隨著無線通信技術(shù)的高速發(fā)展,人們對無線通信技術(shù)提出了越來越高的要求,無論是傳統(tǒng)的電池供電,還是插電電源供電等方式,都不足以支持人們對無線通信的靈活性和可持續(xù)性的要求,于是無線數(shù)能同傳技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文著重關(guān)注在傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入無線數(shù)能同傳技術(shù)構(gòu)成數(shù)能一體化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),通過對該數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化,延長整體網(wǎng)絡(luò)壽命,降低無效能量消耗,提高能源利用率。本文主要研究內(nèi)容分為以下三部分。首先,設(shè)計(jì)了基于ZigBee協(xié)議的數(shù)能一體化驗(yàn)證平臺(tái)的基本架構(gòu)和四種數(shù)能分割方案,依此進(jìn)行需求分析和設(shè)備選型,選擇頻率分割方案,依托成熟的ZigBee協(xié)議和開發(fā)板套件進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn),根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)和能量收發(fā)機(jī),由此搭建一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的無線數(shù)能同傳系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的無線能量供應(yīng),在硬件系統(tǒng)層面上驗(yàn)證了無線數(shù)能同傳技術(shù)可以有效應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。然后,針對傳統(tǒng)的MAC層協(xié)議和無線數(shù)能同傳技術(shù),提出了一種超幀結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案,刪去傳統(tǒng)超幀結(jié)構(gòu)的非活躍階段,并調(diào)整超幀結(jié)構(gòu)的時(shí)隙順序,從而增大下行無線傳輸?shù)臅r(shí)隙,增大無線充能的能力;同時(shí)提出一種GTS時(shí)隙分配的判決排序公... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：114 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究工作的背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀
        1.2.1 數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)研究
        1.2.2 針對低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的MAC層協(xié)議研究
        1.2.3 面向數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議研究
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
    1.4 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    1.5 本論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 針對無線數(shù)能同傳技術(shù)的MAC層協(xié)議研究
    2.1 IEEE802.15.4 協(xié)議簡介
        2.1.1 IEEE802.15.4 網(wǎng)絡(luò)簡介
        2.1.2 IEEE802.15.4 協(xié)議結(jié)構(gòu)
    2.2 IEEE802.15.4 MAC層基本幀結(jié)構(gòu)
    2.3 IEEE802.15.4 協(xié)議MAC層信道接入機(jī)制
        2.3.1 超幀周期結(jié)構(gòu)
        2.3.2 CAP階段信道接入機(jī)制
        2.3.3 CAP階段的通信吞吐量分析
        2.3.4 CAP階段能量消耗分析
        2.3.5 CFP階段信道接入機(jī)制
    2.4 IEEE802.15.4 MAC層數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制
    2.5 ZigBee協(xié)議簡介
        2.5.1 ZigBee協(xié)議基本特征
        2.5.2 ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于ZigBee協(xié)議的數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證平臺(tái)研發(fā)
    3.1 驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)需求分析
    3.2 驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
    3.3 驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)備選型
    3.4 頻率分割方案系統(tǒng)搭建
        3.4.1 數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)
        3.4.2 能量收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)
    3.5 驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
        3.5.1 實(shí)驗(yàn)背景描述
        3.5.2 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)具體過程
        3.5.3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    3.6 本章小結(jié)
第四章 面向數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議超幀設(shè)計(jì)
    4.1 面向無線數(shù)能同傳技術(shù)的方案設(shè)計(jì)
    4.2 無線數(shù)能同傳的影響
    4.3 傳統(tǒng)MAC層超幀設(shè)計(jì)在數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)中的缺陷
    4.4 面向數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層超幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.4.1 傳統(tǒng)MAC層超幀結(jié)構(gòu)簡介
        4.4.2 面向數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層超幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.4.3 DEIN超幀結(jié)構(gòu)的合理性分析
        4.4.4 DEIN超幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢分析
    4.5 面向數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)的GTS時(shí)隙分配方案設(shè)計(jì)
        4.5.1 優(yōu)化GTS時(shí)隙申請方式
        4.5.2 優(yōu)化GTS時(shí)隙數(shù)
        4.5.3 面向數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)的GTS時(shí)隙分配方案優(yōu)化
    4.6 仿真實(shí)驗(yàn)效果對比
        4.6.1 仿真實(shí)驗(yàn)物理環(huán)境
        4.6.2 仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)
        4.6.3 仿真實(shí)驗(yàn)軟件環(huán)境
        4.6.4 面向數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)的超幀結(jié)構(gòu)仿真實(shí)驗(yàn)
        4.6.5 面向數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)的GTS時(shí)隙分配方案仿真實(shí)驗(yàn)
    4.7 本章小結(jié)
第五章 面向數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC競爭接入期節(jié)能設(shè)計(jì)
    5.1 緩解競爭接入期能耗問題的理論方法設(shè)計(jì)
        5.1.1 能耗問題的成因
        5.1.2 能耗問題的緩解方案設(shè)計(jì)
    5.2 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的選擇性通信算法研究
        5.2.1 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的選擇性競爭上報(bào)算法
        5.2.2 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的選擇性GTS時(shí)隙申請算法研究
    5.3 競爭接入期退避窗口計(jì)算公式優(yōu)化
        5.3.1 傳統(tǒng)時(shí)隙CSMA/CA算法的退避機(jī)制
        5.3.2 傳統(tǒng)退避機(jī)制的缺陷
        5.3.3 時(shí)隙CSMA/CA算法的退避窗口優(yōu)化
    5.4 仿真實(shí)驗(yàn)效果對比
        5.4.1 選擇性競爭上報(bào)算法仿真實(shí)驗(yàn)
        5.4.2 選擇性GTS時(shí)隙申請算法仿真實(shí)驗(yàn)
        5.4.3 面向數(shù)能一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)的退避算法仿真實(shí)驗(yàn)
    5.5 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]無線數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)及其數(shù)能聯(lián)合接入控制協(xié)議設(shè)計(jì)[J]. 楊鯤,趙毅哲,胡杰.  吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(01)
[2]數(shù)能一體化無線通信網(wǎng)絡(luò)[J]. 楊鯤,于秦,冷甦鵬,張平.  中國科學(xué):信息科學(xué). 2016(05)
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碩士論文
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[2]IEEE 802.15.4協(xié)議MAC層機(jī)制研究[D]. 詹方.西安電子科技大學(xué) 2017
[3]蜂窩網(wǎng)中基于數(shù)能同傳技術(shù)的資源分配[D]. 趙毅哲.電子科技大學(xué) 2017
[4]IEEE 802.15.4協(xié)議CSMA/CA機(jī)制研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 徐德森.西安電子科技大學(xué) 2013
[5]基于TinyOS系統(tǒng)的IEEE 802.15.4MAC協(xié)議的實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 周俊.南京郵電大學(xué) 2011
[6]IEEE802.15.4時(shí)隙CSMA/CA算法性能研究[D]. 黃穎.西安電子科技大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3171771