無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能與功率控制的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(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(diǎn)組成,節(jié)點(diǎn)由電池提供能量。由于節(jié)點(diǎn)經(jīng)常被布置在一些不易到達(dá)的地方而且數(shù)目龐大,故不易更換電池。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,WSN設(shè)計(jì)最關(guān)注的熱點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)能量的高效利用從而延長網(wǎng)絡(luò)壽命。此外,由于在WSN中,節(jié)點(diǎn)通常是密集部署的,這將會(huì)造成數(shù)據(jù)

2、包碰撞的概率增大,誤碼率增加,使節(jié)點(diǎn)間通信效率降低,從而影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和連通性,因此高效優(yōu)化的功率控制機(jī)制對(duì)保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋、降低節(jié)點(diǎn)功耗、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)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(luò)的能量優(yōu)化問題,建立了傳感節(jié)點(diǎn)的通信功耗模型,并針對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了專門的功耗優(yōu)化和功耗管理。在此基礎(chǔ)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(gè)WSN,并實(shí)現(xiàn)GAINS節(jié)點(diǎn)的休眠狀態(tài)低功耗。接著針對(duì)WSN中的功率控制機(jī)制,歸納總結(jié)了其各層的設(shè)計(jì)原則,介紹了當(dāng)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(diǎn)和性能差異,并對(duì)GAINS節(jié)點(diǎn)進(jìn)行功率控制,使節(jié)點(diǎn)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(shí)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(duì)于不同節(jié)點(diǎn),可以分配不同的占空比,使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的周期監(jiān)聽時(shí)間及睡眠時(shí)間的比例可以根據(jù)負(fù)載流量進(jìn)行設(shè)置。該協(xié)議對(duì)原有的SMAC進(jìn)行兩點(diǎn)改進(jìn):1)改善了SMAC固定占空比不能適應(yīng)負(fù)載變化以及延遲過大的不足,節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)其負(fù)載的流量來最優(yōu)化