无线传感器网络能效问题研究

论文摘要

随着无线通信技术、嵌入式技术和数据处理技术的发展,一种小型的将传感器模块、无线通信模块和处理器模块集成在一起的无线传感器节点成为可能。这种节点可以散布到环境中,节点会通过自组织方式形成网络,然后将监测的数据通过多跳方式传输给用户。无线传感器网络在工农业、国防等领域具有广阔的应用前景,已经引起了科研界的广泛关注。在传感器网络应用中,节点是通过不可更换的电池供电的,如何高效利用有限的能量,提高网络生存时间成为传感器网络设计中的核心问题。由于传感器网络特殊的应用场合和应用相关特性,传统的能量控制协议不能直接应用于无线传感器网络。本文通过仿真分析了传感器网络的通信标准ZigBee协议的能效特性,并在分析现有Ad Hoc网络节能协议的基础上提出了一种基于跨层设计的能量高效通信协议CEECP,该协议融合了MAC层和网络层,并综合考虑了网络中能量的均衡消耗和网络中各种参数对其性能的影响。仿真结果表明本文提出的无线通信协议可以显著减少网络能耗,提高能量利用率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 无线传感器网络研究现状
• 1.2.2 无线传感器网络研究热点问题和关键技术
• 1.2.3 无线传感器网络研究中的核心问题
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 本文所做工作及主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 传感器网络中的能效问题研究
• 2.1 传感器网络体系结构
• 2.1.1 无线传感器网络的基本概念
• 2.1.2 传感器节点结构
• 2.1.3 传感器网络结构
• 2.1.4 Sink 节点的结构
• 2.2 ZIGBEE 协议简介
• 2.2.1 ZigBee 协议产生的背景
• 2.2.2 ZigBee 协议分析
• 2.3 传感器网络的特点
• 2.4 传感器网络中的能效问题
• 2.4.1 传感器网络节点能量问题
• 2.4.2 网络通信协议的能量问题
• 2.4.3 应用层能量问题
• 2.5 本章小结
• 第三章 传统无线网络节能技术可行性研究
• 3.1 引言
• 3.2 AD HOC 网络中的节能协议的研究
• 3.2.1 MAC 层节能协议
• 3.2.2 网络层节能协议
• 3.3 传感器网络中的节能协议
• 3.3.1 MAC 层节能协议
• 3.3.2 网络层节能协议
• 3.3.3 应用层节能协议
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于跨层的能量高效通信协议设计
• 4.1 引言
• 4.2 CEECP 的设计思想
• 4.2.1 跨层设计的解决方法
• 4.2.2 跨层设计的优势
• 4.3 CEECP 的设计实现
• 4.3.1 跨层优化问题分析
• 4.3.2 CEECP 算法描述
• 4.3.3 算法分析
• 4.4 仿真设计
• 4.4.1 网络仿真工具NS2 简介
• 4.4.2 NS2 网络仿真步骤
• 4.4.3 仿真流程设计
• 4.4.4 仿真场景和参数说明
• 4.5 仿真结果分析
• 4.5.1 ZigBee 节能特性分析
• 4.5.2 CEECP 性能分析
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间所做工作