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面向桥梁健康监测的ZigBee无线传感器网络关键技术研究
| 论文题名： | 面向桥梁健康监测的ZigBee无线传感器网络关键技术研究 |
| 关键词： | 桥梁监测;无线传感器网络;信号处理;扩频增益处理技术;ZigBee路由协议 |
| 摘要： | 重庆地处中国的西部，是一个多山多河流的城市，桥在这座城市发展中起到了举足轻重的作用，桥梁的健康直接影响到城市的经济发展及人们的日常生活，所以桥梁的健康监测成为了城市建设重要的一环。目前监控桥梁的数据传输技术手段主要是利用有线网络，而有线网络不仅布线成本高、人力资源消耗大、布线耗时多，布线一旦完成不易更改等诸多缺点，而无线传感器网络(WSN)具有低成本、低功耗、自组织网络等特点，而且操作简单、易施工、易部署等优势，其特点完全可以有效的解决有线网络中存在的问题。 本文分析了目前大型桥梁复杂的通信环境特点，并针对其特点分析并验证了在密闭环境中扩频技术对信号同样具有抗干扰作用，而后又优化其路由协议算法，最后设计了一套用于大型桥梁健康监测的无线传感器网络网关和节点，丰富了大型桥梁健康监测的手段，替代了以往桥梁中有线传感器网络，避免了有线传感器网络的弊端，具有可行性及实用价值，是未来大型桥梁监测的新发展方向。主要内容包括: 首先，针对密闭环境中存在的传播中的物体反射、物体遮挡、物体散射及其他未知强干扰造成的路径损耗和多径衰落，使得无线信号在达到接收端时已极其微弱的问题，采用扩频增益处理技术有效的应对信号在复杂干扰的信道中的多径衰落现象，在模拟桥梁箱梁环境下通过仿真结果验证了使用抗干扰方法的有效性。 其次，在协议优化方面，将对已有的ZigBee路由协议进一步优化，提出了基于Cluster-Tree+AODVjr算法的优化算法，并结合节点剩余能量模型来进一步对整体网络的能量均衡化，解决路由算法中的采集节点数据选择路径效率低下及严重的泛洪现象导致的能量浪费问题，同时提高整个网络的使用寿命。 最后，考虑到桥梁存在的环境，高温、高湿、高振动及密闭复杂干扰等极端恶劣的通信环境下，本文采用稳定性强、性价比高的Microchip公司的PIC24FJ128GA010作为无线传感器网络(WSN)网关的微处理器芯片(MCU)，CC2530作为无线射频模块，设计出性能稳定、抗干扰能力强的电路系统，达到整个系统在模拟桥梁箱梁复杂环境中的设计及使用要求。 |
| 作者： | 李鹏 |
| 专业： | 计算机科学与技术;计算机应用技术 |
| 导师： | 梁宗保 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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