基于无线传感器网络的数据融合系统设计 大学毕业论文文档格式.docx

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耿以威

学号

37011443

院系

计算机与通信工程学院

专业

通信技术

班级

370114

指导教师

赵靖哲

顾问教师

龚佑红

二〇一三年十月

摘要

无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。

传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，推动了现代无线传感器网络的产生和发展。

无线传感器网络扩展了人们信息获取能力，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在下一代网络中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。

无线传感器网络能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域。

已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

数据融合技术是无线传感器网络的一个关键技术,能减少传感器节点间的传输量,从而明显提高网络感知效能,延长网络生命周期,减小时间延迟。

无线传感网数据融合，是对源数据或信息的获取、表示及其内在联系进行综合处理和优化的技术。

传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段，而传感网信息经过融合后能够完善地、准确地反映环境的特征。

传感网目标的融合识别是试图将各传感器关于目标的不精确，不完全的数据进行融合，产生较单一传感器更精确，更完全的属性估计和判决。

数据融合技术已经广泛应用于信息电子学、计算机科学、自动化等领域。

关键词:

传感器网络传感器的应用数据融合无线传感器分类

Abstract

WirelessSensornetwork（WirelessSensorNetworks,WSN）isthecurrentfocusoninternationalknowledge,involvingmultidisciplinaryhighlycross,highlyintegratedtheleadingedgeofthehotresearchfield.Sensortechnology,mems,theprogressofmodernnetworkandwirelesscommunicationtechnology,topromotetheemergenceanddevelopmentofmodernwirelesssensornetwork.Wirelesssensornetwork（WSN）expandedthepeopleaccesstoinformation,withtheobjectiveworldofphysicalinformationtransmissionnetworkconnectiontogether,intheheartofthenextgenerationnetworkforpeopletoprovidethemostdirect,themosteffectiveandmostrealinformation.Wirelesssensornetwork（WSN）canobtaintheobjectivephysicalinformation,hastheverybroadapplicationprospects,andcanbeappliedtomilitarydefense,industrialandagriculturalcontrol,urbanmanagement,biological,medical,environmentaldetection,remotecontrolinareassuchasdisasterrelief,thedangerousarea.Hasattractedtheattentionoftheacademiaandindustryinmanycountries,isconsideredtobeoneofproducegreatinfluencetothe21stcenturytechnology.

Datafusiontechnologyisakeytechnologyofwirelesssensornetwork（WSN）canreducethemagnitudeofthetransmissionbetweenthesensornodes,thussignificantlyincreasetheefficiencyofthenetworkawarenessandprolongthenetworklifecycle,reducingthetimedelay.Wirelesssensornetworkdatafusion,isthesourceofdataorinformationaccess,saidandinnerlinkofintegratedprocessingandoptimizationtechnology.Sensorscanonlyobtaintheenvironmentorthepartoftheobjectinformation,andsensingnetworkinformationafterfusioncanperfectlyandaccuratelyreflectsthecharacteristicsoftheenvironment.Sensingofmeshmarkabouttargetfusionrecognitionistryingtoeachsensorimprecise,incompletedatafusion,producesmoreaccuratethanthesinglesensor,morecompletepropertyestimationanddecision.Datainformationfusiontechnologyhasbeenwidelyusedinelectronics,computerscience,automation,etc.

Keywords:

SensorNetworksSensorapplicationsWirelesssensorclassificationsensSensornetworks,Internetofthings

第一章绪论

1.1传感器的研究背景

随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越来越成熟，方向也越来越多，越来越重要，大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。

微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展，使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。

这样的节点配合各类型的传感器，可组成无线传感器网络（WSN）。

无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。

广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。

传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。

因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大、更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，因此，它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进，需要精心设计的软硬件系统，以使其可靠而耐用。

2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一；

美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。

可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命，是21世纪最重要的技术之一。

低功耗无线传感模块，便是组成无线传感网络的节点。

此方面的研究由来已久，是计算机应用的扩展，采用了大规模集成电路和嵌入式技术，使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。

现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。

但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。

因此，在无线传感技术应用如此广泛的今天，在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。

1.2传感器网络的研究现状

无线传感器网络的最初研究来源于美国军方，美国国防先进研究计划局（DARPA）于2001年资助加州伯克力大学开发无线传感器系统。

美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划，投资3400万美元用于支持该方面的基础研究。

英国、日本、意大利等国家的一些大学和研究机构也纷纷开展了该领域的研究工作。

研究取得了一些初步的研究成果。

目前国内无线传感器网络尚处于研究阶段，清华大学、中科院沈阳自动化研究所、中科院合肥智能所等单位已开始进行这方面的研究。

无线传感器网络应用领域非常广泛。

比如当需要对诸如温度、光通量、位移以及噪声等环境参数进行不间断地传感、测试和无线信号传输时，可以考虑在相关领域中配置智能化的无线传感器网络，通过对环境待测参数的传感数据分析来达到检测目的，这一技术已经应用到国防军事、动物的习性观测、材料结构健康监测、交通管理、医疗卫生、灾害监测等领域中。

无线传感模块是新兴的下一代无线传感网络节点，它是组成无线传感网络的基本部分。

最早的代表性论述出现在二十世纪九十年代末，题为“传感器走向无线时代”。

传感技术的发展经历了一般传感器、智能传感器、无线传感器等几个阶段。

一般传感器，是最早产生的传感器，只能实现数据采集；

智能传感器则是在一般传感器的基础上将处理计算能力与传感器相结合，使得传感模块不但能够实现数据等信息采集，还能对所采集到的信息进行一定程度的计算和处理；

无线传感器则是在智能传感器的基础上再集成无线功能模块，使得传感器不再是单独的感知模块，而是一个能够实现数据采集、处理，信息交换和控制的有机整体。

为了实现随时随地与任何人或任何设备的互联互通，无线通信技术获得了蓬勃发展。

在正交频分复用（OFDM）和多入多出（MIMO）等基础技术支持下，多种无线技术如蓝牙、Wi-Fi、WIMAX、超宽带和无线局域网获得了长足发展。

作为蓬勃发展的无线技术，近几年正是其大变革时期。

随着几种重要基础技术的推广和实际应用，无线通信的速度也将得到大大提高。

无线传感模块属于无线技术中较为底层的一个分支，由于越来越多的应用方案开始采用无线节点进行数据采集和通信。

综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等的无线传感网络,是当前的热点研究领域。

而无线传感网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障，因此无线传感模块的设计，传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。

当前国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。

典型的节点包括Mica系列、Telos、IRIS和Imote2等。

各平台的主要区别是采用了不同的处理器和无线通信模块。

有些节点具有高性能但功耗较大，如Imote2节点，不适用于能量受限的应用环境。

其他一些节点，如Telos、Mica等，由于设计时间较早，其性能已经落后于当今的集成电路工业设计水平[。

因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大，更换非常困难