河南省教育廳自然科學研究計劃項目

物流管理的實時跟蹤監控系統

項目完成單位：鄭州輕工業學院計算機與通信工程學院項目起始時間：2008年2月至2011年3月項目負責人：李娜娜河南省教育廳自然科學研究計劃項目

目錄項目簡介

系統方案 項目研制關鍵技術項目成果目錄項目簡介1、項目簡介課題來源選題意義

1、項目簡介課題來源1、項目簡介課題來源選題意義

1、項目簡介課題來源

1.1課題來源

河南省教育廳自然科學研究計劃項目

項目編號2008A510018

1.1課題來源河南省教育廳自然科學研究計劃項目1、項目簡介課題來源選題意義

1、項目簡介課題來源

1.2選題意義

物流技術信息化的落后對物流系統產生了以下不利影響：

結果歸因一中國物流企業缺少對貨品全過程的溫度的實時監測

導致冷鏈物流損耗嚴重對環境溫度要求較高的貨品包括藥品、快餐原料、速凍食品、冰淇淋、奶制品、包裝熟食、蔬菜、水果、肉、禽、蛋、水產品、花卉等根據中國食品工業協會資料顯示，中國由于冷鏈的問題造成每年約有l200萬噸水果和1.3億噸蔬菜的浪費，總值在100億美元1.2選題意義物流技術信息化的落后對物流系統產

1.2選題意義

物流技術信息化的落后對物流系統產生了以下不利影響：導致高價值和交貨期緊迫貨品價值降低貨品包括珠寶、電腦芯片、文物等，產品價值同時間密不可分，過了特定時間便一文不值，甚至還需要倒貼處理費用物流時間的減少增加了貨品的安全性，物流時間控制不準確會影響到供貨方的商業信譽價格敏感品投入市場時間的快慢就決定了收貨方盈利的多少，甚至決定了能否盈利導致物流各個環節協調不利客戶若是個批發商，則其需要詢問訂單的情況以及時安排貨品給下線或者零售商客戶若是零售商，則其需要根據到貨時間來指示生產商將不同貨號的產品送到不同的分店或者配送倉庫1.2選題意義物流技術信息化的落后對物流系統

1.2選題意義

結果歸因二中國物流企業缺少對貨品的實時跟蹤

1.2選題意義結果歸因二

1.2選題意義

物流技術信息化的落后對物流系統產生了以下不利影響：

結果歸因三中國物流企業缺少對車輛的定位跟蹤，不能為其組織貨源和靈活配貨

導致物流運輸車輛空載率較高跟據中國倉儲協會的調查報告顯示，我國車輛運營的空載率為45%左右，

而美國的貨車空載率約為10%，僅此一項，全國每年要損失數千億元1.2選題意義物流技術信息化的落后對物流系統產

1.2選題意義

國內外研究現狀

目前，我省已有一批有一定實力的物流企業，然而僅有幾家物流企業擁有具有一定功能的物流信息系統和配送網絡，如河南豫鑫物流可以運用GPS衛星定位系統實現車輛的高效控制和調配。但鄭州市有物流企業近6000家，物流信息化研究近乎為零，它已成為鄭州市物流企業發展的“瓶頸”。國際上已經有很多企業、研究機構正在研究開發與該領域有關的芯片、軟件中間件、數據庫、供應鏈管理、整體解決方案等。

中國加入WTO之后，隨著市場競爭的加劇，國內企業界已廣泛認識到提高物流管理的信息化水平對企業提高效益、降低成本、增強競爭能力具有的至關重要的作用。國內以海爾、匯杰物流等為代表的制造企業、商貿流通企業已紛紛啟動物流信息化戰略。1.2選題意義國內外研究現狀目前，我省已2、系統方案

系統結構系統工作流程系統解決的物流問題2、系統方案2、系統方案

系統結構系統工作流程系統解決的物流問題2、系統方案2.1、系統結構物流管理的實時跟蹤監控系統結構框圖2.1、系統結構物流管理的實時跟蹤監控系統結構框圖2、系統方案

系統結構系統工作流程系統解決的物流問題2、系統方案

2.2、系統工作流程一個倉庫或者車廂由很多傳感器節點相互組成WSN，采集到的溫度、濕度、CO2濃度、O2濃度等信息發送給（倉儲/車載）無線網關節點，其對數據處理后，附加GPS定位信息采用廣域網技術GPRS等與跟蹤監控中心通信，監控中心將數據存儲在實時數據庫中，同時將位置信息在電子地圖上顯示。

