基于CC2420的无线传感器网络节能策略研究

【摘要】： 无线传感器网络是由大量的,具有通信和计算能力的微小传感器节点构成的自治网络系统,能根据环境自主完成指定任务的智能系统。与传统网络相比较,无线传感器网络具有大规模、随机布设、多跳通信方式、自组织和协同工作等特点使得它在军事、工业、家具、环境等诸多领域都有着广阔的应用前景。然而,无线传感器网络在为人类社会带来不可估量好处的同时,也提出了资源的严格受限、超大规模、高度动态性等新的挑战。 能量问题是无线传感器网络面临的最大挑战,传感器节点的小尺寸限制了其携带的能量,进而限制了网络的使用寿命。节点数目巨大,且多处于不易被人接近的场所,导致了无法频繁更换节点的电源。相对现有的无线网络而言,传感器网络存在着严重的节点能量约束问题,所以,其首要设计目标就是高效使用传感器节点的能量,延长传感器网络的生存期。 本文首先介绍了无线传感器网络的研究背景,应用价值和国内外研究的现状,并简要介绍了传感器网络的体系结构、特点及其遵守的IEEE802.15.4协议,分析了射频模块芯片CC2420如何应用到我们的传感器网络,研究了传感器网络节能相关的各种经验算法,然后我们在此基础上提出了一种新的无线传感器网络的节能思想。该思想通过对传感器发射功率的控制,致力于实现对无线传感器网络的生命期的优化,以及对节点通信链路质量的提高。本课题的创新就在于提出了新的节能思想,在算法的实现上有创新之处。最终在以CC2420和EM78815为平台的无线传感器网络上得以实验验证。 【关键词】：无线传感器网络 通信链路质量 节能 发送功率控制
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 引言8-18
• 1.1 无线传感器网络8-11
• 1.1.1 传感器网络结构8-9
• 1.1.2 传感器节点结构9-10
• 1.1.3 传感器网络协议栈10-11
• 1.2 无线传感器网络的特征11-15
• 1.2.1 传感器网络的节点的限制11-13
• 1.2.2 无线传感器网络的特点13-15
• 1.3 无线传感器网络的应用15-16
• 1.4 无线传感器网络的研究现状16-17
• 1.5 本文研究的主要内容和章节安排17-18
• 第二章 802.15.4协议、CC2420及其在WSN中的应用18-45
• 2.1 低速无线私域网(LRWPAN)18
• 2.2 IEEE 802.15.4的组成18-26
• 2.2.1 网络拓扑19-20
• 2.2.2 网络体系结构20-21
• 2.2.3 物理层(PHY)21-22
• 2.2.4 MAC子层22-26
• 2.3 无线传感器网络平台设计26-44
• 2.3.1 无线传感器节点总体设计26-27
• 2.3.2 MCU27-28
• 2.3.3 射频芯片CC242028-44
• 2.3.3.1 4线串口配置和数据接口30-34
• 2.3.3.2 CC2420接收模式34-36
• 2.3.3.3 CC2420发送模式36-37
• 2.2.3.4 CC2420的解调，符号同步以及数据发现37-38
• 2.3.3.5 CC2420状态切换图38-39
• 2.3.3.6 CC2420帧结构39-42
• 2.3.3.7 CC2420的地址识别42-43
• 2.3.3.8 RSSI/能量检测43-44
• 2.4 小结44-45
• 第三章 无线传感器网络功率控制与节能算法研究45-55
• 3.1 概述45
• 3.2 无线传感器网络功率控制技术经验研究45-54
• 3.2.1 本地平均算法45-47
• 3.2.2 自适应发射功率控制47-51
• 3.2.3 节点交互式对发射功率的调整51-52
• 3.2.4 PCBL算法52-54
• 3.3 功率控制算法的经验总结54-55
• 第四章 功率控制算法及实验55-69
• 4.1 无线传感器网络节能概述55-56
• 4.2 功率控制技术国内外研究现状56
• 4.3 提出算法56-57
• 4.4 算法理论基础57-61
• 4.5 算法流程及实现61-65
• 4.6 实验对比65-67
• 4.6.1 实验一65-66
• 4.6.2 实验二66-67
• 4.6.3 实验三67
• 4.7 小结67-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 5.1 工作总结69-70
• 5.2 工作展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76

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