任務(wù)線材料第五冊研究報告

12345中技計6》7》8密級 □無線通信□無錫物聯(lián)網(wǎng) □草 □討論 ■正式發(fā)布編寫人 2012年08校對人 審核人 批準(zhǔn)人 人12/ 概 路由使用說 5.1節(jié)點管 5.3升 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork，WSN），是近年來發(fā)展起來的系統(tǒng)的各個領(lǐng)域，并且與其它學(xué)科的交叉及對不業(yè)的滲透越來越深。4/在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，者極易向網(wǎng)絡(luò)注入信息，接收者只有通過數(shù)據(jù)源認證才能中沒有被者篡改或替換?？捎眯裕簜鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的安全解決方案所提供的各種服務(wù)能夠被用戶使進行拆解，獲得傳感器的和感知的數(shù)據(jù)，并用于進一步的5/6/問題沒有很好解決，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）一直限于科研機構(gòu)和，隨出了；另一方面，由于能力、處理能力和通信能力有限的特點，傳統(tǒng)的7/全性，保證終端接入的等。移動目前已經(jīng)形成一整套擁有自主知識的M2M解決方案。通過定義M2M通信語言WMMP，使得信息的交互更加容易理解、更加安全，也為中的各方提供了統(tǒng)一的可遵循的標(biāo)準(zhǔn)；物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展是確保TD成功的重大契機。TD-SCDMA是我國擁有自主知識的第三代移動通信系統(tǒng)，是寬帶無線通信中國移動運營的GSM/GRPS第二代移動通信網(wǎng)絡(luò)和具有中國自主知識的TD-SCDMA第三代寬帶移動網(wǎng)絡(luò)，因其廣泛的覆蓋、可移動性、雙向?qū)拵?/圖 物聯(lián)網(wǎng)感知層：物聯(lián)網(wǎng)感知層包括RFID、傳感器以及傳感器網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)接入層：物聯(lián)網(wǎng)接入層包括RFID、M2M終端、傳感器9/送提供動力，是物聯(lián)網(wǎng)成為普遍服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)理層：物聯(lián)網(wǎng)資源層主要包括物聯(lián)理中心、云計算平臺、10/將不可信節(jié)點配置到節(jié)點中，并將其下發(fā)到傳感網(wǎng)。以達到在傳感網(wǎng)中將不可信節(jié)點的目的。二是采用單一密鑰或每個節(jié)點采用不同密鑰的：感網(wǎng)中實現(xiàn)，不易做到密鑰同步，會造成通信故障。11/選擇中的節(jié)點作為父節(jié)點。12/傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對收到的信息解析，并

成功13/傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對收到的信息解析，并成功協(xié)議轉(zhuǎn)換 成功協(xié)議轉(zhuǎn)換 傳感網(wǎng)節(jié)點成功圖3KeyD114/圖4管理平臺將節(jié)點1加入路由其他傳感網(wǎng)節(jié)點將節(jié)點1加入路由，并返回成功消息15/圖5管理平臺配置路由流在傳感網(wǎng)內(nèi)部出現(xiàn)某個節(jié)點被的情況下，如不能通過管理平臺將此節(jié)點關(guān)閉，則需暫時將此節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中。通過管理平臺設(shè)置路由是否在路由內(nèi)，如不在則選擇它為父節(jié)點，如在，則繼續(xù)判斷鏈路質(zhì)量第二好的節(jié)點是否在路由內(nèi)，以此類推。點1在路由中，所以節(jié)點2還是選擇節(jié)點3作為父節(jié)點傳遞信息。16/圖五傳感網(wǎng)內(nèi)部路由使用原 17/5.1節(jié)點管傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為連接中國移動通信網(wǎng)和傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，應(yīng)支持WMMP5.3升傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)所管理的傳感網(wǎng)應(yīng)支持多跳和單跳，具有自組織的MESH網(wǎng)絡(luò)功安18/19/感器進入關(guān)閉狀態(tài)，MCU進入休眠狀態(tài)。射頻進入間斷休眠狀態(tài)，即每秒鐘20/全，著力提升保障水平，統(tǒng)籌兼顧信息共享和問題。21/PAGE3/密級□草 □討論□ ■正式發(fā)布編寫人日期2011年8校對人日期審核人日期批準(zhǔn)人日期12PAGE10/ 傳感器智能化技術(shù)綜 水質(zhì)監(jiān)測傳感器智能化方 水質(zhì)傳感器智能化總體方 水質(zhì)智能器單元設(shè) 多種連接方式設(shè) 水質(zhì)傳感器智能接口設(shè) 硬件接口規(guī)范設(shè) 通訊協(xié)議結(jié)構(gòu)設(shè) 主要功能碼定 自識別功能設(shè) 自校正和自補償功能設(shè) 本章小 水質(zhì)溶解氧智能傳感器實現(xiàn)案 測量原理簡 鹽度和電導(dǎo)率測量計算方 智能溶解氧傳感器的設(shè)計方 系統(tǒng)總體方案設(shè) 智能溶解氧傳感器的電路設(shè) 智能溶解氧傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè) 智能溶解氧傳感器補償算法的研究與實 溶解氧溫度補償算法的研究與實 溶解氧鹽度補償算法的研究與實 傳感器補償效果的測試分 溶解氧溫度補償效果測 電導(dǎo)率溫度補償效果測 本章小 總結(jié)和展 參考文 信息、邏輯思維與判斷功能的傳感器[9]，一般譯為“InligentSensor”行預(yù)處理；④能夠自動進行檢驗、自選量程、自尋故障；⑤具有數(shù)據(jù)、記生產(chǎn)的智能傳感器能夠相互兼容，NIST（NationalInstituteofStandardsandIEEE1451標(biāo)準(zhǔn)體系共由7個子標(biāo)準(zhǔn)組成。內(nèi)容包括：①建立網(wǎng)絡(luò)化智能傳感NCAP表格TEDS及其數(shù)據(jù)格式。送器電子表格（TransducerElectronicDataSheets，TEDS）信息。IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)提供了將變送器（傳感器或執(zhí)行器）IEEE1451成功之處是設(shè)計了變送器電子數(shù)據(jù)表TEDS，它不僅為傳感器提供了自我標(biāo)識能力,而且較好地解決了傳感器自動校正難題。在TEDS中設(shè)計有CalibrationTEDS,可隨時供傳感器對每個通道原始數(shù)據(jù)進行校正運算。而且,可以通過網(wǎng)絡(luò)對指定傳感器讀寫TEDS數(shù)據(jù),了解前一次校正時間等等。這些功能對于傳感器的及診斷具有突出的價值[26]。近年來各項新技術(shù)不斷涌現(xiàn)并被采用，使之迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。例如，Sensirion公司率先推出將半導(dǎo)體(CMOS)與傳感器技術(shù)融合的CMOSens技術(shù)，該項技術(shù)亦稱“Sensmitter"，它表示傳感器(sensor)與變送器(transmitter)的 Honeywell公司的網(wǎng)絡(luò)化智能精密壓力傳感器生產(chǎn)技術(shù)； 的FingerChipTM專有技術(shù)，公司的圖像搜智能化超聲波干擾探測器集成電路中采用了模糊邏輯技術(shù)(Fuzzy-LogicTechniques,FLT)，它兼有干擾探測、干擾識別和干擾這三大功能。的智能傳感器系統(tǒng)集成在一個上。MAX1458型數(shù)字式壓力信號調(diào)理器，內(nèi)含E2PROM能自成系統(tǒng)，幾乎不用元件即可實現(xiàn)壓阻式壓力傳感器的最優(yōu)化校工業(yè)自動化儀表、傳動系統(tǒng)、汽車測控系統(tǒng)等領(lǐng)域。SPI總線、MicroWire總線、USB總線和CAN總線等。卻很少。目前英文資料只找到ChowCWK等的一篇關(guān)于用流動注射法測量氨氮數(shù)智能測量儀的研究，姜泓的氨氮測量儀的研究之中也用到了智能變送器的思想，期章有和的水溶解氧傳感器的智能化研究和劉倩等的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)pH值智能變送器設(shè)計。智能傳感器（變送器）以微處理器為，通過A/D、D/A、信號調(diào)理等模線Figure2-1Generalschemeofaquaticsmart2-2Figure2-2LogicalstructureofasmartDO 探 模擬 2-3Figure2-3DiagramofelectricFigure2-4Structuredesignofwaterproof11/11/Figure2-5Structureof屬性、操作；③、傳感器數(shù)據(jù)；④與用戶網(wǎng)絡(luò)的進行連接、通信。PAGE15/傳感器傳感器傳感器傳感器（c）點對點無線連接2-6三種連接方式示意圖Figure2-6Illustrationofthreekindsof 485485圖2-7航空插頭針腳順序Figure2-7Pinorderofairplugs表2-1線序定義Table2-1Definitionof1供電線，名義2342-2RS-485參 測試條 最大6參 測試條 最大65VV驅(qū)動器帶負載輸出電 RL=RL=CL=RL=V-7V<VCM<V參考1451.3的通信協(xié)議定義方法，本文設(shè)計了一種適用于水質(zhì)傳感器的通信協(xié)2-3Table2-3Structureofcommunication