2.2、系統工作流程一個倉庫或者車廂由很多傳感器2、系統方案

系統結構系統工作流程系統解決的物流問題2、系統方案

2.3、系統解決的物流問題

實現了物流全過程的溫度實時監測：

網絡靈活性強，節點不需要任何配置就可以自組織地開始工作，系統可以自動與網絡運行過程中加入進來的新節點設備進行通信，并且當網絡中節點因失去電力等原因而失效、死亡時，網絡結構將會自動重新組合，不會影響網絡的正常運行。物流全過程的溫度實時監測，使得物流企業能夠根據溫度預警提示及時采取相應措施，減少貨物損耗。

本系統采用傳感器網絡技術，在倉庫和車輛上部署具有溫度感知能力的傳感器節點設備，通過自組織的無線通信方式相互傳遞信息，協同地完成溫度實時感知、監測的智能專用網絡，并對收集到的信息進行處理后傳送給終端用戶。

2.3、系統解決的物流問題實現了物流全過程的溫度實

2.3、系統解決的物流問題

實現了對貨品轉運過程中的無縫跟蹤：本方案在倉庫和車輛上分別安裝了無線網關和車載無線網關設備，該設備具有接收GPS信號的功能。當貨品被裝載到貨車上，系統可以通過安裝在貨車上的網關設備對貨品進行監測，而當貨品被轉載至倉庫中時，系統還可以通過安裝在倉庫中的網關設備對貨品進行定位。這樣便實現了對物流全過程中貨品的實時跟蹤功能，實現貨品在倉庫存儲和貨車轉運當中進行無縫跟蹤。2.3、系統解決的物流問題實現了對貨品轉運過程中的

2.3、系統解決的物流問題

實現了對車輛的定位跟蹤：車載無線網關設備利用GPS接收機實現自身定位，通過GPRS短消息業務把自身的位置和狀態（如空/滿載、方向、報警等）信息發送到監控中心。監控中心既可以通過GPRS網絡的話音業務與車載電話建立話音通信，也可以通過短消息業務與車載無線網關進行狀態信息的傳遞及指令信息的反饋。2.3、系統解決的物流問題實現了對車輛的定位跟蹤：3、項目研制

研究所面對的問題研究方法及步驟項目研究過程3、項目研制3、項目研制

研究所面對的問題研究方法及步驟項目研究過程3、項目研制

3.1、研究所面對的問題

無線傳感器網絡軟硬件平臺的設計與搭建開發人員必須權衡的問題非常多。無線傳感器網絡具有很強的應用相關性，在不同的應用環境及需求下所采用的硬件平臺、操作系統、通信協議等均有差別。

3.1、研究所面對的問題無線傳感器網絡軟硬件平臺的

3.1、研究所面對的問題

功率控制策略的改進與設計基于點對點通信系統而建立的經典信息理論無法應用到無線AdHoc網絡中。人們很想知道這種無線AdHoc網絡的網絡容量到底有多大，但是現實是悲觀的。在進行無線傳感器網絡搭建時，節點應該采用何種功率控制策略來進行通信以建立高性能的網絡是網絡設計者需要考慮的問題。3.1、研究所面對的問題功率控制策略的改進與設計

3.1、研究所面對的問題

功率控制策略的改進與設計基于點對點通信系統而建立的經典信息理論無法應用到無線AdHoc網絡中。人們很想知道這種無線AdHoc網絡的網絡容量到底有多大，但是現實是悲觀的。在進行無線傳感器網絡搭建時，節點應該采用何種功率控制策略來進行通信以建立高性能的網絡是網絡設計者需要考慮的問題。3.1、研究所面對的問題功率控制策略的改進與設計3、項目研制

研究所面對的問題研究方法及步驟項目研究過程3、項目研制

3.2、研究方法及步驟深入研究國內外研究中已經取得的成果，充分調研平臺供應商所提供的芯片和開發平臺，深入分析系統需求并選擇合適的軟硬件組件，研制監測溫度、濕度、氣體濃度等的無線感知節點設備。針對不同的信息傳輸網絡（包括GPRS、Internet），開發提供網絡間通信接口的無線網關設備，并使其具有接收GPS信號的功能。采用VB作為主控軟件開發工具、MapInfo和MapX作為地圖開發工具，實現圖形用戶界面、管理、查詢等操作。采用網絡仿真工具構建仿真場景，對不同的功率控制策略進行分析和性能仿真，研究適合無線傳感器網絡的功控算法，并對協議棧進行分析與性能仿真。3.2、研究方法及步驟深入研究國內外研究中已經取3、項目研制

研究所面對的問題研究方法及步驟項目研究過程3、項目研制

3.3、項目研究過程第一階段從2008年2月至2009年3月，研究國內外研究現狀，分析并調研物流管理實時監測與跟蹤的需求。調研各種平臺，選擇合適的組件設計開發無線傳感器網絡節點設備。第二階段從2009年4月至2010年11月，設計開發信息網關、無線網關，開發后臺管理軟件，實現與GPRS、Internet網絡的互聯互通以及電子地圖的實時顯示和綜合操作，完成功控算和和協議棧的性能仿真分析，提出適合傳感器網絡的功控策略；

