闡釋傳感器無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在海洋平臺結(jié)構(gòu)安全檢測領(lǐng)域的運(yùn)用論文怎么寫

1、闡釋傳感器無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在海洋平臺結(jié)構(gòu)安全檢測領(lǐng)域的運(yùn)用論文怎么寫    安全等級的評定工作已經(jīng)提上議程，成為了人們越來越關(guān)注的焦點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、目標(biāo)定位等領(lǐng)域，能夠?qū)崟r(shí)地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的對象信息，并發(fā)送給觀察者。它具有覆蓋區(qū)域廣，可遠(yuǎn)程監(jiān)控，監(jiān)測精度高，布網(wǎng)快速和成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到海洋平臺結(jié)構(gòu)安全檢摘 要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠很好地解決海洋平臺結(jié)構(gòu)檢測中遇到的很多問題。對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這一無線通信中的熱點(diǎn)領(lǐng)域在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架、大規(guī)模組網(wǎng)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)管理、環(huán)境感知技術(shù)、數(shù)

2、據(jù)采集技術(shù)以及信息處理技術(shù)等方面進(jìn)行了應(yīng)用研究，以期能將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于我國海洋平臺結(jié)構(gòu)的安全檢測中。關(guān)鍵詞：海洋平臺；結(jié)構(gòu)安全檢測；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；通信技術(shù)2095-1302（2013）04-0036-050 引 言中國海洋石油開發(fā)事業(yè)已經(jīng)走過了50個(gè)春秋，隨著海洋石油事業(yè)的發(fā)展，早期投入生產(chǎn)的海洋石油設(shè)施已逐漸臨近設(shè)計(jì)壽命末期，甚至超出了設(shè)計(jì)的服役期。因此，海洋平臺結(jié)構(gòu)安全檢測監(jiān)測乃至安全等級的評定工作已經(jīng)提上議程，成為了人們越來越關(guān)注的焦點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、目標(biāo)定位等領(lǐng)域，能夠?qū)崟r(shí)地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的對象信息，并發(fā)送給觀察者。它具有覆蓋區(qū)域廣，可遠(yuǎn)

3、程監(jiān)控，監(jiān)測精度高，布網(wǎng)快速和成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到海洋平臺結(jié)構(gòu)安全檢測監(jiān)測系統(tǒng)中，是海洋工程領(lǐng)域近年來研究的重點(diǎn)。1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)研究在不同應(yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組成不盡相同，但一般都由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和電源這四部分組成。無線傳感器的類型由被監(jiān)測物理信號的形式?jīng)Q定。處理器通常選用嵌入式CPU，如Motorola的68HC16，ARM公司的ARM7和Intel的8086等。數(shù)學(xué)位論文參考文獻(xiàn)格式據(jù)傳輸單元主要由低功耗、短距離的無線通信模塊組成，比如RFM公司的TR1000等。因?yàn)樾枰M(jìn)行較復(fù)雜的任務(wù)調(diào)度與管理，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要一個(gè)微型化的操

4、作系統(tǒng)，如嵌入式Linux。啟發(fā)于現(xiàn)有的、比較經(jīng)典的、成功的傳感器網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架設(shè)計(jì)，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)行的構(gòu)架設(shè)計(jì)如圖1所示。該設(shè)計(jì)分為四層：其中，數(shù)據(jù)采集層主要是對海洋平臺各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集并就無線傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理，主要是減弱甚至去除背景噪聲，放大需要的信號數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸層分為監(jiān)控中心（上位機(jī)）、協(xié)調(diào)器、終端節(jié)點(diǎn)（即無線傳感器節(jié)點(diǎn)）三個(gè)級別。上一層的數(shù)據(jù)管理中心可以查看下一層的數(shù)據(jù)，下一層的數(shù)據(jù)管理中心有義務(wù)定時(shí)地向上一層的數(shù)據(jù)管理中心上傳最新采集的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)。    業(yè)需要能夠快速布設(shè)儀器、快速組網(wǎng)、儀器低功耗，特別要

