面向煤层气开发的WSN技术设计与实现

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）主要结合了传感器技术与无线技术，随着技术的成熟逐渐被应用到越来越多的领域，其不仅在军事上和医学上应用前景广泛，而且在工业领域具有更加不可估量的价值。无线传感网络具有大规模、可扩充性等特点，通常被应用在一些环境复杂、地势险峻的山区或者通视性良好的地区。无线传感网络的应用，不但解决了复杂地区中控室与现场的通讯链路问题，而且降低了运营成本、提高了经济效率，为工业开发提供了可靠的技术支持。
　　本文主要针对山西煤层气开发的特点，设计出一套无线传感网络以及相应的子系统。以达到广大井区在低成本的投入下，提高自动化、信息化的水平，实现“远程监控，无人值守”的安全、高效的生产管理模式。具体内容如下:
　　1.面向煤层气开发的无线传感网络分析与设计
　　面向煤层气开发的无线传感网络具有易扩充、易组网、自愈合、交互性等特点。本项目采用树形的拓扑结构为主干网络，以“根-枝-叶”为主要节点，并且在此基础上自主开发相应的关键技术。
　　2.面向煤层气开发的WSN的关键技术设计与实现
　　无线管理子系统，负责整个网络的监视与控制。通过此系统可以实时掌控每个节点的运行状态，及时发现故障节点并进行处理。动态自愈合技术，是基于拓扑结构的主干网络而开发的关键技术。当网络主干运行链路出现问题时，通过动态自愈合技术转换到备份运行链路上，实时保障了链路的连通性，解决了由于故障节点带来的网络瘫痪问题。本系统设计的无线传输数据包具有“类型、数据长度、数据内容”的统一格式，其中，类型指明数据包所包含的信息内容，数据长度指明数据内容的长度。根据终端管理子系统接收和发送情况，数据包可分为接收包和命令包两大类。节点将重要信息以无线传输数据包的格式传输并且解析显示在终端管理子系统上，实现子系统对各个节点的监督，同时终端管理子系统将命令包发送到各个节点上，实现对节点的控制。
　　3.面向煤层气开发的无线传感网络的实验及结论
　　通过搭建无线传感网络实验平台，进行相关性能以及功能实验。根据网络延时以及码率等参数，分析网络的可靠性以及可行性，并对网络进行再次优化。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外的研究现状及意义

1．3 无线传感网络的特点

1．4 论文结构安排

2 面向煤层气开发的无线传感网络的分析与设计

2．1 面向煤层气开发的无线传感网络分析

2．1．1 煤层气开发特点以及需求分析

2．1．2 无线传感网络技术分析与设计

2．2 无线传感网络的网络构成

2．2．1 分支级网络

2．2．2 无线主干级网络

2．3 无线传感网络的主要系统组成

2．3．1 无线主干网子系统

2．3．2 无线网络管理子系统

2．4 无线节点网络可靠性分析

2．4．1 无线网络可靠性概念

2．4．2 无线网络主要可靠性机制

2．5 本章小结

3 无线传感网络系统关键技术设计与实现

3．1 无线节点网络自愈合技术

3．1．1 功能描述

3．1．2 系统模型

3．1．3 伪代码描述

3．2 无线管理子系统

3．2．1 子系统描述

3．2．2 构造节点树

3．3 无线传输数据包

3．3．1 数据包设计

3．3．2 数据包伪代码描述

3．3．3 数据包的管理

3．4 系统配置文件

3．4．1 文件格式设计

3．4．2 配置文件的管理

3．5 系统程序日志文件

3．6 本章小结

4 实验性能分析以及结论

4．1 无线节点网络实验平台

4．2 网络路由多跳实验

4．2．1 实验内容

4．2．2 实验方案

4．2．3 实验结果以及结论

4．3 无线节点自动路由及网络自愈合功能测试实验

4．3．1 实验内容

4．3．2 实验方案

4．3．3 实验结果以及结论

4．4 主节点距离测试

4．4．1 实验内容

4．4．2 实验方案

4．4．3 实验结果以及结论

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