● 摘要
无线传感器网络是在微电子、无线通信和嵌入式系统等技术的快速进步中发展起来的，是由大量传感器节点通过无线通信的方式，相互传递信息、处理数据的一种新型的网络。该网络可以感知和采集网络分布区域内的各种信息，并对这些信息进行处理，传送给所需用户。无线传感器网络被广泛应用在军事领域，医疗领域，空间探索，环境监测，城市交通管理等诸多领域。其中，环境监测是无线传感器网络的一种典型应用。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署困难，维护不方便等原因，很难应用于恶劣的自然环境中，本课题基于无线传感器网络，实现了一种以TinyOS为节点嵌入式操作系统的环境监测系统，提出了终端节点-汇聚节点-监控中心的三层结构。终端节点大量随机的分布在监测区域内，通过自组织形式形成网络，实时感知监测区域内的环境参数，并将这些参数以无线通信的方式发送至汇聚节点；汇聚节点将接收到的各个终端节点的测量值，经过简单处理发送给监控中心；用户可以通过Internet、卫星等方式访问监控中心，查看监测区域的环境参数，并可对无线传感器网络进行远程控制。通过这种方式，不仅传感器易于部署，且降低了成本，与传统环境监测方法相比，本系统具有分部密度高、实用性强、对环境的影响小的显著优势。论文首先介绍了无线传感器网络的研究背景和意义，以及国内外的发展现状。并根据环境监测的功能需求，对系统的实现做了详细分析，提出了具体的解决方案。文中分别对系统的网络结构、软硬件平台以及无线通信协议进行了总体设计，比较了现有的无线传感器网络操作系统和无线通信协议，提出了以TinyOS为操作系统ZigBee协议为无线通信协议的设计方案；研发出了传感器节点的硬件平台，该硬件以CC2430为核处理器，AD590和光敏电阻为传感器；对TinyOS操作系统从设计思路、体系结构、运行原理及编译过程等方面进行了详细的分析，并在此基础上，提出了TinyOS在本课题所研发硬件平台的移植方法以及实现过程。实验结果表明，TinyOS的移植是成功的，可有效实现终端节点和汇聚节点的预设功能。论文的最后阐述了在ASP.NET环境下，环境监测系统人机交互界面的开发过程，实际的实验结果表明，系统能够长时间稳定的运行，并且具有低功耗、远距离传输、测量准确等优点。