基于异构无线网络的隧道监测系统设计

摘要

近年来，隧道施工和运营期间突发事故造成巨大经济损失、人员伤亡，隧道安全状况问题引起了人们越来越多的关注。企业希望通过实时的连续监测获取现场数据，对施工和运营阶段的结构状况评估、运营现状以及工程服务寿命等进行健康管理及预警。设计一套安全、可靠的基于异构无线网络的隧道监测系统对于隧道施工效率和运营安全大有裨益。现有的工业有线网络在实现隧道监测时存在成本高，扩展性差，网络规模受限等问题，而无线网络技术可以改善有线网络存在的缺陷，将多种类的信息传感器和无线网络有效融合。
　　本研究在无线网络技术优势的基础上，提出一种基于异构无线网络具有低功耗、远距离特性的隧道监测系统。利用异构网络的灵活性与适变性，通过优势互补的异构网络融合技术建立无线网络面向隧道监测应用的硬件系统与协议体系。无线网络可靠性及实时性是无线异构技术应用到现场中一个亟待解决而又具有挑战的问题，针对隧道监测应用的特殊情况，提出了分区、分层的网络结构，针对相应的网络拓扑结构提出了基于邻居覆盖的概率广播算法和隧道通信路由协议，为系统提供可靠、高效的路由算法。系统在上述路由算法的基础上，利用IEEE802.15.4技术实现区域内监测数据采集，利用LoRa技术实现监测数据在复杂环境中的远距离传输。此外，本文通过研究异构数据转换方法，通过协议转换机制实现异构无线网络的无缝集成。介绍了隧道监测系统的总体方案及技术路线，融合不同无线网络技术优势解决隧道监测应用的信息化，完成了硬件系统和协议体系设计与实现，达到了可靠、低功耗的实际需求，符合隧道监测系统的发展趋势。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题所做的工作

1.4 文章的主要内容与结构安排

第2章 无线Mesh网络路由协议研究

2.1 无线Mesh网络介绍

2.2 AODV路由协议分析

2.3 基于邻居覆盖的概率广播算法

2.4 路由协议仿真及结果分析

2.5 本章小结

第3章 隧道监测系统方案选择与设计

3.1 无线技术对比

3.2 系统无线网络结构设计

3.3 无线网关结构设计

3.4 无线Mesh网络硬件设计

3.5 无线骨干网络硬件设计

3.6 本章小结

第4章 隧道监测系统软件设计与实现

4.1 软件设计概述

4.2 无线Mesh网络软件设计

4.3 无线骨干网络软件设计

4.4 协议转换机制设计

4.5 本章小结

第5章 隧道监测系统测试

5.1 系统测试

5.2 性能测试

5.3 功能测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