低能耗無線監(jiān)控網(wǎng)絡的設計與實現(xiàn).pdf

1、無線監(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、可以在監(jiān)測區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集，通過無線媒介對數(shù)據(jù)進行傳輸，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對相應控制器進行控制的網(wǎng)絡。由于具有組網(wǎng)快捷靈活，且不受有線網(wǎng)絡約束的優(yōu)點，這種網(wǎng)絡可廣泛應用于緊急搜索、災難救助、軍事偵察等特殊環(huán)境中，并具有廣泛的應用前景。無線監(jiān)控網(wǎng)是計算機科學技術的一個新的研究領域，它集成了傳感器、控制器、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡和無線通信技術，是一種全新的信息獲取和處理技術。 嚴酷的網(wǎng)

2、絡使用環(huán)境使人們對無線監(jiān)控網(wǎng)絡的能耗提出了更高的要求。在一些應用場合，能耗甚至成為系統(tǒng)設計的首要指標。 本文首先設計了兩種低能耗的無線監(jiān)控網(wǎng)絡的節(jié)點。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)。由于天線在無線通信中的重要作用，本文還設計了一種PIFA分形天線。 然后作者分析和比較了幾種針對Adhoc網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)的相關協(xié)議，并借鑒其中的節(jié)能思想，設計了一種能量有效的網(wǎng)絡通信協(xié)議。在

3、鏈路層，采用無線傳感器網(wǎng)絡中普遍采用的節(jié)點輪流喚醒與休眠機制；在下行通信中，節(jié)點發(fā)送RTS幀時攜帶同步信息，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降低功耗；信道接入算法采用的是基于CSMA/CA競爭接入的DCF算法；檢錯機制采用了nRF9E5內嵌的CRC循環(huán)冗余校驗碼。在路由協(xié)議上，設計了一種實現(xiàn)簡單、路由算法開銷小的基于表驅動的、支持多跳通信并具有一定自組織能力的路由協(xié)議，它弱化了無線傳感器網(wǎng)絡中的簇的概念，但是把能量平均

4、的思想融入其中，這大大減少了路由過程中的能量消耗。 最后，作者重點從兩個方面討論了無線監(jiān)控網(wǎng)絡的節(jié)能措施。首先針對網(wǎng)絡節(jié)點動態(tài)關閉的能量控制策略，提出采用報文驅動結合異步時間驅動的節(jié)能機制，并設計一種自適應全喚醒周期頻率模式，從而最大限度地節(jié)省能量；然后對功率控制機制進行了分析，尤其對MAC層的功率控制進行了詳細論述，提出用遺傳算法對節(jié)點功率進行優(yōu)化。從仿真結果上來看，達到了降低能量消耗、延長網(wǎng)絡壽命的目的。最后對仿真結果中與一