數(shù)據(jù)校驗和協(xié)議址 2-4Table2-4Meaningsof000非非00非非2個字節(jié)，采用CCITTCRC16校驗算法，校驗內(nèi)容從版本字段開始到數(shù)據(jù)字本參考了IEEE1451.3中的功能碼定義方式，定義了主要的功能碼，如表2-2-5Table2-5Listofmainfunction 1

PAGE20/567-1 234-1查詢233寫入4更新5-4-表2-6傳感器結(jié)構(gòu)命令應(yīng)Table2-6Readsensorstructureresponseinthedata1實現(xiàn)的變送器通道數(shù)2…查詢2-7Table2-7TEDS碼ess碼0總體1總體識別2通道3通道識別校正校正識別6- 2-8TEDSTable2-8QueryTEDSresponseinthedata182342-9TEDS位123456表2-10TEDS命令參Table2-10ArgumentsforareadTEDS 118 表2-11TEDS應(yīng)Table2-11ReadTEDSblock1寫入2-12TEDSTable2-12ArgumentsforareadTEDS域1碼2——不支持該2-13TEDS位01234為了實現(xiàn)傳感器的自識別，IEEE1451（TEDS）規(guī)范（如2-14所示）。NCAP通過傳感器的TEDS即可識別傳感器和校正TEDS，它們是對基本TEDS的文本描述和補充。根據(jù)IEEE1451的思想，2-14TEDSTable2-14Typeof 包含此傳感器的總體信息，如TEDS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，情況下的時序參

總體通道

它包含的信息與識別TEDS相似，只是它是為一個通道服務(wù)的。 它提供了同通道的校正相關(guān)的一個可讀的版本 可structTEDS{TEDSlength;…UIntl6Checksum;包括TEDSlength和所有TLV字段的校驗和，校驗和計算如下：Checksum 總體2-15TEDS 1MetaTEDS4213149112CHANNEL_ZERO可寫TEDS4444PAGE25/44444TEDS4442通道分組數(shù)量1字段26-28重復(fù)G1通道組中通道數(shù)1通道中通道列表NMetaTEDS22-16Table2-16Datastructureof 11 表示中100074(十六進制20001(二進制32009(十進制表示生產(chǎn)智能變送器的年份為4通道2-17TEDSTable2-17DatastructureofChannel字 描 數(shù)據(jù)類 長度1421314151617481944411122444444444412校正2-6TEDS長度1424344校正輸入通道數(shù)15N6N7多項式階數(shù)N8分段數(shù)目N92文本類型2-7TEDS14213支持的語言數(shù)142546語言長度4 無法顯示的數(shù)據(jù)的校驗 892-2<?xml<manuName>Agriculture<desc>4ChannelTemperature<qaCode>LotIEEE1451標(biāo)準(zhǔn)提出了一種新的物理單位的數(shù)字化表示方法。它以國際單位2-8長度114：要表示的數(shù)據(jù)為數(shù)字量（例如位向量），沒有物理單位，字段2-10的值應(yīng)賦值為1285：對于有自己標(biāo)定量的物理量（如硬度），這時2-10位處于保留狀態(tài)，并被設(shè)置為1282（2×基本單位弧度的指數(shù)13（2×基本單位球面度的指數(shù)1 （2×基本單位米的指數(shù) （2×基本單位千克的指數(shù) （2×基本單位秒的指數(shù) （2×基本單位的指數(shù) （2×基本單位開爾文的指數(shù) （2×基本單位摩爾的指數(shù) （2×基本單位光強的指數(shù) 2-21溶解氧單位（毫克/升）Table2-21DatastructureofDOunit米秒000100000值0成標(biāo)準(zhǔn)國際制單位：mg/l=1×10-3kg/m3。根據(jù)物理單位的形式和各個基本單位感器，輪詢有三種方式，上電輪詢、觸詢和定時輪詢。NCAP可根據(jù)實際情③NCAP傳感器地址，并將傳感器加入到列表中④NCAP傳感器結(jié)構(gòu)和的TEDS，確定傳感器的屬性是 2-8Figure2-8Flowchartofsensorself-IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)提供了一套數(shù)據(jù)校正引擎，數(shù)據(jù)補償、數(shù)據(jù)校正等處理算法都封裝在引擎中。IEEE1451將校正引擎的參數(shù)存入到一塊特定的區(qū)域，稱 D(1)D(2 D [XH]i[XH]j[XH i0j p

i,j, 下限，將區(qū)間分為若干段，段與段設(shè)置不同的Hn。各段用直線將整個輸入輸出領(lǐng)域分為若干個單元，每個單元有著自己的多項式系數(shù)Ci,j…p，同一段的單元的Hn值相同。根據(jù)輸入Xn的值落在哪個單元內(nèi)，就采用相應(yīng)的Ci,j…p值和Hn值進行 5454Figure2-9Atwo-dimensionalfunctionpartitionedinto2×327/f(X,X)C[UH]i[TH] i0C00C01(X1H1)C10(X2H2)C11(X1H1)(X2H2

比如溶解氧傳感器的輸出電壓為U，該值大小容易受溫度影響，因此如果直被測量DO不僅是輸出量的U的一元函數(shù)，還與溫度有關(guān)，設(shè)溫度傳感器的輸出電壓為UTUTDOaaUaUaU2aUUaU2 2 5個系數(shù)的過程如下：若由二元回歸方程計算得到的P(Uk,UTk)與標(biāo)定值DOkk存在誤差Δk，其方差2k2[PP(U kRmn[Pk(a0a1Uka2UTka3Uka4UkUTka5Uk

0;

0;

0;

