无线传感器网络节点低功耗研究

发布时间：2017-09-11 15:29

  本文关键词：无线传感器网络节点低功耗研究

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【摘要】：无线传感器网络是一种自组网,其节点按照一定拓扑结构进行组织,通常被随机播撒在待测区域内,节点数量很大,密度很高,节点体积小,携带的能量非常小并且资源有限,因此在节点中进行低功耗设计和研究有十分重要的意义。本文介绍了无线传感器网络节点构成,对节点的能量损耗环节进行深入分析,并提出各种降低系统功耗措施,分为硬件和软件两个方面。硬件方面结合无线传感器网络节点的功能要求,对组成节点的各个模块,包括:处理器模块、通信模块、传感器模块和电源模块进行了能耗分析。节点的功耗损失主要在处理器和无线收发模块上,因此硬件设计上主要是这两个模块的选择。比较分析各种芯片后,选择S3C6410处理器和CC2530射频芯片作为节点数据处理和通信核心;给出了各个模块电路的设计方案,设计了通信模块与处理器模块的接口电路。对节点系统可以采取的低功耗软件措施主要包括采用定时器中断来使节点周期性的进入睡眠状态,同时采用动态的电源管理,引入动态电压调节-DVS(Dynamic Voltage Scaling)节能技术改造了最早截止时间优先算法EDF(Earliest Deadline First)调度模型,在周期性任务集中,根据任务间存在约束关系来调度任务优先级,根据任务属性对其中的可降压任务插入DVS操作,分别针对整个任务集共用一个最终时限和任务集中不同的任务有不同最终时限的情况得出不同的调度方法。同时按照上述设计制作了节点并进行了一系列的实验,设计的节点具有低功耗、稳定性好的特点,给出的低功耗措施可以延长无线传感器网络节点的使用寿命,基本满足了应用需要。
【关键词】：无线传感器网络 低功耗传感器节点 DVS EDF
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景与意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11
• 1.2.3 发展趋势11-12
• 1.3 本文研究内容12-13
• 第二章 无线传感器网络节点功耗分析13-20
• 2.1 无线传感器网络概述13-15
• 2.1.1 无线传感器网络结构13-14
• 2.1.2 无线传感器网络节点的组成14-15
• 2.2 无线传感器网络节点能耗分析15-17
• 2.2.1 处理器模块能量消耗分析15-16
• 2.2.2 无线通信模块能耗分析16-17
• 2.2.3 传感器模块能耗分析17
• 2.2.4 电源模块能耗分析17
• 2.3 无线传感器网络低功耗技术17-19
• 2.3.1 硬件设计低功耗17
• 2.3.2 嵌入式操作系统低功耗17-18
• 2.3.3 无线通信技术18
• 2.3.4 通信协议低功耗18-19
• 2.4 小结19-20
• 第三章 DVS的多任务节能调度研究20-32
• 3.1 DVS技术20-21
• 3.2 DVS与任务调度结合技术21
• 3.3 基于DVS的多任务调度模型21-30
• 3.3.1 任务调度21-22
• 3.3.2 EDF调度算法22-24
• 3.3.3 无约束关系任务的节能模型24-26
• 3.3.4 有约束关系任务的节能模型26-30
• 3.4 仿真分析30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 无线传感器低功耗节点设计32-44
• 4.1 节点硬件系统中处理器模块低功耗设计32-35
• 4.1.1 S3C6410处理器特点33-34
• 4.1.2 S3C6410低功耗控制和系统工作模式34
• 4.1.3 处理器外围电路34-35
• 4.2 无线通信模块35-38
• 4.2.1 射频芯片的选型35-36
• 4.2.2 CC2530芯片主要特点和工作原理36
• 4.2.3 通信模块与处理器模块的接口电路36-38
• 4.3 汇聚节点设计38
• 4.4 节点软件设计原则38-39
• 4.5 节点软件低功耗设计39-40
• 4.6 动态电源管理40
• 4.7 休眠调度机制40-41
• 4.8 实验及分析41-43
• 4.9 小结43-44
• 结论44-45
• 参考文献45-49
• 发表文章目录49-50
• 致谢50-51

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本文编号：831543