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一种多层轻量型低功耗的WSN协议的研究与实现

徐洋  
【摘要】:无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是大量传感节点通过单跳或者多跳的通信方式,自组织形成的无线网络系统,每个传感节点均具有一定的传感、计算、无线通信的能力以及有限的能量,通过互相关联、合作,将感知的温度、湿度等传感信息发送给观察者集中处理。当前WSN的研究已经由理论向产业应用转化,并进入了规模应用阶段。 仓储监测是现代物流供应链中不可或缺的一环,是保障储存物品品质,预防灾害发生的重要手段。仓储监测应用具有物品摆放密集、周转周期不固定、传感节点数量多等特点,这些特点为面向仓储监测应用的WSN带来了挑战。本论文研究和实现了一种面向仓储监测的WSN协议,并在此基础上设计了一套具有实际应用价值的硬件平台,它有效解决了WSN在仓储物流监测应用上的局限性。 本论文对所给出协议的数据避让机制、网络拓扑结构、组网方式、数据融合方法与时隙分配算法进行了详细的讨论。协议在MAC层采用时隙分配与CSMA-CA相结合的方式,有效避免数据碰撞;在网络层采用树簇状拓扑结构,数据在簇头结点进行数据融合,简化节点路由算法,降低传输能量损耗;结合时隙方式与树状结构,提出了基于权值的时隙分配算法,有效均衡网络能量。并且协议借助电磁唤醒技术实现了路由节点睡眠。 仓储监测系统的硬件平台由传感节点和网关节点组成,传感节点在硬件上实现了低功耗的电源管理,并且具备低功耗的数据显示功能;网关节点实现了对网内无线传感节点的实时控制和WSN协议到TCP/IP协议的转换,提供有线以太网/Vi-Fi/GPRS三种网络接入模式。 协议栈及硬件平台已成功部署到川渝烟草公司成都仓库的烟叶醇化监测系统中,实际运行表明,网络运行稳定,数据传输可靠,网络寿命预期可达23.5个月。


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