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基于多跳网络的无线抄表系统原理与实现方法研究

作　者: 吴晓勇
导　师: 黎水平
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 自动抄表系统自组织网络通讯模型路由协议
分类号: TM764
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 177次
引　用: 1次
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内容摘要

电力远程自动抄表系统是一个对客户电能消费情况进行远程监控,电量采集、传输处理的实时系统。论文在对现有自动抄表系统的特点和应用现状进行全面分析的基础上,提出新的抄表系统设计,即基于无线多跳网络的自动抄表系统。该系统是一种基于射频收发器nRF905进行点对点无线通信,并通过组建无线自组织网络来实现远距离通信的自动抄表系统。集中器、采集器和无线电能表均是无线网络的节点,整个系统分为三级,集中器作为网络的中心节点,其与主站之间的上层信道通过GPRS方式进行数据传输。采集器和无线电能表作为网络中的路由节点或网络的普通节点。集中器与两者之间的下层信道通信采用无线自组织网络进行数据传输。无线自组织网络具有无中心、自组织、多跳路由等特点,采用无线自组织网络,使得距离集中器较远节点可以由其他节点转发后与集中器进行通讯。与传统的无线抄表系统相比,其拓扑结构更加复杂,可以同时支持星型、树型和网状等多种拓扑结构。因为多跳抄表网络的通讯模型在现有抄表系统通讯模型的基础上引入网络层,建立了四层无线抄表通讯模型,包括:物理层、MAC层、网络层和应用层。网络层采用树路由协议和改进的AODV路由协议,可实现树状网络和网状网络的设计。同时,根据多功能电能表计量的国家规约和无线自组织网络中数据传输的特点,并结合射频收发芯片nRF905的硬件特点,制定抄表通讯模型的其他三层协议。最后,利用现有实验条件对四层抄表通信模型及所定义的协议进行测试和验证,实验完成了点对点数据通信、星状拓扑结构网络的测试以及树状拓扑结构网络的测试,测试结果有效的验证了模型及协议的实用性。面向自动抄表系统的多跳抄表网络既可以省去布线的麻烦又可以使用微功率无线模块,并通过组建多跳网络实现较远距离的无线通信。该系统具有永远在线、可靠性高、设备成本不高、维护简单、收费便宜、连接速度快及实用性大等优点。为此,全面实施该抄表系统具有重大的社会和经济价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 自动抄表系统特点  9-10
  1.3 国内外自动抄表系统的发展及现状  10-12
    1.3.1 有线方式  10-11
    1.3.2 无线方式  11-12
  1.4 无线抄表技术的特点及面临的问题  12-13
  1.5 论文的主要内容  13-15
第2章基于多跳网络的无线抄表系统体系结构  15-20
  2.1 无线抄表系统的一般组成结构  15-17
  2.2 基于多跳网络的无线抄表系统的拓扑结构  17-18
  2.3 无线抄表系统工作过程  18-19
  2.4 小结  19-20
第3章无线抄表系统的智能节点设计  20-29
  3.1 无线收发模块硬件  20-22
    3.1.1 射频芯片的选用  20-21
    3.1.2 无线模块电路  21-22
  3.2 无线模块与网络节点接口电路  22-25
    3.2.1 电能表与无线模块接口电路  22-23
    3.2.3 集中器与无线模块接口电路  23-25
  3.3 硬件节点的调试  25-28
    3.3.1 nRF905驱动程序  25-27
    3.3.2 点对点数据通信  27-28
  3.4 小结  28-29
第4章无线抄表系统的通讯网络设计  29-50
  4.1 无线自组织网络基础  29-33
    4.1.1 无线自组织网络的特点  29-30
    4.1.2 无线自组织网络路由算法  30-33
  4.2 无线抄表网络的拓扑结构与通讯模型  33
  4.3 无线抄表网络的通信协议实现  33-49
    4.3.1 协议原语  34-36
    4.3.2 应用层协议的实现  36-37
    4.3.3 网络层协议的实现  37-44
    4.3.4 数据链路层协议的实现  44-48
    4.3.5 物理层协议实现  48-49
  4.4 小结  49-50
第5章无线多跳抄表系统实现与测试  50-55
  5.1 系统实物图  50-51
  5.2 网络节点主程序  51-52
  5.3 多跳网络测试  52-55
第6章总结与展望  55-57
  6.1 总结  55-56
  6.2 展望  56-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
附录一攻读学位期间发表的学术论文  61

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