煤层气井WSN节点设计及缺失数据补偿研究

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是嵌入式技术、无线通信技术、传感器技术等多种技术的融合，它是一种由多传感器节点通过自组织形成的监控网络。随着其技术的不断成熟，无线传感网在军事、医学以及工业等重要领域都有着广泛的应用前景。由于无线传感网络部署方便、成本可控、功能可扩展等特点，它可以较好地应用到环境恶劣、地势险要的山区以用于作业监控。这往往可以大大减少工作人员的工作量，降低作业的风险，提高整体经济效益。
　　本文的研究背景是山西省煤层气开发项目。考虑到煤层气监控过程中除了流量、环境温度等基本数据之外还可能伴随着视频数据，那么通常的无线传感节点便不能满足煤层气开发的要求，而通常的视频监控节点也不能满足开发的要求。因此本文在考虑需求、性能、功耗等多方面因素的前提下，设计了面向煤层气开发的无线节点。
　　同时，由于无线传感网络中可能出现的协议不可靠性，能量衰竭，以及噪声干扰等原因，无线传感节点所上传的数据往往有着不完整的趋势。这对后续的一系列分析运算带来了不便。因此我们有必要对缺失的数据进行补偿。在本文中，我们提出了一种结合挖掘自定义频繁项集与查找w维空间最近邻的方法，对无线传感网络中缺失的数据进行估计，并用估计的值代替缺失的值。由于最终的运算仅使用相似的数据，而不必使用所有的数据，因此可以减小不必要的误差，提高估计值的精度。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究主要内容

1．4 本文章节安排

2 无线传感网络及数据补偿算法

2．1 无线传感网络

2．2 数据补偿算法

2．2．1 缺失数据的分类

2．2．2 传统数据补偿算法

2．2．3 无线传感网络数据补偿算法

2．3 本章小结

3 面向煤层气开发的无线传感节点硬件设计

3．1 主控电路设计

3．1．1 主控芯片选型

3．1．2 主控外围电路

3．1．3 时钟电路

3．2 存储器电路设计

3．2．1 存储器芯片简介

3．2．2 内存外围电路

3．2．3 闪存外围电路

3．3 无线收发模块接口电路设计

3．4 外部IO接口电路设计

3．5 电源模块设计

3．6 PCB布局布线

3．7 本章小结

4 基于相似频繁项集挖掘的缺失数据补偿算法

4．1 问题提出

4．2 相似频繁项集

4．3 算法主要内容

4．3．1 数据模型

4．3．2 算法描述

4．4 仿真实验和性能评估

4．4．1 实验环境

4．4．2 实验评估

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