无线图像传感器网络数据采集与可靠性传输研究

摘要

无线图像传感器网络通过自组网方式进行图像数据采集和无线传输。通过集成化的微型图像传感器对环境信息进行感知和采集，把采集的图像信息通过无线方式进行发送，并以自组多跳的网络方式传送到汇聚节点，实现用户对环境的监测与控制。无线图像传感器网络被广泛应用于环境监测、智能家居、医疗健康等领域。
　　论文主要针对无线图像传感器网络的数据采集与数据可靠性无线传输两个方面进行研究。首先考虑到图像传感器节点的功耗、处理能力、体积等因素，提出了具有休眠机制的图像传感器节点的系统方案。通过分析图像传感器节点各个模块（图像传感器模块、嵌入式微控制器模块、无线通信模块、能量供应模块）的指令系统和工作机制，实现对图像采集的指令控制以及对图像采集过程的系统控制，最后将采集的图像数据通过无线方式传输至汇聚节点。
　　通过对比其他短距离无线通信技术，论文选取Zigbee协议作为无线通信方式。由于无线信道的复杂性，需要提出有效措施保护图像数据在无线信道中可靠传输。通过对现有无线通信可靠机制以及真实系统环境的分析，针对Zigbee网络层重传机制数据传输的脆弱性，论文提出一种基于Zigbee应用层的高效型重传与返回确认机制。论文首先分析与测试了Zigbee网络层重传机制的数据传输，由于Zigbee网络层数据重传机制过多的时间消耗导致数据传输混叠和数据重复接收问题，进而提出了Zigbee应用层数据传输设计。设计中针对汇聚节点接收图像数据情况，提出三种不同的响应机制（ACK、数据重复接收、Busy）提高数据的处理能力，并且根据汇聚节点不同的响应机制，图像传感器节点做出相应的数据发送机制，从而提高数据无线传输的可靠性。本文针对Zigbee网络层数据传输和Zigbee应用层数据传输两种方式，进行了不同最大重传次数的数据传输与时间消耗、数据丢包率关系的测试。实验结果表明，相对于Zigbee网络层数据重传机制，Zigbee应用层设计的数据传输机制显著缩短了重传机制消耗的时间，并且提高了数据传输的可靠性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景与意义

1．2 国内外无线图像传感器网络的研究现状

1．2．1 国内无线图像传感器网络的研究现状

1．2．2 国外无线图像传感器网络的研究现状

1．3 无线图像传感器网络的特点与应用

1．4 论文结构

2 无线图像传感器网络

2．1 无线图像传感器网络体系结构

2．1．1 无线图像传感器网络体系结构概述

2．1．2 无线图像传感器网络协议

2．2 无线图像传感器网络节点概述

2．3 无线图像传感器网络传输概述

2．4 Zigbee协议概述

3 无线图像传感器网络节点设计

3．1 图像传感器节点的硬件介绍

3．1．1 图像传感器模块

3．1．2 嵌入式微控制器模块

3．1．3 无线通信模块

3．1．4 能量供应模块

3．2 图像传感器节点的软件设计

3．2．1 图像传感器模块指令系统

3．2．2 嵌入式微控制器外设模块

3．2．3 图像采集

3．2．4 JEPG图像的数据格式

4 无线图像传感器网络数据传输可靠性设计

4．1 Zigbee网络节点通信

4．1．1 Zigbee网络数据通信建立

4．1．2 图像传感器节点数据通信

4．2 Zigbee网络层数据可靠性传输

4．2．1 Zigbee网络层重传确认机制

4．2．2 Zigbee网络层数据传输性能分析

4．3 Zigbee应用层数据可靠性传输

4．3．1 Zigbee应用层数据可靠性传输设计

4．3．2 Zigbee应用层数据传输性能分析

5 无线图像传感器网络数据传输测试

5．1 实验环境搭建

5．2 无线图像传感器网络数据传输系统测试

5．2．1 Zigbee网络层不同最大重传次数阈值消耗时间的测试

5．2．2 Zigbee应用层不同最大重传次数阈值消耗时间的测试

5．2．3 无线图像传感器网络数据传输与距离的测试

5．3 性能分析

6 总结

参考文献

作者简历

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