0;R 28/PAGE29/和通訊協(xié)議，定義相關(guān)功能碼；參照IEEE1451的設(shè)計思想，設(shè)計了水質(zhì)智能傳TEDSMetaTEDS、ChannelTEDS、CalibrationTEDS和本章所研制的智能溶解氧傳感器是應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域溶解氧實時監(jiān)特性，同時兼顧精確性，所以該傳感器選用技術(shù)成熟、成本低廉的k氧電極1451.2libtionES實現(xiàn)溶解氧、電導(dǎo)率和溫度的測量及補償。本章主要闡述lk續(xù)測量。用滴電極（DME）的極譜分析是最簡單的DO測定法，是較為準(zhǔn)確的服了DME遇到的某些，但在一些生物介質(zhì)中就失效，有機物甚至有些離子引起的還原作用會使其靈敏度降低。膜覆蓋氧電極最初是由Clark在1956年提出率大大超過O2向陰極的擴散速率，使陰極表面O2的濃度趨近于零，于是擴散電Table3-1SaturatedDOvalueandsalinitycompensationcoefficientondifferent溫度0123456789在實用鹽標(biāo)中采用了高純度的KCl，用標(biāo)準(zhǔn)的稱量法成一定濃度壓下，15的環(huán)境溫度中，海水樣品與標(biāo)準(zhǔn)KCl溶液的電導(dǎo)比:

SaKi/ ii上中K15可用R15代替，R15是在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，溫度為15時，海水樣RC(S,T C(35,T

S5a

i/

T

bRi/iT

1K(T15)i 上式中第二項為溫度修正項，K=0.0162，系數(shù)ai與系數(shù)bia0= b0=31/a1=- b1=-a2= b2=-a3= b3=-a4=- b4=a5= b5=-測量范圍較窄，無法對低電導(dǎo)溶液進量，因此應(yīng)用較少。電極式電導(dǎo)率測量依據(jù)電解導(dǎo)電原理，需要將電極插入被測溶液中進量，是目前最常用的電導(dǎo)導(dǎo)池常數(shù)Kcell可以通過電極間距離l除以電極面積A計算，即Kcell=l/A。而在實好采用校進定。另外，鑒于各個電導(dǎo)池之間有差異，電導(dǎo)池常數(shù)是采用E2E Rx

32/PAGE38/影響尤為嚴重，可以達到幾百到幾千pF。電導(dǎo)池等效電路如圖1（a）所示。RX為溶液電阻；1、L2為電極引線電阻；1、2為極化阻抗，也稱法拉第阻抗；1、2為雙電層電容；P為等效導(dǎo)池等效電路圖3-1（b），X為等效的雙電層電容，CP為電極引線分布電容。在測量低電導(dǎo)溶液或者采用高頻激勵情況下，雙電層電容CX容抗相對很小，也 圖3-1電導(dǎo)池的等效電路及其簡化電路Figure3-1Equivalentandsimplifiedelectronicdiagramofconductance Figure3-2SchematicoperatingdiagramforsmartDO過溶解氧探頭出水體的溶解氧信號以及通過溫度電導(dǎo)率探頭出溫度信根據(jù)TEDS器的TEDS參數(shù)以及經(jīng)過處理后的傳感器信號計算出溶解氧方便，可以滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧的檢測需求。（圖33是MSP40是xsnstumt推出的一款16位RSC結(jié)構(gòu)SH型單片機，配備12位/、ST等模塊，使得系統(tǒng)的硬件電1.8～361Mz的時鐘條件下，耗電電流在0.1～400μ之間，時鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0.1uA，特別適合于低功耗產(chǎn)品的開發(fā)。3-3Figure3-3SchematiccircuitdiagramforURXD、UTXD異步串行通口用于設(shè)計RS485串行通口。另外，還有復(fù)本文所選用溶解氧傳感器為蘇州漢星電化學(xué)的DO912C型傳感器， 3-4Figure3-4SchematicdiagramofDOsignalcondition差分放大電路、峰值檢波電路和溫度檢測電路構(gòu)成。恒流源采用National 3-5Figure3-5SchematicdiagramofECsignalcondition在電導(dǎo)率探頭的最底端設(shè)置有溫度傳感器，它采用MF51型負溫度系數(shù)（NegativeTemperatureCoefficient，簡稱：NTC）熱敏電阻，它具有體積小、檢該傳感器的TEDS需要包含的信息量多，相互之間關(guān)系復(fù)雜，其于外部鐵電器FM24CL16之中，它具有2KB的容量。鐵電器FRAM在性能方面與EEPROM和Flash相比有三點優(yōu)勢:首先，鐵電器的讀寫速度更擦寫，而EEPROM則只能進行100萬次的擦寫；最后，鐵電器所需功耗遠遠低于其它非易失性器。為了方便TEDS器中內(nèi)容的升級與更新，采用異步串行接口來TEDS并通過I2C總線轉(zhuǎn)存至鐵電器中。溶解氧智能傳感器中的總線接口模塊采用RS485總線，通過它可實現(xiàn)即插即用、數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)定等功能。電源模塊在微控制器的控制下對溶解氧調(diào)理模為了實現(xiàn)對水體溶解氧測量的實時鹽溫補償，本文設(shè)計了的智能洗。

3-6Figure3-6StructureofsmartDO DO t 25℃25℃溶氧含量Figure3-7RelationcurvesbetweenvoltageoutputofDOtransducerandt0TT2T 將3-7代 DOUUTUT2UT IEEE1451.2中的CalibrationTEDS規(guī)定校正模型用多項式表示，如3-9 [XH]i[XH]j[XH39/二個通道T是三階的情況時，其校正多項式可表示為3-10。131DOC[UH]i[TH] i0

DOtC00CTCT2CT3CUCUTCUT2CUT 觀察3-8與3-11的對應(yīng)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)只需令C00=β0，C1j=αi，C01～3-8Figure3-8CurveoftemperaturecompensationforDO40/3-9A/DFigure3-9FlowchartofA/Danddata在CalibrationTEDS電子表格中設(shè)計的零點和斜率的校正參數(shù)，是為了抵變送器輸出進行自動修正，并將斜率校正參數(shù)保存至STIM的CalibrationTEDS。41/TUU2U 3-8TC(UH)iCC(UH)C(UH)2C(UH i

變送器原始輸出值變送器原始輸出值3-9Figure3-11AffectonoutputofECtransducerby化一般用如下計算：CtC20[1(t 為該溶液的溫度系數(shù)。通過試驗，我們得出變送器原始輸出對0～52.6mS/cm的42/表3-9不導(dǎo)率溶液的溫度系 根據(jù)3-14和表3-2就可由20℃的電導(dǎo)率C20、水體當(dāng)前溫度值t計算出任意IEEE1451CalibrationTEDS中，存儲一個分段邊界值列表數(shù)組:STable[ui]=[2136,1289,936,670,489,335]，分別對應(yīng)0～52.6mS/cm的電導(dǎo)率CC(uu)CH u uH

電導(dǎo)率電導(dǎo)率圖3-10電導(dǎo)率變送器20℃時的輸出特性Figure3-12OutputcharacterofECtransduceron20℃利用3-15以及給出的20℃下的分段邊界值，可以由電導(dǎo)率原始值得出該用3-14以及表3-2給出的α值，可以計算出不同溫度下的電導(dǎo)率原始值的分電導(dǎo)率值C(S,20,0)，再利用3-4計算實用鹽度S，在此過程中需要先計算RTRC(S,T,0) C(35,T 43/變送器輸出原始值)=變送器輸出原始值Figure3-13SegmentboundariesofinitialECvoltageondifferent如下rC(35,T,0)

