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高性能无线传感网络节点设计及自定位算法研究

王宏涛  
【摘要】: 随着通信技术、嵌入式计算机技术与传感器技术的飞速发展和日益成熟,由许多具有感知能力、计算能力、通信能力的微型传感器节点以移动自组网、多跳网络方式构成的无线网络,能够协作感知、采集和处理网络覆盖区域感知对象的信息,并发送给观察者。无线传感网络可以被广泛地用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域,具有十分广阔的应用前景。 本文详细的介绍了无线传感网络体系结构的问题,针对现有的节点在数据处理方面的不足,提出了利用单片机作为主处理器、FPGA作为协处理器的节点设计方案,并对节点的处理器模块、无线通信模块、传感器模块,电源管理模块进行了详细的设计和实现,非常适合于计算量大,实时性要求高的场合。 作为一种全新的技术,无线传感器网络具有许多挑战性的研究课题,而定位就是其中之一。定位是大多数应用的基础,位置信息对传感器网络的监测活动至关重要。在众多的节点定位算法中,基于距离的定位算法具有精度高,本文先对互相关定位算法进行了详细的介绍和深入的研究,并对原始的互相关算法进行了有效的改进,实验结果表明,在允许的误差范围内可以极大的降低计算时间。根据设计节点带有FPGA协处理器的特点,本文给出了互相关FPGA实现的详细方案,并利用极性互相关有效的降低了利用FPGA实现互相关算法的复杂度。


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