物联网末端低功耗绿色节点设计与实现
本文选题:WSN 切入点:生命周期 出处:《北方工业大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:物联网的应用场景十分广泛,尤其在大范围的实地应用中。它的物理组成主要是带各种传感器的节点以及网关、终端,对于设计高效的传感器节点,直接影响着整个网络的生命周期。而网络生命周期是无线传感器网络的一个重要指标,对于如何延长其网络生命周期一直是研究的热点。在延长网络生命周期方面,本文在现有研究的基础上作出了两方面的改善。一方面,在传感器节点电源供电方面,不再使用传统的普通电池供电,而是采用太阳能光伏电池与蓄电池结合的供电方式。另一方面,设计了一种新的能量感知路由协议—MAPA-MIPC。该协议与太阳能预测算法结合在一起,根据每一条链路上的节点能量特点,计算出最佳的数据传输路径。在太阳能预测算法中,采用了一种最新的预测算法—基于天气条件的自回归移动平均(AR-WCMA)模型。该预测算法综合考虑了太阳能收集的季节性变化以及突然的变化,而且相比其它预测算法,无需占用节点MCU大量的存储空间。同时,引入了能量阈值概念,在选择簇首时节点能量未达到高能量阈值不能成为簇首,低于低能量阈值节点处于休眠状态。休眠状态的节点继续补充能量,直到能量达到该阈值以上才能参与路由活动。本文根据低功耗绿色节点的设计要求,在硬件上设计了带太阳能收集的温湿度传感器节点,在软件上提出了一种新的路由协议,并对比了 MRRCE和EHA-LEACH协议。通过NS2搭建仿真环境,模拟传感器节点上传数据至基站。在分析能量数据后,与其它两种路由协议相对比,结果显示出在延长网络生命周期方面,本文提出的节能策略具有明显的优势。这对于实地应用,体现出巨大的应用价值。
[Abstract]:The application of the Internet of things is very extensive, especially in a wide range of field applications. Its physical composition is mainly with a variety of sensor nodes and gateways, terminals, for the design of efficient sensor nodes, The network life cycle is an important index of wireless sensor networks, and how to prolong the network life cycle is always a hot topic. In this paper, two improvements are made on the basis of the existing research. On the one hand, the conventional battery is no longer used in the power supply of sensor node. On the other hand, a new energy sensing routing protocol, -MAPA-MIPC, is designed, which is combined with solar energy prediction algorithm, according to the energy characteristics of nodes on each link. Calculate the best path to data transmission. In solar prediction algorithms, The AR-WCMA-based autoregressive moving average (AR-WCMA) model is adopted, which takes into account the seasonal and sudden variations of solar energy collection, and compares with other prediction algorithms. At the same time, the concept of energy threshold is introduced. When the node energy does not reach the high energy threshold when the cluster head is selected, it cannot become the cluster head. The node under the low energy threshold is in dormant state. The dormant nodes continue to replenish their energy until the energy reaches the threshold to participate in routing activities. In this paper, according to the design requirements of low-power green nodes, The temperature and humidity sensor node with solar energy collection is designed in hardware, a new routing protocol is proposed in software, and the MRRCE and EHA-LEACH protocols are compared. The simulation environment is built by NS2. Analog sensor nodes upload data to the base station. After analyzing the energy data, compared with the other two routing protocols, the results show that in extending the network life cycle, The energy-saving strategy proposed in this paper has obvious advantages, which is of great value for practical application.
【学位授予单位】:北方工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.5;TP391.44;TP212
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 袁辉勇;彭东海;王志和;彭剑;;圆环形传感器网络生命周期最大化模型与求解[J];传感器与微系统;2009年02期
2 袁辉勇;羊四清;胡楚然;;线形异构传感器网络生命周期研究[J];微计算机信息;2010年18期
3 袁辉勇;易叶青;胡楚然;;线形异构传感器的网络生命周期[J];计算机系统应用;2010年03期
4 唐淳杰;;网络生命周期视角下的校园网络设计实践研究[J];柳州师专学报;2013年02期
5 高强;杨宇航;王晖;;基于时分复用的无线传感器网络生命周期研究[J];通信技术;2009年06期
6 赵保华;李培龙;高存皓;周颢;;延长实时无线传感器网络生命周期的能量平衡路由[J];西安交通大学学报;2007年10期
7 唐淑兰;;无线传感器网络生命周期最大化研究[J];信息技术与标准化;2009年07期
8 成瑜娟;张敏洪;;感应半径可调的无线传感器网络生命周期的研究[J];中国科学院研究生院学报;2011年06期
9 刘浩然;尹文晓;韩涛;董明如;;一种优化无线传感器网络生命周期的容错拓扑研究[J];物理学报;2014年04期
10 李倩倩;刘方爱;丁鼎;;WSN中PMRC模型能量洞问题的解决策略研究[J];计算机应用研究;2012年07期
相关博士学位论文 前3条
1 窦金凤;无线传感器网络生命周期延长算法研究[D];中国海洋大学;2008年
2 王晖;无线传感器网络生命周期跨层优化研究[D];上海交通大学;2008年
3 包旭;延长无线传感器网络生命周期的相关算法研究[D];长安大学;2011年
相关硕士学位论文 前6条
1 朱大文;物联网末端低功耗绿色节点设计与实现[D];北方工业大学;2017年
2 李银;双层无线传感器网络生命周期的研究[D];华中师范大学;2011年
3 曾雅丽;无线传感器网络延长网络生命周期算法的研究[D];湖南师范大学;2010年
4 冷蒙;无线传感器网络节点休眠调度方法研究[D];燕山大学;2014年
5 高强;无线传感器网络生命周期的跨层优化研究[D];上海交通大学;2009年
6 张欣欣;基于压缩感知的WSN数据处理方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
,本文编号:1625992
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/1625992.html