基于数据压缩的温室无线传感器网络数据传输技术

摘要

将新兴的无线传感器网络技术应用于温室数据传输，不仅可解决传统温室有线通信方式的设施安装和维护困难的问题，还可解决传统温室无线通信方式的技术复杂、成本高的问题。然而，由于传感器节点电池不易更换，无线传感网络必须要尽可能降低传感节点能耗，延长网络的生命周期。 本文主要做了以下两方面的工作：第一，根据温室测控系统无线传感器网络的特点，从网络结构设计入手，提出一种将温室网络划分成多个子网的分区管理数据传输方案。在温室网络的顶部安装多条平行的导轨，并将其分成多段，在每段导轨上安装一个可循环往复移动的汇聚节点；汇聚节点在移动过程中自动组织小型星型网络，分时槽地与其下方的传感节点建立数据通信链路；位于同一条导轨的各汇聚节点建立定向多跳路由来形成子网到基站的数据链路。第二，根据温室的数据特征，提出一种适合温室应用的数据压缩编码方法，并将其应用到温室无线传感器网络的数据传输中。汇聚节点的动态拓扑覆盖和协作性分区管理方式，一方面使网络具有了变结构的特点和自组织能力，另一方面由于缩短了点对点之间的通信距离，大大减轻了传感节点的通信任务负担。在此种网络模型基础上数据压缩技术的应用，可进一步降低节点的能量消耗。研究结果表明，采集数据个数越多，节省的能量也越多。当采集数据个数在60以上时，数据压缩技术的应用可以节省将近一半的能量消耗。另外，在保证数据完全传送出去的基础上，数据压缩的应用可以提高传感节点数据采集频率至3倍以上，可很好地改善汇聚节点由于不能及时传送数据而对传感节点数据采集频率的限制问题。

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第一章绪论

1.1温室无线传感器网络研究现状

1.2无线传感器网络数据压缩技术研究现状

1.3课题提出的背景及意义

1.4论文的组织结构和主要工作

第二章无线传感器网络技术及IEEE 802.15.4标准

2.1无线传感器网络技术

2.1.1传感器网络体系结构

2.1.2传感器网络的特征

2.1.3应用无线传感器网络的测控系统的技术要求

2.2.IEEE802.15.4标准

2.2.1 IEEE 802.15.4网络的拓扑结构

2.2.2 IEEE 802.15.4.网络协议栈

第三章变结构自组织温室测控系统数据传输

3.1温室测控系统的整体设计

3.1.1网络体系逻辑结构

3.1.2网络体系物理结构

3.1.3网络体系结构的形成

3.1.4汇聚节点的相关物理参数

3.2网络拓扑组织方法

3.2.1节点的分区分布和入网方法

3.2.2组网方法

3.3数据传输方法

3.3.1基于时槽的数据传输策略

3.3.2基站多跳链路的建立

第四章无线传感网络数据压缩技术

4.1数据压缩的相关概念

4.2各种无失真编码方法介绍

4.3温室无线传感网络应用中数据压缩方法的选择

4.3.1压缩方法的选择

4.3.2编码实现

第五章数据压缩在无线温室数据传输中的应用

5.1引言

5.2模型的提出

5.3能效性分析

5.3.1通信过程

5.3.2帧格式设计

5.3.3结果分析

5.4时效性分析

第六章总结与展望

6.1研究工作总结

6.2研究工作展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文