第三階段從2010年12月至2011年3月，設計并實現“物流管理的實時跟蹤監控系統”，并進行測試和應用。編寫研究報告、準備項目結項驗收。3.3、項目研究過程第一階段從2008年2月至24、關鍵技術

采用嵌入式的網絡傳感技術進行數據采集、傳輸基于信干比的功率控制策略SBPC(SIRbasedpowercontrol)4、關鍵技術

4.1、采用嵌入式的網絡傳感技術進行數據采集、傳輸

數據采集子系統中，采用了近距離傳輸網絡技術WSN，使得系統具有能耗小、組網靈活、自組織、自配置、成本低等特點

。而在將采集數據傳統給信息網關時，采用了廣域網（如GPRS）技術，因其具有實時在線、高速傳輸、自如切換、流量計費等特點，使得系統能支持短消息和語音兩種方式的靈活切換或者同時使用達到實時掌握監測信息的目的，使得系統實時性好、成本低、方式靈活。

WSN與GPRS技術有機結合，利用了兩種網絡技術的長處，使得系統不僅具有更深入的環境感知能力，而且具備了更加豐富的、更廣泛的覆蓋范圍，實現了監測數據的采集和傳輸。

4.1、采用嵌入式的網絡傳感技術進行數據采集、傳輸

4.2、基于信干比的功率控制策略SBPC

在研究現有功率控制策略的基礎上，提出了在網絡的物理層采用基于信干比的功率控制策略SBPC以提高數據包傳輸成功的概率。

在SBPC中，不僅考慮了信號本身的功率，而且考慮進了網絡中干擾的影響，動態地選擇能實現成功傳輸的最小發送功率，能在最大程度上降低網絡中的干擾信號強度，極大降低傳輸中斷概率，并最終使網絡的傳輸容量得到極大提高。

通過研究其容量，可以幫助我們更好地認識該網絡，其研究成果能夠為建立高性能的無線傳感器網絡提供理論依據，并能指導網絡的進一步研究和應用。

4.2、基于信干比的功率控制策略SBPC在研究

數據在無線信道的傳輸

網絡的數據包傳輸成功率與兩部分有關：接收機處的接收成功概率和檢測器的成功檢測概率。檢測器的成功檢測概率早已經有了成熟的研究成果，我們關注的是接收機處的接收成功概率。

數據包的SNR值是用來判斷接收端能否正確接收到包的內容的一個重要的性能指標

接收功率是數據包到達接收端得有效功率，信號從發送端到接收端的全過程要經歷大尺度衰落和小尺度衰落大尺度衰落：信號場強隨著傳輸距離的增加而不斷減小小尺度衰落：在電磁波的傳播過程中，由于多徑、反射、和折射等多種原因，導致信號場強在短距離（幾個信號波長）或短時間（秒級）上呈現快速波動的狀態

接收功率---SNR---誤比特率----錯誤分布----錯誤糾正數據在無線信道的傳輸網絡的數據包傳輸成功率

數據在無線信道的傳輸大尺度衰落：定義路徑衰減系數為，單位能量的傳輸信號在經過了路程為d的傳播路程后，其信號能量變為。

小尺度衰落：定義小尺度功率衰落因子為，則信道衰落模型可以表示為

數據在無線信道的傳輸大尺度衰落：定義路徑衰減

忽略噪聲的影響無線AdHoc系統是干擾受限系統，一般情況下，影響網絡容量的最重要因素就是網絡中的干擾信號強度。將假設系統中的噪聲相對于干擾信號強度來說小到可以忽略。

SNR----SIR

忽略噪聲的影響無線AdHoc系統是干擾受限

網絡傳輸容量與發送端密度關系：任意節點可以在任意時隙內以一定概率發起通信請求，并在同一個通信頻段上進行通信，因此通信節點之間會相互干擾。

假設任意節點在一個時隙內會以概率p隨機發起通信請求，則TX的密度為因為同一時隙內的TX之間會彼此互相干擾，隨著TX數量的增加，這種干擾會越來越劇烈，嚴重的時候會導致整個網絡的癱瘓。

傳輸容量：中斷概率受限時網絡單位面積上能夠實現的成功通信數量，由于數據速率被假設為1比特/秒,傳輸容量在數值上也可以看作是單位面積上的吞吐量。

網絡傳輸容量與發送端密度關系：任意節點可以在

現有功控策略

關于各TX應該以多大的功率發送信號，往往采用兩種策略：一種功率控制策略是NPC，此時所有的TX使用相同的發送功率，且不根據任何情況而變化；另一種功率控制策略是CI，此時，所有的TX將根據信道衰落情況動態的選擇發送功率，以保證在其目標RX處接收到的信號功率為同一個固定值。

