（通信与信息系统专业论文）基于无线传感网的电子导游系统研究与实现.pdf

基于无线感网的电子导游系统研究与实现 l m i i i i i i i i i i i i i i l l m i h il i i i i i l l i i i y 2 13 5 8 8 4 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 巳蒋：凯 | 年2 乒7 伊 基于无线感网的电子导遵墨统砸窒与实翼 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 日期： 功产唧p 指导教师签名 日期函纱年；月夕e 1 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 基于无线传感网的电子导游系统研究与实现 摘要 电子导游系统是现代旅游业必备的工具。虽然导游系统已经发展 了十几年，但电子技术应用于旅游行业还是个新兴事物。在数字化语 音技术有了长足发展，并得到广泛运用的今天，电子导游系统呈现出 一种新的发展势态。 无线传感器网络( w s n ) 己成为全球范围内最具吸引力的研究 领域之一，目前已向多媒体无线传感网络( w m s n ) 发展。本文在广 州罗斯通音响电子有限公司面向泰国客户导游系统项目的基础上，根 据我国旅游业发展的现状、特点以及国内电子导游系统的发展现状， 在研究了无线传感网特别是多媒体无线传感网m a c 协议后，提出了 一种基于无线传感网的电子导游系统的解决方案，阐述了电子导游系 统的工作原理。该电子导游系统由收发两部分组成。发端由导游持有， 收端由游客持有。同时游客持有的接收端还具有自动播放的智能导游 功能。 本文在方案实现过程中，首先设计出了点对点的导游系统。在对 无线传感网经典m a c 协议a l o h a 、c s m a 、c s m 刖c a 的深入探讨 之后，根据点对点导游系统对音频传输实时性要求较高的特点，提出 了一种基于n r f 2 4 x x 的混合无线通信协议。通过仿真分析得出混合 协议在误码率相同条件下比原n r f 2 4 x x 协议具有更高的通过率和更 低的时延。本文选用a t m e g a l 6 8 作为控制器，n r f 2 4 l 0 1 作为收发器， 使用自行设计的混合协议作为通信协议实现了点对点的导游系统。通 过测试表明点对点导游系统在室内能实现5 0 m 的可靠导游。 但点对点导游系统在点对多点通信中存在一定的缺陷。通过对 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 w s n 的m a c 协议的研究，特别是对多信道m a c 协议的深入探讨， 根据导游系统的特点提出一种基于簇的多信道动态分配m a c 协议 c d c a m a c 。使用扩展了的n s 2 软件仿真平台，对c d c a m a c 进 行了仿真分析。仿真结果表明c d c a m a c 通过使用控制信道和数据 信道分离且各使用不同的收发器，c d c a m a c 的通过率比使用单信 道时要高，网络流量较大时的网络丢包率比较低；在信道通过动态分 配后，簇内节点通信的时延比较低，并具有较好的抗干扰性能。适合 在无线导游系统中使用。 文章在最后列出了导游系统进一步开发需要开展的工作，指出了 导游系统协议的设计需要考虑系统能量问题。提出了在协议中加入一 定节能机制的建议，同时也给出了系统升级的建议。 关键词：电子导游系统；无线传感网；m a c ；多信道动态分配 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 a ne l e c t r o n i cg u i d es y s t e mr e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o nb a s e do nw i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k s a b s t r a c t e l e c t r o n i cg u i d es y s t e mi sa ne s s e n t i a lt o o lo fm o d e r nt o u r i s m t h o u g ht h et o u rg u i d es y s t e m h a sb e e nd e v e l o p e do v e rd e c a d e s ，e l e c t r o n i ct e c h n i q u eu s e di nt h et o u r i s mi n d u s t r yi ss t i l lan e w t h i n g w i t ht h eg r e a tp r o g r e s st h ed i g i