基于跨层功率控制的无线传感器网络低功耗设计及其实现

发布时间：2019-11-28 23:18

【摘要】：无线传感器网络是当今国际上备受关注的热点,它是一个多学科交叉的领域,综合了传感器、无线通信、计算机网络等领域的先进技术。无线传感器网络是一种大规模、无基础设施的网络,广泛应用在工业应用、战场监测、农业智能化等领域。能量问题是限制无线传感器网络发展的核心问题,针对无线传感器网络低功耗的研究一直是无线传感器网络研究的热点之一。在无线传感器网络中,路由选择深刻影响着网络拓扑结构以及节点能量消耗,分层设计将网络各层次分离,不能作为一个整体来考虑,而功率控制贯穿无线传感器网络各个层次,因此本文在优化无线传感器网络路由层功耗的基础上,针对功率控制在网络中各个层次的不同表现,将跨层次的功率控制联合起来,进行无线传感器网络低功耗的设计。本文首先对影响无线传感器网络能量消耗的无线传输技术、功率控制和跨层设计等关键因素进行了分析,针对网络层层次型路由协议设计进行详细研究,利用路由层功率控制手段,提出了低功耗分簇路由算法。该算法对现有分簇机制进行改进,引入负载均衡因子,使网络中能量负载更均衡。为了保证仿真全面准确,将该算法仿真结果与经典分簇算法LEACH算法以及已有分簇算法中能耗改善较好的DEEC算法进行对比,结果表明该低功耗算法能有效降低能耗,分别延长了30%、11%的网络寿命。在此基础上本文引入跨层思想,结合前述低功耗算法的路由信息,利用功率控制手段调节MAC层时隙分配,实现跨层的功率控制联合,提出了一种无线传感器网络跨层算法。仿真结果表明,跨层算法能够进一步降低网络能耗,网络生命周期延长了约1.88倍。在理论分析基础上,本文在实际环境中实现了跨层算法的验证。利用高度集成化的CC2430芯片,结合DS18B20数字化传感器,搭配少量的外围电路,设计出一款跨层协议验证平台,并给出了详细的实现原理图。在此基础上,利用IAR Embedded Workbench for MCS-51开发环境,进行跨层协议的编译、调试,完成烧写过程,并组网实现跨层算法的功能测试和能耗测试。实际测试表明,跨层设计能够有效降低网络能耗,相对于非跨层设计能够延长约26%的网络寿命。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5;TP212.9
，

本文编号：2567199