文档介绍：南京理工大学硕士学位论文野外油气管道监侧的无线传感器网络协议研究与设计
且
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本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本
学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或
公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使
用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文
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研究生签名坤午一年月尹日
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研究生签名军一一年,月厂日
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南京理工大学硕士学位论文野外油气管道监测的无线传感器网络协议研究与设计
绪论
裸石的研究背景与意义
课题研究的背景
管道运输是国民经济的五大运输方式之一,管道输送能源作为一种重要的能源
输送方式,在世界范围内普遍采用。能源输送管道常常要穿越漫长的监测困难地区,
在这些地区,人烟稀少且不在现有无线网络信号覆盖范围内,传统的监测方法很难
提供相对准确的信息,即使专业监测人员也很难在这些地方顺利开展工作。正是这
些原因使得油气管道泄漏事故频频发生。现实的需求总是推动着新技术的发展,近
年来迅速发展的无线传感器网络极大地扩展了现有
监控网络的覆盖范围。可以预见,无线传感器网络在油气管道监测中的应用前景是
光明的。
无线传感器网络是融合了无线通信、传感器、嵌入式软硬件、智能控制、芯片
制造等多学科的综合技术,这个新兴的学科从一诞生就因其潜在的广阔应用前景而
受到众多学者和研究者的青睐,引起了学术界和工业界、甚至国家安全机构的高度
关注,大有引起一场新技术革命的势头。无线传感器网络由大量随机分布的微小
节点组成。网络节点自身带有传感器、数据处理、无线通信等模块,不需要任何网
络基础设施,通过自组织的方式组网,借助其传感器模块,有效地与物理环境交互,
能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,
并把信息通过无线网络传输到数据处理中心。
从某种意义上说,无线传感器网络是将逻辑上的信息世界与物理上的信息世界
融合在一起,极大地扩展了现有网络范围,提高了人类认识世界的能力。无线传感
器网络可以无时不在、无处不在,即人们可以在任何时间、地点和任何环境条件下
获得详实可靠的信息这种具有低成本、自组织、能够适应环境等特点的无线传感
器网络可以广泛地应用在国防军事、国家安全、环境监测、医疗卫生、健康监测、
制造业、物质跟踪、供应链管理、智能农业以及家庭应用等各个方面。
裸翅研究的意义
无线传感器网络在野外油气管道监测中的应用可以使监测事半功倍。这种网络
不需要事先构建基础设施,直接将大量设计好的无线传感器网络节点布置在管道上,
这些节点通过自组织的方式组建网络。网络中的每个传感器节点都可以将监测到的
数据通过其他节点转发到数据汇聚节点,汇聚节点再传输到数据中心。同时,每个
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绪论硕士论文
节点也可以接收数据中心的查询信息和控制命令,从而有效地解决了监测困难地区
管道的监测问题。
将无线传感器网络应用到野外油气管道监测中,首先必须解决的问题是构建适
合于该应用背景的无线传感器网络协议体系。区别于传统网络协议,无线传感器网
络具有的资源极其有限,节点硬件设计各异且具有很强的应用相关性,很难用同样
的协议体系来满足所有的应用。
用于野外油气管道监测的无线传感器网络在物理拓扑结构上呈线型分布,在数
据传输方式上以深度多跳方式进行。由于这些特点,应用于该背景下的无线传感器
网络协议设计明显不同于平面拓扑结构或一般层次拓扑结构的协议设计。线型无线
传感器网络要解决的主要问题包括节点间功率消耗不平衡、时间同步机制、数据融
合、网络扩展、功率控制以及时间延迟等。
本篇论文以无线传感器网络在野外油气管道监控中的应用为背景,着重研究并
构建适合该应用背景的无线传感器网络协议体系,给出了该协议体系对各个主要问
题的解决方案,并在硬件平台上设计实现。本文设计的无线传感器网络协议体系能
够很好地适用于该应用背景
国内外无线传感器网络研究现状与研究热点
无幼传感器网络的起沮、发展与现状
对无线传感器网络的需求是传感器网络发展的动力,相关学科的发展是传感器