基于UWB的自组织无线传感器网络的设计研究

摘要

无线传感器网络是一个多学科高度交叉的前沿研究热点，它综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理、无线通信及网络技术等，能够通过各类集成化的微型传感器实时地协作监测，感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络方式将所感知信息传送到用户终端，是普适计算研究的一个非常重要的方向。传统的无线传感器网络存在很多局限性，如网内无线通信的相互干扰、系统的能耗过高、缺乏更实效的网络路由手段等，这就大大地限制了它的应用。尤其是在智能家居领域，其信道环境存在较强的多径效应，并且智能家居一个重要的概念就是加入了视频应用，这就需要一个更加高速和可靠的新型通信技术，来实现传感器网络的无线通信。 超宽带(UltraWideBand，UWB)无线通信技术正是能满足这些条件的一个近距离无线通信技术。超宽带无线通信的优点可以概括为：难于被监听，安全性高；功率谱密度极低，抗干扰性强，且系统功耗低；空间解析度极高，具有厘米级的定位精度；具有高速无线数据传输，速率可高达几Gbit／s。本文正是以此为背景，在对UWB和传感器网络相关的技术理论作了大量的理论分析的基础上，提出一种基于UWB的新型无线传感器网络，以UWB无线通信能耗低、速率快等优点，致力于解决传统无线传感器网络的易干扰、能耗高的缺陷，以期更快地将传感器网络推向实际应用。 本文在对UWB和传感器网络的关键技术进行了理论分析后，提出了基于UWB的无线自组传感器网络概念框架。然后，对实现该网络的一些主要方面进行了设计研究，并在Matlab环境中对各设计进行了仿真验证。研究工作主要有以下几个方面：传感器网络的节点设计，包括用于节点的UWBTH—PPM收发信机的设计及其性能仿真；用于收发信机的TH—PPM跳时序列的设计及其仿真；在LEACH路由算法的基础上，给出了一种用于传感器网络的改进算法并仿真。同时，还对仿真结果进行了分析比较，阐述了系统设计的可行性。 最后，对研究工作进行了总结，分析了系统设计中存在的一些不足，并对下一步研究工作提出了一些建议。根据课题研究的经验，并结合当前的UWB和传感器网络的技术发展，对该项研究工作的前景做了展望。

目录

文摘

英文文摘

独创性（或创新性）声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章传感器网络相关技术研究

第三章无线自组织传感器网络的路由分析

第四章无线自组织传感器网络总体设计

第五章基于UWB的网络节点收发信机设计

第六章TH-PPM跳时序列的分析、设计和仿真

第七章系统接收性能及改进路由算法的仿真与分析

第八章全文总结与展望

参考文献

附录缩略语

致谢

研究生期间发表的学术论文