5、求時(shí)間同步精確度高，因此無線通信方式的采用直接影響著分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。當(dāng)儀器工作時(shí)，所有數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)都依靠本地晶體振蕩器提供時(shí)間基準(zhǔn)，其相互之間以及與主控節(jié)點(diǎn)之間完全不存在同步關(guān)系。由于晶體振蕩器之間不可避免地存在細(xì)微的頻率偏差和時(shí)鐘漂移，即層再對各個(gè)協(xié)調(diào)器將自己管轄范圍內(nèi)的各個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)收集后，進(jìn)行周期性的處理，以確定是否該區(qū)域有異常事件發(fā)生，并將一些基本的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，其中監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)處理分別確定該級別的數(shù)據(jù)是否異常，做好備份處理并對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一格式的存儲和管理。應(yīng)用系統(tǒng)層主要是對不同層次的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)測和故障排除，如及時(shí)地預(yù)報(bào)平臺結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)或?qū)?huì)出

6、現(xiàn)損傷，如果出現(xiàn)損傷，則分析損傷出現(xiàn)在何處，是什么原因造成的，并將分析結(jié)果提供給維修人員進(jìn)行相應(yīng)的維修處理。2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模組網(wǎng)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)管理研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模組網(wǎng)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)管理研究的目的是研制適用于規(guī)模性密集布設(shè)和自治組網(wǎng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)。當(dāng)數(shù)量巨大的無線傳感器節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)布設(shè)后，自治組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和業(yè)務(wù)應(yīng)用的一個(gè)核心問題。自治組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理需要無線傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)設(shè)備的底層支持，其實(shí)現(xiàn)需要軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)來完成。因此，研究大規(guī)模組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)將為無線傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)軟件的研究提供技術(shù)支撐。大規(guī)模組網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)管理的關(guān)鍵技術(shù)主要包括時(shí)間同步機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?/p>

7、和網(wǎng)絡(luò)安全等。2.1 時(shí)間同步機(jī)制研究時(shí)間同步機(jī)制是協(xié)同無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制，是高效路由、定時(shí)喚醒、沖突避免等技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，已經(jīng)提出了多種時(shí)間同步機(jī)制，如參考廣播同步（RBS）、時(shí)間同步協(xié)議（TPSN）和TYNY/MINI-SYNC等，但都存在一定的缺陷。例如，RBS由于需要用于廣播交換以得到成對節(jié)點(diǎn)同步的開銷，隨著網(wǎng)絡(luò)密度的增加，這種開銷也隨之增加；TPSN由于采用了分級的方式和傳統(tǒng)的同步方式，使得同步效果比較好，但是增加了能耗和復(fù)雜度；MINI-SYNC算法的復(fù)雜度相對較低，但是對于計(jì)算和存儲的要求較高。由于海上施工作業(yè)需要能夠快速布設(shè)儀器、快速組網(wǎng)、儀器低功耗，特別要求時(shí)間同

8、步精確度高，因此無線通信方式的采用直接影響著分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。當(dāng)儀器工作時(shí)，所有數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)都依靠本地晶體振蕩器提供時(shí)間基準(zhǔn)，其相互之間以及與主控節(jié)點(diǎn)之間完全不存在同步關(guān)系。由于晶體振蕩器之間不可避免地存在細(xì)微的頻率偏差和時(shí)鐘漂移，即使初始同步的多個(gè)時(shí)鐘在經(jīng)過一定時(shí)間的運(yùn)行后也將出現(xiàn)較大的時(shí)間偏差，從而影響數(shù)據(jù)同步采集的精度。由于在每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中采用高精度、低漂移的晶體振蕩器從成本上考慮是無法接受的，這就需要研究無線。    通訊網(wǎng)絡(luò)支持下的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的始終精確同步技術(shù)。利用無線通訊鏈路對系統(tǒng)內(nèi)獨(dú)立運(yùn)行的多個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行周期性的定時(shí)校正

