基于Zigbee的无线传感网络能耗控制方法研究

摘要

现代通信技术发展越来越迅速，尤其是无线通信技术，其典型代表为无线传感网络技术。而Zigbee技术在无线传感网络技术中发展速度最快，已经被广泛的应用在人们的日常生活中。Zigbee技术越来越受到关注的原因在于其低功耗、低成本、高稳定性以及高安全性等优点。但是，随着Zigbee技术的不断推广，限制Zigbee技术继续发展的一些关键问题也渐渐凸显出来。其中最为重要的是基于Zigbee技术的传感器节点续航时间问题。如何才能延长传感器节点正常工作使用寿命？各种解决方案相继被提出：如研发超低功耗Zigbee芯片、采用可在生能源，由外界生物能转化为电能给传感器节点供电；内部数据压缩算法的提出；功率控制；终端设备休眠管理。
　　本文就如何降低传感器节点能耗也给出了一些建议。首先从硬件选型上阐明了低功耗MCU能最大限度的降低节点能耗。而且低功耗MCU必须具备可调的电源工作模式，即必须可以在正常工作状态与休眠状态下互相转换。为了满足通信需求，节点还需要具备射频收发功能，且发送功率可调。然后对其软件设计部分做了相应的优化，使网络在完成通信任务的同时尽可能少的执行其他数据处理操作，以此来降低能耗。
　　其次研究了在无线传感网络物理层中发送功率对无线传感器节点能量消耗的影响，得到了在AWGN衰减信道、Rayleigh衰减信道下动态的改变传输信号发送功率相比固定信号传输发送功率更能节省节点能量消耗。
　　最后本文对zstack协议进行了优化配置，启动了可调电源工作模式；然后实现了终端节点的睡眠函数，使节点能够在无任务空闲侦听的情况下进入休眠工作模式。通过电阻-示波器测试法观测了终端节点在休眠与非休眠状态下节点的电流消耗，估算出在这两种状态下终端节点的具体能量消耗，结果表明在休眠状态下终端节点能量消耗大大降低，相比于非休眠工作状态，节点生命周期延长了98.56％。

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第1章 绪论

1.1 无线传感网络概述

1.2 无线传感网络的能耗控制

1.3 国内外研究动态

1.4 论文的研究背景及意义

1.5 论文的主要内容和章节安排

第2章 Zigbee无线传感器网络原理及其结构介绍

2.1 Zigbee技术概述

2.2 Zigbee无线传感器网络拓扑结构

2.3 Zigbee协议架构

2.4 本章小结

第3章 Zigbee无线传感网络节点整体设计

3.1 低功耗芯片选型

3.2 硬件系统框架

3.3节点软件设计

3.4 本章小结

第4章 不同信道下节点能耗控制的性能优化

4.1 功率控制方法

4.2 物理层能耗模型

4.3 OQPSK调制解调原理概述

4.4 不同信道下能耗性能分析

4.5 仿真分析

4.6 本章小结

第5章 可动态休眠的节点能耗控制策略与测试

5.1 无线传感节点能耗管理优化策略

5.2 无线传感节点优化策略的实现

5.3 测试方案介绍

5.4 终端节点带休眠测试数据分析

5.5 终端节点带休眠与不带休眠测试数据对比分析

5.6本章小结

总结与展望

1、 工作总结

2、 课题展望

参考文献

致谢

附录A （攻读学位期间发表论文情况）