通信与环境监测论文提纲

论文题目：面向生态环境监测的LoRa通信协议及节能技术研究

摘要：构建生态环境监测网络对改善和提高生态环境保护的管理效率至关重要。由于部分生态环境监测区域的地域复杂性、监测范围较大和远距离数据传输困难等因素影响,造成这些区域的生态环境监测网络建设难以推进,如何通过改进通信网络解决这一现状成为管理部门重点关注的问题。相比于WiFi、ZigBee、BlueTooth等近距离无线通信技术,LoRa技术具有远距离、低功耗、非授权频谱、大容量等特点,能够改善生态环境监测在网络化建设上的不足。本文结合生态环境监测的功能需求和LoRa通信技术的特点,利用LoRa技术搭建通信网络进行数据传输,并通过节能技术改善监测节点工作寿命受到能量供应限制的问题。有鉴于此,本文对面向生态环境监测的LoRa通信协议进行研究,并对网络的数据传输和数据融合等方面进行节能技术研究,具体的研究内容如下:（1）结合生态环境监测网络的特点,以及分析LoRa通信技术在监测网络系统中的应用,确定LoRa通信协议的拓扑结构,并对通信协议的物理层、MAC层、网络层、应用层分别进行改进设计。（2）通过分析分簇路由协议在无线传感器网络中的应用,提出一种基于动态分区的集中式分簇路由方法,并通过构建监测网络的能耗模型分析动态分区成簇的能耗均衡性。（3）针对分簇网络的数据传输特点,对监测网络进行节能方案设计。簇成员节点通过接收的RSSI查询发射功率等级表动态调整节点发射功率。然后对监测数据的时空相关性进行分析,设计了基于数据预测的数据融合方法;空间相关性数据融合通过相关性计算选取代表节点上传数据,并对其余节点的监测值进行预测;时间相关性数据融合通过指数平滑方法对时间序列数据进行预测。（4）通过设计的监测节点对LoRa通信协议入网、动态分区控制进行测试,并对动态分区成簇的能耗均衡性能、生命周期进行仿真分析,最后采用土壤温湿度数据对数据融合的节能进行验证分析。结果表明,设计的LoRa通信协议能够实现监测数据的传输,并通过节能技术降低了节点能耗,延长了监测网络的工作寿命。

关键词：生态环境监测;LoRa通信协议;分簇路由;节能技术;数据融合

学科专业：控制科学与工程

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 生态环境监测网络的研究现状

1.2.2 无线传感器网络节能技术的研究现状

1.3 论文主要工作

1.4 本章小结

第2章 面向生态环境监测的LoRa通信协议

2.1 生态环境监测网络特点分析

2.2 LoRa通信技术

2.2.1 LoRa通信技术的关键参数

2.2.2 LoRa与其它无线通信技术对比

2.3 基于LoRa的生态环境监测网络系统构成

2.4 基于LoRa的生态环境监测网络通信协议

2.4.1 网络协议总体结构

2.4.2 物理层

2.4.3 MAC层

2.4.4 网络层

2.4.5 应用层

2.5 本章小结

第3章 监测网络分簇路由协议设计

3.1 分簇路由协议概述

3.2 基于动态分区的集中式分簇方法

3.2.1 集中式分簇

3.2.2 监测节点区域划分

3.2.3 动态分区成簇

3.3 网络能耗模型

3.3.1 簇内节点能耗

3.3.2 网络能耗均衡性能

3.4 本章小结

第4章 监测网络节能方案设计

4.1 监测网络节能方案总体设计

4.2 节点发射功率控制机制

4.3 空间相关性数据融合

4.3.1 选取簇内代表节点

4.3.2 节点监测值的预测

4.4 时间相关性数据融合

4.4.1 指数平滑法预测模型

4.4.2 监测数据指数平滑预测

4.5 本章小结

第5章 测试验证与分析

5.1 监测节点入网及动态分区控制测试

5.1.1 监测节点参数测试

5.1.2 监测节点入网测试

5.1.3 动态分区控制测试

5.2 分簇路由协议仿真分析

5.2.1 能耗均衡性能分析

5.2.2 分簇路由协议性能分析

5.3 数据融合的节能验证分析

5.3.1 空间相关性数据融合验证

5.3.2 时间相关性数据融合验证

5.3.3 数据融合的节能分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