CiT

將數(shù)據(jù)代入，可得rT(20)1.1165，C(35,20,0)47.91348mS/cmDODO'S

SDO14.6010.4051T7.9103T27.5103T S飽和溶氧1.531024.623104T6.6106T24.0109T 飽和溶氧Figure3-14MatchedcurveofSaturatedDOondifferent44/PAGE50/Figure3-15MatchedcurveofsalinitycompensationcoefficientforDOondifferent如C(35,20,0)=47.91348mS/cm。C(S,20,根據(jù)C(S20, 3-16Figure3-16FlowchartofECtemperaturesamplingandcomputationandcompensationof并開啟A/D轉(zhuǎn)換，電導(dǎo)率和溫度的原始電壓值，經(jīng)過數(shù)字濾波去除干擾后，傳感器補償效果的測試分3-3所示。由可知，傳感器輸出相對誤差小于1%，溫度補償取得了較滿3-10Table3-3TestingresultsofthetemperaturecompensationforDO溫度值相對誤差53-4標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率溶液（20℃）KCLTable3-4RequiredmessofKClforstandardECsolution 3-5Table3-5TestingresultsofthetemperaturecompensationforEC55的補償方法，并通過試驗確定了CalibrationTEDS的相關(guān)參數(shù)，最后通過介紹了Clark氧電極的工作原理及測量時影響因素，了溫度補償和探頭和電路的設(shè)計方案及采取的防護措施。研制出了適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域溶解氧實時監(jiān)測的智能溶解氧傳感過其CalibrationTEDS實現(xiàn)溶解氧、電導(dǎo)率、鹽度和溫度的測量，同時實現(xiàn)了溶了溶氧電極的使用。24(2):MozekM,ikD,ResnikD,etal.Digitalself-learningcalibrationsystemforsmartsensors[J].SensorsandActuatorsA:Physical.2008,141(1):101～108.VellidisG,TuckerM,PerryC,etal.Areal-timewirelesssmartsensorarrayArshakK,JaferAAE.Lowpowerwirelesssmartdataacquisitionsystemformonitoringpressureinmedicalapplication[J].MicroelectronicsInternational.2008,25(1):3～14.YangYW,BhallaS,WangC,etal.Monitoringofrocksusingsmartsensors[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology.2007,22(2):206～221.Standards-BoardI.IEEEStandardforaSmartTransducerInterfaceforSensorsandActuators-NeworkCapableApplicationProcessor(NCAP)InformationModel(IEEE1451.1)[S].USA,InstituteOfElectricalAndElectronicsEngineersI,andactuators-transducertomicroprocessorcommunicationprotocolsandTEDS municationprotocols,andTEDSformats(IEEE1451.0)[S].USA,InstituteOfElectricalAndElectronicsEngineersI,2007.andActuatorsDigitalCommunicationandTransducerElectronicDataSheet(TEDS)FormatsforDistributedMultidropSystems(IEEE1451.3)[S].USA,InstituteOfElectricalAndElectronicsEngineersI,2004.Standards-BoardI.IEEEStandardforASmartTransducerInterfaceforSensorsandActuatorsMixed-ModeCommunicationProtocolsandTransducerElectronicDataSheet(TEDS)Formats(IEEE1451.4)[S].USA,InstituteOfElectricalAndElectronicsEngineersI,2004.(TEDS)Formats(IEEE1451.5)[S].USA,InstituteOfElectricalAndElectronicsEngineersI,2007.PardoA,CamaraL,CabrJ,etal.GasmeasurementsystemsbasedonIEEE1451.2standard[J].SensorsandActuatorsB:Chemical.2006,116(1):11～16.ChowCWK,DaveyDE,MulcahyDE.Aninligentsensorsystemforthedeterminationofammoniausingflowinjectionysis[J].LaboratoryAutomation&InformationManagement.1997,33(1):17～27.HaraH,MotoikeA,OkazakiS.Alternatewashingmethodforflow-determinationofammoniumionusinggaselectrode[J].Anai.Chem.1987,15(59):[J].2007,21(5):PAGE6/的仿真報告密級□完全公 □非課題組的相關(guān)單位公課題組內(nèi)公 □其它 □草 □討論□修訂 ■正式發(fā)布編寫人日期2012年12校對人日期審核人日期批準(zhǔn)人日期12 定 1協(xié)調(diào)器（Coordinator）:一個有轉(zhuǎn)發(fā)消息能力的全功能設(shè)備，如果此協(xié)調(diào)器是個域網(wǎng)（PAN）的主控制器，那此協(xié)調(diào)器稱為PANCoordinator。競爭時段(CAP):競爭時段處于信標(biāo)幀之后，。任何設(shè)備想要在一個超幀內(nèi)的競爭時段（CAP）通信必須使用開槽的CSMA/CA（載波-無競爭時段（CFP）PAN協(xié)調(diào)器可以將超幀中部分時段貢獻給低延遲或需要指FFD可以當(dāng)作一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器或者一個普通的傳感器節(jié)點，它可以和任何其精簡功能設(shè)備（RFD）：ZigBee/IEEE80215.4定義，只支持星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不能成為任何協(xié)調(diào)器，只能是傳感器節(jié)點，和D進行通訊，經(jīng)過D可以將自己測得數(shù)據(jù)傳送出去，實現(xiàn)簡單。 acknowledgement access beacon beacon contentionaccess constantbit clearchannel destinationsequenceddistance futureevent filetransfer guaranteedtime hypertexttransport identity longinterframe logicallink linkquality mediumaccess foundationclass alarea superframe shortinterframe superframe timedivision-synchronouscodedivisionmultiple水嚴重污染，市區(qū)純凈水被哄搶,雖及時采取措施，但已經(jīng)對人民的生活產(chǎn)生很大的影響。2010年11月29日，云南滇池藍藻大量繁殖，在滇池8/PAGE17/廣泛的Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，能夠有效的仿真出太湖監(jiān)測系統(tǒng)運用不同的組網(wǎng)1一般情況下節(jié)點入網(wǎng)率大于23網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)不小于7045網(wǎng)絡(luò)跳數(shù)不小于4圖3-1傳感網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議?？煞譃樗膶樱陨隙路謩e是應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)層，MAC層和物子模塊。測試平臺整體的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。人機交互模 度調(diào)統(tǒng)MAC測試開始后，仿真調(diào)度模塊將根據(jù)離散隊列中的節(jié)點業(yè)務(wù)發(fā)包，調(diào)用節(jié)點模塊執(zhí)行該。節(jié)點按照協(xié)議棧的四層模型設(shè)計，發(fā)包時將數(shù)據(jù)包從高低層向傳遞。節(jié)點處理包時，不管是丟棄包還是接收包，都向統(tǒng)計測試模塊中記錄具體處理方式和時間等信息，以確地統(tǒng)計出測試過程中網(wǎng)絡(luò)的性能。動態(tài)庫的優(yōu)點有的代碼可以被所有的Windows應(yīng)用程序共享。隱藏實現(xiàn)的細節(jié)，DLL中的例程可以被應(yīng)用程序，而應(yīng)用程序并不一個DLL，被C++、VB或任何支持動態(tài)庫的語言調(diào)用。這樣如果一種語言圖3-3仿真驅(qū)動引擎工程:Scheduler.dll動態(tài)數(shù)據(jù)包模塊：PacketData.dll動態(tài)統(tǒng)計模塊：Statistics.dll動態(tài)節(jié)點模塊（節(jié)點模型中的物理層，Mac層，網(wǎng)絡(luò)層）：Node.dll動態(tài)公用函數(shù)模塊：Common_DLL.dll動態(tài)庫產(chǎn)生的新，按時間順序插入隊列。= 從括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、接入層和物理層。下面分別說明各層的研究。的協(xié)議。本平臺目前實現(xiàn)了常量數(shù)據(jù)包發(fā)生器CBR(ConstantBitRate)。CBR，以恒定速率向下層傳輸數(shù)據(jù)包，為了模仿網(wǎng)絡(luò)傳 計算和分配，地址、PANID的管理、路由發(fā)現(xiàn)及路由選擇、Beacon發(fā)送的調(diào)度等等。由于Zigbee協(xié)議將設(shè)備分為了協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點，三種設(shè)備所需實現(xiàn)的功能不同，例如終端節(jié)點就無需實現(xiàn)地址分配功能及BeaconMACMAC層進行相關(guān)處理后交由物理層發(fā)出。在入網(wǎng)的選擇上，MAC層實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的信令傳遞和控制管理。MAC的調(diào)度、四種信道掃描的控制、PANID的檢測和解決、各類控制包的生成復(fù)、GTS保護時隙的分配及管理等。MAC層在傳遞信息過程中的作用相當(dāng)于過濾器，由于物理層無差別接收信息，MAC層需要對這些信息進行篩選和歸類，若不是發(fā)往本節(jié)點的數(shù)據(jù)直接丟MACMAC次需要測試的，直至統(tǒng)計結(jié)束。太湖藍藻監(jiān)測仿真平臺的開發(fā)是在VisualStudio2008環(huán)境下，采用基于圖3-5便于用戶修改或者直換節(jié)點模塊內(nèi)部已集成的認知算法。為了保證各層能獨立編寫，調(diào)試和方便組裝，規(guī)定每一層都繼承“功能voidhandle(Event* Node* Node* Zigbee_macInt64_t u_int16_t QueueCoordinator*coor_; RouterEndDeviceCBR_PP_Traffic*

