无线传感器网络开题报告.doc

山东理工大学硕士学位论文开题报告论文题目： 无线传感器网络在机动车 性能检测系统中的应用研究 学生学号： Y0705122 学生姓名： 吴福霞 所在单位：计算机科学与技术学院 学科专业：计算机应用技术 研究方向：计算机测控技术 指导教师： 王振友 山东理工大学学位办公室制开题报告填写事项一、填写必须实事求是，字迹要端正、清楚。二、本报告的第一至第六部分由研究生本人填写（字数不少于2000字）。其余部分由指导教师、开题报告评议小组、教研室（研究室）主任、院长、研究生处填写。三、开题报告最晚应在研究生入学后第四学期开学前完成。四、开题报告评议小组由学院统一集中组织，对开题报告通不过者要在1至2个月内补做，重新审核合格后，才允许正式进入课题，否则取消进入论文阶段资格。五、此表培养单位留存一份。16本课题所涉及的内容（包括实验数据、计算机程序、导师未公开发表的研究成果及心得等），除在毕业论文中所发表的以外，本人保证：未经导师正式同意，五年内不以任何形式向第三方公开。研究生（签字）导师（签字）年月日一、课题的来源及意义1. 课题的来源本课题来源于山东理工大学计算机学院王振友教授的校级科研基金项目“基于ARM的便携式机动车性能检测仪器的研究”。2. 课题的意义随着我国汽车产业和交通事业的迅猛发展，车辆的技术性能和质量越来越高，对车辆性能的检测和检测仪器的使用也越来越普及。随着无线技术的发展，无线网络化的车辆性能检测成为必然趋势。无线传感器网络是涉及微机电、计算机、通信、自动控制、人工智能等多学科的综合性技术。无线传感器网络是集传感器单元、控制器和无线通信模块于一体的，集数据采集、数据计算和无线通信于一身的资源受限的嵌入式设备。由这些微型传感器组成的无线传感器网络能协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息、并对信息进行处理，发送给观察者。无线传感器网络是一种特殊的Ad-Hoc网络，与传统的网络相比，它是一种以数据为中心的自组织无线网络。网络中的结点密集，数量巨大且部署在十分广泛的区域；网络拓扑结构动态变化，网络具有自组织和自调整的特点。网络结点具有成本低体积小、能量极其有限、计算能力、存储能力和通信能力有限的特点。无线传感器网络的应用前景十分广阔，能够广泛应用于军事、环境检测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间管理，以及机场、大型工业园区的安全检测等领域。随着无线传感器网络的深入研究和广泛应用，无线传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个方面。我国的无线传感器网络的研究仍处于起步阶段。不论在理论研究还是商用领域，无线传感器网络的研究、开发均存在巨大的空间，具有巨大的研究和应用前景。无线传感器网络在车辆性能检测中的应用还是空白。现在的网络化机动车检测系统都是有线网络的，无线传感器网络可以解决布线难的问题和传输中的部分干扰。因此无线传感器网络在车辆性能检测领域有着很大的研究意义、学术价值和巨大的市场价值。二、简述该领域目前的国内外研究水平和发展趋势1. 研究水平无线传感器网络的挑战性也为研究人员提供了广阔的研究空间。虽然美国很早就开始这方面的研究，但直到近几年，这方面的研究活动才在各大学及研究所蓬勃开展起来，美国政府也斥巨资支持这方面的研究。在2003年度的自然科学基金自主的专题中，便有一个是传感器与传感器系统网络，拨款额度达到三千四百万美元。美国国防部在这方面的投入更为巨大。美国的很多大学都已开展无线传感器网络的研究。加州大学伯克利分校(universityealifomia，Berkeley)研制的传感器系统Mica.Mica2.Mica2Dot己被广泛地用于低能无线传感器络的研究和开发。麻省理工学院(Massachusets Institute of Technology)致力于基础知识的信号处理技术的研究，哈佛大学(Harvarduniversity)研究无线传感器网络中通讯的理论基础等在其它国家和地区，如欧洲、日本、澳大利亚等也开展了不少关于传感器及无线传感器网络的研究工作。国内的一些科研单位和大学，如清华大学、中国科学院沈阳自动化所、哈尔滨工业大学等已经初步开展了在传感器及无线传感器网络方面的研究工作。