洳专：j 、嘧 硕士学位论文 学科( 专业)让簋型L 廛盥挂盔浙 j 人学坝l ，学位论文璀十传感器叫络的光线水表系统摘要本文提出了基于无线传感器网络的新一代无线水表系统，大幅度提高了水表系统自动化程度，简化了工作人员抄表流程。文中重点介绍了无线传感器网络的路由协议设汁，并为水表系统设计了基于泛洪的路由协议和摹丁能量均衡的动态功率路由协议。基l 二泛洪的路南协泌具有实现简单，可靠性好的优点，但节点l 剐的能量均衡以及网络生命周期方而并不理想。基于能量均衡的动态功率路由协议比较好的解决了苯于泛洪的路由协议的不足，节点间能最消耗较为均衡，因此延K 了网络牛命周期，并保持了很好的可靠性。文中详细描述了两种协议的设计，包括通信帧设计，数据采集协议设计，时问同步机制I 办议，并分析了路由协议i U靠性、网络生命周期、能量均衡性、容错性以及实时性。最后，介绍了无线水表系统所采用的硬件包括R F 芯片C C l 0 0 0 ，控制芯片M S P 4 3 0 F 1 1 3 2 。关键字：无线，传感器，网络，路由，协议，节点，簇，泛洪，水表浙江人学坝 学位论殳早十传感器l 咄拜的尤线水表系统A b s t r a c tT h ep a p e rp r o p o s e san e w g e n e r a t i o nw i r e l e s sw a t e r m e t e rs y s t e m ，w h i c hi sb a s e do nw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s T h eh i g h l ya u t o m a t e ds y s t e ms i m p l i f i e st h ep r o c e s so f t r a c k i n gw a t e rr e c o r d I ti n t r o d u c e sw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k sr o u t i n gp r o t o c o l se m p h a t i c a l l y T w oc u s t o m i z e dr o u t i n gp r o t o c o l sa r ed e s i g n e df o rw i r e l e s sw a t e rm e i e rs y s t e m T h ef i r s tp r o t o c 0 1 w h i c hi sb a s e dO i lf l o o d i n gs c h e m e i se a s yf o ri m p l e m e n t a t i o na n dh a sg o o dr e l i a b i l i t y H o w e v e r ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o na m o n gn o d e sa r en o tw e l lb a l a n c e d ；t h e r e f o r e ，t h en e t w o r kl i f ec y c l ed e c r e a s e s E n e r g y b a l a n c e dd y n a m i cp o w e rr o u t ep r o t o c o ls o l v e st h ep r o b l e m sc a u s e db yf l o o d i n gb a s e dp r o t o c 0 1 I tb a l a n c e sn o d ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dp r o l o n g sn e t w o r kl i f ec y c l e ，w h i l er e m a i n sh i 【g hr e l i a b i l i t y T h ep a p e rd e s c r i b e st h ed e s i g no ft h e s et w op r o t o c o l s ，i n c l u d i n gc o m m u n i c a t i o nf r a m ed e s i g n ，d a t ac o l l e c t i o n ，a n dt i m es y n c h r o n i z a t i o ns c h e m e I ta l s oa n a l y s e st h er e l i a b i l i t y , n e t w o r kl i f ec y c l e ，e n e r g yb a l a n c e ，r o b u s t n e s sa n dt r a n s p o r tr e a l t i m ep e r f o r m a n c e so f e a c hp r o t o c 0 1 F i n a l l y ，i ti n t r o d u c e st h eh m - d w a r es y s t e mo f w i r e l e s sw a t e r m e t e rs y s t e m ，i n c l u d i n gR Fc h i pC C l 0 0 0 a n dm i c r o c o n t r o l l e rM S P 4 3 0 F I1 3 2 K e y w o r d ：W i r e l e s s ，S e n s o r , N e t w o r k ，R o u t e ，P r o t o c o l ，N o d e ，C l u s t e r , F l o o d i n g ，W a t e rm e t e r浙江人学顿_ L _ 学位论文斌十传感器刚络的无线水表系统第1 章无线传感器网络概述是否惊讶你的周围布满了数字灰尘? 