無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗設(shè)計及節(jié)能方法研究

【摘要】： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)密集布撒在監(jiān)測區(qū)域內(nèi),通過無線通信方式形成自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),將采集到的數(shù)據(jù)傳送給用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了分布式信息處理、嵌入式計算、傳感器和無線通信四種技術(shù),可廣泛應(yīng)用于國防安全、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康、工業(yè)控制等方面,具有很高的應(yīng)用價值。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的電源能量有限且不易更換,因此如何減少能量消耗成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問題。 本文以國家“863”計劃---“基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)平臺及其關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目為背景,對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了深入研究和分析,為設(shè)計低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及如何降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能耗提供了研究基礎(chǔ)。文中從節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟件兩方面詳細(xì)設(shè)計了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺,并通過分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各模塊的能耗模型,深入探討了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)。 本文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究背景和意義,以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,并概述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和發(fā)展歷程。其次,文中重點(diǎn)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。在硬件結(jié)構(gòu)方面,通過對傳感節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)各模塊的芯片選型和具體電路設(shè)計,構(gòu)建了低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺,并對硬件節(jié)能策略做了簡要總結(jié);在軟件系統(tǒng)方面,則對節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動程序、最小跳數(shù)路由協(xié)議和數(shù)據(jù)包傳輸格式,以及用戶系統(tǒng)軟件進(jìn)行了設(shè)計和研究,同時簡要概括了軟件系統(tǒng)的節(jié)能策略。本文還對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方法進(jìn)行了深入研究,分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗特點(diǎn),以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴墓?jié)能策略,并通過仿真實(shí)驗(yàn)研究,針對MAC協(xié)議和路由協(xié)議中的節(jié)能技術(shù),提出了本人的研究成果。最后是對全文內(nèi)容的總結(jié)和展望,對文中存在的不足進(jìn)行了歸納整理,并指出了進(jìn)一步研究方向。 【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 低功耗 MAC協(xié)議 路由 節(jié)能
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-13
• 1.1 課題的研究背景與意義7
• 1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)及發(fā)展趨勢7-8
• 1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹8-10
• 1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生及發(fā)展8-9
• 1.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)9-10
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容10-13
• 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計13-24
• 2.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計13-22
• 2.1.1 傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計13-17
• 2.1.2 匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計17-22
• 2.2 硬件設(shè)計中的節(jié)能策略22-23
• 2.2.1 處理模塊的節(jié)能策略22
• 2.2.2 通信模塊的節(jié)能策略22-23
• 2.3 小結(jié)23-24
• 第三章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗系統(tǒng)軟件設(shè)計24-39
• 3.1 驅(qū)動程序設(shè)計24-32
• 3.1.1 NRF9E5 和MSP430F149 的初始化24-28
• 3.1.2 無線收發(fā)模塊的驅(qū)動程序設(shè)計28-32
• 3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計32-37
• 3.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧32-33
• 3.2.2 基于最小跳數(shù)的路由協(xié)議設(shè)計33-36
• 3.2.3 數(shù)據(jù)包傳輸設(shè)計36-37
• 3.3 用戶系統(tǒng)軟件設(shè)計37-38
• 3.4 軟件設(shè)計中的節(jié)能策略38
• 3.5 小結(jié)38-39
• 第四章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方法研究39-54
• 4.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗特點(diǎn)分析39-40
• 4.1.1 控制模塊39
• 4.1.2 傳感模塊39
• 4.1.3 通信模塊39-40
• 4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)相關(guān)研究40-41
• 4.2.1 針對數(shù)據(jù)處理的節(jié)能技術(shù)40-41
• 4.2.2 針對數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)能技術(shù)41
• 4.3 基于OPNET 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC 協(xié)議研究41-47
• 4.3.1 相關(guān)介紹41-42
• 4.3.2 MAC 層協(xié)議研究42-44
• 4.3.3 構(gòu)建OPNET 仿真模型44-45
• 4.3.4 仿真實(shí)驗(yàn)研究45-47
• 4.4 基于LEACH 的簇樹網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究47-53
• 4.4.1 LEACH 算法思想47-48
• 4.4.2 簇樹網(wǎng)絡(luò)路由算法研究48-51
• 4.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)研究51-53
• 4.5 小結(jié)53-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-56
• 5.1 論文總結(jié)54-55
• 5.2 前景展望55-56
• 致謝56-57
• 參考文獻(xiàn)57-60
• 附錄:作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文60

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