【摘要】：無線傳感器網絡是當今國際上備受關注的熱點,它是一個多學科交叉的領域,綜合了傳感器、無線通信、計算機網絡等領域的先進技術。無線傳感器網絡是一種大規(guī)模、無基礎設施的網絡,廣泛應用在工業(yè)應用、戰(zhàn)場監(jiān)測、農業(yè)智能化等領域。能量問題是限制無線傳感器網絡發(fā)展的核心問題,針對無線傳感器網絡低功耗的研究一直是無線傳感器網絡研究的熱點之一。在無線傳感器網絡中,路由選擇深刻影響著網絡拓撲結構以及節(jié)點能量消耗,分層設計將網絡各層次分離,不能作為一個整體來考慮,而功率控制貫穿無線傳感器網絡各個層次,因此本文在優(yōu)化無線傳感器網絡路由層功耗的基礎上,針對功率控制在網絡中各個層次的不同表現,將跨層次的功率控制聯合起來,進行無線傳感器網絡低功耗的設計。本文首先對影響無線傳感器網絡能量消耗的無線傳輸技術、功率控制和跨層設計等關鍵因素進行了分析,針對網絡層層次型路由協(xié)議設計進行詳細研究,利用路由層功率控制手段,提出了低功耗分簇路由算法。該算法對現有分簇機制進行改進,引入負載均衡因子,使網絡中能量負載更均衡。為了保證仿真全面準確,將該算法仿真結果與經典分簇算法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%的網絡壽命。在此基礎上本文引入跨層思想,結合前述低功耗算法的路由信息,利用功率控制手段調節(jié)MAC層時隙分配,實現跨層的功率控制聯合,提出了一種無線傳感器網絡跨層算法。仿真結果表明,跨層算法能夠進一步降低網絡能耗,網絡生命周期延長了約1.88倍。在理論分析基礎上,本文在實際環(huán)境中實現了跨層算法的驗證。利用高度集成化的CC2430芯片,結合DS18B20數字化傳感器,搭配少量的外圍電路,設計出一款跨層協(xié)議驗證平臺,并給出了詳細的實現原理圖。在此基礎上,利用IAR Embedded Workbench for MCS-51開發(fā)環(huán)境,進行跨層協(xié)議的編譯、調試,完成燒寫過程,并組網實現跨層算法的功能測試和能耗測試。實際測試表明,跨層設計能夠有效降低網絡能耗,相對于非跨層設計能夠延長約26%的網絡壽命。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5;TP212.9
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本文編號：2567199