基于数据融合技术的程控交换机温度无线监控系统研究

摘要

程控交换机温度监控系统是利用有线或无线通信方式实现程控交换机温度实时监测的方法，它改变了以人工为主的传统的监测手段，大大提高了交换机温度监测的自动化程度，提高了对交换机温度告警及所引起的突发事件的反应速度，节省了人力物力，是国内外的热点研究领域之一。
　　随着通信技术的不断发展，数据融合(Data Fusion)技术在各个领域的应用也越来越广泛，它是无线传感器网络(WSN)的关键技术，其目的在于减少网络通信量，降低网络能耗，提高数据精确度，优化WSN整体性能。本文在无线传感器网络中应用数据融合技术对程控交换机不同位置的多点温度进行融合，使融合后的温度更接近交换机的实际温度。整个无线监控系统由数据采集、数据传输和数据处理三部分组成。数据采集部分负责收集传感器上的状态信息并将这些信息按照一定的格式向上一级传送;数据传输部分将采集终端送上来的状态信息按照无线传感器网络协议通过无线传感器网络传送给远端控制中心的客户机;数据处理部分利用数据融合技术将无线网络传送来的交换机温度数据加以处理，对于温度数据融合而言，其目的就是使用同质温度传感器对不同位置采用多点进行融合，得到更接近交换机温度实际值的数据，进而掌握交换机的工作状态，实现对交换机温度的实时监测。
　　论文在详细分析了程控交换机特点并结合该领域的研究发展现状的基础上，给出了完整的系统软硬件构成以及设计过程，并在此基础上对系统结构和实现方法进行了深入分析与研究，提出了数据融合技术与无线传感器网络相结合、采用实时监测的通信方案。本系统设计完成的主要工作有:(1)系统硬件设计，本文采用美国ATMEL公司生产的AT89C51，高性能CMOS8位单片机与美国DALLS公司生产的DS18B20无线温度传感器组成的分布式多路数据采集系统;(2)采用tmote sky无线数据传输模块进行数据传输;(3)系统软件设计，使用C语言设计了AT89C51单片机的数据采集程序、中断程序、外围电路应用程序的设计;(4)使用数据融合方法对数据进行计算分析。
　　基于数据融合技术的程控交换机温度无线监控系统是一种无人值守的自动化、智能化的交换机温度采集监控系统。该系统的网络结构、数据传输手段、信息采集模式和数据处理方法也为其他SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)，数据采集与监控系统提供了一种先进、有效的信息采集模型。只要稍加改动即可应用到其它系统中，具有很强的可移植性。这样既可以提高监测的自动化程度，又可以节约大量的人力和财力，具有较高的实用价值和经济价值。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究的目的和意义

1．3 国内外现状及发展趋势

2 无线传感器网络与数据融合技术

2．1 无线传感器网络

2．2 数据融合

2．2．1 数据融合的定义、基本原理及目的

2．2．2 数据融合的结构、层次和系统的构成

2．3 数据融合的关键技术

2．4 数据融合的算法

2．5 数据融合技术的特点

2．6 数据融合在无线传感器网络的应用

2．7 数据融合技术在程控交换机温度无线监控系统应用可行性分析

2．7．1 程控交换机的参数指标

2．7．2 可行性分析

2．8 本章小结

3 程控交换机温度无线监控系统实现的结构分析

3．1 S1240程控交换机的结构

3．2 系统整体设计思想

3．3 系统功能概述

3．4 系统的结构分析

3．5 无线网络监控系统的组成

3．5．1 数据采集部分

3．5．2 交换机温度采集与监控装置

3．5．3 MCU处理模块

3．5．4 无线数据通信模块

3．5．5 无线通信网络

3．5．6 传感器网络节点的结构

3．5．7 无线通信协议的选择

3．5．8 监控中心

3．6 本章小结

4 系统硬件电路设计

4．1 节点的硬件平台设计

4．1．1 微控制器模块

4．1．2 数据采集模块

4．1．3 无线数据传输模块的选择

4．1．4 电源模块的设计

4．2 设计中的重要问题

4．2．1 尺寸问题

4．2．2 节能问题

4．2．3 安全问题

4．3 本章小结

5 系统软件设计

5．1 主程序设计

5．2 中断服务程序设计

5．3 子程序设计

5．3．1 数据采集模块

5．3．2 外围电路模块的设计

5．4 上位机软件设计

5．4．1 TinyOS操作系统简介

5．5 系统软件设计采取的措施

5．6 本章小结

6 交换机温度的数据融合分析

6．1 基于算术平均值与递推估计的数据融合方法

6．2 基于自适应加权融合算法

6．2．1 自适应加权融合确定权数的方法

6．2．2 自适应加权融合模型

6．2．3 自适应加权融合算法

6．3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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