基于无线传感器网络的自动抄水表系统的研究-控制理论与控制工程专业论文.docx

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Automation Engineering Research of Automatic Water Meter Reading Technology Based on Wireless Sensor Network A Thesis in Control Science Engineering by Ding Yue Advised by Associate Prof. Ding Yong Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering January, 2012 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 基于无线传感器网络的自动抄水表系统的研究 基于无线传感器网络的自动抄水表系统的研究 I I PAGE PAGE IV 摘 要 随着我国经济的发展，水表的数量迅速增加，传统的人工抄表方式已经不能满足社会发展 的要求。自动抄表系统可以对水表的信息自动采集和处理，对提高企业的经济效益和信息化管 理水平具有重要的意义。本文主要对基于无线传感器网络的自动抄水表系统进行了研究，主要 研究内容如下： 首先，对基于 CC2430 的抄水表系统无线传感器硬件节点进行了设计，通过对 TinyOS 操作 系统的移植和应用，实现了硬件节点对水表数据的采集和发送。 其次，针对适用于小规模网络的平面路由算法中存在的路由性能指标考虑不全面的问题， 提出了一种基于遗传算法的多目标路由优化算法。该算法将网络总能量的消耗、能量消耗的均 衡性和路径的可扩展性等三个性能指标作为设计目标，利用遗传算法进行路由优化。仿真结果 表明，该算法有效地提高了网络总能量的利用率和网络的生存周期。 接着，针对大规模网络，通过对典型的层次型路由协议的分析比较，针对 LEACH 协议中 存在的簇首选取不合理和簇的规模不均衡的问题，提出了一种基于节点度数、节点间的相对距 离和节点剩余能量的节能分簇路由协议 CEACA。仿真结果表明，该协议不仅有效地避免了低 能量的节点充当簇首，同时使得簇首分布均匀，均衡了簇的规模，提高了成簇的质量。 最后，搭建了基于无线传感器网络的抄水表系统软件平台，分为前置机软件平台和远程抄 水表数据管理平台。前置机软件平台实现对水表数据的接收、统计分析、显示查询和上传的功 能；远程抄水表数据管理平台实现抄表数据的管理、收费的管理、费用的综合查询等功能，用 户可以通过网络登陆平台进行相关操作。通过对软件平台的测试，验证了平台的可靠性。 关键词：无线传感器网络，抄水表系统，节点，CC2430，遗传算法，分簇，路由协议 Abstract With the rapid economic development in China and the growing amounts of water meters, the traditional way of manual remote meter reading has failed to keep up with the pace of social development. Automatic meter reading system collects and deals with the information from water meter spontaneously, which is of significant importance to the improvement of economic benefit and computerized management. The article is used to study automatic meter reading system and network routing protocol based on wireless sensor network and the main c