从总体来讲，国内关于无线传感器络的研究还处于刚刚起步的阶段，但是由于无线传感器网络是一门新兴技术，国内与国际水平差距并不很大，及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿科技的研究，对整个国家的社会、经济将有重大的战略意义。2. 发展趋势无线传感器网络的应用前景十分诱人。传统应用有军事、监控、应急、环境、防空等领域，新兴应用将涉及家用、企业管理、保健、交通等领域。可以预计，将来无线传感器网络将无处不在。比如家庭采用无线传感器网络负责安全、调控、节电、保健等；企业和社区采用无线传感器网络负责保卫与安全、供应监测、人口流动与车辆进出等；服务业采用无线传感器网络负责商品流通、服务环境秩序、金融流通安全等。各种社会活动中，无线传感器网络的应用更是举不胜举。应该看到，无线传感器网络才刚刚兴起，它的技术、网络和应用都还不十分成熟，有待研究开发。无线传感器终端要达到希望的要求还会有很长一段发展历程，可以由易到难，利用现有通信技术和系统(如无线市话)，逐步演进升级。无线传感器网络业务和网络应用也需要不断开发，形成新兴应用领域。在技术方面，无线传感器网络的发展趋势大致可以分为以下几个方面:(1) 功能可剪裁、灵活可重构的无线传感器网络协议体系结构无线传感器网络在军事、环境、医疗、家庭和其他商务领域有广阔的应用前景。可以预计，随着应用的增加，将会出现多种形式的无线传感器网络，在环境监测应用中，需要静止、低速的无线传感器网络；在军事应用中，需要可移动、高速的无线传感器网络。这些不同形式的网络使用的拓扑结构、路由机制、管理方法等组网机制可能完全不同。它们对网络的性能有很大的影响。目前提出的各种协议都是基于某种特定的应用而提出的，如何设计一种功能可剪裁、可以根据不同的应用需求自主重构的灵活无线传感器网络协议体系结构，将是一个非常具有挑战性的工作。(2) 协议跨层优化传统的协议分层结构严格限制只有相邻层间才能交互信息。这种方式保证系统具有很好的层次性和伸缩性，易于修改和重用，但效率较低。在无线传感器网络系统中，由于资源严格受限，提高效率是系统设计的主要目标之一。因此人们提出了跨层优化的概念，即不同层间可以共享信息并实现跨层操作，避免由于信息在各层间的存储、转发引起的时间、能量方面的开销。(3) 路由机制将不是以数据为中心，而是面向感知目的，并具有智能推理路由机制；(4) 无线传感器网络的信息安全和加密算法研究。另外能量仍然是影响无线传感器网络设计的一个重要的制约因素。三、课题所要研究的内容及实施方案(主要研究内容及预期成果，拟采用的研究方法、技术路线、实验方案的可行性分析。)研究的主要内容通过了解已有的机动车检测的信息传输、信息分析等技术，结合Zigbee标准提出基于无线传感器网络的机动车性能检测系统。目标是将无线传感器网络应用于机动车性能检测系统。实现对机动车相关性能的数据的采集和传输。既节省了人力，又给机动车主带来了方便。检测点（如速度检测、尾气检测、前照灯检测等）通过自组织方式构成无线传感器网络，各个检测点把检测的数据传输到网关，然后网关再把数据通过Internet传输到检测中心。机动车性能检测系统由检测点、网关节点和检测中心组成，检测中心负责收集检测点的检测数据、发布控制任务以及对数据分析、处理等任务。 无线传感器网络应用于机动车性能检测系统中将要采用的技术有节点定位技术、通信接口及控制技术等，其重点是：1. 对采集过程中的数据进行抗干扰处理2. 协议跨层设计3. 对检测节点的能量管理4. 检测中心对检测点的控制5. 检测中心对对数据进行分析、处理预期结果检测节点将采集的数据经数据融合后按照设计好的通信协议经过传感器网络发送至检测中心接收主机，检测中心的服务器接收检测节点由网络发送过来的数据包。解析、存储后进行检测、诊断和预测。研究方法、技术路线、实验方案的可行性分析1.采用直接序列扩频技术（DSSS：Direct Sequence Spread Spectrum）以及相移键控（PSK）技术，可以有效抗干扰及抗多径效应。2.传感器网络存在能量的约束，减少传输的数据量能够有效地节省能量。节约传感器节点能量，延长无线传感器网络的生命周期，可以通过休眠机制、MAC协议、路由协议、数据融合、差错控制、网络拓扑结构控制等节能策略来实现。另外Zigbee协议为无线传感器网络及大量基于微控制的应用提供了互联互通的国际标准。基于低成本、低功耗、应用简单的IEEE802.15.4的无线传感器网络工作在免申请的ISM(工业、科学和医疗)频段，为相关应用的发展提供了一个契机。