基于无线传感器网络森林火险监测系统设计与实现

摘要

在森林中构建无线传感器网络，实现对森林火险的监测，具有监测点数量多、周期长、部署方便、可靠性高、环境自适应强等特点。与其它监测方式相比，利
　　用传感器网络进行原位监测能获取更精确的数据。本系统设计的目为构建面向森林火险监测的无线传感器网络，获取特定区域特定时间段的相关数据，并将数据提供给数据需求者，为其提供数据支撑与服务。
　　本文在分析设计目的及系统架构的基础上，进行了传感器节点的软硬件设计，提出了采用分层、分簇的网络架构，并从系统可靠性、能耗等角度确定采用的无线通信技术。
　　硬件系统设计方面，采用“核心板+扩展板”方案。针对不同环境对通信性能的要求，射频部分采用两种方案，单节点覆盖100-880米通信范围，较目前市面上常见此类节点有显著提升。
　　软件设计方面，根据网络层次进行划分，设计与实现了ZigBee协议与设备驱动程序、网关异构网络互联以及服务器端可视化网络管理软件三部分，实现了对多种传感数据的采集、传输、保存与可视化管理。
　　针对系统网络节点布局问题，本文提出了基于GA-WCA的簇头布局方法，将系统的传感器节点分为两种，一种是普通数据采集节点，随机部署在监测区域，然后以负载均衡为目标，利用遗传算法进行簇内节点选择及簇头位置求解。利用该算法，很好的解决了网络簇头节点的能量均衡问题，有效的延长了网络的生存周期。

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第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 野外数据采集常用无线通信技术及特点

1.4 论文主要工作与章节安排

第二章 系统总体设计方案

2.1 系统设计目的与架构

2.2 系统设计原则

2.3 系统设计的关键技术

2.4 总体技术路线

2.5 本章小结

第三章 无线传感器网络硬件电路设计

3.1 节点开发硬件平台

3.2 节点通用模块设计

3.3 采集节点数据采集模块

3.4 网关节点异构网络互联模块

3.5 本章小结

第四章 系统软件设计

4.1 软件开发环境的建立

4.2 ZigBee网络构建及设备驱动开发

4.3 网关异构网络的互联

4.4 节点功能的实现

4.5 节点的无线网络配置

4.6 本章小结

第五章 基于GA－WCA的簇头布局方法

5.1 无线传感器网络生成簇的目标与性能

5.2 典型生成簇算法

5.3 基于GA-WCA的簇生成与布局方法

5.4 仿真分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献