無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)能與功率控制的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network,WSN)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)以及分布式信息處理技術(shù)。一般來說,WSN由大量傳感器節(jié)點組成,節(jié)點由電池提供能量。由于節(jié)點經(jīng)常被布置在一些不易到達的地方而且數(shù)目龐大,故不易更換電池。因此,在實際應用中,WSN設計最關(guān)注的熱點是如何實現(xiàn)能量的高效利用從而延長網(wǎng)絡壽命。此外,由于在WSN中,節(jié)點通常是密集部署的,這將會造成數(shù)據(jù)

2、包碰撞的概率增大,誤碼率增加,使節(jié)點間通信效率降低,從而影響網(wǎng)絡的吞吐量和連通性,因此高效優(yōu)化的功率控制機制對保證網(wǎng)絡覆蓋、降低節(jié)點功耗、優(yōu)化網(wǎng)絡性能具有重要意義。
　　 本文首先分析了WSN節(jié)能的研究背景以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀;然后從WSN的節(jié)點結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議層的能量管理等方面研究了網(wǎng)絡的能量優(yōu)化問題,建立了傳感節(jié)點的通信功耗模型,并針對各個模塊進行了專門的功耗優(yōu)化和功耗管理。在此基礎上,采用中科院開發(fā)的GAINS(G

3、lobal Actable Intelligent Networks,GAINS)軟件和無線收發(fā)模塊JN5121搭建一個WSN,并實現(xiàn)GAINS節(jié)點的休眠狀態(tài)低功耗。接著針對WSN中的功率控制機制,歸納總結(jié)了其各層的設計原則,介紹了當前典型功率控制算法,并比較分析了目前基于功率控制的MAC(Media Access Control,MAC)協(xié)議的特點和性能差異,并對GAINS節(jié)點進行功率控制,使節(jié)點在一定距離內(nèi)使用最優(yōu)功率來傳輸數(shù)據(jù),從

4、而實現(xiàn)節(jié)能的目的。
　　 論文提出了一種基于SMAC(Sensor MAC,SMAC)的低功耗協(xié)議DCSMAC(DutyCycle adapted based on SMAC,DCSMAC)。該協(xié)議對于不同節(jié)點,可以分配不同的占空比,使每個節(jié)點的周期監(jiān)聽時間及睡眠時間的比例可以根據(jù)負載流量進行設置。該協(xié)議對原有的SMAC進行兩點改進:1)改善了SMAC固定占空比不能適應負載變化以及延遲過大的不足,節(jié)點可以根據(jù)其負載的流量來最優(yōu)化