基于无线传感器网络的微功率无线抄表系统的研究与实现

摘要

与传统的手工抄表方式相比，微功率无线抄表方式具有节省人工量、数据准确率高、实时性好等优势，近几年得到广大电力行业部门的高度重视。该抄表方式主要利用无线传感器网络技术通过多跳的方式形成无线抄表网络，再通过无线远程通讯方法将采集到的数据传送至电管部门的计算机系统，从而完成用户用电数据的集抄。
　　本文针对微功率无线抄表系统在实际实现过程中，面临着现代小区环境复杂等因素造成数据通讯和联网的有效性、适应性和可靠性问题，进行了如下的工作:
　　首先，通信方面。在协调器和终端节点均遵循国家电网DL/T645通信规约的前提下，实现可复用的MAC层和NWK层，通过采用不同的PHY层支持实现对电能信息采集领域的无线信道的支持，完成了无线抄表系统在470～510MHz工作频段下的数据通信。
　　然后，路由方面。当协调器组建网络并且终端节点成功加入网络后，在采用传统的被动平面路由协议的基础上，提出了一种基于协调器节点通过召测终端节点场强以及分组帧序号来对备用路径的路由成功率进行统计的方法，以不断更新终端节点在线路由信息，找出最优路径，从而提高数据传输的通信成功率。
　　最后，软硬件的设计方面。考虑射频模块功率限制，本文选取工作频段在240～930MHz的Si4432收发器作为无线射频模块，并针对协调器节点和终端节点的工作流程进行了软件设计;在测试时，对系统自组网、数据中继传输以及网络的自愈性等功能进行了验证，模拟实验环境中测试结果表明终端节点在协调器组网成功后可自动扫描干净信道，加入和退出网络;实际环境中测试结果表明，在使用基于微功率无线集抄系统自定义的协议规范的基础上，系统仍拥有良好的日零点冻结电能示值抄通率。

目录

摘要

注释表

第一章 绪论

1．1 无线传感器网络概述

1．2 国内外抄表技术研究背景

1．2．1 现有的国内外抄表方式

1．2．2 微功率无线抄表技术及其现状

1．3 论文研究目标及内容

1．4 论文组织结构

第二章 微功率无线抄表系统协议架构

2．1 微功率无线抄表系统软件协议架构

2．2 微功率无线抄表系统各层协议规范

2．2．1 微功率无线抄表系统物理层

2．2．2 微功率无线抄表系统MAC层

2．2．3 微功率无线抄表系统网络层

2．2．4 微功率无线抄表系统应用层

2．3 无线传感器网络介绍

2．3．1 IEEES02．15．4网络设备组成

2．3．2 无线传感器网络拓扑结构

2．4 本章小结

第三章 微功率无线抄表系统网络模型的总体设计

3．1 微功率无线抄表系统需求分析

3．2 微功率无线抄表系统总体方案

3．2．1 协调器模块

3．2．2 终端模块

3．3 微功率无线抄表网络组网机制

3．3．1 协议原语的概念

3．3．2 协调器组网机制

3．3．3 终端节点入网

3．3．4 地址绑定与分配机制

3．4 微功率无线抄表网络路由技术

3．4．1 常见无线传感器网络路由算法

3．4．2 微功率无线抄表网络路由设计

3．5 本章小结

第四章 微功率无线抄表系统的实现

4．1 微功率无线抄表系统通信模块硬件设计

4．1．1 终端节点硬件设计

4．1．2 协调器节点硬件设计

4．2 微功率无线抄表系统通信模块软件设计

4．2．1 点对点软件开发流程

4．2．2 终端节点工作流程

4．2．3 协调器模块软件开发

4．3 本章小结

第五章 微功率无线抄表系统性能测试

5．1 测试环境

5．1．1 模拟测试环境方案

5．1．2 实际测试环境方案

5．2 测试过程

5．2．1 协调器自组网测试

5．2．2 数据传输及网络自愈性测试

5．3 实际测试环境验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文