无线传感器网络的低功耗设计技术研究

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1页摘要无线传感器网络由大量集成有传感器、数据处理单元和无线通信模块的节点通过自组织方式构成，可以将环境信息通过网络方式及时有效地传输到接收端。由于节点的供电单元能量有限且不易更换，能量消耗成为无线传感器网络的核心阉题。可以从两个途径去解决该闯题：一是提高电源的能量：二是通过低功耗设计技术提高网络的能量效率。然而，由于电源能量的提高存在瓶颈，提高网络的能量效率才是解决延长网络生存期问题的根本途径。’本文从无线传感器网络的体系结构设计、节点设计、网络能量管理等多方面研究了网络的能量优化问题，创建了传感节

2、点的功耗模型，对各模块进行了专门的功耗优化和功耗管理。设计了一种温湿度传感节点和汇聚节点，进行数据的采集与传输，并将采集数据借助汇聚节点通过计算机查询，建立传感器网络与计算机的通信。并结合本系统设计的特点，采用了一种基于随机突发式的信道接入技术来优化网络的能量消耗，并借助于一种基于误帧率的反向功率控制技术进一步降低系统能耗。同时设计了一种基于同步信号触发、中断捕获、多级放大的测试系统，来检测无线传感节点的高动态微弱电流，以验证低功耗设计的效果；并进行了通信距离和误帧率测试，以验证网络的传输性能。经过仿真和测试分析，结果证明网络的系统

3、能耗得到了优化和降低。关键词：无线传感器网络低功耗设计网络协议功率控制西南科技大学硕士研究生学位论文第1l页AbstractWirelessSensorNetworks(WSNs)aiecomposedoflargenumberofnodesintegratedwithsensors，dataprocessingunitsandwirelesscommunicationmodules．WSNsarenetworkedinaself-organizingstyleandtransmitenvironmentinformationtor

4、eceivers．Becausepowersupplyfornodesislimitedandhardtoreplace，energyconservationbecomesakeyprobleminWSNs．Thisproblemcanbesolvedintwoways．Oneistoincreaseenergyofpowerunits．Theotheristoimproveenergyefficiency．Thelatteristhefundamentalwaytosolveitsincethereisabottlenecktot

5、heimprovementoftheenergydensity．TheproblemofenergyoptimizationinWSNswasanalyzedandstudiedincludingsystemarchitecture，nodedesignandnetworkenergymanagementetc。Powermodelsfornodewereestablished，andeachmoduleofnodewasoptimizedandmanagedwithafocusonenergyconsumption．Akindof

6、temperatureandhumiditysensornodeandsinknodeweredesignedtocollectandtransmitdata，andcommunicatewithcomputerbythesinknode．AmediumaccesscontrolprotocolbasedonrandomtimingandshockbursttransmissionandareversepowercontroltechniquebasedOnframeerrorrateswereproposedtoreduceene

7、rgyconsumption．Additionally，atestingsystembasedonsynchrOnizationsignalcaptureandmultistageamplificationwasdevelopedtotesttheweakandhighlydynamiccurrentsofnodestovalidatethelow-powerdesign，andcommunicationdistanceandframeerrorratesofthenodesweretestedtovalidatetransmiss

8、ionperformance．ItwasprovedthatthesystemenergyconsumptionwasreducedandoptimizedfromtheresultsOfsimulationsandtests．Key