无线传感器网络测试平台及节能技术研究

论文摘要

无线传感器网络(WSN)已经引起了新的研究热潮,随着研究的深入能量问题越来越引起了人们的重视。在国家“十二五”发展报告中对未来无线传感器网络行业的发展环境及发展趋势进行探讨和研判,并在大量分析、预测的基础上,研究了无线传感器网络行业今后的应对策略。“十二五”必将给无线传感器网络的研究带来新的机遇和挑战。目前协议的测试大多停留在计算机仿真的层面上。为协议设计人员提供真实的测试、验证环境而搭建一个能进行多功能测试的无线传感器网络节点测试平台是非常必要的。本文所设计的无线传感器网络测试平台不仅实现了传统平台完成的数据采集、无线收发、数据分发等功能;还能够提供数据测试、分析与处理的功能,从而对协议的性能可进行实际环境的测试。测试平台由两部分组成,一部分用于无线传感器网络功能模块的实现,另一部分用于测试的需要;两部分即是一个整体,又可以理解为相互独立的部分。另外,节能已经成为无线传感器网络研究的核心问题。为解决能量问题,文章首先对造成能耗的原因进行了分析。然后,提出了节能设计的方案。一方面,从协议设计的角度出发,对目前应用较为广泛的协议进行了分析及优缺点的总结,在此基础上设计了节能跨层的无线传感器网络协议,并进行了理论分析。另一方面,为实现能量的高效利用,本文设计了一套无线射频发射距离控制的方案。在已知距离的情况下,分析得出能量损耗随距离变化的关系曲线,从而确定发射端所需要的发射功率,并进行相应的处理,最终实现距离的有效控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 无线传感器网络研究现状
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 研究现状
• 1.3 本文的主要工作与内容安排
• 第二章 传感器网络测试平台设计目标
• 2.1 传统传感器节点原理
• 2.1.1 传感器网络节点结构
• 2.1.2 传感器节点设计的特点
• 2.1.3 传感器网络节点的挑战
• 2.2 测试平台的设计目标
• 第三章 传感器网络硬件测试平台的设计
• 3.1 硬件平台的总体设计
• 3.1.1 传感器网络测试平台的总体设计
• 3.1.2 功能模块设计
• 3.1.3 测试模块设计
• 3.2 关键器件的选型
• 3.2.1 处理器芯片选型
• 3.2.2 射频芯片选型
• 3.2.3 其他的部分芯片选型
• 3.3 功能模块的原理图设计
• 3.3.1 处理器部分设计
• 3.3.2 射频部分设计
• 3.3.3 电源部分设计
• 3.3.4 串行Flash 电路设计
• 3.3.5 其他辅助电路设计
• 3.4 测试模块的原理图设计
• 3.4.1 电源部分设计
• 3.4.2 处理器部分设计
• 3.4.3 外部存储部分设计
• 3.4.4 输入、输出设备设计
• 3.4.5 模拟传感器部分设计
• 3.4.6 虚拟串口设计
• 3.4.7 能耗测试部分设计
• 3.5 测试平台的PCB 实现
• 第四章 传感器网络节能技术研究
• 4.1 传感器网络耗能情况分析
• 4.1.1 硬件层面的能量分析
• 4.1.2 协议的耗能分析
• 4.2 传感器网络节能跨层协议设计
• 4.2.1 MAC 协议的设计问题与挑战
• 4.2.2 典型的无线传感器网络MAC 协议分析
• 4.2.3 节能跨层协议的设计
• 4.2.4 节能效率分析
• 4.3 无线发射距离的节能控制
• 4.3.1 实现方案
• 4.3.2 测试分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献