面向公路交通的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來,隨著道路交通的飛速發(fā)展,交通問題逐漸增加,引起全社會(huì)廣泛的關(guān)注和重視。構(gòu)建車、路、人三者結(jié)合的智能公路是實(shí)現(xiàn)智能交通的重要組成部分,但傳統(tǒng)的技術(shù)和設(shè)備在運(yùn)用中普遍存在不足。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)具有覆蓋范圍廣、安裝維護(hù)方便、采集數(shù)據(jù)豐富、分布式協(xié)同感知等優(yōu)點(diǎn),近年來有關(guān)WSN在智能交通中的應(yīng)用研究已成為一大熱點(diǎn),目前已演化為物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)的研究熱潮。瑞典呂勒奧理工大學(xué)在智能公路(iRoad)項(xiàng)目中提出“智能路標(biāo)系統(tǒng)”。該系

2、統(tǒng)基于WSN技術(shù),以Mulle平臺(tái)為硬件基礎(chǔ),TinyOS平臺(tái)為軟件基礎(chǔ),在歐洲E4公路上實(shí)現(xiàn)了智能路標(biāo)(節(jié)點(diǎn))的信息采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明節(jié)點(diǎn)能夠有效的監(jiān)測(cè)到行駛的車輛,但能耗是阻礙其應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。本論文以通過節(jié)能技術(shù)最大限度地延長(zhǎng)系統(tǒng)工作時(shí)間為研究目的,針對(duì)應(yīng)用中的節(jié)能需求在能耗管理、節(jié)能策略、控制算法和測(cè)量工具等方面展開系統(tǒng)深入的研究。主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)有:
　　 1.研究節(jié)點(diǎn)的能耗分布,建立動(dòng)態(tài)能耗管理。研究節(jié)點(diǎn)節(jié)能

3、的一個(gè)關(guān)鍵前提就是掌握能耗的分布。本文基于能耗測(cè)量裝置對(duì)節(jié)點(diǎn)的三個(gè)主要組成部分的工作能耗進(jìn)行監(jiān)測(cè),并根據(jù)結(jié)果繪制對(duì)比圖。已有的研究文獻(xiàn)認(rèn)為能耗主要集中在通信部分,本文的實(shí)驗(yàn)證明感知和處理部分的能耗也不可忽視?；诠?jié)點(diǎn)的能耗分布,在TinyOS軟件平臺(tái)上建立起傳感器、處理器和收發(fā)器三者綜合考慮的資源映射與調(diào)度模型,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)能耗管理,減少了元器件空閑時(shí)的能量浪費(fèi)。
　　 2.研究節(jié)點(diǎn)的節(jié)能策略,建立動(dòng)態(tài)節(jié)能策略框架。依據(jù)本文提出的能

4、耗分布模型,結(jié)合智能路標(biāo)對(duì)車輛檢測(cè)的研究,本文提出了一種動(dòng)態(tài)節(jié)能策略,由信號(hào)處理、低功耗偵聽和傳感器激活率三部分組成。在MicaZ平臺(tái)上對(duì)節(jié)能策略做出了驗(yàn)證,通過提高工作效率減少了能量消耗。最后,給出了描述節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)能耗的公式以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 3.能耗一致性控制理論和方法。WSN根據(jù)實(shí)際環(huán)境協(xié)同地完成監(jiān)測(cè)任務(wù)。通過協(xié)作不僅可以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性,還可以從整體上減緩能量的消耗。本文基于代數(shù)圖論描述了節(jié)點(diǎn)之間的信息交互關(guān)系,建立了交

5、互圖和交互矩陣。提出了通過共享能耗信息,由一致性算法控制節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作,使各個(gè)節(jié)點(diǎn)達(dá)到能耗均衡的算法。仿真結(jié)果表明該算法可以使剩余能量在系統(tǒng)運(yùn)行過程中趨于一致,從而從整體上達(dá)到節(jié)能的效果,延長(zhǎng)系統(tǒng)工作時(shí)間。
　　 4.實(shí)時(shí)能耗監(jiān)測(cè)。通過研究國(guó)內(nèi)外對(duì)WSN能耗的分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)前對(duì)能耗的研究手段存在不足的現(xiàn)狀。本文提出了建立可在實(shí)際環(huán)境對(duì)WSN工作的實(shí)時(shí)能耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)的平臺(tái)。開發(fā)出移動(dòng)便攜的能耗測(cè)量裝置,具有體積小,高精度,對(duì)節(jié)點(diǎn)正常工