NPC被稱作無功率控制，其實質是預置了所有TX的發送功率為一個恒定值，事實上也可以看作為一種固定發送功率的功率控制策略。而對于CI而言，其實質是設定了一個恒定的接收功率為目標值，需要各TX在每次通信前通過調整發送功率而獲得，事實上是一種固定接收功率的功率控制策略。

現有功控策略關于各TX應該以多大的功率發送信號

基于SIR的功控策略SBPC

使用SBPC時，首先預設一個目標RX處的SIR值（所有RX處的SIR值都是一樣的），TX將根據信道衰落情況和其目標RX處的干擾信號強度來動態的調整發送功率，最終保證其目標RX處的SIR為

。

基于SIR的功控策略SBPC使用SBPC時，首先

TX的分布

發起通信的TX服從密度為的PPP的隨機分布

網絡中每一個TX都有唯一一個目標RX與之相對應，編號i用來表示由TXi和RXi組成的通信對。在二維坐標的原點處放置一個參考RX，這個位于原點的參考RX和其對應的TX的編號記為0。因為PPP具有平穩性，所以對于RX0處中斷概率研究結果與網絡中任意RX處都是一樣的。

定義TXi和RXi之間的傳輸距離為定義TXi和RX0之間的距離為

定義TXi和RXj之間的功率衰落因子為TX的分布

RX0處干信比（ISR，Interference-to-signalratio）RXi處的目標接收功率為，此時TX的發射功率為，則對應的RX0處的干信比可以表示為

CI功控策略：

NPC功控策略：任意TX的發送功率相同，則對應的RX0處的干信比可以表示為

RX0處干信比（ISR，Interference-t

網絡中斷概率當RX0處SIR低于門限值時，通信將會中斷，則網絡的中斷概率可以被定義為

CI功控策略：

NPC功控策略：網絡中斷概率當RX0處SIR低于門限值時

網絡中斷概率任意TX動態的選擇發送功率以確保在目標RX處的SIR為一個恒定值，這個恒定值是能保證RX正確接收信號的最小SIR，則TX的需要發送功率可以表示為,其中只有當時，才有；

當時，TX將停止發送信號，產生中斷。

SBPC功控策略：需要發送功率、實際發送功率、實際最大發送功率記為

網絡中斷概率任意TX動態的選擇發送功率以確保

網絡中斷概率當需要發送功率大于最大發送功率時將會引通信的中斷，所以SBPC策略時的通信中斷概率可以表示為

SBPC功控策略：網絡中斷概率當需要發送功率大于最大發送功率時

中斷概率仿真結果如圖2所示，隨著TX密度的增大，網絡的中斷概率開始增大；相同的TX密度情況下，SBPC策略下的中斷概率遠比NPC策略下的小；圖2中斷概率相對TX密度的曲線圖

相同的中斷概率情況下，使用SBPC的網絡中的TX密度比NPC策略下的大很多，這也意味著SBPC策略下的網絡可以支持更多的用戶同時通信。中斷概率仿真結果如圖2所示，隨著TX密度的增大，網絡的中斷

傳輸容量仿真結果如圖3所示，網絡的傳輸容量先隨著中斷概率的增大而增大，然后隨著增大而減小，這是因為當比較小時，網絡中的同頻干擾相對較小，中斷概率的增大意味著可以同時接入更多的用戶進行通信，而相對與通信數量的增加而言，此時的傳輸成功概率的減小相對較小，當比較大時，而相對與通信數量的增加而言，傳輸成功概率減小的更多；

圖3傳輸容量相對于中斷概率的關系曲線圖

中斷概率相同的情況下，SBPC策略下的傳輸容量比NPC策略下的要大很多，這是因為SBPC策略有效的控制了每個TX的發送功率，使其始終以所需要的最小功率發送信號，在保證正常通信的同時降低了對其它用戶的干擾，使得網絡可以同時支持的通信數量顯著提升。傳輸容量仿真結果如圖3所示，網絡的傳輸容量先隨著中斷概率的

傳輸容量仿真結果從圖中可以看到，當中斷概率很小時，傳輸容量隨著中斷概率的增大而增加；當中斷概率大于某一值后，傳輸容量隨著中斷概率的增加而減小；當中斷概率相同時，SBPC策略下的傳輸容量比CI策略下的大很多。圖4傳輸容量相對于中斷概率的關系曲線圖

傳輸容量仿真結果從圖中可以看到，當中斷概率很小時，傳輸容量傳輸容量仿真結論使用SBPC時的網絡的傳輸容量要遠比使用NPC或CI時的網絡容量大！傳輸容量仿真結論使用SBPC時的網絡的傳輸容量要遠比使用NP

