【摘要】：隨著社會的發(fā)展,生活質量的提高,人們對新鮮食物的需求量不斷增加。其中,水產(chǎn)品(諸如魚、蟹等)由于其具有較高的營養(yǎng)價值,鮮活水產(chǎn)品的需求量逐年增加。鮮活水產(chǎn)品運輸與其它食品運輸相比,最顯著的區(qū)別是必須保持其鮮活度,因此常采用活體運輸?shù)姆绞?而非傳統(tǒng)的真空塑料包裝,對運輸環(huán)境的要求相對嚴格。傳統(tǒng)運輸方式不能滿足鮮活水產(chǎn)品運輸要求,需建立一套鮮活水產(chǎn)品運輸環(huán)境監(jiān)控裝置,提高水產(chǎn)品運輸安全。無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network,WSN)通過結合數(shù)據(jù)采集與處理、無線通信和計算機技術,能夠在網(wǎng)絡覆蓋范圍內監(jiān)測多種參數(shù)并進行數(shù)據(jù)采集、存儲和傳輸。WSN相較于傳統(tǒng)有線傳輸模式有體積小、功耗低、結構靈活和不用維護線路等優(yōu)勢,因而在水產(chǎn)品運輸中得到廣泛應用。然而,現(xiàn)有的水產(chǎn)品運輸監(jiān)測系統(tǒng)中存在著無線傳感網(wǎng)節(jié)點功耗較高的問題,當運輸距離較遠時,節(jié)點的電源無法滿足系統(tǒng)的供電需求。為解決水產(chǎn)品運輸中的節(jié)點功耗過大的問題,本文設計了無線傳感網(wǎng)節(jié)點,從硬件和軟件兩方面同時進行優(yōu)化,降低無線傳感網(wǎng)功耗,提高能量利用率。WSN中的硬件功耗高是由線路設計不合理和阻抗不匹配等原因引起的。本文設計節(jié)點時,采用了電源分壓和交流濾波等手段,從電源中分離出多個電壓以滿足不同傳感器的需求;通過設計阻抗匹配網(wǎng)絡優(yōu)化了電路結構,使得傳感器獲得了最大傳輸功率,減少了能量損失。考慮到水產(chǎn)品運輸中的需求,設計了具有一定防水性的封裝盒用以保護節(jié)點,保證了WSN的穩(wěn)定性。WSN中的軟件功耗高是由節(jié)點通信時,網(wǎng)絡中的能量分布不當造成的,通常和該網(wǎng)絡的通信協(xié)議有關。對于如何優(yōu)化WSN的通信協(xié)議,一直是國內外大量學者積極研究并討論的熱點問題。本文根據(jù)WSN通信模式的不同,將其分為單點通信與多點通信兩種模式。對于單點通信,本文提出了基于路徑損耗模型的方法、基于高斯模型的方法和基于混合模型的方法。通過這些方法,WSN節(jié)點可以有效地降低節(jié)點在通信時的過剩發(fā)射功率并且減少了非必要的數(shù)據(jù)傳輸量。對于多點通信,本文改進了通信協(xié)議中的幀結構,提出了基于隱馬爾可夫模型(HMM)和非合作博弈的功率控制方法,通過在無線傳感網(wǎng)中引入節(jié)點能量博弈的方式,平衡節(jié)點傳輸功率,提高能量利用率并延長了網(wǎng)絡生命周期。經(jīng)過實驗驗證,優(yōu)化后的無線傳感網(wǎng)性能得到了提升。在單點通信模式下,基于混合模型的方法效率最高,將總功耗降低了20%以上;在多點通信模式下,基于HMM和非合作博弈的控制方法在能量利用率、算法收斂速率和最大生命周期3個方面均優(yōu)于傳統(tǒng)算法。本論文的研究成果從多方面降低了無線傳感網(wǎng)中的能耗,解決了在長途或長時間物流運輸監(jiān)測過程中,節(jié)點電源能量耗盡無法對目標進行監(jiān)測的困難,能夠較好地應用于水產(chǎn)品運輸監(jiān)測領域,具備推廣到其他物流監(jiān)測領域的價值。
【學位授予單位】：上海海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【圖文】：

上海海洋大學碩士學位論文第二章 無線傳感網(wǎng)基本理論介紹了無線傳感網(wǎng)的基本結構；比較了幾種無線傳感網(wǎng)的的優(yōu)勢；介紹了無線傳感網(wǎng)的基本工作原理，根據(jù)拓撲結通信和多點通信。的結構器網(wǎng)的經(jīng)典結構如圖 2-1，首先劃定一個待測區(qū)域，將傳內[17]。每一個無線傳感器節(jié)點都帶有收發(fā)模塊，通過天線去�；ヂ�(lián)網(wǎng)可以將該信息傳輸給上位機，方便存儲于數(shù)據(jù)節(jié)點的容量都很小，不利于大量數(shù)據(jù)的堆積和存儲[18]，因隔內，把已獲取到的信息傳遞出去，為下次到來的信息預

每一層都完成特定的功能。具體分層如圖2-2。無線傳感器網(wǎng)絡物理層可以采用多種無線射頻傳輸技術，如正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM）、超寬帶（Ultra Wideband，UWB）、多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output， MIMO）、碼分多址（CodeDivision MultipleAccess， CDMA）技術等[28]，也可以采用傳統(tǒng)的紅外傳輸技術；數(shù)據(jù)鏈路層主要將物理層的信息自下而上地傳遞給網(wǎng)絡層[29]，并且優(yōu)化通信鏈路，

圖 2-3 線性拓撲結構Figure 2-3 Linear topology structure如圖 2-3，無線傳感網(wǎng)的線性拓撲結構主要分為 3 種，分別是點對點拓撲和星型拓撲。點對點拓撲是最簡單的拓撲形式，采用單點通信模式，由匯聚節(jié)點和采一對一的對應關系，半雙工通信時，出度為“1”，入度為“0”。全雙工通和入度都為“1”。樹形拓撲的復雜程度高于點對點拓撲，由一個根節(jié)點和若干層子節(jié)點組的子節(jié)點又作為下一層的父節(jié)點，以此類推直到最底層。一般根節(jié)點由任，負責控制第一層子節(jié)點的數(shù)據(jù)流向和物理參數(shù)設定，控制關系逐層該結構多采用半雙工通信模式，出度數(shù)量為除去根結點外的節(jié)點總數(shù)。確定，可能是從零到出度數(shù)量的任何一個子集。星型拓撲是復雜程度更高的一種拓撲結構，由一個匯聚節(jié)點和若干個子個簇，通常由匯聚節(jié)點擔任簇首。由圖可以看出，簇首處于星型結構的負責調度整個簇內所有采集節(jié)點的能量分配，收集采集節(jié)點的數(shù)據(jù)�？�

【參考文獻】

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本文編號：2793177