t a lv o i c et e c h n o l o g yh a sm a d ew h i c hi sw i d e l yu s e dt o d a y , a n e wm o m e n t u mf o rd e v e l o p m e n th a sb e e nc r e a t e db yt h ee l e c t r o n i cg u i d es y s t e m l e s ss e n s o rn e t w o r k ( w s n ) h a sa l r e a d yb e c o m eo n eo ft h em o s ta t t r a c t i v er e s e a r c h a r e a sa l lo v e rt h ew o r l d ，a n dc u r r e n t l yw i r e l e s sm u l t i - m e d i as e n s o rn e t w o r k s ( w m s n ) h a v eb e e n m a k i n gi t sw a yo fd e v e l o p m e n t t h i sp a p e rd e p e n d so nt h ep r o j e c t sf o rt h a i l a n dc u s t o m e ro f r o s s t o n ea u d i oe l e c t r o n i c sc o ，l t do fg u a n g z h o u a c c o r d i n gt ot h es t a t u sa n dc h a r a c t e r i s t i c so f t o u r i s ma n dt h ec u r r e n td e v e l o p m e n ts t a t u so ft h ee l e c t r o n i cg u i d es y s t e m ，w ep r o p o s e da n e l e c t r o n i cg u i d es y s t e ms o l u t i o n sb a s e do nw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k sa n dt h e nd e s c r i b e dt h e w o r k i n gp r i n c i p l eo ft h ee l e c t r o n i cg u i d es y s t e mi n t h es t u d yo fw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s ， e s p e c i a l l ym a cp r o t o c o lf o rw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s t h ee l e c t r o n i cg u i d es y s t e mi sc o m p o s e d o ft w op a r t sc a l l e dr e c e i v e ra n dt r a n s m i t t e r t h et r a n s m i t t e ri sh e l db yt h et o u rg u i d ew h i l et h e r e c e i v e ri sh e l db yt h et o u r i s t s w h a t sm o r et h er e c e i v e rt o k e nb yt o u r i s t sh a sa u t op l a ya n ds m a r t g u i d e sf e a t u r e i nt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s so ft h eg u i d es y s t e m ，w ed e s i g n e dap o i n t - t o - p o i n te l e c t r o n i c g u i d es y s t e mi nt h i sp a p e ra tf w s t a f t e rad e e pd i s c u s s i o ni nt h ec l a s s i cm a cp r o t o c o lf o rw i r e l e s s s e n s o rn e t w o r k s ，s u c ha sa l o h a ，c s m a ，c s ma c a ，w ep r o p o s e dah y b r i dn r f 2 4 x