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无线传感器网络节能传输技术研究

袁勇  
【摘要】:随着芯片技术、通信技术和传感技术的飞速发展,目前传感技术正迈入无线传感器网络新时代。这种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微小节点组成,通过自组织方式构成网络,借助于节点中内置形式多样的传感器,可以将所在周边环境信号,通过网络方式及时有效地传输到信息接收端,极大提高了传感器监测面积和性能,提高了监测网络可靠性和生存性,可以被广泛地应用于国防军事、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。 然而,由于节点靠电池供给能量,而又不易对如此众多的节点更换电池,节省能耗延长网络生命期就成为了无线传感器网络的关键; 另一方面,由于无线传感器网络应用领域非常广泛,不同应用领域对网络有不同程度的服务质量要求,如端到端传输实时性、可靠性。因此,设计能耗低同时又能灵活有效支持服务质量的无线传感器网络技术,对于无线传感器网络实用化具有非常重要的意义。 根据对节点部件的分析,发现其能耗主要来源于传感、无线传输以及数据处理三个操作,而无线传输能耗远远超过其他两项操作需要重点考虑。另一方面,无线传感器网络各项技术,如网络路由技术,分布式信息处理技术都需要无线传输,因此,无线传输技术被公认为其余各项技术的基础,其性能好坏直接影响到其余技术设计,也根本性地影响到整网能耗与服务质量支持,因此,本文以无线传感器网络中的无线传输技术作为切入点,对能耗与服务质量支持进行了深入系统的研究。 根据多跳传输、节点能力受限但数量大以及多应用共存的特点,无线传感器网络中的无线传输技术主要涉及到下面几方面的内容:点到点与端到端层面的传输技术; 通过多点协作的传输技术以及多应用环境下的传输技术。因此,本文根据无线传感器网络的特点,重点研究了这几个方面的无线传输技术,关注于其中的节能与服务质量支持问题及两者的联合优化。这些工作得到了国家自然科学基金“基于媒体传输特性的无线多媒体技术的研究”(No.60202005)的资助。 本文取得的研究成果包括如下几个方面: (1) 点到点自适应码位调制无线通信技术 本文分析了无线传感器网络对无线通信的低功耗,低复杂度,共存性及自适应


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