面向农田监测应用的WSN节点软件系统设计及LQI测距研究

无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)作为21世纪信息领域中的热点研究课题之一,综合了嵌入式计算技术、无线通信技术和传感器技术等,在工业、农业、军事、医疗以及环境监测等领域具有广阔的应用前景。无线传感器网络通过在监测区域中部署大量的廉价微型传感器节点,可以实现对感兴趣区域的实时监测,并将所感知的信息以多跳自组织的无线通信方式传送回用户。它具有的节点体积小、成本低、采样密度大、网络部署方便和稳定性高等特点,使其非常适合于农田环境监测应用,支持精准农业的实施。本课题正是建立在无线传感器网络在农田环境监测的应用背景下。 作为无线传感器网络的支撑技术之一,操作系统是传感器节点运行的软件平台,主要负责节点软硬件资源的分配与回收、协调和控制各种操作,是通信协议以及其他应用程序开发和运行的基础。另外在环境监测应用中,节点的位置信息是至关重要的,用户结合节点位置信息能更准确的对事件做出判断,测量和估计节点之间的距离是基于测距技术定位的重要前提。以上讨论的两个方面也是本文的研究重点,论文主要完成的工作有: (1)对无线传感器网络在农田监测应用中的网络结构进行了介绍,设计了一种适用于无线传感器网络节点的软件体系结构。以模块化的设计思想来完成节点软件系统的设计,并重点介绍了节点操作系统中任务调度、定时器管理以及功耗管理三个部分的设计和实现过程,主要是对三个部分的设计思路、主要函数、具体实现过程等进行了详细描述,最后以实验验证了节点软件系统能够稳定运行,为进一步的研究奠定了基础。 (2)进行了基于MC13224的LQI(链路质量指示:Link Quality Indicator)测距研究。首先进行各种实验分析LQI的特性和相关影响因素,其次通过曲线拟合探索找出LQI和距离的关系,然后针对建立的测距模型采用两种思路来完成测距过程:第一,对LQI测距数据进行预处理,包括了取值策略和校正处理;第二,对测距结果进行后续处理,包括了误差补偿和距离值修正两种方式。在实际的实验中取得了较好效果,最后对LQI测距技术进行了总结和分析。