5、項目成果設計開發了物流管理實時跟蹤監控系統軟硬件平臺，包括無線傳感器網絡節點設備、信息網關、無線網關以及后臺管理軟件，能提供環境溫度監測、車輛實時監控、貨物跟蹤、電子地圖查詢、庫存查詢等物流信息服務功能，滿足系統能耗小、性價比高的需求。該系統已經在巨合公司和新力源公司使用，可進一步推廣應用于中小型物流配送企業。

完成了功控算法和和協議棧的性能仿真分析，提出適合傳感器網絡的功控策略；

發表相關論文5篇，其中EI檢索一篇，核心期刊一篇，如下：5、項目成果設計開發了物流管理實時跟蹤監控系統軟

論文1、LiNana,GanYong,ChenChanghai,FengYuan,ChenYan.PROBABILITYOFPACKETSUCCESSOFADHOCNETWORKSWITHSIRBASEDPOWERCONTROL[C].Proceedingsos20092ndIEEEInternationalConferenceonBroadbandNetwork&MultimediaTechnology(IEEEIC-BNMT2009),October18-20,2009Beijing,China.EI檢索2、LiTing,LiNana,JiHong.DistributedArchitecturewithControlSchemeandStatus-awareRoutingProtocolforQoSSupportinMANETs[C].2008IEEE67thVehicularTechnologyConference（VTC2008-Spring），11–14May2008,MarinaBay,Singapore.EI檢索3、陳昌海，尹長川，李娜娜等.SBPC策略下的AdHoc網絡傳輸容量分析[J].北京郵電大學學報，2010,33(3):117-120.EI檢索4、崔偉，馮媛，甘勇，蔡增玉，李娜娜．基于WSN的農產品物流跟蹤監控系統[J]．通信技術，2008，41(9):140-142．5、李娜娜、甘勇、賀蕾、馮媛.無線網絡MAC協議中RTS/CTS機制的研究[J].鄭州輕工業學院學報（自然科學版）,2008,23(3):0052.論文1、LiNana,GanYong,CThankyou!TheEnd

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河南省教育廳自然科學研究計劃項目

物流管理的實時跟蹤監控系統

項目完成單位：鄭州輕工業學院計算機與通信工程學院項目起始時間：2008年2月至2011年3月項目負責人：李娜娜河南省教育廳自然科學研究計劃項目

目錄項目簡介

系統方案 項目研制關鍵技術項目成果目錄項目簡介1、項目簡介課題來源選題意義

1、項目簡介課題來源1、項目簡介課題來源選題意義

1、項目簡介課題來源

1.1課題來源

河南省教育廳自然科學研究計劃項目

項目編號2008A510018

1.1課題來源河南省教育廳自然科學研究計劃項目1、項目簡介課題來源選題意義

1、項目簡介課題來源

1.2選題意義

物流技術信息化的落后對物流系統產生了以下不利影響：

結果歸因一中國物流企業缺少對貨品全過程的溫度的實時監測

導致冷鏈物流損耗嚴重對環境溫度要求較高的貨品包括藥品、快餐原料、速凍食品、冰淇淋、奶制品、包裝熟食、蔬菜、水果、肉、禽、蛋、水產品、花卉等根據中國食品工業協會資料顯示，中國由于冷鏈的問題造成每年約有l200萬噸水果和1.3億噸蔬菜的浪費，總值在100億美元1.2選題意義物流技術信息化的落后對物流系統產

1.2選題意義

物流技術信息化的落后對物流系統產生了以下不利影響：導致高價值和交貨期緊迫貨品價值降低貨品包括珠寶、電腦芯片、文物等，產品價值同時間密不可分，過了特定時間便一文不值，甚至還需要倒貼處理費用物流時間的減少增加了貨品的安全性，物流時間控制不準確會影響到供貨方的商業信譽價格敏感品投入市場時間的快慢就決定了收貨方盈利的多少，甚至決定了能否盈利導致物流各個環節協調不利客戶若是個批發商，則其需要詢問訂單的情況以及時安排貨品給下線或者零售商客戶若是零售商，則其需要根據到貨時間來指示生產商將不同貨號的產品送到不同的分店或者配送倉庫1.2選題意義物流技術信息化的落后對物流系統

