停車場無線傳感器網絡系統設計畢業設計論文(已修改)

　

【正文】 停車場無線傳感器網絡系統設計內容摘要：近年來,由于我國經濟迅速發展,機動車的年均增長量都超過了10%,大量的小汽車進入家庭,近幾年大中小城市的機動車年增長率超過15%,深圳、上海、北京、天津等大城市超過20%，有些城市甚至超過30%。這種發展趨勢，給城市的停車帶來了很大的困難。停車問題也成為了世界大中城市經濟發展的一個通病。而隨著傳感器技術的日益成熟,無線傳感器網絡在越來越多領域得到了廣泛的關注和應用。由于無線傳感器網絡系統行為具有異構性,傳統無線傳感器網絡系統模型設計建模側重從無線傳感器網絡系統中單個子系統行為建模仿真。近來,一種新的設計方法學系統級設計方法學被引入無線傳感器網絡的建模仿真方法學中,系統級設計方法學將無線傳感器網絡看作一個完整的系統,以嵌入式系統的觀點將無線傳感器網絡系統分成各個系統行為獨立的模塊進行統一建模,彌補了傳統無線傳感器網絡系統單一建模的缺點,因此研究無線傳感器網絡系統級設計方法學,在異構環境下對無線傳感器網絡系統進行建模仿真具有重要的理論和實際意義。利用無線傳感器網絡日益成熟的技術來解決現實生活中的問題，停車場的停車難問題需要合理化、規模化，利用無線傳感器真正地解決“哪里有停車位，哪里有車停”的問題就是本次設計的目的。關鍵詞：停車場；無線傳感器；網絡系統1 導言無線傳感器網絡（wireless sensor network WSN）是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知，采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器網絡的三要素是傳感器、觀察者和感知對象。傳感器由電源、感知部件、嵌入式處理器、存儲器、通信部件和軟件這幾部分構成。觀察者是傳感器網絡的用戶，是感知信息的接受和應用者。觀察者可以是人，也可以是計算機或其他設備。感知對象是觀察者感興趣的監測目標，可以是濕度、溫度、光、壓力等。無線傳感器網絡將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變人類與自然界的交互方式。人們可以通過傳感器網絡直接感知客觀世界，從而極大地擴展現有網絡的功能和人類認識世界的能力。 研究背景及意義無線傳感器網絡通常包括傳感器節點（sensor node）、匯聚節點（sink node）和管理節點。如圖11所示，大量傳感器節點隨機部署在監測區域（sensor field）內部或附近，這一過程可以通過飛行器撒播、人工埋置和火箭彈射等方式完成。撒放后的傳感器節點進入到自檢啟動的喚醒狀態,在簇首節點的引領下，建立起路由拓撲，之后傳感器節點采集并記錄周圍感興趣的環境信息，沿著之前建立好的路由拓撲路徑逐跳進行傳輸，在傳輸過程中數據可能被多個節點處理，經過單跳或者路由多跳后傳輸到匯聚節點，匯聚節點通過串口將數據傳送到網關節點進行集中處理。近年來,由于我國經濟迅速發展,機動車的年均增長量都超過了10%,大量的小汽車進入家庭,近幾年大中小城市的機動車年增長率超過15%,深圳、上海、北京、天津等大城市超過20%，有些城市甚至超過30%。這種發展趨勢，給城市的停車帶來了很大的困難。停車問題也成為了世界大中城市經濟發展的一個通病。無線傳感器網絡是一種全新的信息獲取平臺，能夠實時監測和采集網絡分布區域內的各種檢測對象的信息，并將這些信息發送到網關節點，以實現復雜的指定范圍內目標檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強等特點，有著廣闊的應用前景。利用無線傳感器網絡日益成熟的技術來解決現實生活中的問題，停車場的停車難問題需要合理化、規模化，利用無線傳感器真正地解決“哪里有停車位，哪里有車停”的問題就是本次設計的目的。 無線傳感器應用領域、特點及研究現狀 無線傳感器應用領域 無線傳感器的概念無線傳感器網絡（wireless sensor network WSN）是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知，采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。 無線傳感器應用領域由于無線傳感器網絡的特殊性，其應用領域與普通通信網絡有著顯著的區別，主要包括以下幾類：(1)軍事應用軍事應用是無線傳感器網絡技術的主要應用領域，由于傳感器網絡具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強和高容錯性的特點，利用無線傳感器網絡能夠實現對敵軍兵力和裝備的監控、戰區的實時監控、目標的定位、戰場評估、核攻擊和生物化學攻擊的監測和搜索等功能。(2)大型設備的監控在一些大型設備中，需要對一些關鍵部件的技術參數進行監控，以掌握設備的運行情況。在不便于安裝有線傳感器的情況下，無線傳感器網絡可以作為一個可選的通信手段。(3)環境觀測應用于環境監測的傳感器網絡，一般具有部署簡單、便宜、長期不需更換電池、無需派人現場維護的優點。