9、，可以保證所有數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)鐘都以主控節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘為基準(zhǔn)，向主控節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘對齊。由于是基于無線通訊網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步，實(shí)際方案設(shè)計(jì)中還需要綜合考慮時(shí)鐘定時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量對無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載流量的影響及無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)間的抖動(dòng)效應(yīng)。2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂蒲芯亢Ｑ笃脚_結(jié)構(gòu)檢測監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器是感知網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，構(gòu)建一個(gè)合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠提高路由協(xié)議和MAC協(xié)議的效率，為數(shù)據(jù)融合、時(shí)間同步和目標(biāo)定位等很多方面提供基礎(chǔ)，有利于延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，對數(shù)據(jù)高速、可靠傳輸具有重要作用。拓?fù)淇刂剖窃诒ＷC網(wǎng)絡(luò)連通性和覆蓋度的前提下，通過一定的功率控制或骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的選擇算法，剔除節(jié)點(diǎn)間不必要的無線通信鏈路，

10、生成一個(gè)能量高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3。源于：論文網(wǎng)址大全     由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)是連續(xù)、快速、隨時(shí)間變化的，而且很多是相似的數(shù)據(jù)，因此需要建立一種新型的數(shù)據(jù)模型來描述，并提供相應(yīng)的操作，從而方便上層應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)的調(diào)用訪問。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，有很多是相似的，可對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，但現(xiàn)有的數(shù)據(jù)壓縮方法的壓縮率不是很高。針對這個(gè)問題提出了一種新的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，將曲線分段擬合與數(shù)據(jù)流傳輸相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮傳輸。在數(shù)據(jù)流壓縮傳輸中，很多情況下某一時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)的變化符合某種模式，如果對每個(gè)時(shí)間段進(jìn)行擬合處理，不但增加

11、了擬合的負(fù)擔(dān)，而且往往顯得多余。因此，可以采用對數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證的辦法。比如，可以設(shè)定一個(gè)門限值，如果新的數(shù)據(jù)仍然采用上一個(gè)擬合函數(shù)，并且誤差小于門限值，則可以不進(jìn)行曲線擬合，而采用上一個(gè)擬合函數(shù)。這樣不但大大提高了效率，而且節(jié)省了能源8。基于本文理論研究，以項(xiàng)目為依托，研制了一套便攜式海洋平臺結(jié)構(gòu)振動(dòng)檢測儀系統(tǒng)，經(jīng)過現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用并調(diào)試，推薦使用ZigBee通信標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee與其他的無線通信標(biāo)準(zhǔn)相比，更適合海洋石油平臺的作業(yè)環(huán)境。其吞吐量較小，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資小，網(wǎng)絡(luò)安全性高，適用于不便于頻繁更換電源的場合，可以使數(shù)據(jù)采集和分析變得方便容易。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可用于海洋平臺結(jié)構(gòu)。 

12、60;  測量的傳感網(wǎng)絡(luò)組建很重要的一點(diǎn)在于它的低功耗、可擴(kuò)展能力強(qiáng)，其發(fā)射功率僅為010 dBm；工作在2.4 GHz的ISM頻段，工作頻段無需申請?jiān)S可且與海洋平臺其他通訊設(shè)備頻段無沖突；它的通信距離可達(dá)30300 m，具有能量檢測和鏈路質(zhì)量指示能力，可以自動(dòng)地對自身的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整，可以在保證通信鏈路質(zhì)量的前提下最小地消耗能量。網(wǎng)絡(luò)功能是ZigBee最重要的特點(diǎn)，也是與其他無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不同的地方，ZigBee的主要工作在于負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的建立與管理，并具有自我組態(tài)和自我修復(fù)功能9。2012年1月末，項(xiàng)目組組織相關(guān)研究人員對海洋平臺錦州20-2MUQ在冰激勵(lì)荷載下的結(jié)構(gòu)

