大数据量连续实时监测无线传感器组网及传输机制研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zz121961437
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基于无线传感器网络的航空结构健康监测是一个热点研究方向,由于航空结构健康监测的应用往往需要动态获取和在线监测结构响应,这就要求无线传感器监测网络具备连续实时采集和传输的能力。目前,针对无线传感器监测网络的连续实时采集和传输的研究开展不多,其研究内容包括网络组网方法、时间同步机制和补偿算法、数据实时传输机制、网络管理方法和网络功能验证等多个方面。该技术是保障基于无线传感器网络的结构健康监测实现的前提和基础。因此,大数据量连续实时监测无线传感器网络研究其组网及信号传输机制,研究具有重要的理论研究意义和应用价值。  论文的主要创新点如下:  一、针对连续实时监测网络中数据在线实时处理问题,基于DSP平台设计了面向本地信号处理的高速无线传感器节点及SimuLink仿真建模,在该节点上针对结构的典型压电弹性波信号提出了损伤因子本地在线提取算法,并通过孔边裂纹损伤因子监测实验验证了方法的有效性。  二、提出一种连续实时监测无线传感器网络的吞吐量优化组网方法,由双核无线传感器监测节点、多信道基站节点、双频段路由节点组成。提出了网络的拓扑结构分析模型、路由机制、MAC通信协议、信道抗干扰机制,提高了大数据量连续实时监测网络的吞吐率。  三、针对大数据量连续实时监测无线传感器网络的长时间运行下时间同步精度问题,分析了连续实时监测网络中时间同步机制以及同步中的启动误差、采集抖动和晶振频率偏移误差,并针对这些误差提出了基于IRQ硬件跨层计数触发机制的时间同步方法及补偿机制。  四、针对连续实时网络传输参数配置问题,提出一种连续实时采集和传输多参数定量化设计机制,包括簇内采集数据包发包时隙分配模型、同步包收发时隙分配模型等,提高了网络传输的灵活性和实时性,并在模型理论计算和结构振动实时监测实验中验证了机制的有效性。
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