ZigBee无线传感器网络自定义拓扑研究及其应用

论文摘要

无线传感器网络(Wireless sensor network,简称WSN)在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探索等领域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值,被认为是未来改变世界的十大技术之一、全球未来四大高技术产业之一。ZigBee技术是一种具有统一标准的短距离无线通信技术,其具有低功耗、低成本、通用性强等特点,它的出现为无线传感器网络的实现提供了新的解决方案。本文结合两者的优点,在自定义网络拓扑控制算法的基础上,开发了基于ZigBee的无线传感器网络温控系统。本文首先介绍了ZigBee技术原理及其协议的各层基本功能和帧结构以及其网络拓扑结构；然后介绍了无线传感器网络中有关网络拓扑控制技术的分类、拓扑控制的意义、典型的网络拓扑控制算法等,并且在此基础上针对实际运用过程中出现的问题,提出了自定义网络拓扑控制算法；接着以上述内容为理论依据,结合ZigBee无线传感器网络的特点选择合适的器件,完成电气设备温控系统的硬件平台设计,并完成组网实验,验证了自定义网络拓扑控制算法的可行性；最后设计电气设备温控系统的软件平台,结合硬件平台,完成温控监测系统的开发设计,从测试结果可以看出系统基本达到了预期功能,设计合理,能够达到温控监测的目的。本文设计依靠ZigBee无线传感器网络技术,结合自定义网络拓扑控制算法,开发出了温控监测系统。电网中众多高压电气设备本身和设备之间的连接点是电力输送最薄弱环节,这个薄弱环节的实质问题就是联接点发热。随着负荷的增大,导致连接点发热并形成恶性循环：温升、膨胀、收缩、氧化,电阻增大、再度升温直至酿成事故。因此温度监测系统对设备的实时温控提供了有效的解决途径,具有极大的现实意义和经济价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文的研究背景
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 1.4 论文的组织形式
• 第2章 ZigBee技术原理及其体系结构
• 2.1 ZigBee技术介绍
• 2.2 ZigBee体系架构
• 2.2.1 物理层
• 2.2.2 MAC层
• 2.2.3 网络层（NWK）
• 2.2.4 应用层
• 2.3 ZigBee技术网络拓扑
• 2.4 网络关联
• 2.5 本章小结
• 第3章 无线传感器网络自定义拓扑研究
• 3.1 无线传感器网络概述
• 3.2 无线传感器网络拓扑环境
• 3.2.1 同构网络环境
• 3.2.2 异构网络环境
• 3.3 拓扑控制的意义
• 3.4 拓扑控制的分类
• 3.4.1 节点功率控制拓扑算法
• 3.4.2 层次型拓扑控制算法
• 3.5 自定义网络拓扑控制算法
• 3.5.1 自定义网络拓扑控制的提出
• 3.5.2 基本思想及其具体过程
• 3.5.3 实验与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 无线传感器网络节点硬件设计
• 4.1 硬件设计方案
• 4.2 微处理器模块
• 4.3 各模块的设计
• 4.3.1 无线通信模块
• 4.3.2 电源管理模块
• 4.3.3 传感器模块
• 4.4 硬件电路的抗干扰设计
• 4.4.1 设置去耦电容
• 4.4.2 布线设计
• 4.5 节点硬件实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 ZigBee无线传感器网络温控系统的应用开发
• 5.1 系统总体框架及工作原理
• 5.2 温控监测软件系统设计
• 5.2.1 1-wire总线技术
• 5.2.2 采集温度的程序流程
• 5.2.3 DS18B20存储器及其配置
• 5.2.4 温度采集程序设计
• 5.3 数据监测后台分析管理软件
• 5.3.1 SNAMP后台分析管理软件
• 5.3.2 SNAMP的基本功能
• 5.3.3 数据包格式
• 5.4 温控系统的测试
• 5.4.1 系统测试环境与条件
• 5.4.2 软件开发平台与工具
• 5.4.3 综合测试
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 感谢