无线传感器网络测试平台及节能技术研究

【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。 【关键词】：无线传感器网络 测试平台 节能 协议 发射距离
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 研究的背景与意义7-8
• 1.2 无线传感器网络研究现状8-10
• 1.2.1 概述8-9
• 1.2.2 研究现状9-10
• 1.3 本文的主要工作与内容安排10-13
• 第二章 传感器网络测试平台设计目标13-21
• 2.1 传统传感器节点原理13-17
• 2.1.1 传感器网络节点结构14-16
• 2.1.2 传感器节点设计的特点16
• 2.1.3 传感器网络节点的挑战16-17
• 2.2 测试平台的设计目标17-21
• 第三章 传感器网络硬件测试平台的设计21-45
• 3.1 硬件平台的总体设计21-24
• 3.1.1 传感器网络测试平台的总体设计21-22
• 3.1.2 功能模块设计22-23
• 3.1.3 测试模块设计23-24
• 3.2 关键器件的选型24-33
• 3.2.1 处理器芯片选型24-28
• 3.2.2 射频芯片选型28-32
• 3.2.3 其他的部分芯片选型32-33
• 3.3 功能模块的原理图设计33-38
• 3.3.1 处理器部分设计33-34
• 3.3.2 射频部分设计34-35
• 3.3.3 电源部分设计35-36
• 3.3.4 串行Flash 电路设计36
• 3.3.5 其他辅助电路设计36-38
• 3.4 测试模块的原理图设计38-42
• 3.4.1 电源部分设计38-39
• 3.4.2 处理器部分设计39
• 3.4.3 外部存储部分设计39-40
• 3.4.4 输入、输出设备设计40
• 3.4.5 模拟传感器部分设计40-41
• 3.4.6 虚拟串口设计41
• 3.4.7 能耗测试部分设计41-42
• 3.5 测试平台的PCB 实现42-45
• 第四章 传感器网络节能技术研究45-65
• 4.1 传感器网络耗能情况分析45-48
• 4.1.1 硬件层面的能量分析45-47
• 4.1.2 协议的耗能分析47-48
• 4.2 传感器网络节能跨层协议设计48-57
• 4.2.1 MAC 协议的设计问题与挑战48-49
• 4.2.2 典型的无线传感器网络MAC 协议分析49-53
• 4.2.3 节能跨层协议的设计53-56
• 4.2.4 节能效率分析56-57
• 4.3 无线发射距离的节能控制57-65
• 4.3.1 实现方案57-61
• 4.3.2 测试分析61-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 工作总结65
• 5.2 工作展望65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-72

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