xw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o np r o t o c o la c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so fh i 曲r e a l - t i m ea u d i ot r a n s m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep o i l l t t o - p o i n te l e c t r o n i cg u i d es y s t e m t h r o u g ht h es i m u l a t i o nac o n c l u s i o n c a nb ee a s yd r a w nt h a tt h et h r o u g h o u to fh y b r i dp r o t o c o li sh i g h e rw h i l et h et i m e - d e l a yi sl o w e r t h a nt h eo r i g i n a ln r f 2 4 x xp r o t o c o lu n d e rt h es a n l ee r r o rr a t e t h ep o i n t - t o - p o i n te l e c t r o n i cg u i d e s y s t e mh a sb e e na c h i e v e du s i n ga t m e g a l 6 8a sac o n t r o l l e r , n r f 2 4 l 0 1a sat r a n s c e i v e ra n d s e l f - d e s i g n e dh y b r i dp r o t o c o la st h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 a ni n d o o rt e s t i n gs h o w e d t h a tt h ep o i n t - t o - p o i n tg u i d es y s t e mc a na c h i e v ear e l i a b l eg u i d i n gd i s t a n c ef o r5 0 m t h e r ea r es o m ed e f e c t sa m o n gt h ep o i n t t o - p o i n tg u i d es y s t e mw h e nu s e di n p o i n tt o m u l t i p o i n tc o m m u n i c a t i o n a f t e rad e e pd i s c u s s i o no ft h ew s nm a cp r o t o c o l ，e s p e c i a l l yt h e m u l t i - c h a n n e lm a c p r o t o c o li nw s n ，ac l u s t e r - b a s e dd y n a m i c a lm u l t i - c h a n n e la l l o c a t e dm a c p r o t o c o l ( c d c a - m a c ) c a nb er a i s ei n t h i sp a p e ra c c o r d i n gt o t h ee l e c t r o n i cg u i d es y s t e m s c h a r a c t e r i s t i c s t h e nt h ec d c a - m a ci ss i m u l a t e do nt h en s 2p l a t f o r mw h i c hh a sb e e ne x t e n d e d 。 i 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ，b yu s i n gt h ec o n t r o lc h a n n e la n dd a t ac h a n n e ls e p a r a t i o nw h i c h p e r f o r m e di nd i f f e r e n tt r a n s c e i v e r , t h et h r o u g hr a t eo fc d c a - m a c i sh i g h e rc o m p a r e dw i t ht h e s i n g l ec h a n n e lm a c ，a n dt h en e t w o r kp a c k e