无线传感器网络低功耗设计及节能方法研究

摘要

无线传感器网络是由大量微型传感器节点密集布撒在监测区域内，通过无线通信方式形成自组织网络系统，将采集到的数据传送给用户。无线传感器网络集成了分布式信息处理、嵌入式计算、传感器和无线通信四种技术，可广泛应用于国防安全、环境监测、医疗健康、工业控制等方面，具有很高的应用价值。由于传感器节点的电源能量有限且不易更换，因此如何减少能量消耗成为无线传感器网络的核心问题。
　　 本文以国家“863”计划一“基于智能无线传感网络的温室环境监控系统平台及其关键技术研究”项目为背景，对无线传感器网络的特点和应用进行了深入研究和分析，为设计低功耗无线传感器网络节点以及如何降低网络系统能耗提供了研究基础。文中从节点硬件结构和系统软件两方面详细设计了无线传感器网络平台，并通过分析无线传感器网络节点各模块的能耗模型，深入探讨了无线传感器网络的关键节能技术。
　　 本文首先介绍了无线传感器网络的研究背景和意义，以及国内外的研究现状，并概述了无线传感器网络的特点和发展历程。其次，文中重点对无线传感器网络节点的硬件结构和软件系统进行了详细设计。在硬件结构方面，通过对传感节点和汇聚节点各模块的芯片选型和具体电路设计，构建了低功耗无线传感器网络平台，并对硬件节能策略做了简要总结；在软件系统方面，则对节点的驱动程序、最小跳数路由协议和数据包传输格式，以及用户系统软件进行了设计和研究，同时简要概括了软件系统的节能策略。本文还对无线传感器网络的节能方法进行了深入研究，分析了无线传感器网络的能耗特点，以及无线传感器网络在数据处理和数据传输等方面的节能策略，并通过仿真实验研究，针对MAC协议和路由协议中的节能技术，提出了本人的研究成果。最后是对全文内容的总结和展望，对文中存在的不足进行了归纳整理，并指出了进一步研究方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外研究动态及发展趋势

1.3 无线传感器网络介绍

1.3.1 无线传感器网络的产生及发展

1.3.2 无线传感器网络的特点

1.4 本文的主要研究内容

第二章 无线传感器网络的低功耗硬件节点设计

2.1 硬件结构设计

2.1.1 传感节点设计

2.1.2 汇聚节点设计

2.2 硬件设计中的节能策略

2.2.1 处理模块的节能策略

2.2.2 通信模块的节能策略

2.3 小结

第三章 无线传感器网络的低功耗系统软件设计

3.1 驱动程序设计

3.1.1 NRF9 E5 和MSP430 F149 的初始化

3.1.2 无线收发模块的驱动程序设计

3.2 无线传感器网络协议设计

3.2.1 无线传感器网络协议栈

3.2.2 基于最小跳数的路由协议设计

3.2.3 数据包传输设计

3.3 用户系统软件设计

3.4 软件设计中的节能策略

3.5 小结

第四章 无线传感器网络的节能方法研究

4.1 无线传感器网络的能耗特点分析

4.1.1 控制模块

4.1.2 传感模块

4.1.3 通信模块

4.2 无线传感器网络的节能技术相关研究

4.2.1 针对数据处理的节能技术

4.2.2 针对数据传输的节能技术

4.3 基于OPNET的无线传感器网络MAC协议研究

4.3.1 相关介绍

4.3.2 MAC层协议研究

4.3.3 构建OPNET仿真模型

4.3.4 仿真实验研究

4.4 基于LEACH的簇树网络路由协议研究

4.4.1 LEACH算法思想

4.4.2 簇树网络路由算法研究

4.4.3 仿真实验研究

4.5 小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 前景展望

致 谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文