面向农田监测应用的WSN节点软件系统设计及LQI测距研究

摘要

无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）作为21世纪信息领域中的热点研究课题之一，综合了嵌入式计算技术、无线通信技术和传感器技术等，在工业、农业、军事、医疗以及环境监测等领域具有广阔的应用前景。无线传感器网络通过在监测区域中部署大量的廉价微型传感器节点，可以实现对感兴趣区域的实时监测，并将所感知的信息以多跳自组织的无线通信方式传送回用户。它具有的节点体积小、成本低、采样密度大、网络部署方便和稳定性高等特点，使其非常适合于农田环境监测应用，支持精准农业的实施。本课题正是建立在无线传感器网络在农田环境监测的应用背景下。
　　作为无线传感器网络的支撑技术之一，操作系统是传感器节点运行的软件平台，主要负责节点软硬件资源的分配与回收、协调和控制各种操作，是通信协议以及其他应用程序开发和运行的基础。另外在环境监测应用中，节点的位置信息是至关重要的，用户结合节点位置信息能更准确的对事件做出判断，测量和估计节点之间的距离是基于测距技术定位的重要前提。
　　以上讨论的两个方面也是本文的研究重点，论文主要完成的工作有：
　　（1）对无线传感器网络在农田监测应用中的网络结构进行了介绍，设计了一种适用于无线传感器网络节点的软件体系结构。以模块化的设计思想来完成节点软件系统的设计，并重点介绍了节点操作系统中任务调度、定时器管理以及功耗管理三个部分的设计和实现过程，主要是对三个部分的设计思路、主要函数、具体实现过程等进行了详细描述，最后以实验验证了节点软件系统能够稳定运行，为进一步的研究奠定了基础。
　　（2）进行了基于MC13224的LQI（链路质量指示：Link Quality Indicator）测距研究。首先进行各种实验分析LQI的特性和相关影响因素，其次通过曲线拟合探索找出LQI和距离的关系，然后针对建立的测距模型采用两种思路来完成测距过程：第一，对LQI测距数据进行预处理，包括了取值策略和校正处理；第二，对测距结果进行后续处理，包括了误差补偿和距离值修正两种方式。在实际的实验中取得了较好效果，最后对LQI测距技术进行了总结和分析。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 研究现状及发展

1.3 本文的工作和主要内容

1.4 本文组织结构

第二章 相关内容介绍

2.1 面向农田监测应用的无线传感器网络结构

2.2 无线传感器网络操作系统

2.3 软件开发环境介绍

2.4 本章小结

第三章 传感器节点软件体系结构设计及实现

3.1 节点软件体系结构概述

3.2 硬件驱动层

3.3 操作系统内核层的设计思路

3.4 任务调度

3.5 定时器管理

3.6 功耗管理

3.7 本章小结

第四章 传感器节点LQI测距研究

4.1 链路质量指示LQI

4.2 LQI特性

4.3 LQI测距模型

4.4 本章小结

第五章 系统实验及结果分析

5.1 实验内容及准备

5.2 实验过程及结果分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果