基于无线传感器网络的仓库监测系统能耗管理研究

摘要

随着无线通信技术、微电子技术及物联网技术的迅猛发展，无线传感器网络正成为研究与应用的热点。它是一种具有大规模、无线自组织、能量受限、多跳等特点，由传感器、数据处理、无线通信模块组成的微型节点网络，可以被广泛用于环境监测、医疗护理、智能交通、军事安全等领域进行数据感知与监测。
　　因为无线传感器网络节点大多采用能量有限的电池供电，且在具体应用环境中更换电池不现实，所以能耗成为影响网络寿命的关键问题。在结合无线传感器网络的仓库监测系统实际，为了达到监测系统能长期稳定工作的要求，文中从能耗管理角度进行分析与研究，探讨如何有效地降低网络节点能耗来提高网络寿命。
　　课题首先从研究背景与意义出发，介绍了无线传感器网络的结构特点及应用现状，提出了实现低功耗网络设计所面临的挑战。然后从动态能耗管理、动态电压调制、休眠唤醒等方面详细阐述了能耗管理的各种策略，并在此基础上，一方面通过在电源管理模块、数据处理模块、信息采集模块及休眠电路的低功耗设计，实现了以CC2430芯片为核心的仓库硬件监测平台。另一方面从物理层的信道与传输速率选取、媒体接入层的收发设计与改进、网络层的树型拓扑设计与改进、应用层的中断休眠与功率控制，实现了在仓库硬件平台上Z_stack协议栈的软件低功耗移植。
　　最后，通过在自主开发的仓库监测系统平台上对节点休眠状态功耗、通信距离、网络性能进行测试与分析，从而进一步对节点网络寿命进行估算，验证了软硬件的低功耗设计对无线传感器网络监测系统的能耗管理效果，实现了对仓库长期监测的设计目标。因此，文中的能耗管理研究对延长仓库监测系统寿命具有一定的参考价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图目录

表目录

缩略词表

第一章 绪论

1.1 课题提出背景与意义

1.2 无线传感器网络体系结构及特点

1.3 无线传感器网络研究现状及应用

1.4 无线传感器网络面临的挑战

1.5 论文基本结构

第二章 WSN能耗管理策略分析

2.1 能耗管理策略概述

2.2 数据融合节能策略

2.3 休眠唤醒策略

2.4 本章小结

第三章 低功耗WSN硬件系统设计

3.1 总体设计方案

3.2 低功耗WSN硬件设计

3.3 休眠电路设计

3.4 本章小结

第四章 低功耗WSN协议栈跨层设计

4.1 协议栈概述

4.2 物理层低功耗设计

4.3 MAC层低功耗设计

4.4 网络层低功耗设计

4.5 应用层低功耗设计

4.6 本章小结

第五章 低功耗WSN监测系统性能测试与分析

5.1 测试工具及环境平台

5.2 WSN节点性能测试与分析

5.3 仓库监测实验

5.4 寿命及能耗管理策略有效性分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历及研究成果