基于ZigBee传感网的远程监控管理系统的设计与实现

摘要

随着物联网技术的快速发展，“互联网+”受到了政府和企业的高度重视，将对生产、农业、商业、公安与安全等方面带来深远影响，并促进传统行业的升级换代，改变人们的工作与生活方式。本文研究了大、中型无线传感网络路由优化问题，并以某实验室为例，结合无线传感网技术与Web信息管理等技术，设计并实现了一套基于ZigBee无线传感网的远程监控信息管理系统。主要工作如下:
　　首先，分析了无线传感网络对环境监测的一般性需求，并进一步分析了JavaWeb平台信息管理系统的需求，完成了一套基于ZigBee无线传感网的远程监控信息管理系统的整体设计。
　　其次，针对中小型无线传感网络的特征，利用二进制数对网络节点的标记替代传统路由表，减小了内存消耗。针对大中型无线传感网络的管理机制和路由算法，通过综合考虑网络中的能量均衡和路由更新速度，利用簇首竞争轮换机制分簇管理节点，保证了网络的完整性;当有节点加入或者节点断开时，结合改进的遗传算法与粒子群优化算法，研究了大中型无线传感网络最佳路由路径优化问题，减小了时间延迟，并通过仿真工具NS2进行了性能评估与验证。
　　第三，基于Z-Stack协议与嵌入式等技术，以实验室监测与管理为例，开发了一套基于ZigBee无线传感网络的智能监测系统，实现了对温湿度、人体红外、火焰、视频预览等信息的实时检测与简单控制。
　　第四，结合Spring MVC、Spring、 Hibernate框架，使用Java Web技术和MySQL数据库技术，采用主从结构服务器和最小连接数的负载均衡算法，实现了各功能模块的Web视图，并能对人员、设备等数据进行统计分析和查询管理功能，完成了一个基于Web平台的信息管理系统。
　　最后，通过对ZigBee无线传感网系统和Web平台信息管理系统的联调，实现了无线传感网远程环境的数据采集与设备控制，并能在Web平台与安卓设备上实现远程检测管理与视频监控。实验测试表明，整机系统实现了预期功能，且运行稳定。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于ZigBee无线传感网的研究现状

1．2．2 信息管理系统的研究现状

1．3 论文的主要研究工作和组织结构

第二章 基于ZigBee网络远程监控信息管理系统的整体设计

2．1 无线传感网和信息管理系统的需求分析

2．1．1 无线传感网时间延迟和能量损耗分析

2．1．2 信息管理系统一般性需求分析

2．1．3 无线传感网系统性能指标的需求分析

2．1．4 信息管理系统性能指标的需求分析

2．2 无线传感网和Java Web平台信息管理系统的架构

2．2．1 ZigBee无线传感网的组建

2．2．2 Java Web平台的信息管理系统架构

2．3 无线传感网的远程监控信息管理系统的相关技术介绍

2．3．1 嵌入式系统技术

2．3．2 环境检测控制相关技术

2．3．3 Web框架技术

2．3．4 视频监控技术

2．3．5 远程服务器技术

2．4 本章小结

第三章 基于ZigBee无线传感网络的管理及优化

3．1 无线传感网自组网

3．2 中小型无线传感网络路由优化

3．2．1 网络节点地址分配

3．2．2 无线路由算法设计

3．2．3 树路由改进算法的效率分析

3．3 大中型无线传感网络路由优化

3．3．1 网络节点地址分配

3．3．2 ZigBee自组网路由的簇首竞争轮换机制

3．3．3 GA-PSO融合算法设计

3．3．4 GA-PSO算法的仿真

3．4 服务器负载均衡算法

3．5 本章小结

第四章 基于ZigBee远程监控信息管理系统的详细设计

4．1 ZigBee无线传感网系统节点设计

4．1．1 ZigBee节点模块与传感器件的硬件设计

4．1．2 ZigBee相关技术

4．2 信息管理系统模块具体设计

4．3 远程终端设备程序设计

4．4 本章小结

第五章 基于ZigBee远程监控信息管理系统的测试

5．1 ZigBee无线传感网系统测试

5．2 远程监控信息管理系统测试

5．3 本章小结

6．1 本文总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间的科研成果

致谢