無線傳感網(wǎng)關鍵技術研究.pdf

1、近年來，隨著無線技術、微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡技術取得了巨大的進步。傳感器等信息獲取技術和傳送技術的進步，為無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展和應用奠定了基礎。無線傳感器網(wǎng)絡由于其快速布局、抗毀性強、監(jiān)測精度高、覆蓋區(qū)域大等特點而產(chǎn)生了廣闊的應用前景，由此成為了當前信息領域的研究熱點之一。美國商業(yè)周刊和MIT技術評論在預測未來技術發(fā)展的報告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡列為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的十大技術之一。

2、 在無線傳感器網(wǎng)絡中，傳感器結點體積微小并采用能量有限的電池來供電，其計算能力和通信能力有限，因而節(jié)能成為無線傳感器網(wǎng)絡設計的核心。在無線傳感網(wǎng)關鍵技術的研究中，除了要設計能量高效的MAC協(xié)議、路由協(xié)議以及應用層協(xié)議之外，還要設計優(yōu)化的網(wǎng)絡拓撲控制機制。對于自組織的無線傳感網(wǎng)而言，網(wǎng)絡的拓撲控制對網(wǎng)絡性能影響很大。良好的拓撲控制可以提高路由協(xié)議和MAC協(xié)議的效率，為數(shù)據(jù)融合、時間同步和目標定位等很多方面提供基礎，有利于延長整個網(wǎng)絡

3、的生存時間。所以，拓撲控制也是無線傳感器網(wǎng)絡中的一個研究熱點問題之一。 近年來，拓撲控制備受學者們的關注。本文分析比較了多種拓撲控制算法，針對基于最大結點度的混合能量有效分布式成簇算法(HEED-Max degree)所存在的簇頭結點能耗大、網(wǎng)絡生存時間短的不足提出了一種改進的基于功率控制和權重的成簇算法(PWC)，該算法通過選擇合理的參數(shù)，確定結點的權重值并利用結點間的距離來確定結點的發(fā)射功率，而不再使每個結點均使用一跳范圍的

4、發(fā)射功率。仿真表明，基于功率控制和權重的成簇算法可以有效的減少簇頭結點的能耗，延長網(wǎng)絡的生存時間。 本文還提出了一種新的用于道路交通的無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結構。在對道路狀況進行監(jiān)測時，傳統(tǒng)的方式是將無線傳感器結點隨機的放置在道路上，這種方式將使整個網(wǎng)絡傳輸大量的幀頭、幀尾等冗余信息；并使靠近匯聚結點處的結點能耗過大。本文提出的拓撲結構采用了新的數(shù)據(jù)幀傳輸格式和線形置放策略，從而可減少網(wǎng)絡負載量和冗余信息的傳輸，改善靠近匯聚結點處的

5、結點能耗大的問題。仿真結果表明，該策略可以節(jié)省結點的能耗，有效延長網(wǎng)絡的生存時間，提高了網(wǎng)絡的吞吐量。此外，本文設計了基于嵌入式操作系統(tǒng)ARM7的用于道路交通監(jiān)測的無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡結點機的硬件電路圖、PCB硬件電路板。對基于ARM7的無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡結點機的MAC幀格式進行了優(yōu)化。完成了物理層和MAC層的軟件設計，構建了無線傳感網(wǎng)的實驗系統(tǒng)。通過結點機之間的聯(lián)網(wǎng)通信，解決了在軟件設計中遇到的一些主要問題，提出了解決方案。促進了無線傳感器網(wǎng)絡