基于WSN的水表自动抄表数据收集协议研究.doc

基于WSN的水表自动抄表数据收集协议研究目前,自动抄表系统已广泛应用于水、电、气等国民经济各行业中。在自动抄表系统中,不同的应用场景对数据收集协议的要求也不尽相同,而数据收集协议性能的好坏直接影响到抄表系统的效率和能耗水平。因此,研究适用于具体应用场景的自动抄表数据收集协议具有十分重要的意义。本文针对老式居民楼水表改造的具体需求,采用无线传感器网络作为其基本架构,重点研究和设计一种基于无线传感器网络的能量高效数据收集协议,以达到均衡网络负载、延长网络生命周期的目的。本文的主要工作如下:(1)详细研究和分析了现有基于无线传感器网络的自动抄表数据收集协议,根据本文的应用需求,重点研究和分析了一个专门用于水表自动抄表系统的数据收集协议——PEADG协议。对该协议的能耗模型、MAC层协议模型、拓扑结构以及数据收集阶段的网络运行过程进行了深入分析,指出了该协议存在的问题。(2)在对PEADG协议研究的基础上,设计了一种能量高效、带有路由修复机制的RR-PEADG协议。该协议针对PEADG协议构建的拓扑结构会出现数据“绕路”的现象,给出了基于数据最短路径的绕路算法,避免了数据传输过程中出现的数据绕路现象,从而节省了能量;针对PEADG协议资源盲目使用导致节点剩余能量不均衡甚至节点过早死亡的问题,给出了一种更新父节点的路由修复机制,即当节点能量过低或者节点突发故障时,网络可以自动修复数据传输路径而无需重新构建拓扑结构。(3)基于Linux+QT编程环境,采用C语言设计实现了PEADG和RR-PEADG仿真程序,并在此基础上进行了对比仿真实验验证。实验结果表明,相比PEADG协议,RR-PEADG具有更好的负载均衡能力和更长的网络生命周期。