基于能量收集与占空比优化的传感网节能技术研究

【摘要】：无线传感器网络由众多具有特定采集功能的传感器节点组成。而自身所携带能量决定了它的工作持续能力，它是节点生命周期的体现。因此，传感器节点的能量管理显得尤为重要。节点的能量管理问题和低占空比的时延限制是目前研究的重要课题。 本文实现了一种太阳能传感器节点的节能设计，对太阳能节点的MPPT算法模型进行了研究，提出了一种特别适合在灾害天气环境下的节点能量自适应调节算法并进行仿真实验，结果表明算法具有很好的效果。为解决低占空比方式下的时延限制问题，本文提出了一种基于禁忌搜索的启发式优化算法，并能较好地维护复杂网络中的E2E延迟，仿真实验结果表明其延迟维护性能比延时维护策略(Delay Maintaince)更优越。为解决链路质量较差，能量受限的网络的时延问题，本文提出了一种MC-Streamline延迟维护方案，以保障Sink节点到网络中特定节点的等待延迟。仿真实验结果表明MC-Streamline较Single Streamline和Muti-Streamline具有更优的延迟保障性能。 延时约束协议目前只在Matlab仿真平台上进行了性能评估，仿真结果具有一定的片面性。在实际节点上验证协议有效性将是下一步的主要工作。 【关键词】：无线传感器网络 能量收集 太阳能电池 低占空比 网络延时
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 课题的研究背景与意义7-10
• 1.1.1 课题研究的背景7-8
• 1.1.2 课题研究的意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 无线传感器网络研究现状10-11
• 1.2.2 太阳能传感器节点研究现状11-12
• 1.2.3 低占空比无线传感器网络研究现状12-13
• 1.3 研究内容与论文组织13-15
• 1.3.1 研究内容及主要工作13-14
• 1.3.2 论文组织结构14-15
• 第二章 相关技术研究15-29
• 2.1 无线传感器网络介绍15-20
• 2.1.1 无线传感器网络概述15-16
• 2.1.2 无线传感器网络特点16-17
• 2.1.3 无线传感器网络应用17-20
• 2.1.4 无线传感器网络协议结构20
• 2.2 太阳能电池板介绍20-24
• 2.2.1 太阳能电池的概述20-21
• 2.2.2 太阳能电池的分类21-23
• 2.2.3 太阳能电池的应用23-24
• 2.3 低占空比机制介绍24-27
• 2.3.1 低占空比机制概述24-26
• 2.3.2 低占空比机制的工作流程26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 太阳能传感器节点的能量管理设计与研究29-51
• 3.1 太阳能光伏电池发电原理及影响因素29-34
• 3.1.1 太阳能光伏电池发电原理29-31
• 3.1.2 太阳能光伏电池等效电路31-32
• 3.1.3 影响发电效率的主要因素32-34
• 3.2 太阳能节点能量动态平衡条件34-36
• 3.3 太阳能节点的供电系统设计36-45
• 3.3.1 总体结构36-38
• 3.3.2 硬件设计38-40
• 3.3.3 太阳能节点的 MPPT 算法模型研究40-41
• 3.3.4 节点能量自适应调节算法41-45
• 3.4 太阳能节点的实现与性能分析45-49
• 3.4.1 太阳能节点的系统实现45-47
• 3.4.2 性能分析47-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 约束通信延时的能量收集无线网络协议设计51-81
• 4.1 能量收集网络能量管理51-56
• 4.1.1 能量收集网络概述51-53
• 4.1.2 无线传感器网络节能策略53-55
• 4.1.3 网络协议设计融合节能策略55-56
• 4.2 低占空比无线传感器网络中时延问题56-57
• 4.2.1 网络模型56-57
• 4.2.2 网络模型假设57
• 4.3 约束通信延时的能量收集无线网络协议的设计57-67
• 4.3.1. 设计概览58
• 4.3.2 延迟维护策略(Delay Maintaince)过程性描述58-63
• 4.3.3 维护网络范围内 E2E 延迟的启发式搜索算法63-67
• 4.4 能量搜集网状网络的延迟保障协议设计67-72
• 4.4.1 设计概览67-69
• 4.4.2 多协同流水策略(MC-Streamline)过程性描述69-72
• 4.5 算法描述及仿真实验72-78
• 4.5.1 设计算法描述72-74
• 4.5.2 约束通信网络延迟仿真验证74-76
• 4.5.3 网状网络延迟保障协议仿真实验76-78
• 4.6 本章小结78-81
• 第五章 结束语81-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-90

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