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随着低功耗无线通信技术、嵌入式计算技术、传感技术及集成电路技术的飞速发展和日益成熟,使得大量的、低成本的小型或微型传感器节点通过链路自组织成无线传感器网络成为现实。所谓无线传感器网络(Wireless sensor networks)就是由部署在监测区域内大量的廉价小型或微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。无线传感器网络能够获取客观物理信息,是信息技术的一个新领域,在环境监测、医疗监护、城市交通管理、仓储管理、军事侦察等领域具有广阔的应用前景。
无线传感器网络具有很强的应用相关性,在不同应用要求下需要配套不同的硬件平台和软件系统。本文以核化工业泄漏区域、战时或平时核化污染区域的生态环境、气象环境和地表环境等环境监测为应用背景,以温度、湿度和大气压三个参数为检测参量,结合传感技术、无线通信技术、传输技术、嵌入式计算技术及软件编程技术,开发了无线传感器网络环境监测系统,具有非常大的实用价值。本文主要研究内容如下:
1、针对环境监测应用背景,给出了用于环境监测的无线传感器网络系统总体方案,并成功构建了无线传感器网络工程实验系统平台。
2、设计并研制了以温度、湿度和大气压三个参数为检测参量的、用于环境监测的无线传感器网络小型节点工程实验样机。
3、在TinyOS操作系统下用nesC语言开发了温湿度传感器和大气压传感器底层驱动软件及相应的数据采集应用组件和组网应用软件。
4、在所建网络系统平台上对无线传感器网络的路由算法、节点定位算法和数据融合算法进行了相关的实验研究和分析。
5、对所构建的无线传感器网络系统进行了安装测试,包括TinyOS操作系统的安装、开发环境的定制、无线传输测试、传感器数据采集测试以及组网测试,并对测试结果进行了分析和研究,验证了本文所设计和研制的节点、构建的网络系统平台及采用的方法的有效性。
本文的工作是在江苏省普通高校高新技术产业发展重点项目(No.JHB05-05)的资助下完成的。