基于太阳能的无线传感网节点设计与能量优化

发布时间：2017-09-01 09:31

  本文关键词：基于太阳能的无线传感网节点设计与能量优化

  更多相关文章： 无线传感器网络 能量收集 太阳能集能式节点 电池电量 数据包投递率

【摘要】：随着信息化的不断普及和网络技术的飞速发展,无线传感器网络已经越来越多的被应用在各个领域。越来越多的无线传感器需求提出了能够稳定工作十年甚至以上的一系列要求,因此,能量收集成为了解决这一问题的可行手段。本文设计了一个符合集能式传感器网络机制的节点,这种节点利用太阳能板进行能源收集并把能量储存在锂电池中,实验证明,不同环境下的工作效率、不同发射功率和不同距离等因素影响下,节点和网络的表现均不同。为了量化集能式节点的充电特性,以TinyOS为操作系统的太阳能式集能式节点将收集太阳能,并由基站监听节点发送的电压信息,从太阳能集能式节点处获取有效载荷数据。太阳能集能式节点经过了和基站的重新同步后,将开始发送广播消息。一旦收到信息,基站将读取并分析录入PC的数据包内容。收集到的数据将被存储在PC指定的一个文件上。通过测量和分析这些数据,测算系统可以得到在特定时间内节点的电压曲线,并在此基础上,针对电池电量和数据包投递率的数据特性进行分析。最后,在测量的基础上,本文又提出了一些基于模型的优化方法,为未来的工作提供指引方向。本文的创新点在于：(1)定制化地对于telosb太阳能供电传感器节点进行了设计和实现；(2)设计了基于太阳能的集能式无线传感网的信息收集和测量系统；(3)基于系统测量进行了实验和数据分析。
【关键词】：无线传感器网络 能量收集 太阳能集能式节点 电池电量 数据包投递率
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 无线传感器网络9-14
• 1.1 无线传感网体系结构9-10
• 1.2 无线传感网协议体系结构10-11
• 1.3 无线传感网应用11-12
• 1.4 无线传感网管理技术12-13
• 1.5 本文的主要工作和组织结构13-14
• 2 无线传感网的能量管理分析和现状14-17
• 2.1 无线传感网的能量管理分析14-15
• 2.2 无线传感网能量管理现状15-17
• 3 无线传感网太阳能集能式节点设计17-34
• 3.1 节点硬件设计17-21
• 3.1.1 硬件设计目标17-18
• 3.1.2 硬件设计实现18-21
• 3.2 节点软件设计21-34
• 3.2.1 节点使用的TinyOS操作系统21-23
• 3.2.2 节点编程使用的nesC语言23-24
• 3.2.3 基站节点操作系统的编码24-30
• 3.2.4 太阳能集能节点操作系统的编码30-34
• 4 测算系统关于集能式节点的测量方法及实验设计34-46
• 4.1 实验环境搭建34-36
• 4.1.1 安装jdk1.734-35
• 4.1.2 安装TinyOS 2.1.135-36
• 4.2 节点操作系统的烧写36-38
• 4.3 实验场景描述38-40
• 4.4 影响因子和关注问题40-41
• 4.4.1 实验影响因子40-41
• 4.4.2 实验关注问题41
• 4.5 数据筛选和过滤41-46
• 4.5.1 数据分析41-43
• 4.5.2 数据过滤43-44
• 4.5.3 数据转化44-46
• 5 测算系统数据统计与结果分析46-57
• 5.1 关于电池电量的实验结果分析46-50
• 5.1.1 不同环境对于电池电量的影响46-47
• 5.1.2 双节点情况下节点的电量表现47-48
• 5.1.3 数据包发送周期对于电池电量的影响48-50
• 5.2 关于数据包投递率的实验结果分析50-51
• 5.2.1 发送节点到基站距离对于数据包投递率的影响50-51
• 5.2.2 发送节点无线发送功率对于数据包投递率的影响51
• 5.3 实验模型的优化分析51-57
• 5.3.1 节点的快速掉电51-53
• 5.3.2 图像的数据毛刺53-54
• 5.3.3 实验的多参变化54-55
• 5.3.4 获取的能源预测55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况60-61
• 致谢61-62

【参考文献】

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1 魏佳杰;郭晓金;李建寰;;无线传感网发展综述[J];信息技术;2009年06期

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本文编号：771292