基于无线传感器网络的导航系统设计与实现

摘要

在无线传感器网络(WSN)的应用中,物理信息与位置信息关联才具有实际的运用价值,由此无线传感器网络节点的位置信息至关重要,是传感器网络研究的难题及热点。本文以导航系统的为应用背景,在自主研究开发的一套无线传感器网络信息采集平台上实现了节点位置信息获取、处理及应用的导航系统的设计开发。
　　 首先,通过设计带有全球定位系统(GPS)节点的绝对定位和基于接收信号强度指示(RSSI)测距的无线传感器网络节点间相对定位,实现了满足室内外定位需求的无线定位系统；然后结合无线传感器网络系统开发了一套人机交互的地理信息系统(GIS),实现了节点位置信息的在电子地图上的处理及直观显示；最后,应用地理信息系统的位置信息资源设计了具有路径搜索、轨迹实时追踪功能的路径搜索系统,从而实现了一个完整的导航系统。
　　 整个导航系统的设计穿插在无线传感器网络平台的传感器节点系统、数据收集系统、数据存储和分析系统的设计中。在无线定位方面做了大量的针对性测试工作；在处理地理信息系统中电子地图的每个细节上也做了对应的工作,实现了无线传感器网络平台与地理信息系统的结合；经过改进最短路径算法的实现,在地理信息系统上实现了快捷的导航路径查询。最终本文在完成了系统全部设计和制造的基础上,以校园为实践模型进行了系统整体测试和使用,取得了良好的预期效果,证明了本系统的实用价值。

目录

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图表目录

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 无线传感器网络的概念和特点

1.2.1 无线传感器网络的定义

1.2.2 无线传感器网络的特点

1.3 无线传感器网络的应用和发展

1.3.1 无线传感器网络应用前景

1.3.2 无线传感器网络研究

1.3.3 无线传感器网络的应用案例

1.4 本文研究内容及创新

1.5 论文组织结构

第二章 系统总体架构设计

2.1 节点系统

2.1.1 CC2430硬件系统

2.1.2 TinyOS操作系统

2.1.3 节点射频协议

2.2 数据收集系统

2.3 数据存储和分析系统

2.3.1 数据存储系统

2.3.2 数据分析系统

2.4 导航系统功能设计

第三章 无线定位系统设计与实现

3.1 WSN中GPS节点绝对定位

3.1.1 GPS概况

3.1.2 GPS功能节点实现

3.1.3 GPS信息处理

3.2 WSN节点间相对定位

3.2.1 WSN定位概述

3.2.2 RSSI测距功能

3.2.3 相对定位算法实现

3.2.4 相对定位程序设计

3.2.5 相对定位性能测试

第四章 自主地理信息系统设计与实现

4.1 地理信息系统(GIS)概述

4.1.1 GIS发展趋势

4.1.2 WSN中GIS的需求

4.2 GIS模型

4.2.1 GIS电子地图概述

4.2.2 MapInfo地图数据组织

4.3 面向对象的GIS实现

4.3.1 GIS数据获取

4.3.2 GIS数据坐标转换

4.3.3 GIS电子地图的数字图像处理及显示

4.3.4 嵌入式平台的GIS实现

4.4 GIS系统程序设计

第五章 路径搜索系统设计与实现

5.1 道路信息搜索

5.2 最短路径搜索

5.2.1 GIS中最短路径问题现状

5.2.2 Dijkstra算法原理

5.2.3 网络拓扑结构的数据表示

5.2.4 最短路径算法优化实现

5.2.5 最短路径搜索性能测试

5.3 轨迹追踪

5.3.1 轨迹追踪实现

5.3.2 轨迹实时显示

第六章 基于自主节点的导航系统测试

6.1 室外导航功能测试

6.2 室内导航功能测试

第七章 研究工作总结

7.1 全文总结

7.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文