1.2選題意義

結果歸因二中國物流企業缺少對貨品的實時跟蹤

1.2選題意義結果歸因二

1.2選題意義

物流技術信息化的落后對物流系統產生了以下不利影響：

結果歸因三中國物流企業缺少對車輛的定位跟蹤，不能為其組織貨源和靈活配貨

導致物流運輸車輛空載率較高跟據中國倉儲協會的調查報告顯示，我國車輛運營的空載率為45%左右，

而美國的貨車空載率約為10%，僅此一項，全國每年要損失數千億元1.2選題意義物流技術信息化的落后對物流系統產

1.2選題意義

國內外研究現狀

目前，我省已有一批有一定實力的物流企業，然而僅有幾家物流企業擁有具有一定功能的物流信息系統和配送網絡，如河南豫鑫物流可以運用GPS衛星定位系統實現車輛的高效控制和調配。但鄭州市有物流企業近6000家，物流信息化研究近乎為零，它已成為鄭州市物流企業發展的“瓶頸”。國際上已經有很多企業、研究機構正在研究開發與該領域有關的芯片、軟件中間件、數據庫、供應鏈管理、整體解決方案等。

中國加入WTO之后，隨著市場競爭的加劇，國內企業界已廣泛認識到提高物流管理的信息化水平對企業提高效益、降低成本、增強競爭能力具有的至關重要的作用。國內以海爾、匯杰物流等為代表的制造企業、商貿流通企業已紛紛啟動物流信息化戰略。1.2選題意義國內外研究現狀目前，我省已2、系統方案

系統結構系統工作流程系統解決的物流問題2、系統方案2、系統方案

系統結構系統工作流程系統解決的物流問題2、系統方案2.1、系統結構物流管理的實時跟蹤監控系統結構框圖2.1、系統結構物流管理的實時跟蹤監控系統結構框圖2、系統方案

系統結構系統工作流程系統解決的物流問題2、系統方案

2.2、系統工作流程一個倉庫或者車廂由很多傳感器節點相互組成WSN，采集到的溫度、濕度、CO2濃度、O2濃度等信息發送給（倉儲/車載）無線網關節點，其對數據處理后，附加GPS定位信息采用廣域網技術GPRS等與跟蹤監控中心通信，監控中心將數據存儲在實時數據庫中，同時將位置信息在電子地圖上顯示。

2.2、系統工作流程一個倉庫或者車廂由很多傳感器2、系統方案

系統結構系統工作流程系統解決的物流問題2、系統方案

2.3、系統解決的物流問題

實現了物流全過程的溫度實時監測：

網絡靈活性強，節點不需要任何配置就可以自組織地開始工作，系統可以自動與網絡運行過程中加入進來的新節點設備進行通信，并且當網絡中節點因失去電力等原因而失效、死亡時，網絡結構將會自動重新組合，不會影響網絡的正常運行。物流全過程的溫度實時監測，使得物流企業能夠根據溫度預警提示及時采取相應措施，減少貨物損耗。

本系統采用傳感器網絡技術，在倉庫和車輛上部署具有溫度感知能力的傳感器節點設備，通過自組織的無線通信方式相互傳遞信息，協同地完成溫度實時感知、監測的智能專用網絡，并對收集到的信息進行處理后傳送給終端用戶。

2.3、系統解決的物流問題實現了物流全過程的溫度實

2.3、系統解決的物流問題

實現了對貨品轉運過程中的無縫跟蹤：本方案在倉庫和車輛上分別安裝了無線網關和車載無線網關設備，該設備具有接收GPS信號的功能。當貨品被裝載到貨車上，系統可以通過安裝在貨車上的網關設備對貨品進行監測，而當貨品被轉載至倉庫中時，系統還可以通過安裝在倉庫中的網關設備對貨品進行定位。這樣便實現了對物流全過程中貨品的實時跟蹤功能，實現貨品在倉庫存儲和貨車轉運當中進行無縫跟蹤。2.3、系統解決的物流問題實現了對貨品轉運過程中的

2.3、系統解決的物流問題

實現了對車輛的定位跟蹤：車載無線網關設備利用GPS接收機實現自身定位，通過GPRS短消息業務把自身的位置和狀態（如空/滿載、方向、報警等）信息發送到監控中心。監控中心既可以通過GPRS網絡的話音業務與車載電話建立話音通信，也可以通過短消息業務與車載無線網關進行狀態信息的傳遞及指令信息的反饋。2.3、系統解決的物流問題實現了對車輛的定位跟蹤：3、項目研制

研究所面對的問題研究方法及步驟項目研究過程3、項目研制3、項目研制

研究所面對的問題研究方法及步驟項目研究過程3、項目研制

3.1、研究所面對的問題

無線傳感器網絡軟硬件平臺的設計與搭建開發人員必須權衡的問題非常多。無線傳感器網絡具有很強的應用相關性，在不同的應用環境及需求下所采用的硬件平臺、操作系統、通信協議等均有差別。

3.1、研究所面對的問題無線傳感器網絡軟硬件平臺的

3.1、研究所面對的問題

功率控制策略的改進與設計基于點對點通信系統而建立的經典信息理論無法應用到無線AdHoc網絡中。人們很想知道這種無線AdHoc網絡的網絡容量到底有多大，但是現實是悲觀的。在進行無線傳感器網絡搭建時，節點應該采用何種功率控制策略來進行通信以建立高性能的網絡是網絡設計者需要考慮的問題。3.1、研究所面對的問題功率控制策略的改進與設計