tl o s sr a t ei sl o w e rw h e nn e t w o r kp a y l o a d i sh i 【g h t h e c l u s t e rm e m b e r sh a v ear e l a t i v e l yl o wc o m m u n i c a t i o nd e l a ya n dag o o dr o b u s t n e s s ，a f t e rt h e c h a n n e ld y n a m i c a l l ya l l o c a t e db yc l u s t e rh e a d t h e r e f o r et h ep r o t o c o li ss u i t a b l ef o rt h ee l e c t r o n i c g u i d es y s t e m t h ep a p e rc o n c l u d e sw i t hal i s tw h a tt od on e x ts t e pf o rt h ee l e c t r o n i cg u i d es y s t e m ，t h e n p o i n to u tt h a tt h ed e s i g no ft h eg u i d es y s t e mp r o t o c o ln e e dt oc o n s i d e rs y s t e me n e r g y i tn o to n l y p r o p o s e dap r o p o s a lt h a tac e r t a i ne n e r g y s a v i n gm e c h a n i s ms h o u l db eu s e df o rt h ep r o t o c o l ，b u t a l s og i v e ss o m er e c o m m e n d a t i o n sf o ru p g r a d i n g 旺yw o r d s ：e l e c t r o n i cg u i d es y s t e m ；w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ；m a c ；m u l t i - c h a n n e l d y n a m i c a l l ya l l o c a t e d 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外的发展现状一2 1 2 1 无线短距离音频传输的发展现状2 1 。2 。2 导游系统的发展现状3 1 3 本文研究的主要内容及主要工作安排5 第二章无线传感网络7 2 1 无线传感网的概述一7 2 2 无线传感网体系统结构7 2 3 无线传感网发展前景一9 2 4 无线传感网关键技术lo 2 5 本章小结1 1 第三章电子导游系统工作原理及方案设计1 2 3 1 系统的工作原理1 2 3 1 1 系统功能要求分析1 2 3 1 2 系统的工作原理1 2 3 2 方案设计1 3 3 2 1 导游机方案1 4 3 2 2 游客机方案1 4 3 3 本章小结1 5 第四章点对点电子导游系统m a c 协议研究与设计1 6 4 1 点对点电子导游系统模型1 6 4 2 单信道m a c 协议概述1 6 4 2 1a l o h a 协议17 4 2 2c s m a 协议18 4 2 3c s m a c a 协议2 0 4 3 基于n r f 2 4 x x 的混合通信协议2 0 4 3 1 通信协议描述2 1 4 3 2 协议的性能分析2 3 4 4 硬件实现2 6 4 4 1 主控电路设计2 6 4 4 2 射频电路设计2 8 4 4 3 外部音频处理电路设计2 9 4 5 软件实现31 4 5 1 主程序实现3l 4 5 2a d c 和d a c 子程序实现3 2 4 。5 3r f 子程序实现3 4 v 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 4 6 系统测试3 6 4 7 本章小结4 0 第五章点对多点电子导游系统m a c 协议研究与仿真。4 1 5 1 点对多点电子导游系统网络模型4 1 5 1 1 节点分类及描述4 l 5 2 2 网络模型4 1 5 2 多信道m a c 协议概述4 2 5 。2 1m m a c 协议4 3 5 2 2d c a 协议4 4 5 2 3c o m m a c 协议4 6 5 3 基于簇的多信道动态分配m a c 协议4 7 5 3 1c d c a m a c 帧结构4 7 5 3 2c d c a m a c 信道协商过程及分配5 0 5 3 3c d c a m a c 数据帧的发送及确认5 2 5 4 协议的性能分析与仿真5 3 5 4 1n s 2 多信道仿真的扩展5 3 5 。