基于现场可编程器件的智能无线传感器网络自修复设计

摘要

智能无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSNs）近年来已成为国内外热点研究课题，并在不同的应用领域中表现出巨大的潜力。典型的WSNs通常是由大量传感器节点随机地布置较大空间的监测环境中构成的，其中一些应用中传感器节点甚至需要工作在偏远或敌对的区域里。在WSNs中，节点的性能及寿命直接影响了整个网络的寿命，但是在网络运行中，节点经受着各种考验并存在故障的可能。如果智能无线传感器网络及节点能够对自身故障进行自检测和自修复，对于网络的鲁棒性和安全性具有重大意义。
　　自修复智能无线传感器网络的研究在国内外还属于起步阶段，大多是针对网络层的重构和修复，主要讨论网络构架、协议、检测算法等。针对上述情况，本文进行了智能无线传感器网络节点的自修复方法研究，主要内容和创新工作如下：
　　1）综合智能无线传感器网络的特点以及工程应用的需求，搭建了自修复智能无线传感器网络系统构架，并设计了自修复应变无线传感器节点。
　　2）在这一构架下，完成了自修复节点硬件电路设计及制版；在此硬件平台上实现节点数据采集、故障诊断，故障修复和无线通信等程序。搭建了基于自修复节点的演示系统，完成了系统布置，上位机软件编写。
　　3）针对碳纤维复合材料板，完成了节点自修复功能测试，功耗测试、通信距离测试以及应变监测标定等。试验证明本文研制的在自修复智能无线传感器网络节点具有快速准确自修复能力，可满足工程应用。
　　本文工作得到国家自然科学基金重点项目（资助号：50830201），国家自然科学基金项目“仿生自修复无线传感器网络”（资助号：60772072）的资助。
　　本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。

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图、表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究意义与主要内容

第二章 自修复智能无线传感器网络系统设计及节点架构

2.1 自修复智能无线传感器网络设计

2.2 节点设计

2.3 本章小结

第三章 自修复无线应变传感器节点的硬件实现

3.1设计目标

3.2 硬件设计

3.3 节点实物

3.4 本章小结

第四章 自修复应变无线传感器网络节点软件实现

4.1 节点软件开发

4.2 演示系统开发

4.3 本章小结

第五章 自修复智能无线传感器网络节点功能测试

5.1 自修复功能测试

5.2 自修复时间测试

5.3 功耗测试

5.4 应变监测标定实验

5.5通信距离测试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文