无线传感器网络声目标定位中能耗控制技术研究

发布时间：2018-01-11 01:23

  本文关键词：无线传感器网络声目标定位中能耗控制技术研究　出处：《中北大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 无线传感器网络 能耗高效 按需同步 休眠唤醒调度 目标定位 广义互相关定位算法

【摘要】：伴随着微电子机械系统、计算机、传感技术和人工智能等学科的飞速发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)在新一代物联网技术和智能网络技术中发挥着不可忽视的推动作用。通过在指定区域配置具有自治能力的传感器节点,采用自组织、自适应和多跳协作的通信的方式实现网络通信和合作,来完成对目标的感知、定位和跟踪,成为了目标定位领域的核心技术,从而在军事、民用和物联网行业得到了极其广泛的应用。但同时,因其节点自身所具有的通信能力、存储空间和供电能耗受限等制约,基于各个层面的无线传感器网络节能技术的研究层出不穷。本文根据某项目背景需求,首先自主设计了符合项目要求,具有传感定位功能的无线传感器节点及其阵列网络,之后分别从物理层、数据链路层、网络层,展开了对于节点能耗高效、智能化节能技术的深入研究。在上述问题的研究中,针对不同的应用需求,在无线传感器网络的硬件供电控制、按需同步机制、智能化休眠唤醒机制以及网络层数据命名网络定位方法等方面提出了具有实际应用价值的系统改进算法,并通过一系列实验和计算机仿真对性能进行了验证和评估。主要研究工作如下:本文关注无线传感器网络的功能实现和节能技术,概括了无线传感器网络的国内外研究现状和意义,及其在各个领域的应用及其重要性,对现有的传感器网络的节能问题的各种解决方案做出了详细的分析和综述,从不同的网络层面概述了现有的节能技术的分类及特点,分析了他们的优缺点,解释了当前节能技术所面临的问题和挑战;硬件层面的微观设计从两方面来实现,首先是根据项目背景需求量身定制了能够完成各种节能协议、数据采集和定位功能的高智能化、高精度、高集成度和具有可扩展性的声传感器节点,在电源控制和休眠唤醒状态切换方面的独特设计使得节点性能突出且实用性强;其次,在前期项目研究的基础上,对原有的四元阵列做出了改进,提出了六元正四棱锥结构的网络拓扑结构,并设计了基于此结构的定位算法。两方面的设计和实现,为后期的节能协议的实施提供了平台;节点之间的时钟同步实现是基于参考广播同步协议的一种量身改进,根据节点硬件结构,采用FPGA进行时间戳采集,提出了按需参考广播同步协议,在同步机制和时间漂移方面做出了改进,改进后的协议在缩小了同步协议开销的基础上提高了同步精度,并被实验证明;实现了基于节点分类的动态休眠唤醒调度机制,降低了传感器节点在空闲监听时的额外能耗支出,采用了对于节点监听和转发的功能分类,并实现了周期性的休眠调度,有限竞争,条件应答,快速发送,送完休眠的调度机制灵活而有效有限竞争,条件应答,快速发送,送完休眠的调度机制灵活而有效,最大限度的延长了传感器网络的生命周期。经过实验证明,提出的能耗控制整体解决方案,在声目标定位的无线传感器网络中,能够有效的权衡定位精度与能耗支出,有效控制了能耗,延长了网络周期寿命。
[Abstract]:In this paper , based on the requirement of wireless sensor network , the paper gives a detailed analysis and evaluation of energy - saving technology in military , civil and Internet of things . This paper improves the original four - dimensional array , puts forward the network topological structure of the six - element regular pyramid structure , and designs the positioning algorithm based on the structure . The design and implementation of the two aspects provides a platform for the implementation of the later energy - saving protocol . According to the hardware structure of the node , the system improves the synchronization accuracy based on the node hardware structure . The improved protocol can effectively balance the positioning accuracy and energy consumption expenditure , effectively control the energy consumption and prolong the life of the network .

【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5

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本文编号：1407585