4 2 仿真结果及分析5 4 5 5 本章小结6 0 第六章总结与展望6 1 6 1 工作总结6 1 6 2 展望6 2 参考文献6 3 附录1 ：n 础2 4 l 0 1e n h a n c e ds h o c 硒u r s t 发送流程图6 7 附录2 ：n r f 2 4 l 0 1e n h a n c e ds h o c k b u r s t 接收流程图6 8 作者在研究生期间参与项目及发表论文。6 9 致谢7 0 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 随着社会的发展和人们生活水平的提高，旅游业已成为全球经济中发展势头 最强劲和规模最大的产业之一。旅游业在城市经济发展中的产业地位、经济作用 逐步增强，旅游业对城市经济的拉动性、社会就业的带动力、以及对文化与环境 的促进作用日益显现。旅游业也是我国经济发展的支柱性产业之一。 近年来，随着区域开发战略的实施，人民生活水平日益提高，国内旅游业蓬 勃发展；此外，全球化正在使人们的时空观念发生巨大变化，世界逐渐成为个 “地球村”，国外游客逐年增加，旅游业作为一项新的产业在各地区经济中所占 的份额越来越大。1 9 9 9 年，国家旅游局明确提出未来2 0 年的发展目标就是要将 我国建设成为世界旅游强国。 ( ( 2 0 1 0 中国旅游市场趋势观察研究预测报告中数据表明：2 0 0 9 年中国旅 游业总体保持了平稳较快增长。全年国内旅游人数达1 9 0 2 亿人次，增长1 1 1 ； 国内旅游收入1 0 2 万亿元，增长1 6 4 ；入境旅游人数1 2 6 亿人次；入境过夜 旅游人数5 0 8 8 万人次；旅游总收入1 2 9 万亿元，增长1 1 3 1 2 】。( ( 2 0 1 0 2 0 1 5 年中国旅游业市场投资分析及前景预测报告指出到2 0 1 5 年，旅游市场规模进 一步扩大，国内旅游人数达3 3 亿人次，年均增长1 0 ；入境过夜游客人数达9 0 0 0 万人次，年均增长8 ：出境旅游人数达8 3 0 0 万人次，年均增长9 ；旅游业总 收入年均增长1 2 以上。 2 0 1 0 的上海世博会又一次推动了旅游热，据世博局的统计为期1 8 4 天的2 0 1 0 年中国上海世博会，参观世博园人数总计7 3 0 8 4 4 万人次，其中海外游客超过3 5 0 万人次。本次世博会超越了1 9 7 0 年大阪世博会6 4 0 0 万参观人次的最高纪录，将 以最为广泛的参与度载入世博会史册。而根据中国旅游研究院的初步统计数据， 此次世博会带来的直接旅游经济收入将超过8 0 0 亿元人民币 3 】。 我国旅游资源十分丰富，有让人留连往返的自然风光，还有着五千年悠久历 史留下的文化遗产，所以更有效地开发我国的旅游资源，提高旅游服务质量，满 足人们对旅游服务和设施的要求，是我国旅游产业突飞猛进的关键。个性化、自 由展现自我成为时代的新宠；旅游过程更注重知识性和体验性是我国旅游发展的 新特点。为此传统的导游方式已经跟不上我国旅游业的发展的需要 4 。 电子导游是相对于传统的人工导游来讲的，一般认为电子导游是利用电子技 术原理制造的各种导游讲解设备系统，用于改变原有人工导游讲解方式和方法。 电子导游系统的出现对正在蓬勃发展的旅游业增加了很大的发展动力，有助于很 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 好解决旅游个性化，自主化的难题，也有助于解决当前旅游业存在的国际导游严 重缺乏和旅游信息化水平低的难题 5 】。近年来随着普及计算思想的提出及电子信 息技术的快速发展，出现了各种融合计算、通信、网络、娱乐、电子商务等多功 能的智能终端。这对导游系统的发展提供了很好的硬件平台，使导游系统出现了 很多新的发展趋势。 1 2 国内外的发展现状 1 2 1 无线短距离音频传输的发展现状 当前，随着居住和办公环境空间的增长，音频的布线在旅游景点、大型会议室、 等场所越来越难以实现，成本越来越高，人们对多媒体图像和声音的要求也越来 越高，在无线影音传输系统中不仅应具有高质量的图像，也迫切需要无线传输高 质量的音频。c d 音质音频的传输速率就达到1 5 m b p s 以上，因此对无线系统 提出了更高的带宽和距离要求。而采用数字方法传输音频信号比采用模拟方法更 具有优势，与相同传输距离的有线音频传输系统相比，无线音频传输系统减少了 线缆的开销，传输距离也不再受线缆长度的限制，解决了有线音频传输布线困 难、影响美观和浪费线缆等问题，而且占用空间小、能耗低、使用更加灵活、方 便。因此，短距离无线通信已成为当前研究的一个热点。 6 7 】 目前学术界和工程界对无线短距离通信没有一个严格的定义，一般来讲短距 离无线通信的主要特点为通信距离短，覆盖距离一般在1 0 2 0 0 m ；另外，无线发 射器的发射功率较低，发射功率一般小于1 0 0 m w ，工作频段多为免付费、免申 请的i s m ( i n d u s t r i a ls c i e n t i f i cm e d i c a l ) 频段，即工业、科学和医疗频段。