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无线传感器网络的自动采集数据、实时处理以及无线通信等功能与特点非常适用于航天器上的多种数据的采集工作。目前世界上无线传感器网络系统在航天器上已经有较为广泛应用,以美国为代表,在具体的应用研究中已经取得了巨大的成果。现阶段,我国的航天事业发展非常迅速,但我国在航天器上的无线传感器网络技术应用研究与美俄等航天强国还有很大差距,因此航天器上的无线传感器网络技术也是我国现阶段航天技术的研究热点之一。
本文针对航天器上常见的数据及其传感器分布等特点,设计了一个具有自动适应星型、树型和链型三种网络拓扑结构能力的、主要应用于数据采集型WSN的网络协议,并通过传感器节点与汇聚节点的软件编程完成了网络协议的实现。
网络协议中,汇聚节点通过全部传感器节点的跳数信息以及自身的单跳子节点个数信息进行拓扑判断,并适当选取与拓扑判断结果相应的具体网络协议完成组网。本文同时还对网络协议进行了多项测试,包括网络协议正确检测拓扑与组网的功能、组网的时延、组网成功到簇头第一次完整接收数据的时延、多跳传输丢包率以及新节点加入的功能与加入后拓扑变化网络重新建立的时延。通过对测试结果的分析与研究,证明了本文设计的网络协议能够准确地判断出拓扑结构,并且在多跳传输中5跳的丢包率仍然在6%左右,同时能很好地接收新节点加入,能够基本适应于航天器上常见的缓变数据采集型WSN性能要求。
该网络协议由于具有自动适应拓扑的功能,只需要在航天器组装时将传感器节点布设在监测区域,待航天器升空时或进入轨道后需要进行数据采集时,由统一开关将传感器节点和簇头节点上电,即可自动检测拓扑并组网开始数据的采集工作。由于网络协议固定,针对不同的数据,只需要设定采集频率和选取相应传感器即可满足需求,在应用时具有高度的模块化功能。