面向橋梁健康監(jiān)測的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、重慶地處中國的西部，是一個多山多河流的城市，橋在這座城市發(fā)展中起到了舉足輕重的作用，橋梁的健康直接影響到城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人們的日常生活，所以橋梁的健康監(jiān)測成為了城市建設(shè)重要的一環(huán)。目前監(jiān)控橋梁的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)手段主要是利用有線網(wǎng)絡(luò)，而有線網(wǎng)絡(luò)不僅布線成本高、人力資源消耗大、布線耗時多，布線一旦完成不易更改等諸多缺點，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)具有低成本、低功耗、自組織網(wǎng)絡(luò)等特點，而且操作簡單、易施工、易部署等優(yōu)勢，其特點完全可以有效的解決

2、有線網(wǎng)絡(luò)中存在的問題。
　　本文分析了目前大型橋梁復(fù)雜的通信環(huán)境特點，并針對其特點分析并驗證了在密閉環(huán)境中擴頻技術(shù)對信號同樣具有抗干擾作用，而后又優(yōu)化其路由協(xié)議算法，最后設(shè)計了一套用于大型橋梁健康監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)和節(jié)點，豐富了大型橋梁健康監(jiān)測的手段，替代了以往橋梁中有線傳感器網(wǎng)絡(luò)，避免了有線傳感器網(wǎng)絡(luò)的弊端，具有可行性及實用價值，是未來大型橋梁監(jiān)測的新發(fā)展方向。主要內(nèi)容包括:
　　首先，針對密閉環(huán)境中存在的傳播中的物

3、體反射、物體遮擋、物體散射及其他未知強干擾造成的路徑損耗和多徑衰落，使得無線信號在達(dá)到接收端時已極其微弱的問題，采用擴頻增益處理技術(shù)有效的應(yīng)對信號在復(fù)雜干擾的信道中的多徑衰落現(xiàn)象，在模擬橋梁箱梁環(huán)境下通過仿真結(jié)果驗證了使用抗干擾方法的有效性。
　　其次，在協(xié)議優(yōu)化方面，將對已有的ZigBee路由協(xié)議進(jìn)一步優(yōu)化，提出了基于Cluster-Tree+AODVjr算法的優(yōu)化算法，并結(jié)合節(jié)點剩余能量模型來進(jìn)一步對整體網(wǎng)絡(luò)的能量均衡化，解決

4、路由算法中的采集節(jié)點數(shù)據(jù)選擇路徑效率低下及嚴(yán)重的泛洪現(xiàn)象導(dǎo)致的能量浪費問題，同時提高整個網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。
　　最后，考慮到橋梁存在的環(huán)境，高溫、高濕、高振動及密閉復(fù)雜干擾等極端惡劣的通信環(huán)境下，本文采用穩(wěn)定性強、性價比高的Microchip公司的PIC24FJ128GA010作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)網(wǎng)關(guān)的微處理器芯片(MCU)，CC2530作為無線射頻模塊，設(shè)計出性能穩(wěn)定、抗干擾能力強的電路系統(tǒng)，達(dá)到整個系統(tǒng)在模擬橋梁箱梁復(fù)雜