该频 段属于自由辐射频段，不受无线电委员会限制，不会对人体健康造成伤害。这个 频段干扰少，图像和声音传输质量更好。目前市面上的无线音频传输产品大致采 用红外技术、蓝牙技术、w i f i 技术和其他基于2 4 g 技术的传输模式。 利用红外线波段的电磁波来传送数据，传输速率最快可达1 6 m b p s 。虽然目 前仍是最为成熟的方案，且功率和能耗较小。比如索尼m d r d s 3 0 0 0 耳机。但 红外技术的局限在于通讯距离较短，不能实现穿墙等，并且容易受到外来光源的 影响。因此在应用上有很大的局限。 w i f i 带宽足以满足高品质音频传输的需求，并且w i f i 信号具有很好的穿 透性，在构建跨家庭系统时十分便利。另外，未来的无线应用将扩展到所有的家 庭电器，w i f i 的音频应用无疑有着更广阔的前景。但w i f i 的软肋在于时延， 而且w i - f i 的权限管理等机制也相对复杂，所以目前采用w i f i 技术的音频产品 并不多。【8 蓝牙是目前国内外音频传输无线技术的主要方案，蓝牙标配的数据传输速度 ， 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 1 m b s ，电波覆盖半径约为1 0 米左右。但1 m b s 带宽已经不能满足高品质音频的 需要，所以蓝牙的应用已经被限制在对音质要求不高的耳机方面。虽然可以采用 增强型蓝牙实现高速远距离传输，但是他以强大的能耗为代价。不适合一些移动 性较强的设备。同时蓝牙芯片的价格相对较高，协议开发起来比较难，开发周期 长，开发的产品价格较高。 比如2 0 0 6 年3 月s o n y 推出一款型号为e c m h w l 的蓝牙无线麦克风，其 目的是替代d v 内置麦克风，取得较好的录音效果，其传输距离最大为3 0 m ，当 时售价为1 9 9 美元。这款麦克风的使用范围十分有限，相当于一个比较好的语音 采集器。使用的蓝牙版本是2 0 ，其功率和配对不是很好。 2 0 0 7 年新洋电子科技有限公司申请了实用新型蓝牙无线麦克风。采用蓝牙通 讯协议进行信号传输，在同一个大场合上可以多人同时使用，不会产生任何干扰， 也不会产生使用当中断音的现象，能自动连接但设备连接步骤较为复杂。 2 0 0 8 年1 1 月，格陵兰生产了一款型号为e c h o r u p l - - 3 0 0 + ，该产品采用蓝牙 作为传输方式，能自动配对连接，自动跳频，有效传输距离为1 5 m 。但其目的是 为教学所用，在音效方在有一定的不足。 基于其它2 4 g 技术的无线音频传输模式很多，各大品牌在这个技术上都有 不少“独门秘技”，能够减轻2 4 g 技术的时延、干扰等问题。但目前市场上的产 品价格很高。例如森海塞尔今年推出了一款型号为s e n n h e i s e rm xw 1 的无线耳 塞，它采用了美国k l e e r 公司推出的无线传输技术( 一种基于2 4 g 的技术) ，可 以获得1 6 b i t 4 4 k h z 的无损音频流。但是它需要一个专用的发射器，耳机也需要 充电，续航时间只有五小时左右，目前市场参考价格为3 9 8 0 元。 1 2 2 导游系统的发展现状 虽然导游系统已经发展了十几年，电子技术应用于旅游行业还是个新兴事 物。国外在这方面发展得比较早，早期的产品大部分采用的是模拟信号的播放器。 这一代的播放机主要是体积大，不便于携带。在数字化的语音技术有了长足的发 展，并得到广泛地运用的今天。目前，在国外特别是发达国家，景区景点自助电 子导游系统应用较多。如在博物馆等室内展馆，基本上取消了导游讲解。特别是 噪音比较大而又影响他人参观的高音喇叭，在国外基本上找不到它的踪影。游客 进展馆后，自己用讲解器按说明收听讲解，听完后自觉放回原处，以便下位游客 继续使用。这使得博物馆很安静，没有人为的杂音。在英国和法国的一些旅游城 市也都有出租电子导游器，这种电子导游外形与普通的掌上电脑非常相似，在开 车经过或者走过相关的景点的时候，这款电子导游就会播放一段该景点的语音介 绍，讲述景点相关的历史和故事，而且还能提示游客如何行车到达目的地、前方 有什么景点、餐馆等9 1 1 1 。 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 而国内的电子导游研究尚处于初步阶段，自从天坛公园在2 0 0 5 年8 月开始 投入使用电子导游机以来电子导游器就已经不知不觉中在国内蓬勃地发展起来。 目前国内的智能导游系统经历了以下几种形式的发展。 ( 1 ) 基于触摸屏的导游系统 这是通过一台触摸屏来呈现旅游信息的导游系统，可借助强大的处理器提供 全方位的多媒体信息。游客通过触摸屏来查看景点的相关介绍。