圖4-1double doubledoubledouble doubledoubleint bool WirelessChannel double int int 22/PAGE26/節(jié)點 節(jié)點 數(shù)據(jù) 路由信息信道將調(diào)用信道將調(diào)用 node_->zigbee_mac->data_request(p,圖4-3調(diào)用s.schedule(node_->ip_p,delay_)將包傳給傳輸子層調(diào)用node_->zigbee_mac_->recv(pktRx_/*,(Handler*)圖4-4節(jié)點的組裝是在boolCRadio_network_studioView::RadioConfig()中完成的。傳輸最大跳數(shù)：m_pSimulationParameter->m_nMaxhop最大負載節(jié)點：m_pSimulationParameter->m_nMaxnumBeacon長度：m_pSimulationParameter->m_nBO業(yè)務(wù)產(chǎn)生間隔：m_pSimulationParameter->3個頻段的頻譜，由于前兩個頻段分別適用于歐洲和，因此在該平臺中主要int doubleLowFreq doubleHighFreq PhyChannel* PhyChannel*boolUsedFlag 類類enum{PHY_IDLE=28/PAGE36/ PHY_SCAN=0x1000, =0x0000聽不到，則丟棄此分組，若得到，則根據(jù)物理層的狀態(tài)進行相應(yīng)處理。在物理層內(nèi)，函數(shù)是recv(Packet*p)，也就是有任何到達包都先有recv()始Y始Y錯圖5-2的，因此此處需要添加計時器將能量掃描插入調(diào)度。掃描的主要目的在于監(jiān)測各信道中鄰居節(jié)點的信息，包括PANID、跳CCA選取節(jié)點當(dāng)前所在信道的頻譜池，從中取出節(jié)點進行判斷，如果是本圖5-3中，具有低能耗、長生命周期等特點。作為IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的機制，其功 圖6-1 圖6-3一個超幀結(jié)構(gòu)里共分為6個階段：beacon階段，上行CAP階段，上行休眠階階段和下行CAP階段，路由器6個階段全有，終端節(jié)點只有beacon階段、上此需要這些包在相應(yīng)的隊列中緩存一段時間，如上行包需等到上行CAP發(fā)送，下行包需等到下行CAP且為了保證隊列不堵塞，隊列里的有保存期限，超過該期限則包直接丟棄，流程如下：子節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)請求包至父節(jié)點，父節(jié)點回復(fù)ACK，父節(jié)點立即發(fā)數(shù)據(jù)包而不是將該包退避傳輸，所以發(fā)送下行數(shù)據(jù)包時也無需退避同時要求，如果發(fā)送節(jié)點在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到ACK回復(fù)，則發(fā)送節(jié)點認為該信大則需經(jīng)過RTS->CTS->Data->ACK的過程，如果數(shù)據(jù)包較小則無需發(fā)送RTS、RTS與CTS的發(fā)送，但同時為了避免多個節(jié)點同時發(fā)送導(dǎo)致信道的問題，Zigbee標(biāo)準(zhǔn)引入了CCA（clearchannelassessment）來對信道質(zhì)量進行評估。的CCA掃描流程面已描述。若物理層返回CCA信道空閑，則MAC層繼續(xù)調(diào)用超幀結(jié)構(gòu)，因此有可能出現(xiàn)在某個時隙段結(jié)束時退避仍未完成，如下行CAPPANID來作為其PANID，以避免。在完成了上述兩步掃描后，該設(shè)備即可38/PAGE46/因此將該兩類掃描合并為同一種掃描，具體步驟為通知物理層對該信道上的組網(wǎng)與斷圖7-100015（可由用戶更改當(dāng)前PAN0空空空346（用戶可修改過程中的相關(guān)丟包準(zhǔn)則。除初始化MAC層參數(shù)外，網(wǎng)絡(luò)層還需初始化物理8MAC層在收到上層啟動網(wǎng)絡(luò)令后，開始執(zhí)行相應(yīng)的操作。若節(jié)點是協(xié)assoiteust64子節(jié)點的設(shè)備類型等等信息。父節(jié)點在收到該信令后首先回復(fù)CK，然后進行地址的分配，接著向子節(jié)點回復(fù)ssoiterspons信令，信令包含是否同意入網(wǎng)請求以及為子節(jié)點分配的161位網(wǎng)絡(luò)地址為0。由于該信令需下行傳輸給子節(jié)點，因此該信令需采用下行傳輸模式（具體下行傳輸過程見8.3）。Data圖7-2從路由表中刪去。若子節(jié)點希望離開該網(wǎng)絡(luò)，則該子節(jié)點直接向父節(jié)點發(fā)送去0xffff廣播地址與0xfffe備用地址外，共有65534個網(wǎng)絡(luò)地址可分配給節(jié)點。該地址告之MAC層，由MAC層寫入數(shù)據(jù)頭。inlineunsignedchar*access(inthdr_cmn為公共包頭，也即是所有的層都可以對其進行。在其中可以填時間戳，包是上行傳輸標(biāo)志，包的上一跳，包的下一跳，目標(biāo)PANID，發(fā)包所hdr_net為網(wǎng)絡(luò)層包頭，其中含有網(wǎng)絡(luò)層所規(guī)定的參數(shù)，具體參數(shù)如下:包類動態(tài)分配，數(shù)據(jù)的和數(shù)據(jù)的刪除。主要由應(yīng)用上層在生成數(shù)據(jù)包時調(diào)用。計模六個類和一個結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)如圖10-1計模10-1述參數(shù)進行和計算。nodeleave()，addbit(longbit)，addsuccess()，addtotal()adddelay(doubledelay)。協(xié)調(diào)器在宣布自己成為協(xié)調(diào)器并廣播beacon時調(diào)用該方法，其余節(jié)點在收到父addbit(longbit)方法改變網(wǎng)絡(luò)流量該參數(shù)的值，調(diào)用該方法則網(wǎng)絡(luò)流量增加該參數(shù)的值，調(diào)用該方法則總發(fā)包數(shù)加一。該方法同樣在MAC層調(diào)用，MACadddelay(doubledelay)方法改變端到端總時延和端到端總發(fā)包數(shù)兩個參數(shù)的delay，端到端總發(fā)包數(shù)加一。由于只有應(yīng)用到最終目的地址為本節(jié)點的數(shù)據(jù)包時，調(diào)用該方法，delay的值為當(dāng)前時刻減去部為各統(tǒng)計參數(shù)的統(tǒng)計變量。設(shè)計與調(diào)用面已經(jīng)描述，此處不再贅述。10-2RN

