無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理技術(shù)與理論研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由于具有模塊化、自組織等特性而能夠被高密度、大規(guī)模地部署，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能感知所處環(huán)境的細(xì)微變化，增強了人們對于廣域信息的掌控能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在空天、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、環(huán)保、防護及家庭等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用空間。然而，以目前的技術(shù)水平來看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)距離低成本、大規(guī)模、長時間工作等指標(biāo)的要求仍存在較大差距。這就要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在性能上(如能量均衡和定位精度等)有新的提高，也需要理論上有所突破。

2、 本文考慮到技術(shù)的發(fā)展趨勢，采用32位微控制器和ZigBee技術(shù)自主開發(fā)了新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)。對開發(fā)過程中涉及到的能量管理技術(shù)問題進(jìn)行了討論；基于隨機優(yōu)化方法對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡問題進(jìn)行了研究。 分析了32位微控制器LPC2138的低功耗特性和能量管理功能，基于LPC2138研制了3款具有動態(tài)能量管理功能(DPM)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。采用事件驅(qū)動方式，應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點Ⅲ完成了與所研項目其余2個子系統(tǒng)的接口設(shè)

3、計，滿足了項目對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連續(xù)工作時間的指標(biāo)要求。 基于ZigBee技術(shù)開發(fā)了新的通信協(xié)議棧。改進(jìn)了非時隙CSMA/CA算法，解決了確認(rèn)幀碰撞問題；簡化了AODV路由算法，使其具備了一定的能量高效性；針對網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理問題，提出以自較準(zhǔn)方式同步節(jié)點的工作狀態(tài)，以退避方式補償命令發(fā)布延時對節(jié)點工作狀態(tài)同步性的影響。 觀察到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點最低功耗干涉現(xiàn)象。即傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點最低功耗并不是微控

4、制器LPC2138與其它組成器件最低功耗的簡單疊加，LPC2138的引腳配置會影響自身和與其相連器件的功耗。這為進(jìn)一步降低節(jié)點的功耗提供了思路。 針對傳感器節(jié)點發(fā)射/接收功率相差不大的情況，修正了隨機電池模型關(guān)于電荷單元的定義，引入節(jié)點的按需喚醒機制，使簡單的單脈沖隨機電池模型能夠研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量均衡問題。定義了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本單元，該單元包括1個信源節(jié)點、多個路由節(jié)點和1個信宿節(jié)點。基于馬爾可夫決策過程理論，建立了均