无线传感器网络节点设计及其组网研究

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1、国内图书分类号：TN929．5国际图书分类号：621．38西南交通大学研究生学位论文密级：公开年级：姓名：申请学位级别：专业：指导教师：二。一四年五月十三日ClassifiedIndex：TN929．5U．D．C：621．38SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisDESIGNOFWII之ELESSSENSORNETWORKNODESANDNETWORKINGI通SEARCHGrade：2011Candidate：DongXingChaoAcademicDegreeAppliedfor：Maste

2、rSpeciality：ElectromagneticFieldsandMicrowaveTechnologySupervisor：Prof．LiuYun．1inMay．13，2014㈣0Ⅲ7洲6眦6mmm7㈣5㈣2哪Y西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解

3、密后适用本授权书；2．不保密彩使用本授权书。(请在以上方框内打“4”)学位敝作者签名粝哆。赵日期：山l甲、歹、儿特剥程轹纠℃"7,／、A拶-／／尸lI’日期：上限』、彤西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1、将BFS算法和Dijkstra算法结合运用，获取网络拓扑结构，生成路由。该方法首先运用BFS算法发现无线传感器网络中的节点，获取网络拓扑结构；然后根据所获信息生成邻边矩阵和权值矩阵，经由Dijkstra算法计算出最优路径，生成路由。2、设计路由生成的具体过程。该路由生成的流程包括广播寻址、邻节

4、点寻址、节点代价处理和生成并转发路由过程，属于无线传感器网络层设计。设计节点通信时的数据帧格式，完成节点地址和节点状态设置。3、完成路由生成过程的软件编程。根据路由生成的具体过程和上位机与节点信息交换过程，完成相应的代码编程。4、绘制节点的硬件电路。节点硬件包括无线收发电路、传感器电路。无线收发电路基于2．4GHz无线通信芯片nRF24LEl，绘制其外围电路，仿真验证了2．4GHz频段的弯折单极子天线的各项性能；传感器电路基于光敏传感器On9658和温湿度传感器DHTll，绘制其电路图。5、组网测试网络可靠性。示例网络节点数量为10，组网测试单点

5、最大传输距离和网络可靠性。结果表明，所设计无线传感器网络通信可靠性较高。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者虢砸址日期：C＼D、，3-。／秒西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要无线传感器网络是集信息采集、传输、处理于一身的综合系统，目前已广泛应用于环境监测、城市交通、军事国防等诸多领域。为实时监

6、测温度、湿度、照度等环境指标，设计一种可靠、低功耗的短距离无线传感器网络具有比较高的参考价值。此种情况下，数据传输速率和传输距离要求不高，而尽可能要求网络可靠、低功耗。本文所设计无线传感器网络分为软件和硬件两部分。软件方面包括无线传感器网络网络层部分协议设计、完成代码编程和设计上位机监测界面。将BFS算法和Dijkstra算法结合运用，获取网络拓扑结构并生成路由。该方法首先运用BFS算法发现无线传感器网络中的节点，获取网络拓扑结构，同时生成邻边矩阵和权值矩阵，然后将矩阵存储信息代入Dijkstra算法计算出最优路径，生成路由，最后协调节点发送路由

7、表至各从节点，从节点接收路由并将其存入存储矩阵。路由协议生成流程包括广播寻址、邻节点寻址、节点代价处理和生成并转发路由等过程。路由协议通过广播寻址发现周围邻节点，采用分址延时方法解决节点通信时通道阻塞问题，通过反馈重发方式解决单次数据传输时数据包丢失问题。硬件设计包括无线收发电路设计、传感器电路设计。无线收发电路基于2．4GHz无线射频芯片nRF24LEl，仿真验证了无线收发电路前端弯折单极子天线的阻抗带宽、方向图和效率，在芯片发射功率为0dbm情况下计算点对点自由空间传输距离理论值。传感器电路基于光敏传感器On9658和温湿度传感器DHTl1，

8、依据温湿度传感器采集数据时序要求，设计实现了其数据采集时序脉冲。采用电路绘图软件，绘制了节点PCB。组网测试网络性能，包括单点最大传输距