通過密集的節點布置，可以觀察到微觀的環境因素，為環境研究和環境監測提供了嶄新的途徑。傳感器網絡研究在環境監測領域已經有很多的實例。這些應用實例包括：對海島鳥類生活規律的觀測；氣象現象的觀測和天氣預報；森林火警；生物群落的微觀觀測等。洪災的預警：通過在水壩、山區中關鍵地點合理地布置一些水壓、土壤濕度等傳感器，可以在洪災到來之前發布預警信息，從而及時排除險情或者減少損失。(4)醫療護理病變器官觀察：通過在人體器官中植入一些微型傳感器，隨時觀測器官的生理狀態，可以發現器官的功能惡化，及時采取治療措施從而挽救病人生命。但是推廣這種想法前，還需要突破許多技術瓶頸，這些醫療傳感器必須非常安全；工作能源要從人體自動獲取；系統穩定、基本不需維修。(5)其它方面的應用傳感器網絡還可以用于空間探索。借助于航天器在外星體撒播一些傳感器網絡節點，可以對星球表面進行長時間的檢測。這種方式成本很低，節點體積小，相互之間可以通信，也可以和地面站通信。NASA的JPL（Jet Propulsion Laboratory）實驗室研制的Sensor Webs就是為將來的火星探測進行技術準備。該系統已在佛羅里達宇航中心周圍的環境監測項目中實施測試和完善。再以我國西氣東輸及輸油管道建設為例，由于這些管道在很多地方都要穿越大片荒無人煙的地區，這些地區的管道監控一直都是一道難題，傳統的人力巡查幾乎是不可能的事情，而現有監控產品，往往復雜而且昂貴。智能傳感器的成熟產品布置在管道上將可以實時地監控管道的情況。一旦有破損或惡意破壞都能在控制中心實時了解到。如果智能傳感器成熟，僅西氣東輸這樣的一個工程就可以節省上億元的資金。電力監控方面同樣如此，因為電能一旦送出就無法保存，所以電力管理部門一般都會要求下級部門每月層層上報地區用電要求，并根據需求配送。但是使用人工報表的方式根本無法準確統計這項數據，國內有些地方供電局就常常因為數據誤差太大而遭上級部門罰款。加州大學伯克利分校的研究員稱，如果美國加州將這種產品應用于電力使用狀況監控，電力調控中心每年將可以節省7億~8億的資金。 無線傳感器的特點目前常見的無線網絡包括移動通信網、無線局域網、藍牙網絡、Ad hoc網絡等，與這些網絡相比，無線傳感器網絡具有以下特點：（1）網絡規模大傳感器網絡中，在監測區域通常需要部署大量傳感器節點，傳感器節點數量可能達到成千上萬，甚至更多。此外傳感器網絡可以分布在很廣泛的地理區域，感知的范圍也很大。通過不同空間視角獲得更加全面的信息，通過分布式處理大量的采集信息能夠提高監測的精確度，降低對單個節點傳感器的精度要求。大量冗余節點的存在，也使得系統具有很強的容錯性能。（2）網絡的自組織能力由于在被監測區域，傳感器隨機的部署在區域內，傳感器節點的位置不能預先精確設定，節點之間的相互鄰居關系預先也不知道。比如通過飛機播撒大量傳感器節點到面積廣闊的原始森林中，或者隨意放置到人不可達到或危險的區域。在這樣的情況下，就要求傳感器節點具有自組織的能力，并且能夠自動進行配置和管理，通過拓撲控制機制和網絡協議自動形成轉發監測數據的多跳無線網絡系統。在無線傳感器網絡使用過程中，部分傳感器節點由于能量耗盡或者其他因素造成節點失效，在這種情況，要求網絡的拓撲結構能夠隨之動態地發生變化。無線傳感器網絡的自組織性要能夠實現這種網絡拓撲的動態變化。（3）無線傳感器網絡節點的通信能力有限無線傳感器網絡種傳感器節點的傳輸率低、一般只有200kbps左右，通信距離短，一般只有幾十到幾百米。由于無線傳感器網絡往往部署在室外環境比較惡劣的地方，要受到高山、建筑物、障礙物等地形地貌以及其他惡劣天氣等自然條件的影響。這樣一方面可能造成傳感器之間的通信不可靠，另一方面可能使傳感器出現故障、甚至損壞。無線通信的能量消耗與通信距離的關系為：E=kdn。其中參數n滿足關系2n4。n的取值與很多因素有關，比如傳感器節點部署貼近地面時，障礙物多干擾大，n的取值就大；天線質量對信號發射質量的影響也很大。隨著通信距離的增加，能耗將急劇增加。因此應該盡量減少單跳通信距離。一般而言，傳感器節點的無線通信半徑在100m以內比較合適。（4）無線傳感器網絡節點的電源能量有限傳感器節點的體積微小，通常攜帶能量十分有限的電池。由于傳感器網絡應用場景比較復雜，環境一般比較惡劣，傳感器部署數量多，所以傳感器通過更換電池來補充能量是不太現實的。（5）無線傳感器網絡存儲和計算能力有限無線傳感器網絡中的傳感器節點是一種微型嵌入式設備，一般要求價格低體積小功耗低，這些限制必然導致其嵌入式處理器計算能力比較弱，存儲容量比較小。（6）無線傳感器網絡以數據為中心基于無線傳感器網絡的任何應用系統都離不開感知數據的管理和處理技術，傳感器網絡相當于分布式的網絡數據庫。要查詢的數據分布在所有或部分節點中。傳感器網絡中每個傳感器節點具有端節點和路由器兩者的作用，傳感器節點接收匯點（sink）的查詢或控制命令。傳感器網絡數據綜合處理技術是實現以數據為中心的傳感器網絡的核心技術，包括感知數據的提煉、壓縮、存儲、關聯、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數據決策和行為的理論和技術。傳感器網絡的各種實現技術必須與這些技術密切結合,融為一體。 無