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《电子科技大学》 2011年
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无线传感器网络若干节能关键技术研究

汪文勇  
【摘要】:无线传感器网络(Wireless Sensor networks,WSN)的节点中,可内置形式多样的传感器,通过多节点协作测量周边环境的理化信号,从而探测到众多相关的客观世界状态,如温度、噪声、震动、压力、物体的移动和污染指标。WSN节点一般由四个部分组成:微控制单元、传感器模块、无线收发装置和电池单元组成,众多节点会以自组织的方式快速形成一个无线网络。节点受到其自身体积、成本等因素的限制,从而导致其处理能力、存储能力、带宽、以及电源供给十分有限。 能量效率的问题是WSN急需解决的关键问题之一,因此如何有效降低能耗,延长节点的生命周期从而延长WSN的生命周期,这需要从理论到实践做许多的工作。 本文从操作系统和组网的角度,对WSN中的若干节能关键技术展开了相关研究,包括操作系统的若干节能技术,以及组网的若干节能关键技术。介绍了自主研发的节点操作系统TaraxOS1,研究了该系统的低功耗任务调度;研究了与连通支配集相关的组网技术,以支持高效节能的组网和数据传输。主要内容包括: (1)研究了WSN中的节点操作系统,研究设计了TaraxOS操作系统。介绍了TaraxOS的中断、内存管理、调度机制、系统的工作流程以及调度机制,重点研究了基于电池模型的低功耗任务调度算法。 (2)提出了用马尔科夫模型优化分布式连通支配集算法。该算法首先使用离散马尔科夫链为节点建立模型,然后根据节点的度和剩余能量进行多轮选举支配点,并依据模型预测的功耗决定本轮的运行时间。 (3)提出了基于邻节点信息的分布式连通支配集构造算法。该算法首先利用单跳邻节点的通信覆盖信息,分布式的在全网中求出各节点对应的最小转发集,然后采用在邻节点范围内广播最小转发集信息的方法构造出连通支配集。 (4)提出了基于蜂窝模型构建虚拟骨干网的分布式算法。蜂窝结构是高效的二维区域覆盖方法,基于蜂窝模型构建虚拟骨干网的分布式算法,减少了蜂窝结构模型的扭曲度,经仿真实验表明,由本算法构建出的骨干节点数少且稳定,得到的骨干网较为精简,受网络节点密度的影响较小。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN929.5;TP212.9

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【参考文献】
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