（10-NjNs為場景中的總節(jié)點數(shù)，入網(wǎng)的節(jié)點數(shù)隨時S

56/

F

Qos等級業(yè)務(wù)的端到端延遲的測量，可以為服務(wù)的實時性提供一Delay（T Ti）/

57/其中，Tii包完成全部正確接收的時刻；Tii58/PAGE73/之間的間隔，每個的發(fā)生均有確切的時刻，不需要人為的選取步長，步物理發(fā)生時，這個時間就對應(yīng)于實際系統(tǒng)的真實時間。調(diào)度器以發(fā)為了使仿真程序能如實的模擬實際系統(tǒng)的變化，在某些離散的仿真中，中，會產(chǎn)生新的來推動仿真過程的進行。點序列，根據(jù)出現(xiàn)的時序，用一個列表來調(diào)度執(zhí)行的順序。對于那些當(dāng)前需要處理的，列入表中，從中取出最的物理發(fā)生時，這個時間就對應(yīng)于實際系統(tǒng)的真實時間。件，分析首的類型及處理者，將其提交給相應(yīng)的處理者5）列表管理者：響應(yīng)調(diào)度的要求從列表取出首交給調(diào)度者，接收處理者提交的信息包，將其按一定規(guī)則插入列表；調(diào)度者調(diào)度，處理特定類型的，在處理過程中產(chǎn)生新的交的，包括類型，如何執(zhí)行，執(zhí)行時間等等。會根據(jù)上的時間戳將此安插到表的合理位置，并且為編號。調(diào)度器又如何知道該的具體執(zhí)行過程呢？這其實又是需要描述的網(wǎng)絡(luò)中的所有活動都需要封裝成的形式。在類型中，有兩個元素非常關(guān)度器執(zhí)行時，控制會轉(zhuǎn)入對應(yīng)的實體所定義的執(zhí)行函數(shù)里。其次，是的執(zhí)行時間。不論是程序初始化時作為初始入到表中的，或者是在另一執(zhí)行過程中，激發(fā)出來的后繼，這個的執(zhí)行時間都必須是預(yù)訂好了的。在表中的位置取決于它的執(zhí)行時間。一旦一個執(zhí)行完畢，仿真時鐘就更新至該時間上，保證因果關(guān)系不至于。塊將相應(yīng)的從表中取出。執(zhí)行子程序：根據(jù)自身所標(biāo)識的執(zhí)行實體，將控制轉(zhuǎn)移到對應(yīng)執(zhí)行實體的接口函數(shù)即處理函數(shù)中。執(zhí)行完畢后，將在Scheduler.h里定義了三個類：classEvent、classHandler、classScheduler。classEvent和classHandler的定義是非常重要的。調(diào)度器的運行就是調(diào)度各個class{Event* Event* double int Event():time(0),uid(0)class{virtual~Handler()virtualvoidhandle(Event*event)=0 classScheduler主要的成員有：Event*queue; staticdoubleclock; inthalted;staticScheduler*staticint voidScheduler::run()： voidScheduler::schedule(Handler*h,Event*e,doublevoidScheduler::insert(Event*voidScheduler::cancel(Event*Event*Scheduler::lookup(intEvent*voidScheduler::dispatch(Event*p,doublet)1、檢驗該是否過期目前已經(jīng)編程實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有兩種：簡單鏈表（SimpleList）和理大規(guī)模數(shù)據(jù)運算，目前業(yè)界通行的仿真軟件的引擎一般也是基于Calendar編碼實現(xiàn)。該仿真引擎采用單線程提真效率，易于管理大規(guī)模。基于CalendarQueue數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的仿真引擎可以有效的將FES、查找、插入事件的時間復(fù)雜度降為近似的O(1)。因此，CalendarQueue更適合于和處理大基于SimpleList的離散驅(qū)動器我們用如下類來表示classSchedulerSimpleList:public{voidcancel(Event*);Event*deque();constEvent*head(){returnqueue;}Event*lookup(intuid);Event*voidSchedulerSimpleList::insert(Event*e)voidSchedulerSimpleList::cancel(Event*e)Event*SchedulerSimpleList::deque()一頁上都標(biāo)有當(dāng)天依次需要處理的。在計算機軟件代碼實現(xiàn)中，按照以下規(guī)理的鏈表和該鏈表中的總數(shù)表1是一個由6個Bucket組成的CalendarQueue。Year的長度是4個時間單位，每個表1BucketBucketBucketBucketBucketBucketBucketBucket一個良好的CalendarQueue的特點在于日期隊列的長度和Bucket至少75％的都規(guī)劃安排在當(dāng)年之內(nèi)并且每個Bucket中不會包含太多的。⑴Bucket的數(shù)目的應(yīng)該與FES中的數(shù)目保持同一量級：即當(dāng)?shù)臄?shù)目增多或縮半Bucket的數(shù)目，并重新構(gòu)建CalendarQueue。⑵每次構(gòu)建CalendarQueue之前都要重新計算Bucket的時間長度。方法是從FES出重新插入FES。來標(biāo)識一些有用信息。這兩個變量是：intlastbucket，用來表示當(dāng)前是從第幾號Bucket中取出，inttop_threshold和intbot_threshold表示該Bucket的范圍。如=15.0。據(jù)此在出列時排除時間戳為19.1的。代碼編寫中關(guān)鍵類的如下：classCalendarScheduler:public{voidinsert(Event*);Event* double int int int int structBucketEvent //該Bucket中的順序鏈 //該Bucket中的個} //表示描述FES的Bucketintvirtualvoidreinit(intnbuck,doublebwidth,doublevirtualvoidresize(intnewsize,doublevirtualdoublenewwidth(intCView*m_pGraphView：仿真場景可視化界面 CRadio_network_studioDoc：公有繼承C ，負責(zé)裝載，和intm_GetPtopdelayData(intHadUpdatedNo,CPerformance1View*pView)intm_GetJoinrateData(intHadUpdatedNo,CPerformance1View*pView)CMainFrame*m_pFrame：主框架指針voidCreateGridNodeAndShow()：生成仿真場景和節(jié)點，并顯示boolRadioConfig()：初始化整個仿真平臺需調(diào)用全局函數(shù)AfxGetApp()。數(shù)AfxGetMainWnd()。CView*pView=GetNextView(pos);的實例時，調(diào)用Get 從主框架CMainFrame文檔對象類CRadio_network_studioDoc的實例時，調(diào)用GetActive AfxGetMainWnd()CMainFrame的指針。由于在程序設(shè)計上，采用了CMainFrame中存放只有所有視圖類的指針，由此可以達到所有視圖的struct{*CRectSimulationArea; intRFDNumber; intnetworkstyle; //網(wǎng)絡(luò)類型0表示集中式1表示分布式2表示混合式intFFDNumber; int *intRate; SchedulerType{SIMPLELIST=1,CALENDARQUEUE=2太湖藍藻監(jiān)測仿真測試評估系統(tǒng)建立在基于離散（EVENT）驅(qū)動的模目前已經(jīng)編程實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有兩種：簡單鏈表（SimpleList）和日歷隊列（CalendarQueue）。人機交互模塊與調(diào)度模塊的接口主要由屬性頁classCDispatchPage:public74/PAGE81/圖12-2調(diào)度模塊接口人機交互模塊與統(tǒng)計模塊的接口主要由classCPerformancePage:publicdouble doublem_startT;圖12-3統(tǒng)計模塊接口圖12-5用戶信息配置組網(wǎng)方式的仿界終端節(jié)點個數(shù)：24路由器個數(shù)：46協(xié)調(diào)器個數(shù)：6圖12-6用戶信息配置完后的仿界圖12-8 的層次結(jié)構(gòu)、協(xié)議棧、流量模型、發(fā)送接收功能等。