用于实时结构健康监测的无线传感器网络研究

摘要

近年来，无线传感器网络技术在结构健康监测中的广泛应用，引起了科研人员的很大关注。无线传感器网络(WSN-Wireless Sensor Network)是由多个节点组成的面向任务的无线网络，综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够对目标信息进行实时监测、处理，并将信息传送至远程用户。由此构建的监测系统避免了铺设线缆的繁琐工作及其带来的高成本问题，具有机动性高、维护和更新费用低等优势。 本论文采用IEEE802.15.4协议构建了一个无线传感器网络，并在基站端连接GPRS模块实现了数据远程传输。该系统方案结合了2.4GHz频带提供的高速率优势和GPRS远程无线传输的距离优势，对于地处偏远的建筑结构建立远程监测系统具有重要意义。 论文深入分析了IEEE802.15.4网络协议和网络拓扑结构，设计了星型网、对等网和基站网关相结合的系统构建模式；在对等网络中采用仲裁设备协议，引入了逐跳传播协议和慢存快取协议来完善传输层服务；使用nesC语言在TinyOS中实现了IEEE802.15.4协议的物理层和媒体访问控制层(MAC)的协议开发，同时开发了相应协议软件。最后，本文给出了系统运行结果，结果表明系统传输数据稳定，链路质量可靠。

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第一章绪论

1.1结构健康监测

1.2无线传感器网络概述

1.3无线传感器网络研究现状

1.3.1 国外研究情况

1.3.2 国内研究情况

1.4课题研究内容与意义

第二章无线传感器网络架构和协议

2.1无线传感器网络体系结构

2.2 IEEE802.15.4体系结构

2.2.1 物理层

2.2.2 MAC层

2.3 IEEE802.15.4网络拓扑结构

2.3.1星型网络的形成

2.3.2 对等网络的形成

2.4 IEEE802.15.4主要特点

第三章无线传感器网络设计方案

3.1应用特点

3.2系统硬件设计方案

3.2.1传感器节点TPR2420

3.2.2 ARM9开发板

3.2.3 GPRS模块

3.3系统网络拓扑结构

3.3.1星型组网

3.3.2 对等组网

3.4 对等网传输层服务

3.4.1单个分组传递

3.4.2块传递

第四章无线传感器网络软件开发

4.1 TinyOS简述

4.1.1 TinyOS操作系统

4.1.2 nesC语言

4.2 TinyOS中IEEE802.15.4协议的实现

4.2.1物理层接口与组件

4.2.2 MAC层接口与组件

4.3 TPR2420节点端软件例程

4.3.1 IEEE802.15.4协议测试例程

4.3.2节点软件例程

4.4基站端软件例程

4.5系统实验

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间公开发表论文