水声无线传感器网络节点的设计与开发

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1、水声无线传感器网络节点的设计与开发摘要随着无线传感器网络技术、产品以及标准的逐步成熟，无线传感器网络正在突破原始的应用场景，即从普通陆地到环境更加恶劣的流程工业、矿山、井下、隧道、海洋深水等。这些应用给传感器网络的设计和研究提出了新的难题，其中的一个应用难点就是深远海环境监测。将水下声学传感器网络(UAWSN)应用于海洋科学的研究对于海洋科学具有重大的意义。然而，水下声波信道存在着带宽窄、频率低、传播速度慢的特点。这就使得水下无线传感器网络除了受到节点资源的限制以外，还面临着水下声波信道传输延时大、链接能力差以及节点的移动性等客观条件的制约。所以相对于传统的陆上传

2、感器网络，在深远海实现无线声波传感器网络在节点硬件设计、拓扑结构设计、定位和同步策略、可靠性、MAC协议、路由协议、网络安全等方面都面临着很多新的挑战。本论文主要致力于水下声学无线传感器网络节点的开发和调试。首先，根据水下声学无线传感器网络的设计任务，本论文阐述了开发所涉及的关键技术，提出了水下声学无线传感器网络系统的设计方案，并最终确定了采用基于FPGA的硬件开发平台，利用SOPC技术进行软硬件设计，以满足高性能处理要求并达到高灵活性、可移植性、可裁剪的要求，既降低成本的目的。接着，在水下声学无线传感器网络系统设计方案的基础上，本论文提出了水下声学无线传感器网络

3、实验平台的设计方案。在详细阐述了水下声学无线传感器网络的水下传感器节点和水上浮子节点的硬件设计方案和主要功能模块的电路设计之后，本论文详细介绍了水声发射机和水声接收机的设计，并对水声发射机和水声接收机进行了深入的分析。最后，根据本系统实际研究开发的结果，本论文总结分析了系统的特点，并根据目前设计中遇到的问题提出了修改意见。关键词：水下声学无线传感器网络；水声发射机；水声接收机；SOPC技术TheDesignAndDevelopmentForNodeOfUAWSNAbstractAlong、^，iththeformationanddevelopmentofthete

4、chnology,productsandstandardofwirelesssensornetwo叱theapplicationofwirelesssensornetworkhasbeenbreakingthroughtheoriginalapplicationscenes，thatis，theapplicationscenesaredevelopingfromusuallandsintosceneswithmoreruggedenvironment,suchasscenesofprocessindustry,miningareas，undergrounds，tu

5、nnelsanddeepsea．Alltheseapplicationsbringforwardnewproblemstothedesignandresearchofwirelesssensornetwork，oneofwhichisthatofthemonitoringoffar-reaching—seaenvironment．Itistobeofgreatsignificanceforthemarinesciencetoapplyunderwateracousticwirelesssensornetwork(UAWSN)intomarinescienceres

6、earches．However,theunderwatersound—wavechannelhasthecharacteristicsofnarrowbandwidth，lowfrequencyandslowpropagationspeed．Besidestherestrictionofnoderesources，thesecharacteristicsalsomaketheUAWSNfacingotherobjectiverestrictionssuchasthebig-propagation-delayandpoorlinkingcapabilityofund

7、erwateracousticchannelandthemobilityofnodes．Therefore，compared、^ritllthetraditionalgroundsensornetwork，theUAWSNfaceswithmanynewchallengesonaspectsofnodehardwaredesign,topologydesign，positioningandsynchronizationstrategy,reliability,MACprotocol，routingprotocol，networksecurity,etc．Thist

8、hesis