多射頻無線傳感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)今社會對通信技術(shù)要求的日益提高，催生著更廣泛的無線通信技術(shù)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由許多在空間中分布的節(jié)點(diǎn)裝置組成的一種無線通訊網(wǎng)絡(luò)。它融合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式信息計算技術(shù)、以及多種網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)承載了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知層和運(yùn)輸層，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集及環(huán)境監(jiān)測。同時，無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)密度和跳數(shù)伴隨應(yīng)用規(guī)模的增大而增加，將導(dǎo)致單信道網(wǎng)絡(luò)容量的急劇下降。隨著射頻收發(fā)器硬件成本的降低和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，在一個

2、傳感器節(jié)點(diǎn)上配備多個射頻正成為一種良好的解決方案。
　　本文首先介紹了無線傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的關(guān)鍵內(nèi)容，分析了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，對現(xiàn)有主流操作平臺、協(xié)議棧、節(jié)點(diǎn)設(shè)計、通信頻段、天線設(shè)計等進(jìn)行詳細(xì)的比較。對多射頻節(jié)點(diǎn)的設(shè)計，綜合考慮通信距離、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸速率、帶寬、抗干擾性、系統(tǒng)功耗、協(xié)議棧繁簡度、可移植性等因素。最終確定并實(shí)施了一種星型結(jié)構(gòu)的多射頻無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并對其跳頻機(jī)制進(jìn)行了深入討論與測試。
　　在深入了解無線

3、傳感網(wǎng)絡(luò)及多射頻理論的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一款433MHz頻段的透明多射頻無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)在硬件上相對于普通節(jié)點(diǎn)多了一個射頻模塊。并完成了對SimpliciTI協(xié)議棧的雙射頻改造，同時在無協(xié)議棧的情況下自行設(shè)計了一套多射頻通信方案，對雙射頻在不同工作模式下，同為接收、同為發(fā)送、一個發(fā)一個收，都做了詳細(xì)的討論與測試。最后將整個框架做成了一個具體的對節(jié)點(diǎn)溫度、電壓的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及控制的系統(tǒng)。分別測試了在單射頻及多射頻方案下，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)

4、收發(fā)情況、控制能力，通信距離及功耗等。實(shí)驗證明，雙射頻的節(jié)點(diǎn)可以有效地改善網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。多射頻節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐漸擴(kuò)大時，可以明顯改善數(shù)據(jù)丟包率，雙射頻節(jié)點(diǎn)可相對于普通單射頻節(jié)點(diǎn)平均可降低丟包率40％左右。對一個擁有8個終端節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)壓力測試表明，各節(jié)點(diǎn)定時1秒將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)往主節(jié)點(diǎn)時，單射頻模式的丟包率相對定時2秒采集平均增加28%左右，雙射頻模式下約為20%。且雙射頻節(jié)點(diǎn)內(nèi)部不同工作方式條件下，