术

3.1.2基于固定分配的信道接入技术

3.2隐藏终端和暴露终端

3.3退避算法

3.4无线传感器网络路由协议

3.4.1路由协议分类

3.4.2设计路由协议的关键因素

3.5基于蚁群算法的能量均衡路由协议

3.5.1问题描述

3.5.2算法思想

3.5.3算法步骤

3.5.4仿真和分析

3.5.5算法的收敛速度

3.5.6网络节点“dead”期和网络生存时间

3.5.7数据通讯总量和能量有效性能比较

3.5.8网络生存时间和数据完整性比较

4发射天线及IEEE802.15.4标准

4.1天线的特性

4.2天线的效率

4.3带宽

4.4天线设计选择

4.5 IEEE802.15.4标准

4.6基于IEEE802.15.4的无线传感器的实现与存在的问题

4.6.1 IEEE802.15.4无线传感器的实现方案

4.6.2 IEEE802.15.4传感器实现的问题和解决

5基于无线传感器网络的库区某段河流监测节点设计

5.1三峡库区水质环境监测系统总体设计

5.2三峡库区某河流水污染状况监测方案

5.2.1基础资料收集

5.2.2监测断面和采样点设置

5.3无线传感器网络星形拓扑图

5.4软件设计

5.5硬件电路设计

5.5.1系统组成

5.5.2与处理器的接口

5.5.3 CC2420内部寄存器

5.5.4　RAM区的读写

5.6供电模块

5.7星形网络拓扑实现

5.7.1星形网络拓扑

5.7.2星形网络实现

5.7.3基本帧结构

5.8无线传感器网络节点测试实验

6全文总结

致 谢

参考文献

附 录