節(jié)點模型采用Zigbee標(biāo)準(zhǔn)，分為四層，在這四層中，我們著重研究了MAC層和網(wǎng)絡(luò)層。,Part15.4:WirelessMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)SpecificationsforLow-RateWireless alAreaNetworks(Ns),IEEEStd802.15.4?-2006(RevisionofIEEEStd802.15.4-2003)802.15.4MACApplicationProgrammingInterface,Version:Shao-YuLien,Chih-Cheng g,andKwang-ChengChenCarrierSensingbasedMultipleAccessProtocolsforCognitiveRadioNetworks,ICC2008KaushikR.Chowdhury,CommunicationProtocolsWirelessCognitiveRadioAd-hocNetwork,UMIMicroform ,Copyright2009byProQuestLLCZigbeeSpecification,January17,ZigBeeandWirelessRadioFrequencyCoexistence,ZigBeeWhitePaper-June1/密級□草 □討論□ ■正式發(fā)布編寫人日期2012年12校對人日期審核人日期批準(zhǔn)人日期2/123/ 概 編制目 主要內(nèi) 文 術(shù)語、定義和縮略 術(shù)語、定 縮略 項目背 基本概 協(xié)議結(jié) 主要路徑損耗模型的介 理想的自由空間模 雙射線模 直接射線模 瑞利模 研究現(xiàn) 雙射線模 損耗模型的建模與仿 測試參 測試硬件平臺介 測試軟件協(xié)議棧介 測試方案說 經(jīng)驗的提 仿真分析及效果對 誤差分 波動方程理 波動方程理論分 4.3.近水面環(huán)境2.4GHz信號端到端傳輸最大距離的理論分 模型仿真分析及效果對 太湖藍藻監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)分析及評 網(wǎng)絡(luò)性能分 仿真軟件選擇及NS2的介 4/仿真設(shè)定及重要代 仿真結(jié)果分 仿真結(jié)果分 參考文 5/針對Zigbee無線傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，重點對2.4GHzZibBee無線信號在湖面的傳輸特性進行分1 Texas26/ZigBee-ProNetworkZigBeeCluster太湖，位于江蘇、浙江兩省交界處，長角洲的南部。她東部近海區(qū)域最大的湖時，有關(guān)藍藻水華的監(jiān)測合也已經(jīng)成為國家和地方各相關(guān)部門的日常性工作。到了富營養(yǎng)化水平，隨時都有可能發(fā)生類似2007年無錫太湖藍藻水華的飲用水。避免水發(fā)生，保障富營養(yǎng)化湖泊飲用水安全的優(yōu)選方案。7/開展富營養(yǎng)化水體藍藻水華的監(jiān)測、技術(shù)，建立起我國富營養(yǎng)化湖(庫)水質(zhì)預(yù)測與預(yù)將最終導(dǎo)致湖泊生態(tài)恢復(fù)、環(huán)境管理和生態(tài)的預(yù)測等一系列重大問題的解決。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork，WSN）是近年來發(fā)展起來的一門嶄新技術(shù)，理、遠距離的實時檢測網(wǎng)絡(luò)；對太湖水質(zhì)的各種參數(shù)(溫、藍藻素、葉綠素等)進行實時監(jiān)8/9/物聯(lián)網(wǎng)是指通過FD、紅外感應(yīng)器、PS、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物與互聯(lián)網(wǎng)系起來，行信息交和通訊，實現(xiàn)智能識別、定、、射ta模型等也都僅適用于陸地上信號傳輸特點的分析，因此在近水面環(huán)境下2.4z無線信號路徑損耗模型經(jīng)驗的研究就顯得尤為重要。此外，如何利用修正后的路徑損耗模型理論分析在近水面環(huán)境下端到端傳輸?shù)淖畲缶嚯x以及時延特性對未來傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署也有重要意義。因此，針對上述研究目標(biāo)，文章首先在近水面的環(huán)境下，針對基于ge技術(shù)的2.4z信號特性進行了實測研究，并利用最小二乘法對雙射線模型進行擬合分析得到經(jīng)驗研究結(jié)果表明校正后的經(jīng)驗更符合實際環(huán)境中的信號路徑損耗特點。在此基礎(chǔ)之上定，討論在一定功率的情況下，水深、發(fā)射天線高度、收天線高度對端到端傳輸最大距離的影響。除此之外，利用近水面環(huán)境2.4z信號驗過仿真得出端到端傳輸?shù)淖畲缶嚯x與理論分析相比較，為未來大規(guī)模鋪設(shè)近水面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供理論指導(dǎo)作用。10/近水面2.4GHz信號損耗模型及特性的ig術(shù)的線，英nvnss氣2002傳[ige技術(shù)分四層，從下至上分別是P層、M層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層，前兩層為E802.15.4ig技術(shù)指定的，而應(yīng)用層則允許用戶自定義開發(fā)。根據(jù)E802.15.4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，ige的工作頻段分為彼此相距很大的3個頻段，而且每個頻段的信道數(shù)目也不同[1]。這三個頻段分別為868Mz，915Mz，2.4Gz。igee技術(shù)總共定義了27個物理信道，其中868Mz頻段分配了一個，915Mz頻段分配了10個，24z頻段分配了16個。本文主要研究近水面2.4z信號傳輸特性特指處于2.4Gz頻段的iee技術(shù)。該頻段免費為用戶和開發(fā)者使用，無需申請，在該頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps7。器分配的16bit短地址，另一種則是節(jié)點的IEEE地址，即64bit長地址，可容納的最大設(shè)備射輸出可在0-3.6dBm內(nèi)調(diào)整，通信距離為30-100米。IEEE802.15.4定義了三種數(shù)據(jù)傳輸方11/ZigBee技術(shù)支持對數(shù)據(jù)信息進行加理，可采用加密算法AES128[19]。物理層定義了物理無線信道和與Mac層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)，負責(zé)從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，以及物理層管理服務(wù)，負責(zé)一個由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)indication，LQI）和空閑信道評估（clearchannelassessmentCCA）等等。信道能量檢測ED為12/的敏感度：－85dBmMAC公共部分子層－服務(wù)接入點（MLME物理層管理實體－服務(wù)13/ — —圖5-3網(wǎng)絡(luò)層的參考模型如圖53，它為M層提供一些可以使用的函數(shù)，為P層提供了兩種服務(wù)接口，數(shù)據(jù)服務(wù)實體NE和管理服務(wù)實體NME。NE提供的數(shù)據(jù)服務(wù)允許在處于同也可以選擇通信路由[NM14/實體實體圖5-415/ 圖5-5ZigBee星形結(jié)構(gòu)由一個主協(xié)調(diào)器的控制器和多個從設(shè)備組成，主協(xié)調(diào)器功能完整，從設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，并自發(fā)的承擔(dān)主協(xié)調(diào)器的責(zé)任。每個星型網(wǎng)絡(luò)都會由主協(xié)調(diào)器分配一個唯一的網(wǎng)絡(luò)ID何兩個全功能設(shè)備都可以直接通信，但是由于構(gòu)建復(fù)雜，節(jié)點的信息較多。以和其他設(shè)備進行通信，構(gòu)建簡單，所需資源少，路由協(xié)議可以是基于AdHoc技術(shù)也可以是器網(wǎng)絡(luò)、供應(yīng)物資、農(nóng)業(yè)智能化以及安全等領(lǐng)域[26]。調(diào)器工作負擔(dān)，而且為高效與控制創(chuàng)造了條件。16/個用于表示特定環(huán)境下射頻特行的數(shù)學(xué)表達式、算法的集合[30]。路徑損耗模型包括兩種模型：理論模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。理論模型從信號的基本特?dǎo)而來[31]，而經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛣t是PP t 162d

