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面向可持续传感器网络的太阳能传感器节点的研究

波澄  
【摘要】:微处理器技术,传感器技术和无线通信技术的高速发展推动了由具有感知,计算和通信等功能的小型电子设备组成的现代无线传感器网络的产生和发展。当前,这种技术已经被广泛应用于环境监控,军事监视,科学研究,医疗保健等。对于一些需要长期部署的传感器网络系统来说,能量成为了主要的瓶颈。传感器节点的能耗从休眠时候的几微瓦到工作时候的几毫瓦,甚至几瓦不等,因此在100%占空比下,对于传统的由电池供电的传感器节点来说,也许只能持续工作几天。为达到传感器网络的可持续性,研究表明能量采集是一种可行的并且非常有前景的方法。 与普通的由电池供电的传感器节点需要考虑能量使用的极限不同,使用环境能量的传感器节点更加关注与以什么样的速率来使用能量。此外,太阳能作为-种丰富的并且成熟的环境能源,对于时间和空间的变化有着不确定性和不可控制性。最近的热点主要集中在保持传感器网络可持续性的痛斥最大化利用环境能量。与以前的研究不同,我们认为在传感器系统中,能量的使用应该和能量的采集保持平衡,对于高效的,能够长时间工作的应用来说,最主要的是使传感器系统能够适应变化的环境和能够获得的资源,并且能够尽可能多的采集数据。 在本论文中,我们设计了一个高效的并且有较高鲁棒性的太阳能传感器系统,叫做SolarMote。同时我们简单分析了能量采集理论,提出了一种衡量系统工作的指标—能量中性操作,它要求传感器节点所消耗的能量必须小于采集到的能量。此外,我们使用能量管理理论来分析能量采集和使用的关系,并且使用一种实用的能量预测方法和占空比动态调整的方法来达到能量中性操作。最后,我们对设计的系统进行了大约两个月的实验,并且利用了相关的管理策略,实现了传感器网络的可持续性。


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