如广州陈家祠、 苏州观前步行街使用的自助电子导游机，游客通过触摸屏幕上的按钮，得到景区 景点信息。缺点是用户必须主动使用触摸屏才能获取景点信息，且每台触摸屏导 游系统只能供一个游客使用。 ( 2 ) 主流数码按键式导游系统 数码按键式导游系统是指将各景点的介绍信息录成m p 3 等格式存入导游机 中，导游机上有对应景点的数字操作键。游客根据旅游景点对应的数字编号，按 下导游解说机上对应数字键，再按下播放键，游客就可以收听到相关的景点信息， 游客可以根据自己的爱好选择听还是不听。如广西桂林漓江、陕西皇帝陵、天津 博物馆等大部分旅游景点采用的都是数码按键系统，每到一个新景点按一下相应 的键，然后就可以听到导游词。由于采用数码录音技术，且通过耳机播放，这种 导游系统在音质上能够得到保证。但此类导游器无法自动播放，必须手动选号码 来切换播放内容，不具备智能性。 ( 3 ) 自动感应式导游系统 自动感应式的导游器和按键选择式导游器语音存储方式基本类似，同样采用 数码录音的形式将景点信息存入导游机的存储器，游客无需按键来选择需要播放 的景区信息，而是采用红外线扫描的方式来选择需要播放的语音信息。现在也有 使用r f i d 的方式来选择景点进行播放讲解 1 2 】。当游客携带导游器进入游览区 后，需要靠近分布在景点携带景区信息的条形码，扫描来获取景区的语音信息。 此类导游器无需再去对照景区的数字编号，智能性相比按键选择方式有所提高， 但是受距离限制，必须在厘米范围内靠近条形码，游览者游览过程还是受到限制。 ( 4 ) 无线调频接收方式导游系统 无线调频接收方式的导游系统采用了收音机的原理，由多台无线调频发射机 和游客接收机构成。在旅游景区的重要景点放置调频发射机，将解说内容预先存 贮在发射机内。发射机开始工作后，一种或多种语言的导游解说信号通过发射天 线发射出去。游客通过手中的接收机在景点周围收听适合自己语种的导游解说。 无线调频接收已经具有了很成熟的系统和市场技术，实现起来简单、成本低。因 此这种导游系统的投资较少，服务面较宽，需解说景点均安置发射机，游览路线 不受限制。但这种导游系统缺乏循环播放的个性，不能实现随到随听，由于缺少 与游客位置相关的数据，游客也很难获得与其位置相关的景点讲解，如果游客到 达时间先后不同，则不能同时获得完整的信息。 4 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 ( 5 ) 高级智能导游系统 在g p s 定位技术的基础上，结合移动通信的定位技术，以及计算机视觉技 术和语音识别技术，通过多种信息显示方式( 语音、非语音、视频等) ，发展成 高度智能化的导游系统。系统不仅能为游客提供精确的位置及景点信息，还能进 一步搜索周边的各种服务设施。借助发达的图像识别技术和语音识别技术，智能 系统实现双向交互，既能为游客提供各种信息，游客也可向系统提出服务要求， 从而为游客提供旅游路线规划，以及指名目的地的最佳行走路线，最终代替导游， 实现功能完善的“高级电子导游”。但是这种导游系统价格很高，目前只有北京的 几个著名旅游景点能够提供，如北京故宫，颐和园，北海公园等。因此很难实现 大众化。 1 3 本文研究的主要内容及主要工作安排 本文源自广州罗斯通音响电子有限公司面向泰国客户的导游系统项目。在该 项目的基础上，根据我国旅游业发展的现状、特点以及国内电子导游系统的发展 现状，针对国内大部分游客的经济状况和对旅游的偏好设计出一种成本较低，能 够满足大部分自主和团体游游客的智能导游系统。 系统具备无线讲解和智能播放的功能，同时适用于团体游和自主游的游客。 系统设计的目的是为了促使导游讲解人性化，游客选择自主化，个性化。 论文一共分六章，各章节内容安排如图1 - 1 ： 第一章为绪论，简单介绍了课题的研究背景与意义、国内外研究现状、论文 研究内容和章节安排。 第二章介绍了无线传感网的概念、体系统结构，发展前景和关键技术，为系 统的设计提供理论基础。 第三章着重分析了系统的工作原理，根据工作原理和系统的功能要求，本章 第二节给出了系统的解决方案。 第四章按照导游系统的要求和设计从简单到复杂，从易到难的原则。本章设 计出了一种点对点的导游系统，为了提高系统的性能，着重设计出了一种基于 n r f 2 4 x x 的混合通信协议，并选用n r f 2 4 l 0 1 芯片设计出了系统的软硬件，完成 了系统的设计与调试。 第五章根据点对点导游系统存在的接入干扰问题，本章从m a c 协议方面着手 设计一种基于簇的多信道动态分配的m a c 协议c d c a m a c ，使用扩展的支持 多接口多信道仿真的n s 2 仿真并分析了c d c a m a c 。 第六章为工作总结与展望 5 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 图1 - 1 各章节关系及内容简述 6 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 2 1 无线传感网的概述 第二章无线传感网络 当今世界信息技术飞速发展，给人们的工作和生活带来了巨大影响。