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无线传感器网络的低功耗设计技术研究

张大踪  
【摘要】: 无线传感器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节点通过自组织方式构成,可以将环境信息通过网络方式及时有效地传输到接收端。由于节点的供电单元能量有限且不易更换,能量消耗成为无线传感器网络的核心问题。可以从两个途径去解决该问题:一是提高电源的能量;二是通过低功耗设计技术提高网络的能量效率。然而,由于电源能量的提高存在瓶颈,提高网络的能量效率才是解决延长网络生存期问题的根本途径。 本文从无线传感器网络的体系结构设计、节点设计、网络能量管理等多方面研究了网络的能量优化问题,创建了传感节点的功耗模型,对各模块进行了专门的功耗优化和功耗管理。设计了一种温湿度传感节点和汇聚节点,进行数据的采集与传输,并将采集数据借助汇聚节点通过计算机查询,建立传感器网络与计算机的通信。并结合本系统设计的特点,采用了一种基于随机突发式的信道接入技术来优化网络的能量消耗,并借助于一种基于误帧率的反向功率控制技术进一步降低系统能耗。同时设计了一种基于同步信号触发、中断捕获、多级放大的测试系统,来检测无线传感节点的高动态微弱电流,以验证低功耗设计的效果;并进行了通信距离和误帧率测试,以验证网络的传输性能。经过仿真和测试分析,结果证明网络的系统能耗得到了优化和降低。


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