第1章 钨矿无线传感器网络技术应用绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.1.1 课题背景 1
1.1.2 无线传感器网络技术的发展 5
1.1.3 学术价值及对社会、经济发展和科技进步的意义 8
1.2 国内外研究现状及发展动态分析 9
1.2.1 WSN国外研究现状 9
1.2.2 国内研究现状 13
1.2.3 基于无线传感器网络的安全监测预警系统的研究现状 19
1.2.4 发展动态分析 21
1.3 影响钨矿安全运行的危险因素及其灾害形式 23
1.4 预期结果和意义 24
1.5 研究内容 26
1.6 各章结构安排 27
第2章 数据融合技术在无线传感器网络中的应用研究 28
2.1 无线传感器网络数据融合技术基本理论 28
2.1.1 数据融合概念和作用 28
2.1.2 数据融合分类 30
2.1.3 数据融合相关技术 31
2.1.4 数据融合在无线传感器网络中的应用 31
2.1.5 数据融合技术的负面影响 33
2.2 无线传感器网络路由协议 34
2.2.1 路由协议概述 34
2.2.2 WSN路由协议的特点 35
2.2.3 路由协议关键技术问题 36
2.2.4 路由协议的分类 36
2.2.5 典型路由协议分析 38
2.3 数据融合结构模型 40
2.4 低层次数据融合算法 42
2.4.1 数据预处理 42
2.4.2 顺序加权数据融合算法 44
2.4.3 算法仿真分析 45
2.4.4 实例仿真结果对比分析 47
2.5 高层次数据融合算法 48
2.5.1 BP神经网络的基本原理 49
2.5.2 BP神经网络关键问题分析 51
2.5.3 BP神经网络数据融合模型 56
2.5.4 仿真结果分析 57
2.6 数据融合算法对网络能耗的影响 60
2.7 本章小结 61
第3章 LEACH路由协议的研究与改进 62
3.1 LEACH协议网络、能耗模型 63
3.1.1 LEACH协议概述 63
3.1.2 LEACH协议网络模型 64
3.1.3 LEACH协议能耗模型 64
3.2 LEACH协议算法描述 65
3.3 LEACH协议的优点以及存在的不足 68
3.4 LEACH协议的改进 70
3.4.1 节点个数 70
3.4.2 节点能量的选择 72
3.4.3 簇头节点的选择 73
3.5 协议的仿真与分析 76
3.5.1 仿真环境与参数 76
3.5.2 网络性能评估 77
3.5.3 仿真结果与分析 79
3.6 本章小结 86
第4章 超宽带无线传感器网络在矿井中的仿真研究 87
4.1 超宽带技术简介 87
4.1.1 UWB定义 87
4.1.2 UWB无线传输系统 89
4.1.3 UWB信号调制技术 90
4.2 WSN的基本概念 94
4.3 UWB无线传感器网络技术 96
4.3.1 UWB无线传感器网络的系统基本结构 96
4.3.2 UWB无线传感器网络的优点 97
4.4 UWB无线传感器网络支撑的关键技术 98
4.4.1 UWB无线传感器网络的MAC协议 98
4.4.2 UWB无线传感器网络的路由技术 100
4.5 矿井超宽带无线传感器网络的系统方案设计 101
4.6 矿井超宽带无线传感器网络脉冲波形的研究 103
4.6.1 矿井UWB通信系统方案的确立 103
4.6.2 UWB系统脉冲信号波形的研究 104
4.6.3 传输距离与脉冲信号数据传输速率及发射功率的关系 109
4.6.4 适合矿井UWB通信系统单脉冲波形 113
4.7 矿井超宽带无线传感器网络的路径损耗模型 114
4.7.1 钨矿矿井环境描述 115
4.7.2 矿井下电磁波的传播方式 116
4.7.3 矿井巷道中电磁波传输的固有损耗 117
4.7.4 矿井巷道中电磁波传输的附加损耗 121
4.7.5 矿井UWB的路径损耗模型 124
4.8 矿井超宽带无线传感器网络节点收发信机的研究 130
4.8.1 脉冲UWB发射机的设计 130
4.8.2 脉冲UWB接收机设计 135
4.8.3 电路仿真与结果分析 139
4.9 矿井UWB天线的设计 140
4.9.1 UWB天线设计要求 140
4.9.2 矿井UWB微带贴片天线结构设计 141
4.9.3 矿井UWB微带贴片天线性能分析 142
4.9.4 脉冲超宽带系统模型 145
4.10 本章小结 146
第5章 钨矿监测系统方案设计 148
5.1 监测系统总体架构设计 148
5.2 底层数据采集系统 151
5.2.1 浸润线监测 151
5.2.2 库水位监测 153
5.2.3 坝体位移监测 154
5.2.4 温湿度监测 155
5.2.5 监测点分布 156
5.2.6 矿区防雷设计 157
5.3 Zigbee传输网络拓扑结构 158
5.4 上位机管理系统设计 160
5.5 簇树形Zigbee组网路由算法的改进 161
5.5.1 Cluster-Tree路由算法研究 161
5.5.2 Cluster-Tree路由算法的改进与仿真分析 164
5.6 安全监测预警硬件系统设计 175
5.6.1 无线通信模块与信号调理电路设计 175
5.6.2 终端节点及协调器节点外围电路设计 182
5.7 软件系统设计思想 189
5.7.1 传感器节点软件设计 190
5.7.2 通信程序设计 196
5.7.3 上位机管理系统设计 199
5.7.4 系统整体测试 213
5.8 本章小结 217
第6章 总结与展望 219
6.1 总结 219
6.2 展望 222
参考文献 225