3.检测中心采用Matlab和数据库对数据进行处理和分析。四、课题研究的创新之处(研究内容、拟采用的研究方法、技术路线等方面有哪些创新之处。)创新点：1. 将无线传感器网络技术应用于机动车性能测试系统2. 比传统网络成本低、功耗低。3. 考虑了能量管理的问题。五、工作量及工作进度安排(包括文献查阅、方案设计与实现、计算与实验、论文书写等)起止日期课题阶段工作进程2009.012009.032009.042009.072009.082009.092009.102009.122010.012010.03调研、查阅文献资料，掌握传感器技术、数据融合、数据通信技术以及无线传感器网络的部署、初始化、数据管理和拓扑结构等。完成无线传感器网络的通信模块、处理器模块、传感器模块以及存储模块的设计以及检测中心对检测点的控制，基于低功耗的无线传感器网络通信协议的研究。测试系统的软件设计仪器现场性能调试与修改完善学位论文的撰写、修改与完成六、国内外主要参考文献（列出作者、论文名称、期刊名称、出版年月）序号参考文献名称123456789101112131415161718192021吴萍.车辆性能检测中实时数据采集的软件实现D.山东理工大学学位论文,2005.CC2420 2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee-ready RF Transceiver DatasheetEB/CD.Microchip Technology Inc.,2006.孙利民，李建中，陈渝，朱红松.无线传感器网络J.清华大学出版社.2005.王殊，阎毓杰，胡富平，屈晓旭.无线传感器网络的理论与应用.北京航空航天大学出版社J.2007.Holger Karl,Andreas Willig.Electronics Industry.2006.周贤伟.无线传感器网络与安全J.国防工业出版社.2007.宋文.无线传感器网络技术与应用J.电子工业出版社.2007.史国生,张为公.非接触光电式速度传感器的研究与应用J.传感器技术,2002,21(10).37-39.陈平.非接触测速信号的接口设计J.山东工程学院学报,1995,9(2):7-9.李文仲,段朝玉.ZigBee无线网络技术入门与实战M.北京：北京航空航天大学出版社.2007.李静.基于动态传感技术的车辆制动性能检测技术的研究与应用D.山东理工大学学位论文,2007.IEEE Computer Society LAN MAN Standards Committee.IEEE Std 802.11-19, Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical(PHY) specifications. 1999Guibas L.Sensing,tracking and reasoning with relations.IEEE Signal Processing Magazine,2002,(19)2:7385.王秀梅,刘乃安.利用2.4GHz射频芯片CC2420实现ZigBee无线通信设计J.国外电子元器件,2005(3)：59-62任丰原，黄海宁，林闯.无线传感器网络.软件学报，2003，14(7):12821291.周天佑. 汽车检测技术发展概况J.汽车维护与修理，2002,(05)：1810岳榴，李忠利.汽车性能实验测试与分析系统的研究与开发J.汽车技术，2001(3) Ed Callaway, Paul Gorday, and Lance Hester, Jose A. Gutierrez and Marco Naeve, Bob Heile, Venkat Bahl. “Home Networking with IEEE 802.15.4:A Developing Standard for Low-Rate Wireless Personal Area Networks”. IEEE Communications Magazine, August.2002, pp.70-77G. Asada et al., “Wireless Integrated Network Sensors:Low Power Systems on a Chip,” ESSCIRC, Septembe