13、情況進(jìn)行了現(xiàn)場測量，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步分析。從分析結(jié)果來看，至少可以識別出一、二階結(jié)構(gòu)頻率，從而驗(yàn)證本研究的實(shí)用性以及儀器的可靠性，為今后的結(jié)構(gòu)損傷識別奠定了良好的基礎(chǔ)。圖3給出了典型數(shù)據(jù)段的時(shí)域波形和頻譜圖。5 結(jié) 語無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新型網(wǎng)絡(luò)，從誕生至今，研究者們在諸多方面進(jìn)行了深入的研究，取得了較大的進(jìn)展，為實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，而關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步必將對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展起到?jīng)Q定性的促進(jìn)作用。本文給出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)發(fā)展方向：（1） 能效問題研究是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的熱點(diǎn)。針對不同應(yīng)用的能效節(jié)點(diǎn)自定位算法、優(yōu)化覆蓋算法、時(shí)間同步算法都是值得進(jìn)一步深入研究的問題，

14、進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的性能，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。（2） 在高密度網(wǎng)絡(luò)中，需要大范圍時(shí)間同步。時(shí)間同步可以減少事件碰撞、能量浪費(fèi)和統(tǒng)一更新。現(xiàn)有的時(shí)間同步方案致力于同步網(wǎng)絡(luò)中的局部節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘以及較少的能量負(fù)擔(dān)。接下來的研究可以更多地關(guān)注最小化長時(shí)間的不確定性誤差，提高精度。（3） 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中布置了大量的節(jié)點(diǎn)，隨著時(shí)間發(fā)展會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)壓縮、融合和聚合技術(shù)能有效地減少數(shù)據(jù)傳送量。基于事件的壓縮、融合、聚合方案和連續(xù)時(shí)間采集網(wǎng)絡(luò)也是具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。（4） 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全檢測問題。安全協(xié)議需要能監(jiān)視、檢測，同時(shí)應(yīng)對入侵者的攻擊，現(xiàn)有的許多安全協(xié)議多數(shù)是針對網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層的，然而惡

15、意攻擊可能出現(xiàn)在任何層中，不同層的安全檢測是一個(gè)值得研究的問題。跨層的安全檢測是網(wǎng)絡(luò)安全研摘自：畢業(yè)論文小結(jié)究中的又一具有挑戰(zhàn)性的課題10。（5） 可擴(kuò)展。    12345性。保證網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的另一項(xiàng)關(guān)鍵需求。由于能量消耗盡、節(jié)點(diǎn)故障、通信故障等原因，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常常會(huì)發(fā)生變化，如果沒有網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性保證，網(wǎng)絡(luò)的性能會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模增加或是隨著時(shí)間的推移而顯著降低。（6） 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著分層的體系結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致各層的優(yōu)化設(shè)計(jì)不能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)最優(yōu)。將MAC與路由相結(jié)合進(jìn)行跨層設(shè)計(jì)可以有效節(jié)省能量，延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量

16、管理、低功耗設(shè)計(jì)、時(shí)間同步和節(jié)點(diǎn)定位方面也可以結(jié)合海洋石油平臺實(shí)際情況，跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)。（7） 基于我國國情，針對海洋平臺結(jié)構(gòu)安全檢測監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集、信號分析、損傷識別、模型修正、安全評定等環(huán)節(jié)，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、下一代無線通信技術(shù)、智能控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)盡快提出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，以及我國海洋平臺結(jié)構(gòu)安全評估方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。參 考 文 獻(xiàn) 于海濱，曹鵬.分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究J.通信學(xué)報(bào)，2004，25（10）：102-110. 任豐原，黃海寧，林闖.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)J.軟件學(xué)報(bào)，2003，14（7）：1282-1291.3 王驥，沈玉利，林菁.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生理參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2009，23（2）：94-99.4 田一鳴，陸陽，魏臻，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)虛擬力覆蓋控制及節(jié)能優(yōu)化研究J.電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2009，23（11）：65-71.5 王希忠，王智，黃俊強(qiáng).網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研究J.通信技術(shù)，2010（1）：125-126.6 孫佩剛，趙海.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路通信質(zhì)量測量研究J.通信學(xué)報(bào)，2007，28（10