PLFS20lgd20lg4π20lg10lgGt 理想的自由空間模型如（5-1）所示，路徑損耗模型如(1-2)所示[33]，其雙射線模型適用于信號的多徑效應(yīng)僅來自于地表的反射這一情況。在雙射線模型中，信號從發(fā)射端到接收端傳輸被認為按照兩個路徑到達：視距路徑以及由地表反射的路徑[34]。17/d圖5-6發(fā)射的角度為GaGb分別為發(fā)射天線和接收天線的增益。2P

RGllrll

j

t4

x ，2(xxl)/么xxdl，0，GlGr。如果將這些值應(yīng)用到 PP

hhGlt Gl t d 離d時的路徑損耗為：18/ dPLd10nlgd d 0隨環(huán)境的不同而不同。X是一個均值為0的正態(tài)對數(shù)分布隨量，用來表示由于陰影衰落導(dǎo)致的不確定性。n和的值是根據(jù)測試數(shù)據(jù)，通過最小二乘法的線性回歸得出的。該模型圖5-7第一菲涅耳區(qū)域被物阻隔的示意d圍的區(qū)域[35]。在第一個組圖里，r代表菲涅耳半徑，且r ，其中是波長而d是發(fā)送端和接收端的距離。breakpoint表示物或者地面侵入第一菲涅耳區(qū)域的地方。這一模型dPLd10nlgd d d

dPLd10nlg d

db

19/ 2 2

PL(d0是在參考距離d0通常d01m)的自由空間路徑損耗。n1n2是在breakpoint前可以由(5-7)決定breakpoint的位置，而對于第二個組圖，breakpoint的位置和天線高度都距離d時的路徑損耗表達式為 dPLd10nlgdOBS* d 0 PL(d0是在參考距離d0通常d01m)的自由空間路徑損耗。n表示路徑損耗指數(shù)，它隨傳播環(huán)境的不同而不同。OBSi表示影響發(fā)射端到接收端只限路徑的物種類，AFi表示每種物引起信號損耗的衰減因子。在測量之前，物應(yīng)該簡單的分類，然后(5-8)中的參是Okamura模型。Okamura模型是用三個參數(shù)，包括天線高度，頻率，和移動站天線高度模型給出了一個完整的，用于計算信號傳輸過程中整體的路徑損耗。其表達方法為PL69.5526.16*logfc13.82*log10htea44.96.55*loghre*log(d 20/ 2天線的有效高度，d表示發(fā)射端到接收端的距離，a表示基于覆蓋區(qū)域大小的相關(guān)因子。道是快還是慢[37]。信道的頻率選擇性特性由路徑數(shù)目決定。路徑增益是一個復(fù)雜的 由于水面有很強的鏡面反射，會造成無線通信嚴重的多徑。[1]研究了在水面無線網(wǎng)d-4路徑損失，其中d是發(fā)送和接收節(jié)點間的距離。在該例中，E場在入射面而接觸面是個反射很強，方程式XX給出了接收到的能量P的準(zhǔn)確表達式。21/PdQsin2( d 圖（5-8）顯示了雙線性效應(yīng)以及由AdvancedRefractiveEffectsPredictionSystem(AREPS)[2]提出很多鄉(xiāng)村以及偏遠地區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)接入很不發(fā)達，往往選擇很少價格卻很貴?；诮j(luò)測試。Tegola是由愛丁堡大學(xué)與UHI大學(xué)合作的研究項目，旨在研究一種能夠給諸如在 24小時內(nèi)測得的信號強度、預(yù)測信號強度與連接容22/圖5-10信號強度測量值與簡單雙線性反射模型預(yù)測值比較，考慮了45小時內(nèi)的水面變化 基于多樣性方案使用簡單雙極性的益23/確度的路徑損耗模型研究上，然而考慮到多徑衰減，RSSI(TheReceivedSignalStrength24/圖5-12室內(nèi)室外環(huán)境預(yù)估模 25/LAI：葉面積指數(shù)d：發(fā)射機與接收之間的距離，單位為米 玉米田布局頂視26/離相應(yīng)的RSSI值。測試是沿著玉米田的橫向，即發(fā)送角度0。平均RSSI值如圖5-15所示圖5-15各天線高度下RSSI與傳輸距離關(guān)系圖（位于行間距0.6m的玉米田中度，其大1.4m-1.6m之間。上圖實驗結(jié)果也表明，沒有必要將天線高度設(shè)得比成熟期的玉別測試了發(fā)送路徑與玉米田橫向間的角度()0°，45°和90°，得到了三個不同方向下的 各個方向的衰27/ 天井，底層柱，和教室等環(huán)境下對其中的六個相鄰的測試點進行測量與估計。無線局域網(wǎng)的覆蓋范圍比較有限，由于衍射和物的反射，其形狀也相當(dāng)復(fù)雜而沒WLAN系統(tǒng)最重要的任務(wù)之一。測量中使用非列擴頻(DSSS方式，使用帶確認(ACKCSMA/CA,11位巴克碼序列，額定輸出低于2.5dBi7dBi。實驗對兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了測量，一種是接入點與終ad-hoc連接。為了估算不同距離EA10log 中各測量點位其差值如表5-1所示。平均差值等于1.9805-19SNR。實際29/圖5-19 表5-2 是反射波而非直射波起主要作用。四個重要的參數(shù)用以詳細描述隧道中的長時延特性：整個30/表5-35-202.4GHz,5MHz3D圖，三個典型的場 寬帶接收信號功率3D1exp1kz1/k1kz11/f(x)

k 1expzexpz k 其中zxk0.41547,31/ 32/CC2530是用于2.7-GHzIEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系的RF