基于跨層功率控制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗設(shè)計及其實現(xiàn).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今國際上備受關(guān)注的熱點,它是一個多學(xué)科交叉的領(lǐng)域,綜合了傳感器、無線通信、計算機網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的先進技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種大規(guī)模、無基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò),廣泛應(yīng)用在工業(yè)應(yīng)用、戰(zhàn)場監(jiān)測、農(nóng)業(yè)智能化等領(lǐng)域。
　　能量問題是限制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心問題,針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗的研究一直是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的熱點之一。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,路由選擇深刻影響著網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以及節(jié)點能量消耗,分層設(shè)計將網(wǎng)絡(luò)各層次分離,不能作為一

2、個整體來考慮,而功率控制貫穿無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各個層次,因此本文在優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由層功耗的基礎(chǔ)上,針對功率控制在網(wǎng)絡(luò)中各個層次的不同表現(xiàn),將跨層次的功率控制聯(lián)合起來,進行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗的設(shè)計。
　　本文首先對影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗的無線傳輸技術(shù)、功率控制和跨層設(shè)計等關(guān)鍵因素進行了分析,針對網(wǎng)絡(luò)層層次型路由協(xié)議設(shè)計進行詳細研究,利用路由層功率控制手段,提出了低功耗分簇路由算法。該算法對現(xiàn)有分簇機制進行改進,引入負載均衡因

3、子,使網(wǎng)絡(luò)中能量負載更均衡。為了保證仿真全面準(zhǔn)確,將該算法仿真結(jié)果與經(jīng)典分簇算法 LEACH算法以及已有分簇算法中能耗改善較好的 DEEC算法進行對比,結(jié)果表明該低功耗算法能有效降低能耗,分別延長了30％、11％的網(wǎng)絡(luò)壽命。在此基礎(chǔ)上本文引入跨層思想,結(jié)合前述低功耗算法的路由信息,利用功率控制手段調(diào)節(jié)MAC層時隙分配,實現(xiàn)跨層的功率控制聯(lián)合,提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層算法。仿真結(jié)果表明,跨層算法能夠進一步降低網(wǎng)絡(luò)能耗,網(wǎng)絡(luò)生命周期延長

4、了約1.88倍。
　　在理論分析基礎(chǔ)上,本文在實際環(huán)境中實現(xiàn)了跨層算法的驗證。利用高度集成化的CC2430芯片,結(jié)合DS18B20數(shù)字化傳感器,搭配少量的外圍電路,設(shè)計出一款跨層協(xié)議驗證平臺,并給出了詳細的實現(xiàn)原理圖。在此基礎(chǔ)上,利用 IAR Embedded Workbench for MCS-51開發(fā)環(huán)境,進行跨層協(xié)議的編譯、調(diào)試,完成燒寫過程,并組網(wǎng)實現(xiàn)跨層算法的功能測試和能耗測試。實際測試表明,跨層設(shè)計能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)能耗