无线传感器网络在智能家居系统中的应用研究

分类号：TN92单位代码：10220UDC：密级：大庆石油学院硕士研究生学位论文论文题目：无线传感器网络在智能家居系统中的应用研究硕士生：刘传家指导教师：董德发教授学科专业：控制理论与控制工程2008年3月15日ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringApplicationandResearchofWirelessSensorNetworktoIntelligentHomeSystemCandidate:LiuChuanjiaTutor:DongDefaSpecialty:ControlTheoryandControlEngineeringDateoforalexamination:29thMarch.2008University:DaqingPetroleumInstituteI学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日期：学位论文使用授权声明本人完全了解大庆石油学院有关保留、使用学位论文的规定。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名：导师签名：日期：日期：大庆石油学院硕士研究生学位论文II无线传感器网络在智能家居系统中的应用研究摘要微电子技术、计算机技术和无线通信等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。本论文以智能家居系统为背景，研究将无线传感器网络技术应用在智能家居中来实现室内温度和人体热释红外信息的检测。首先介绍了无线传感器网络和智能家居的起源与发展，具体分析了目前智能家居系统的不足和智能家居与无线传感器网络技术结合的难点。接着根据无线传感器网络节点的定义，本文对其四个组成部分的硬件进行设计，详细介绍了各部分器件的特点及相应的电路原理图。随后介绍了通信协议的设计，主要包括MAC层协议和路由协议的设计。本文在比较几种流行的拓扑结构的基础上设计了最适合智能家居网络的拓扑结构，同时设计了节点的硬件驱动程序以及实现通信协议的程序，接着组建了一个小型的网络来实现室内温度和人体红外信息的采集及多跳传输。最后总结了本论文的设计工作并展望了基于无线传感器网络的智能家居系统的美好前景。关键词：无线传感器网络，智能家居，温度，人体热释红外大庆石油学院硕士研究生学位论文IIIApplicationandResearchofWirelessSensorNetworktoIntelligentHomeSystemABSTRACTTheprogressofmicro-electronicstechnology,computertechnologyandwirelesscommunicationpromotesthefastdevelopmentoflow-powerconsumptionandmulti-functionsensorandmakesthesensorintegratemanyfunctionsasinformationcollection,dataprocessingandwirelesscommunicationinitssmallvolume.Wirelesssensornetworkiscomposedofmanycheapmicro-sensornodeswhichareplacedinthewatcharea.It’sanetworksystemofmulti-hopandself-organizationformedbywirelesscommunication.Itsaimisthatitcanfeel,collectandprocessinformationofobjectwithinthenetandsendtheinformationtoobserver.Sensor,objectandobserverarethreeimportantpointsofwirelesssensornetwork.Thispapertakesintelligenthomesystemasitsbackground,mainlystudieswatchingtemperatureandhumanpyroelectricinfraredinthehousebyputtingthetechnologyofwirelesssensornetworkintointelligenthomesystem.Firstly,thepaperintroducesthesourceanddevelopmentofwirelesssensornetworkandintelligenthome,andanalysesdeficiencyofintelligenthomesystematpresentanddifficultyofputtingthetechnologyofwirelesssensornetworkintointelligenthomesystem.Thepaperdesignsthefourpartsofnodesaccordingtothedefinitionofwirelesssensornetworknodes,particularlyintroducescharacterandcircuitprincipleofeveryelements.Thenthepaperintroducesthedesignofthecommunicationprotocol,mainlyintroducesthedesignofMAClayerprotocolandrouteprotocol.Thepaperdesignsthetopologywhichisbestfittedintointelligenthomenetworkonthebasisofcomparingseveralpopulartopology,andalsodesignsthedriverofnodesandtheprogramwhichmakesthecommunicationprotocolcometure,thenformsalittlenetworktomaketheinformationcollectingoftemperatureandhumanpyroelectricinfraredandmulti-hoptransmittingcometrue.Atlast,thepapersummarizesdesignwork,thenexpectsthebrightprospectofintelligenthomesystemwhichisonthebasisofwirelesssensornetwork.Keywords:wirelesssensornetwork,intelligenthome,temperature,humanpyroelectricinfrared大庆石油学院硕士研究生学位论文IV创新点摘要本文主要研究无线传感器网络在智能家居系统中的应用，其创新点如下：1.根据传感器节点的定义和原理框图自行设计了用于检测温度和人体热释红外信息的节点模块。2.本文在DSDV协议和DSR协议的基础上改进并设计了一种混合的路由协议。该混合路由协议综合了主动路由和按需路由的特点：当网络结构不发生变化时，数据传输时延较小；当网络动态变化时，可以按需发现新的路由。大庆石油学院硕士研究生学位论文目录学位论文独创性声明..................................................................................................................I学位论文使用授权声明..............................................................................................................I摘要.......................................................................................................................................IIABSTRACT...............................................................................................................................III创新点摘要................................................................................................................................IV引言..........................................................................................................................................1第一章绪论................................................................................................................................21.1无线传感器网络的起源和发展现状..................................................................................................21.1.1军事领域的研究进展情况.....................................................................................................31.1.2民用领域的研究进展情况.....................................................................................................41.1.3学术界的研究进展情况.........................................................................................................41.2无线传感器网络的关键技术..............................................................................................................41.2.1无线通信技术.........................