低能耗無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)是指包含有大量的具有自組織能力的分布式節(jié)點(diǎn)、可以在監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)無(wú)線媒介對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對(duì)相應(yīng)控制器進(jìn)行控制的網(wǎng)絡(luò)。由于具有組網(wǎng)快捷靈活，且不受有線網(wǎng)絡(luò)約束的優(yōu)點(diǎn)，這種網(wǎng)絡(luò)可廣泛應(yīng)用于緊急搜索、災(zāi)難救助、軍事偵察等特殊環(huán)境中，并具有廣泛的應(yīng)用前景。無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，它集成了傳感器、控制器、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信技術(shù)，是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。 嚴(yán)酷的網(wǎng)

2、絡(luò)使用環(huán)境使人們對(duì)無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的能耗提出了更高的要求。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，能耗甚至成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要指標(biāo)。 本文首先設(shè)計(jì)了兩種低能耗的無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。一種采用單工通信方式，適于傳輸短數(shù)據(jù)。另一種采用半雙工通信方式，適于傳輸連續(xù)數(shù)據(jù)。由于天線在無(wú)線通信中的重要作用，本文還設(shè)計(jì)了一種PIFA分形天線。 然后作者分析和比較了幾種針對(duì)Adhoc網(wǎng)和無(wú)線傳感器網(wǎng)的相關(guān)協(xié)議，并借鑒其中的節(jié)能思想，設(shè)計(jì)了一種能量有效的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。在

3、鏈路層，采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中普遍采用的節(jié)點(diǎn)輪流喚醒與休眠機(jī)制；在下行通信中，節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTS幀時(shí)攜帶同步信息，從而取消許多協(xié)議中采用的周期性廣播同步信息的方法來(lái)降低功耗；信道接入算法采用的是基于CSMA/CA競(jìng)爭(zhēng)接入的DCF算法；檢錯(cuò)機(jī)制采用了nRF9E5內(nèi)嵌的CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。在路由協(xié)議上，設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、路由算法開(kāi)銷(xiāo)小的基于表驅(qū)動(dòng)的、支持多跳通信并具有一定自組織能力的路由協(xié)議，它弱化了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的簇的概念，但是把能量平均

4、的思想融入其中，這大大減少了路由過(guò)程中的能量消耗。 最后，作者重點(diǎn)從兩個(gè)方面討論了無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能措施。首先針對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)關(guān)閉的能量控制策略，提出采用報(bào)文驅(qū)動(dòng)結(jié)合異步時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能機(jī)制，并設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)全喚醒周期頻率模式，從而最大限度地節(jié)省能量；然后對(duì)功率控制機(jī)制進(jìn)行了分析，尤其對(duì)MAC層的功率控制進(jìn)行了詳細(xì)論述，提出用遺傳算法對(duì)節(jié)點(diǎn)功率進(jìn)行優(yōu)化。從仿真結(jié)果上來(lái)看，達(dá)到了降低能量消耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。最后對(duì)仿真結(jié)果中與一