信息时 代首先是要获取信息，它直接关系到信息的传输、处理和应用。传感器技术是信 息获取的最重要、最基本的技术。随着获取信息要求的提高，传感器获取技术从 单一化到集成化、微型化，进而智能化、网络化，形成智能传感器网络。并且随 着无线网络的发展，融合了传感器技术、信息处理技术和网络通信技术的无线传 感器网络技术也应运而生 1 3 。 无线传感网就是由部署在检测区地域内大量的传感器节点通过无线通信形 成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区 域里被监测对象的信息，并发送给观察者 1 4 】。它是一种无中心节点的全分布网 络。通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集的分布于监控区域。无线传感 网的基本组成单位是无线传感器节点，这些节点集成了传感器、微处理器、无线 接口和电源管理四个主要模块。传感器节点借助于其内置的传感器，感知节点周 围环境，并将所获得的信息通过无线的方式传输出去。 随着传感器、微电机械系统( m e m s ) 、集成电路、以及低功耗无线通信等技 术的飞速发展，低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器网络的大规模应用已 成为可能，这些微型无线传感器是集成的光机电一体化系统，具有无线通信、数 据收集和处理、协同工作等功能。它们共同组成了无线传感器网络，产生了一种 全新的信息获取和处理模式。微型传感器节点可以随机或者特定地布置在工作环 境中，通过无线通信实现自组织，获取周围环境的信息，形成分布自治系统，相 互协同完成特定的任务。 2 2 无线传感网体系统结构 ( 1 ) 网络结构 无线传感器网络系统通常包括传感器节点，汇聚节点和管理节点三类，其网 络结构如图2 1 所示 1 5 】。大量传感器节点随机密布于整个被监测区域内，通过 自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其它传感器节点逐跳进行传 输，经过多跳后路由到汇聚节点，汇聚节点的数据最后通过互联网、移动网络或 是卫星传到管理节点。汇聚节点可以通过u s b 或者串口线连接p c 机等处理能力 强的设备。用户通过p c 机可以对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以 7 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 及收集监测数据。 传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力 相对较弱，通过携带能量有限的电池供电。从网络功能上看，充当路由器节点的 网络中的传感器节点，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其它节点转 发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其它节点协作完成一些特定任 务。 汇聚节点的处理能力、存储能力和通信通力相对传感器节点来说比较强。它 连接传感网络与英特网等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时 发布管理节点的监测任务，并把收集到的信息传到用户手中。汇聚节点可以是一 个具有增强功能的传感器节点，也可以是没有检测功能但带有通信接口的特殊通 信设备。 用尸 图2 - 1 无线传感网网络结构 ( 2 ) 结点结构 如图2 2 所示，无线传感器节点的基本组成包括传感器单元、处理单元、无 线收发单元和电源单元四个基本单元 1 5 】。传感器单元由传感器和模数转换器组 成，负责监测区域内信息的采集和模数转换：处理器模块负责控制整个传感器节 点的操作，存储和处理本地采集的数据以及其他节点发来的数据，它由嵌入式系 统构成，包括处理器和存储器等；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线 通信，交换控制消息和收发采集数据；能量控制模块为传感器节点提供运行所需 要的能量，通常采用微型电池。此外，根据需求的不同，可以外接其他一些功能 模块，如移动系统、定位系统等。 传感单元 处理单元 收发单元 ii 存储器 ： ：一一一一一一一一一j 一一一一一一一一一一一一一一一一 ： 刊无线收发器 i 传感器l 叫a c d c i c p ui l i i l 一一一一l 一l 一l 电源单元 8 基于无线感网的电子导游系统研究与实现 2 3 无线传感网发展前景 图2 - 2 传感节点结构 传感网的研究起步于2 0 世纪9 0 年代末期。从2 l 世纪开始，传感网络引起 了学术界、军界和工业界的极大关注，被誉为“2