3.1、研究所面對的問題

功率控制策略的改進與設計基于點對點通信系統而建立的經典信息理論無法應用到無線AdHoc網絡中。人們很想知道這種無線AdHoc網絡的網絡容量到底有多大，但是現實是悲觀的。在進行無線傳感器網絡搭建時，節點應該采用何種功率控制策略來進行通信以建立高性能的網絡是網絡設計者需要考慮的問題。3.1、研究所面對的問題功率控制策略的改進與設計3、項目研制

研究所面對的問題研究方法及步驟項目研究過程3、項目研制

3.2、研究方法及步驟深入研究國內外研究中已經取得的成果，充分調研平臺供應商所提供的芯片和開發平臺，深入分析系統需求并選擇合適的軟硬件組件，研制監測溫度、濕度、氣體濃度等的無線感知節點設備。針對不同的信息傳輸網絡（包括GPRS、Internet），開發提供網絡間通信接口的無線網關設備，并使其具有接收GPS信號的功能。采用VB作為主控軟件開發工具、MapInfo和MapX作為地圖開發工具，實現圖形用戶界面、管理、查詢等操作。采用網絡仿真工具構建仿真場景，對不同的功率控制策略進行分析和性能仿真，研究適合無線傳感器網絡的功控算法，并對協議棧進行分析與性能仿真。3.2、研究方法及步驟深入研究國內外研究中已經取3、項目研制

研究所面對的問題研究方法及步驟項目研究過程3、項目研制

3.3、項目研究過程第一階段從2008年2月至2009年3月，研究國內外研究現狀，分析并調研物流管理實時監測與跟蹤的需求。調研各種平臺，選擇合適的組件設計開發無線傳感器網絡節點設備。第二階段從2009年4月至2010年11月，設計開發信息網關、無線網關，開發后臺管理軟件，實現與GPRS、Internet網絡的互聯互通以及電子地圖的實時顯示和綜合操作，完成功控算和和協議棧的性能仿真分析，提出適合傳感器網絡的功控策略；

第三階段從2010年12月至2011年3月，設計并實現“物流管理的實時跟蹤監控系統”，并進行測試和應用。編寫研究報告、準備項目結項驗收。3.3、項目研究過程第一階段從2008年2月至24、關鍵技術

采用嵌入式的網絡傳感技術進行數據采集、傳輸基于信干比的功率控制策略SBPC(SIRbasedpowercontrol)4、關鍵技術

4.1、采用嵌入式的網絡傳感技術進行數據采集、傳輸

數據采集子系統中，采用了近距離傳輸網絡技術WSN，使得系統具有能耗小、組網靈活、自組織、自配置、成本低等特點

。而在將采集數據傳統給信息網關時，采用了廣域網（如GPRS）技術，因其具有實時在線、高速傳輸、自如切換、流量計費等特點，使得系統能支持短消息和語音兩種方式的靈活切換或者同時使用達到實時掌握監測信息的目的，使得系統實時性好、成本低、方式靈活。

WSN與GPRS技術有機結合，利用了兩種網絡技術的長處，使得系統不僅具有更深入的環境感知能力，而且具備了更加豐富的、更廣泛的覆蓋范圍，實現了監測數據的采集和傳輸。

4.1、采用嵌入式的網絡傳感技術進行數據采集、傳輸

4.2、基于信干比的功率控制策略SBPC

在研究現有功率控制策略的基礎上，提出了在網絡的物理層采用基于信干比的功率控制策略SBPC以提高數據包傳輸成功的概率。

在SBPC中，不僅考慮了信號本身的功率，而且考慮進了網絡中干擾的影響，動態地選擇能實現成功傳輸的最小發送功率，能在最大程度上降低網絡中的干擾信號強度，極大降低傳輸中斷概率，并最終使網絡的傳輸容量得到極大提高。

通過研究其容量，可以幫助我們更好地認識該網絡，其研究成果能夠為建立高性能的無線傳感器網絡提供理論依據，并能指導網絡的進一步研究和應用。

4.2、基于信干比的功率控制策略SBPC在研究

數據在無線信道的傳輸

網絡的數據包傳輸成功率與兩部分有關：接收機處的接收成功概率和檢測器的成功檢測概率。檢測器的成功檢測概率早已經有了成熟的研究成果，我們關注的是接收機處的接收成功概率。

數據包的SNR值是用來判斷接收端能否正確接收到包的內容的一個重要的性能指標

接收功率是數據包到達接收端得有效功率，信號從發送端到接收端的全過程要經歷大尺度衰落和小尺度衰落大尺度衰落：信號場強隨著傳輸距離的增加而不斷減小小尺度衰落：在電磁波的傳播過程中，由于多徑、反射、和折射等多種原因，導致信號場強在短距離（幾個信號波長）或短時間（秒級）上呈現快速波動的狀態

