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ZigBee无线监控系统的性能及应用研究

作 者: 孔庆彦
导 师: 李迪
学 校: 华南理工大学
专 业: 机械电子工程
关键词: ZigBee 数据发送机制 数据融合策略 网络性能 无线监控系统
分类号: TP277
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 140次
引 用: 1次
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内容摘要


ZigBee作为新兴的短距无线互联技术,在监控系统中的应用日益广泛。本文在分析ZigBee无线监控系统业务流的基础上,重点对网络延迟和路径容量等关键性能指标进行了深入评估,针对规模化ZigBee网络实施过程中的数据发送、数据融合和节点休眠等提出了具体解决方案,并分别在智能家居控制系统以及中央空调集中监控系统中进行了实施和验证。本文首先对无线监控系统中典型的数据业务流进行分析,通过规模化网络对典型业务流进行了实验,确定了数据流量是影响网络性能的主要因素。重点针对网络延迟和路径容量指标,对网络性能进行了实验评估,确定了ZigBee网络传输路径的最大吞吐量以及不同数据流量条件下的网络传输延时,为构建高效可靠的规模化ZigBee无线监控网络提供了实验依据和参考指标。其次,本文根据网络性能的实验评估结果,分析了规模化无线监控系统中存在的高负荷问题。为保障规模化网络实施中的传输可靠性,采用了事件驱动的数据发送机制,减小单节点数据发送量。同时,还采用了固定分簇的数据融合策略,将监测空间划分为多个区域,由每个区域内的数据融合点进行数据压缩并发送到中央计算机,实现多节点流量控制。最后,以上述网络性能评估和实验为基础,分析了中央空调集中监控的需求,采用了事件驱动的数据发送机制和固定分簇的数据融合策略进行流量控制,设计了一套基于ZigBee的中央空调集中监控系统;对家居无线监控进行可行性分析,采用了拓扑控制手段保障实时性,设计并实现了一套无线智能家居系统,包括节点硬件设计、控制软件开发和休眠策略实施。通过测试的结果,验证了相关实施策略及方法的有效性。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 无线传感器网络的研究现状  11-13
    1.2.1 功率控制  11
    1.2.2 路由协议  11-12
    1.2.3 MAC 层协议  12-13
  1.3 无线监测系统的研究现状  13-14
  1.4 课题来源和研究内容  14-15
    1.4.1 课题来源  14
    1.4.2 研究内容  14-15
  1.5 论文结构  15-16
第二章 ZigBee 技术规范  16-26
  2.1 ZigBee 与IEEE 802.15.4  16
  2.2 组网过程  16-22
    2.2.1 建立网络  16-17
    2.2.2 设备关联  17-19
    2.2.3 孤点加入  19
    2.2.4 地址分配  19-22
  2.3 路由机制  22-25
    2.3.1 树形路由  22-23
    2.3.2 AODV 路由发现  23-24
    2.3.3 Many-to-One(MTO)路由发现  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 业务流分析与性能评估  26-42
  3.1 典型业务流分析  26-27
  3.2 性能指标分析  27-31
    3.2.1 路径容量  27-29
    3.2.2 网络延迟  29-31
  3.3 实验平台搭建  31-34
    3.3.1 硬件平台设计  31-32
    3.3.2 软件测试界面设计  32-34
  3.4 业务流传输性能实验  34-36
  3.5 关键网络性能指标测定  36-41
    3.5.1 网络延迟实验  36-39
    3.5.2 路径容量实验  39-41
  3.6 本章小结  41-42
第四章 ZigBee 规模化网络实施技术  42-54
  4.1 信息提取与数据发送机制  42-47
    4.1.1 时间发送机制实验分析  43-44
    4.1.2 事件驱动的数据发送机制实验分析  44-47
  4.2 数据融合策略  47-50
    4.2.1 固定分簇与融合点选择  47-49
    4.2.2 融合点数据压缩实现  49-50
  4.3 分级休眠策略  50-53
    4.3.1 电源管理模式  51-53
    4.3.2 休眠实施策略  53
  4.4 本章小结  53-54
第五章 流量控制与中央空调集中监控系统设计  54-64
  5.1 需求分析与系统规划  54-56
    5.1.1 需求分析  54-55
    5.1.2 系统规划  55-56
  5.2 STM32 嵌入式末端控制器设计  56-58
    5.2.1 STM32 应用电路设计  56-57
    5.2.2 液晶触摸屏电路设计  57-58
    5.2.3 系统电源电路设计  58
  5.3 软件设计  58-61
    5.3.1 ZigBee2007 协议栈开发  58-59
    5.3.2 末端控制器操作界面  59-60
    5.3.3 中央控制台集中监控界面  60-61
  5.4 流量控制实现  61-62
    5.4.1 网络拓扑选择和区域划分  61
    5.4.2 温度采集数据融合过程  61-62
  5.5 系统运行测试  62-63
  5.6 本章小结  63-64
第六章 实时性保障与智能家居系统设计  64-77
  6.1 系统规划  64-67
    6.1.1 拓扑控制与实时性保障  64-66
    6.1.2 系统概述  66
    6.1.3 节点休眠配置  66-67
  6.2 软硬件设计  67-72
    6.2.1 无线节点硬件设计  67-68
    6.2.2 嵌入式控制器与人机界面实现  68-70
    6.2.3 协议栈开发  70-72
  6.3 系统运行测试  72-76
    6.3.1 设备初始化与连通性测试  73-74
    6.3.2 监控功能测试  74-76
    6.3.3 系统网络指标统计  76
  6.4 本章小结  76-77
总结与展望  77-79
参考文献  79-84
攻读硕士学位期间取得的研究成果  84-85
致谢  85-86
附件  86

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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 > 监视、报警、故障诊断系统
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