基于JN5148的WSN平台设计及节能研究

【摘要】： 随着无线传感器网络理论研究的深入和新技术的不断出现,无线传感器网络潜在的研究价值吸引了各个领域研究人员和企业的关注,包括工业控制和环境监测领域。其中基于ZigBee通信技术的无线传感器网络比较成熟,并有不少著名企业的推出了相关产品。但目前大部分基于ZigBee的无线传感网络平台通信距离在100m左右,限制了其在环境监测等大区域监测的应用,因此增加网络监测范围成为一个比较具有工程实际意义的课题。 提高射频单元的发射功率可以有效增加节点的通信距离,但功率的增加将影响到网络节点的工作寿命,因此本文基于JN5148高功率ZigBee模块从硬件结构,应用程序和图像显示界面等方面设计了一套长距离通信的无线传感器网络平台,并对其进行了节能性研究。从“开源”和“节流”两个方面解决节点能量持久性问题,一方面采用太阳能电池给节点供电以补充能量损失,另一方面通过选取低功耗、具备休眠态器件和设计节能传输策略来降低节点本身的功耗。节能传输策略使用节点依次上传数据以减小空闲侦听时间和数据碰撞,实验表明改进的传输策略比常规方式节能17.3%, 此外,本文也对设计的节点进行了详细的性能测试,包括通信距离测试,供电单元效率和稳定性测试,节点数据传输功耗测试。其中对节点数据传输过程中电流进行了详细分析,并建立了节点的传输能耗评估模型,可估计节点数据传输过程中的耗电量,作为评价节能程度的一个指标。还可准确预测节点的寿命,使得节点充分利用能量并在失效之前及时将信息反馈给网络,提高网络的自适应性。 【关键词】：无线传感器网络 ZigBee JN5148 通信距离 传输策略
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 无线传感器网络研究现状9
• 1.2.2 ZigBee技术及其发展9-10
• 1.2.3 无线传感器网络平台研究现状10-12
• 1.3 无线传感器网络平台面临的挑战12
• 1.4 本文研究内容和层次结构12-14
• 2 无线传感节点平台系统设计与实现14-34
• 2.1 系统需求分析14
• 2.2 系统总体方案设计14-15
• 2.3 节点硬件结构设计15-27
• 2.3.1 数据处理与通信单元设计15-21
• 2.3.2 供电单元设计21-24
• 2.3.3 传感器采集单元设计24-27
• 2.4 无线传感器网络软件设计27-34
• 2.4.1 软件开发环境介绍27-28
• 2.4.2 节点应用程序设计28-30
• 2.4.3 数据采集程序介绍30-31
• 2.4.4 数据显示界面设计31-34
• 3 节点性能测试与分析34-48
• 3.1 节点传输距离测试34-36
• 3.1.1 测试方案及环境34-35
• 3.1.2 测试结果与分析35-36
• 3.2 供电单元性能测试36-42
• 3.2.1 效率测试36-39
• 3.2.2 负载瞬态响应分析与测试39-42
• 3.3 节点功耗测试与分析42-48
• 3.3.1 测试设备及原理42-43
• 3.3.2 测试方案43-44
• 3.3.3 测试结果分析44-48
• 4 节能传输方案设计48-61
• 4.1 相关技术介绍48-52
• 4.1.1 常见节能措施48-49
• 4.1.2 CSMA-CA协议49-50
• 4.1.3 RTS/CTS握手协议50-52
• 4.2 节能传输策略52-59
• 4.2.1 策略原理52-54
• 4.2.2 策略实现54-59
• 4.3 实验与分析59-61
• 结论61-62
• 参考文献62-64
• 附录A 节点实物图64-65
• 附录B 无线传感器网络监测系统MST-165-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-69

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