接收功率---SNR---誤比特率----錯誤分布----錯誤糾正數據在無線信道的傳輸網絡的數據包傳輸成功率

數據在無線信道的傳輸大尺度衰落：定義路徑衰減系數為，單位能量的傳輸信號在經過了路程為d的傳播路程后，其信號能量變為。

小尺度衰落：定義小尺度功率衰落因子為，則信道衰落模型可以表示為

數據在無線信道的傳輸大尺度衰落：定義路徑衰減

忽略噪聲的影響無線AdHoc系統是干擾受限系統，一般情況下，影響網絡容量的最重要因素就是網絡中的干擾信號強度。將假設系統中的噪聲相對于干擾信號強度來說小到可以忽略。

SNR----SIR

忽略噪聲的影響無線AdHoc系統是干擾受限

網絡傳輸容量與發送端密度關系：任意節點可以在任意時隙內以一定概率發起通信請求，并在同一個通信頻段上進行通信，因此通信節點之間會相互干擾。

假設任意節點在一個時隙內會以概率p隨機發起通信請求，則TX的密度為因為同一時隙內的TX之間會彼此互相干擾，隨著TX數量的增加，這種干擾會越來越劇烈，嚴重的時候會導致整個網絡的癱瘓。

傳輸容量：中斷概率受限時網絡單位面積上能夠實現的成功通信數量，由于數據速率被假設為1比特/秒,傳輸容量在數值上也可以看作是單位面積上的吞吐量。

網絡傳輸容量與發送端密度關系：任意節點可以在

現有功控策略

關于各TX應該以多大的功率發送信號，往往采用兩種策略：一種功率控制策略是NPC，此時所有的TX使用相同的發送功率，且不根據任何情況而變化；另一種功率控制策略是CI，此時，所有的TX將根據信道衰落情況動態的選擇發送功率，以保證在其目標RX處接收到的信號功率為同一個固定值。

NPC被稱作無功率控制，其實質是預置了所有TX的發送功率為一個恒定值，事實上也可以看作為一種固定發送功率的功率控制策略。而對于CI而言，其實質是設定了一個恒定的接收功率為目標值，需要各TX在每次通信前通過調整發送功率而獲得，事實上是一種固定接收功率的功率控制策略。

現有功控策略關于各TX應該以多大的功率發送信號

基于SIR的功控策略SBPC

使用SBPC時，首先預設一個目標RX處的SIR值（所有RX處的SIR值都是一樣的），TX將根據信道衰落情況和其目標RX處的干擾信號強度來動態的調整發送功率，最終保證其目標RX處的SIR為

。

基于SIR的功控策略SBPC使用SBPC時，首先

TX的分布

發起通信的TX服從密度為的PPP的隨機分布

網絡中每一個TX都有唯一一個目標RX與之相對應，編號i用來表示由TXi和RXi組成的通信對。在二維坐標的原點處放置一個參考RX，這個位于原點的參考RX和其對應的TX的編號記為0。因為PPP具有平穩性，所以對于RX0處中斷概率研究結果與網絡中任意RX處都是一樣的。

定義TXi和RXi之間的傳輸距離為定義TXi和RX0之間的距離為

定義TXi和RXj之間的功率衰落因子為TX的分布

RX0處干信比（ISR，Interference-to-signalratio）RXi處的目標接收功率為，此時TX的發射功率為，則對應的RX0處的干信比可以表示為

CI功控策略：

NPC功控策略：任意TX的發送功率相同，則對應的RX0處的干信比可以表示為

RX0處干信比（ISR，Interference-t

網絡中斷概率當RX0處SIR低于門限值時，通信將會中斷，則網絡的中斷概率可以被定義為

CI功控策略：

NPC功控策略：網絡中斷概率當RX0處SIR低于門限值時

網絡中斷概率任意TX動態的選擇發送功率以確保在目標RX處的SIR為一個恒定值，這個恒定值是能保證RX正確接收信號的最小SIR，則TX的需要發送功率可以表示為,其中只有當時，才有；

當時，TX將停止發送信號，產生中斷。

SBPC功控策略：需要發送功率、實際發送功率、實際最大發送功率記為

網絡中斷概率任意TX動態的選擇發送功率以確保

網絡中斷概率當需要發送功率大于最大發送功率時將會引通信的中斷，所以SBPC策略時的通信中斷概率可以表示為

SBPC功控策略：網絡中斷概率當需要發送功率大于最大發送功率時

中斷概率仿真結果如圖2所示，隨著TX密度的增大，網絡的中斷概率開始增大；相同的TX密度情