本文關(guān)鍵詞：基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)能耗控制方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展越來越迅速,尤其是無線通信技術(shù),其典型代表為無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。而Zigbee技術(shù)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中發(fā)展速度最快,已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在人們的日常生活中。Zigbee技術(shù)越來越受到關(guān)注的原因在于其低功耗、低成本、高穩(wěn)定性以及高安全性等優(yōu)點(diǎn)。但是,隨著Zigbee技術(shù)的不斷推廣,限制Zigbee技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的一些關(guān)鍵問題也漸漸凸顯出來。其中最為重要的是基于Zigbee技術(shù)的傳感器節(jié)點(diǎn)續(xù)航時間問題。如何才能延長傳感器節(jié)點(diǎn)正常工作使用壽命?各種解決方案相繼被提出:如研發(fā)超低功耗Zigbee芯片、采用可在生能源,由外界生物能轉(zhuǎn)化為電能給傳感器節(jié)點(diǎn)供電;內(nèi)部數(shù)據(jù)壓縮算法的提出;功率控制;終端設(shè)備休眠管理。本文就如何降低傳感器節(jié)點(diǎn)能耗也給出了一些建議。首先從硬件選型上闡明了低功耗MCU能最大限度的降低節(jié)點(diǎn)能耗。而且低功耗MCU必須具備可調(diào)的電源工作模式,即必須可以在正常工作狀態(tài)與休眠狀態(tài)下互相轉(zhuǎn)換。為了滿足通信需求,節(jié)點(diǎn)還需要具備射頻收發(fā)功能,且發(fā)送功率可調(diào)。然后對其軟件設(shè)計(jì)部分做了相應(yīng)的優(yōu)化,使網(wǎng)絡(luò)在完成通信任務(wù)的同時盡可能少的執(zhí)行其他數(shù)據(jù)處理操作,以此來降低能耗。其次研究了在無線傳感網(wǎng)絡(luò)物理層中發(fā)送功率對無線傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗的影響,得到了在AWGN衰減信道、Rayleigh衰減信道下動態(tài)的改變傳輸信號發(fā)送功率相比固定信號傳輸發(fā)送功率更能節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量消耗。最后本文對zstack協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化配置,啟動了可調(diào)電源工作模式;然后實(shí)現(xiàn)了終端節(jié)點(diǎn)的睡眠函數(shù),使節(jié)點(diǎn)能夠在無任務(wù)空閑偵聽的情況下進(jìn)入休眠工作模式。通過電阻-示波器測試法觀測了終端節(jié)點(diǎn)在休眠與非休眠狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)的電流消耗,估算出在這兩種狀態(tài)下終端節(jié)點(diǎn)的具體能量消耗,結(jié)果表明在休眠狀態(tài)下終端節(jié)點(diǎn)能量消耗大大降低,相比于非休眠工作狀態(tài),節(jié)點(diǎn)生命周期延長了98.56%。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感網(wǎng)絡(luò) 衰減信道 低功耗 功率控制 休眠策略
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN92
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)概述11-13
• 1.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的能耗控制13-14
• 1.3 國內(nèi)外研究動態(tài)14-15
• 1.4 論文的研究背景及意義15-16
• 1.5 論文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排16-17
• 第2章 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理及其結(jié)構(gòu)介紹17-31
• 2.1 Zigbee技術(shù)概述17-19
• 2.1.1 Zigbee技術(shù)17-18
• 2.1.2 Zigbee技術(shù)的應(yīng)用18-19
• 2.2 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)19-20
• 2.2.1 星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)19-20
• 2.2.2 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)20
• 2.3 Zigbee協(xié)議架構(gòu)20-30
• 2.3.1 物理層21-24
• 2.3.2 介質(zhì)訪問控制層24-29
• 2.3.3 網(wǎng)絡(luò)層29-30
• 2.3.4 應(yīng)用層30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)整體設(shè)計(jì)31-39
• 3.1 低功耗芯片選型31-32
• 3.1.1 選型要求31
• 3.1.2 低功耗芯片的比較分析31-32
• 3.2 硬件系統(tǒng)框架32-35
• 3.2.1 處理器模塊33-34
• 3.2.2 JTAG接口模塊34
• 3.2.3 射頻模塊34-35
• 3.2.4 復(fù)位電路35
• 3.2.5 電源電路35
• 3.3 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)35-38
• 3.3.1 軟件設(shè)計(jì)整體框架36
• 3.3.2 系統(tǒng)初始化程序36-37
• 3.3.3 電源電壓檢測37-38
• 3.3.4 數(shù)據(jù)發(fā)送流程38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 不同信道下節(jié)點(diǎn)能耗控制的性能優(yōu)化39-52
• 4.1 功率控制方法39-40
• 4.2 物理層能耗模型40-41
• 4.3 OQPSK調(diào)制解調(diào)原理概述41-44
• 4.3.1 QPSK調(diào)制解調(diào)原理41-43
• 4.3.2 OQPSK調(diào)制解調(diào)原理43-44
• 4.4 不同信道下能耗性能分析44-47
• 4.4.1 AWGN信道45-46
• 4.4.2 Rayleigh衰減信道46-47
• 4.5 仿真分析47-51
• 4.5.1 能耗優(yōu)化分析48-50
• 4.5.2 最優(yōu)發(fā)送功率50-51
• 4.6 本章小結(jié)51-52
• 第5章 可動態(tài)休眠的節(jié)點(diǎn)能耗控制策略與測試52-64
• 5.1 無線傳感節(jié)點(diǎn)能耗管理優(yōu)化策略52-53
• 5.2 無線傳感節(jié)點(diǎn)優(yōu)化策略的實(shí)現(xiàn)53-56
• 5.2.1 協(xié)議棧配置53-54
• 5.2.2 用戶消息的建立與睡眠函數(shù)實(shí)現(xiàn)54-56
• 5.3 測試方案介紹56-57
• 5.3.1 測試電阻的選取56
• 5.3.2 測試平臺搭建56-57
• 5.4 終端節(jié)點(diǎn)帶休眠測試數(shù)據(jù)分析57-60
• 5.4.1 定時發(fā)送數(shù)據(jù)請求包57-59
• 5.4.2 定時發(fā)送傳感數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)59-60
• 5.5 終端節(jié)點(diǎn)帶休眠與不帶休眠測試數(shù)據(jù)對比分析60-62
• 5.5.1 帶休眠測試數(shù)據(jù)估算60-61
• 5.5.2 不帶休眠測試數(shù)據(jù)估算61-62
• 5.5.3 休眠與不帶休眠比較62
• 5.6 本章小結(jié)62-64
• 總結(jié)與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 致謝69-70
• 附錄A （攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文情況）70

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  本文關(guān)鍵詞：基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)能耗控制方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：303875