無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著無線技術(shù)、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。傳感器等信息獲取技術(shù)和傳送技術(shù)的進(jìn)步，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其快速布局、抗毀性強(qiáng)、監(jiān)測精度高、覆蓋區(qū)域大等特點(diǎn)而產(chǎn)生了廣闊的應(yīng)用前景，由此成為了當(dāng)前信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。美國商業(yè)周刊和MIT技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最有影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的十大技術(shù)之一。

2、 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器結(jié)點(diǎn)體積微小并采用能量有限的電池來供電，其計(jì)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(luò)設(shè)計(jì)的核心。在無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究中，除了要設(shè)計(jì)能量高效的MAC協(xié)議、路由協(xié)議以及應(yīng)用層協(xié)議之外，還要設(shè)計(jì)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茩C(jī)制。對于自組織的無線傳感網(wǎng)而言，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂茖W(wǎng)絡(luò)性能影響很大。良好的拓?fù)淇刂瓶梢蕴岣呗酚蓞f(xié)議和MAC協(xié)議的效率，為數(shù)據(jù)融合、時間同步和目標(biāo)定位等很多方面提供基礎(chǔ)，有利于延長整個網(wǎng)絡(luò)

3、的生存時間。所以，拓?fù)淇刂埔彩菬o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個研究熱點(diǎn)問題之一。 近年來，拓?fù)淇刂苽涫軐W(xué)者們的關(guān)注。本文分析比較了多種拓?fù)淇刂扑惴?，針對基于最大結(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)能耗大、網(wǎng)絡(luò)生存時間短的不足提出了一種改進(jìn)的基于功率控制和權(quán)重的成簇算法(PWC)，該算法通過選擇合理的參數(shù)，確定結(jié)點(diǎn)的權(quán)重值并利用結(jié)點(diǎn)間的距離來確定結(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，而不再使每個結(jié)點(diǎn)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(quán)重的成簇算法可以有效的減少簇頭結(jié)點(diǎn)的能耗，延長網(wǎng)絡(luò)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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在對道路狀況進(jìn)行監(jiān)測時，傳統(tǒng)的方式是將無線傳感器結(jié)點(diǎn)隨機(jī)的放置在道路上，這種方式將使整個網(wǎng)絡(luò)傳輸大量的幀頭、幀尾等冗余信息；并使靠近匯聚結(jié)點(diǎn)處的結(jié)點(diǎn)能耗過大。本文提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(luò)負(fù)載量和冗余信息的傳輸，改善靠近匯聚結(jié)點(diǎn)處的

5、結(jié)點(diǎn)能耗大的問題。仿真結(jié)果表明，該策略可以節(jié)省結(jié)點(diǎn)的能耗，有效延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。此外，本文設(shè)計(jì)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(luò)結(jié)點(diǎn)機(jī)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(luò)結(jié)點(diǎn)機(jī)的MAC幀格式進(jìn)行了優(yōu)化。完成了物理層和MAC層的軟件設(shè)計(jì)，構(gòu)建了無線傳感網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過結(jié)點(diǎn)機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，解決了在軟件設(shè)計(jì)中遇到的一些主要問題，提出了解決方案。促進(jìn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)