关键词：机械振动;;无线传感器网络;;层次路由协议;;多跳;;多信道传输
摘 要：机械振动无线传感器网络具有自组织、扩展性强、部署方便灵活等特性,可以弥补传统有线机械振动监测在密闭、旋转、大位移等应用环境中的不足。机械振动监测所需采样频率和采样精度要求高,将在短时间内产生大量振动数据,在资源受限的无线传感器网络中进行大量数据传输是一个难题。在多跳无线传感器网络中,网络规模的扩大及传输链路的增长使得传输信道内节点数据冲突更加严重,且压缩了单个节点有效的数据传输时间,进一步增大了大量数据传输的难度。对此,可以将机械振动无线传感器网络多跳数据传输任务分配到多个通信信道同时进行,提高网络传输速率。在多跳的机械振动无线传感器网络中进行多信道数据传输,需要考虑更多因素,如拓扑结构的选择、路由协议的构建、数据传输信道分配、多跳数据传输调度、大量数据传输可靠性等。针对以上问题,本文具体研究内容如下:(1)基于簇树结构的多跳网络层次路由协议设计。以构建高效的多跳网络层次路由协议为目的,通过多级路由作为簇首的形式降低网络拓扑复杂度,利用簇树网络清晰的层次结构为机械振动采集和传输的时钟同步创造了基本条件;采用分布式的节点网络地址配置方法,将新入网节点网络地址计算分配至各路由节点,同时将网络预置节点号与分布式网络地址分配相结合,避免现有地址分配方法不能明确网络地址与节点号对应关系的缺点;采用分布式路由计算机制,简化多跳网络中节点数据包路由分发计算复杂度。(2)基于时钟同步调度的多信道数据传输方法。针对传统单信道传输方式在多跳的机械振动无线传感器网络中数据冲突严重、传输速率慢的问题,提出一种时钟同步调度的多跳网络多信道数据传输方法。采用信标时序补偿方式实现全网传输命令同步触发;采用父子链路时序轮转调度方式完成网络传输时序调度;结合网络数据链路质量和信道干扰最小化完成网络传输信道分配;并采用丢包检测重传机制保证数据传输可靠性;实现多跳网络数据并行传输,提高数据传输速率。(3)机械振动无线传感器网络监测系统集成与多信道传输应用。在现有机械振动无线传感器网络硬件平台上对系统数据通信格式进行规范设计,并结合C#、.NET平台进行无线传感器网络监测系统集成,通过实验验证了本文提出的多跳网络层次路由协议与多信道数据传输方法的有效性。文章最后对本文工作进行了总结,并展望后续的研究方向。
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