基于环境能量收集技术的无线传感网研究与设计

发布时间：2017-06-05 09:10

  本文关键词：基于环境能量收集技术的无线传感网研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感网络以其应用广泛、方便携带、能耗低等独有的特点,越来越受到人们的关注,但现场节点的供电是一个瓶颈问题。大多数采用电池的系统,更换和维护电池问题较为突出,成为无线传感网络发展道路上的一道技术难题。针对该问题研究了“收集环境能量供电”、“超低功耗”无线传感网络的技术,从收集环境能量供电和节能两个方面给出了较为合理的解决方案。首先研究了无线传感网络的供电问题。针对目前使用化学电池供电的弊端问题,给出了收集环境能量为其供电的思路。接着先简要介绍了环境中易获取的环境能量的特征,然后着重对太阳能、温差能、机械振动能的收集原理及其工作特性分别进行了深入研究,建立了收集环境能量的模型,给出了一种能够同时收集多种环境能量的管理系统的解决方案,解决以往收集某单一环境能量为传感器节点供电不稳定的问题。根据方案设计了能量管理电路,并通过试验论证了该系统的可行性。同时对无线传感网络的总体架构进行了论述,并在此基础上设计了基于传感器节点、汇聚节点、用户系统软件组成的系统框架。其中,传感器节点的设计采用低功耗的MSP430单片机最小系统为核心模块,其符合节点的微型化、低能耗、低成本的要求。而汇聚节点设计成微型嵌入式最小系统,满足了汇聚节点要及时协作、融合节点传送过来的大量的数据以及下传工作任务的要求。另外,软件方面的设计主要包括无线传感网中节点之间的通信程序的设计和无线传感网络协议相关程序的设计,最后采用B/S模式设计了用户系统软件,实现对监测区域的实时监测与管理。最后还重点对无线传感系统网络的相关节能策略进行了研究,首先对无线传感系统对数据的传送和处理的相关节能策略进行了研究与分析,接着对无线传感系统网络的MAC层协议的研究,并着重分析其超帧结构、GTS机制,然后在此基础上引入占空比分析其网络的能耗和时延问题,给出一种自适应占空比方案,并仿真实验了该方案,最后针对传统LEACH协议簇树路由存在的一些问题,给出了一种LEACH协议簇头选举以及簇形成的改进算法,通过仿真实验验证了该算法的可行性。
【关键词】：无线传感网络 低功耗 节能 MAC层协议 LEACH
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景与意义10
• 1.2 国内外研究动态及发展趋势10-13
• 1.2.1 环境能量收集技术的发展动态10-11
• 1.2.2 无线传感器网络的发展动态11-13
• 1.3 本文的主要研究内容13
• 1.4 论文的内容安排13-15
• 第2章 无线传感器网供电问题研究15-29
• 2.1 环境能量在无线传感器网中的应用15-17
• 2.2 环境能量收集器的原理及其特性17-23
• 2.2.1 光伏发电原理及工作特性17-20
• 2.2.2 温差发电原理及工作特性20-22
• 2.2.3 压电发电原理及工作特性22-23
• 2.3 环境能量管理系统模型23
• 2.4 环境能量管理系统设计方案23-28
• 2.4.1 主能量收集工作原理分析24-25
• 2.4.2 辅助能量收集工作原理分析25-26
• 2.4.3 试验与分析26-28
• 2.5 小结28-29
• 第3章 无线传感网节点硬件设计29-38
• 3.1 无线传感网络结构29
• 3.2 传感器节点设计29-33
• 3.2.1 传感器节点整体框架及硬件选型29-30
• 3.2.2 传感器节点模块化设计30-33
• 3.3 汇聚节点设计33-37
• 3.3.1 汇聚节点的需求分析34
• 3.3.2 汇聚节点的整体框架34
• 3.3.3 汇聚节点硬件电路设计34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 无线传感网软件设计38-50
• 4.1 硬件驱动程序设计38-41
• 4.1.1 汇聚节点通信模块驱动程序设计38-41
• 4.1.2 无线收发模块的驱动程序设计41
• 4.2 无线传感网络协议设计41-45
• 4.2.1 无线传感网络协议栈41-42
• 4.2.2 基于最小跳数的路由协议设计42-44
• 4.2.3 节点间数据包传输设计44-45
• 4.3 用户系统软件的设计45-49
• 4.3.1 系统功能结构及设计流程45-46
• 4.3.2 用户系统软件登录界面的设计46-47
• 4.3.3 用户系统软件主界面的设计47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 无线传感网相关节能策略50-64
• 5.1 无线传感网的能耗分析50-51
• 5.2 无线传感网络的节能技术相关研究51-52
• 5.2.1 针对数据处理的节能策略51
• 5.2.2 针对数据传输的节能策略51-52
• 5.3 无线传感器网络MAC协议相关研究52-56
• 5.3.1 IEEE802.15.4MAC层协议介绍52-53
• 5.3.2 超帧结构和GTS机制分析53-54
• 5.3.3 基于占空比的能耗与时延分析54-56
• 5.4 基于LEACH的簇树网络路由协议研究56-63
• 5.4.1 LEACH路由协议的研究及存在的问题56-57
• 5.4.2 改进的簇分布网络路由算法研究57-60
• 5.4.3 仿真实验研究60-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第6章 总结与展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 附录69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 严顺枝;;无线传感器网络及应用[J];电子制作;2014年05期

2 储昭勋;胡艳军;;无线传感器网络技术[J];计算机技术与发展;2006年04期

  本文关键词：基于环境能量收集技术的无线传感网研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：423387