它们能在你看不见的情况下为你播放音乐，它们能监控森林，它们能去悬崖峭壁为人们服务因为后P C 时代已经到来。代表后P C 时代的微型的更加便宜的低功耗计算设备冲破了以前传统的个人计算机和大型高性能服务器的设计模式。整个网络化带来的计算处理能力是非常巨大的。微机电系统( M E M S ) 的迅速发展为片上系统( s o u ) 的设计和实现成为可能，在这样的环境下，传感器网络应运而生。传感器网络一般指短距离的无线低功率通信设备之间的网络，也有采用其他材料渠道做为通信介质，比如B e r k e l e y 的S m a r tD u s t 就是采用光为作通信介质，S m a r t D u s t 中的设备就尘埃一样部署在空中，利用光避免了障碍物的阻挡。无线传感器网络有大量的节点分布在网络中，而且其中的大部分节点都不能得到持续的能量补充，因此如何延长网络生命周期成为无线传感器网络研究设计的一个核心问题。1 1 无线传感器网络与传统网络的区别无线传感器网络研究的丌始阶段，人们曾经简单地认为现有的成熟的互联网技术加上A d h o c 网络技术对传感器嘲络的设计就已经足够，但是随着传感器网络研究的深入，人们很快就发现现有的互联网技术和A d h o c 网络技术并不能满足传感器网络的需求，因为两者的网络环境和设汁目标等方面存在重大不同| lJ ，其丰要差别体现在以下儿个方面：两者关注的目标存在小同。无线传感器网络是以数据为目的的网络，关心如何在大量分布的传感器网络节点中获得数据，而传统的互联网网络和A d h o c 网络则是以数据传输为只标。由于传感器网络中节j _ 数量巨大，因此数据问存在着很大的) C 余度，如何在大量冗余数据r f _ I 获取目标数据是传感器网络的一个设计难点。传统的A d h o c 网络则通过路山优化，资源优化等手段，目标为用户提供有质量保证的服务。两者的网络节点能晕环境不同。传感器网络巾的大部分节点不能得到持久的能量补充，凶此如何延长删络生命周期是传感器网络的设计的一个核心问题。由于节点的能量问题，传感器网络巾的节点会经常出现失效，同时也有很多新节点加入补充失效的节点，凶此，如何处理节点失效和新增节点是传感器网络设计的难点。众所周知，传统的A d h o c 网络中的设备摹本卜可以持续补充能量，冈此一定程度上不存在传感器网络的能量补给问题，其网络生命周期并彳i 是传统A d h o c 网络灭注的重点。传统A d h o c 网络也不存在频繁的由于能量问题引起的社点失效和节点新增等问题。第6 页共6 4 页浙江人学坝卜学位论殳捧J 。传感器刚络的无线水表系统网络中节点的处理能力不l 司。传感器网络中的节点在计算能力上远弱于传统A d h o c 网络中的节点。因此，传感器网络的节点不能进行过于复杂运算和数摒存储。但是，由于节点数量巨多，并不能把所有节点的数据存储于少量的节点，需要充分利用网络所有节点的资源。而传统A d h o c 的设计遵循着“端到端”的边缘论思想，强调将一切与功能相关的处理都放在网络的端系统上，中间节点仅仅负责数据分组的转发，这种思想对j 二传感器网络并不一定适用。在密集性的传感器网络中，相邻节点间的距离非常短，低功耗的多跳通信模式节省功耗，同时增加了通信的隐蔽性，也避免了长距离的无线通信易受外界噪声干扰的影响。数据广阔地分布在传感器网络中。当观察节点要求从传感器网络中请求数据时，再通过节点间的通信从其中的节点中获得。传感器网络具有很强的应用相关性。传感器网络在现实生活中的应用差异非常大，不同的应用对传感器网络的关注重点不同，其网络部署环境也有很大差别，因此在数据可靠性，能源消耗要求等方面有不同的要求，换言之，传感器网络具有极大的应用相关性。传感器网络的这些特点决定了传感器网络不能简单地采用传统的I n t e m e t 技术l _ j 传统无线网络技术，必须通过传感器网络的应用情况，数据可靠性，能源消耗能要求作出具体的分析米设计不同的传感器网络。1 2 无线传感器网络应用尽管传感器网络技术尚未成熟，但是微小传感器技术与网络的结合已体现出巨大的应用前景，它们可以代替人类执行人类无法执行的任务，可以分布在任何角落。无线传感器网络在军事领域，环境柃测，医学领域，智能社会等领域有着美好的应用前景。1 2 1 军事应用在军枣领域，传感器网络将会成为C 4 1 S R q l ( c o m m a n d ，c o n t r 0 1 c o m m u n i c a t i o n ，c o m p u t i n g i n t e l l i g e n c e s u r v e i l l a n c e r e c o n n a i s s a n c ea n dt a r g e t i n g ) 系统非常重要的一部分。C 4 1 S R T 系统足面向未来战争，其目标是利用高科技技术，设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，受到各国国防部门的普遍重视。众所周知，由于战争的伤亡性，传感器设备将取代人去执行一些危险任务，如监视冲突区，侦察敌方地形，监控我军兵力、装备和物资和布防，定位攻击日标，侦察和探测生物和化学攻击。另外由r 传感器网络是由犬量的随机分布的低成本的节点组成，其网络的自组织。| 叶：和容错能力等特性使得其不会冈为某些网络皇在战争中的失效而导! 致整个系统的例溃，这点是传统的网络技术所无法比拟的，因此，可以通过传感器网络) k 获取战争信息是第7 页菇6 4 负浙江人学倾 。学位论文基于传感器H 络的厄线水表系统现代化战争的重要手段。传感器网络还一叮以为精确制导系统提供准确的同标定