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基于无线传感器网络的运动系统设计与实现

作　者: 曹小虎
导　师: 屈玉贵
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 信息安全
关键词: 无线传感器网络 体育运动 数据收集 CC2420 S3C2410
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,我国体育事业在社会信息化、知识经济的推动下,己接受并引入了信息技术,开始在体育信息化道路上起步迈进。发展实时运动数据监测网络已成为体育信息化的核心,它首先要求应用先进的信息采集手段来快速、实时、低成本地获取运动数据,从大量数据中提取有助于制定运动员科学管理决策的信息,进而制定体育训练的科学管理决策,最后通过各种智能设备或人工控制等措施来达到提高运动员技战术水平的目标。本文围绕基于无线传感器网络的运动系统的设计进行研究。本文主要做了以下几点工作:1、介绍了国内外无线传感器网络的研究进展,对无线传感器网络的网络体系结构,以及在体育运动中应用前景进行了一些探讨。分析了无线传感器网络数据收集技术的研究现状,并总结了近年来该领域具有代表性的数据收集算法。2、提出了一种移动传感器网络自适应数据收集协议。该协议适用于运动目标数据收集场合,其基本思想是通过把信息复制给与基站通信概率更高的节点,以达到尽量增大传输成功率、可靠性和降低网络开销的目的,协议主要包括信息传输和队列管理两部分。通过仿真分析和实验表明,与现有的无线传感器网络数据收集协议相比,自适应数据收集协议的网络寿命相对较长,能够有效保证数据传输成功率和传输可靠性要求。3、提出了基于无线传感器网络的运动系统的设计方案。通过对已有的无线传感器网络硬件开发平台进行研究分析,选择了高性能、低功耗的CC2420芯片作为射频芯片,ATmega128、S3C2410作为核心微处理器,MMA7260加速度传感器作为传感模块,设计了无线传感器网络节点和基站硬件结构,并开发了相关系统软件,包括节点、基站工作软件和运动数据库管理系统软件。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 无线传感器网络  10-15
    1.1.1 无线传感器网络简介  10-11
    1.1.2 无线传感器网络的硬件结构  11-12
    1.1.3 无线传感器网络的软件结构  12-13
    1.1.4 无线传感器网络的特点  13-14
    1.1.5 无线传感器网络的应用  14-15
  1.2 本课题研究背景及意义  15-16
  1.3 论文内容及结构安排  16-18
第2章 无线传感器网络数据收集技术研究现状  18-28
  2.1 无线传感器网络数据收集问题概述  18-19
    2.1.1 相关概念  18
    2.1.2 数据收集算法的性能评价指标  18-19
  2.2 无线传感器网络数据收集的路由协议研究现状  19-26
    2.2.1 基于网络结构的数据收集协议和算法  19-23
    2.2.2 基于网络流的数据收集协议和算法  23-26
    2.2.3 基于移动性的数据收集算法  26
  2.3 运动系统中的数据收集机制  26-28
第3章 移动传感器网络自适应数据收集协议  28-42
  3.1 引言  28-29
  3.2 网络模型和相关定义  29-31
    3.2.1 网络模型假设  29
    3.2.2 相关定义  29-31
  3.3 信息传输  31-32
    3.3.1 信息转发过程  31
    3.3.2 信息传输算法  31-32
  3.4 队列管理  32-35
    3.4.1 信息生存期计算  33-34
    3.4.2 队列管理实现  34-35
  3.5 模拟实验和性能分析  35-42
    3.5.1 模拟实验方法与参数设置  35-37
    3.5.2 性能分析  37-42
第4章 基于无线传感器网络的运动系统设计与实现  42-62
  4.1 基于无线传感器网络的运动系统总体框架  42-44
  4.2 节点的设计和实现  44-51
    4.2.1 节点需求  44
    4.2.2 节点的硬件设计  44-49
    4.2.3 节点的功能实现  49-51
  4.3 基站的设计和实现  51-58
    4.3.1 基站需求  51
    4.3.2 基站硬件设计  51-54
    4.3.3 基站功能实现  54-58
  4.4 运动数据库管理系统软件设计  58-62
    4.4.1 系统开发环境  58-59
    4.4.2 主要功能结构  59-62
第5章 系统测试与结果分析  62-72
  5.1 测试平台搭建  62-64
  5.2 系统测试过程  64-68
    5.2.1 节点通信测试  64-65
    5.2.2 系统组网测试  65-67
    5.2.3 运动员反应时间测试  67-68
  5.3 系统性能分析  68-72
    5.3.1 系统实时性分析  68-69
    5.3.2 系统安全性分析  69-72
第6章 总结与展望  72-74
  6.1 本文工作总结  72
  6.2 下一步工作展望  72-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间的研究成果与科研项目  78-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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