无线传感器网络射频唤醒机制研究

论文摘要

本论文以重庆市自然科学基金项目《面向三维空间的无线传感器网络最优覆盖策略研究》和博士点基金项目《传感器网络路由协议自适应机制研究》为选题背景。本文在现有传感器网络工作机制的基础上研究了射频唤醒工作机制,通过射频唤醒模块来控制无线传感器网络内节点工作状态,使节点适时地进行睡眠/唤醒工作状态间的切换,从而使传感器节点以及整个传感器网络达到低功耗。本文同时进行了仿真验证,展示了这种工作机制的优越性和可靠性。另外,在对射频唤醒机制进行研究的基础上,提出了能够支撑射频唤醒工作机制的传感器节点设计方法,在软件和硬件等各个方面都给出了相应的设计方案。本文的主要研究工作和成果概括如下:1、对无线传感器网络进行了概述,对无线传感器网络的研究现状和发展趋势进行了归纳和总结,讨论和分析了无线传感器网络的应用领域和应用前景。2、在对现有无线传感器网络普遍存在的能量有限问题进行分析的基础上,深入研究无线传感器网络节点的工作方式,以及内部各模块的工作顺序、性能指标等,对射频唤醒机制设计的原理、解决的问题、工作机制等做了深入的探讨和说明。3、在射频唤醒机制的基础上,设计了能发挥这种机制的传感器网络节点。本文对射频唤醒机制的无线传感器网络节点的设计做了说明,并对部分电路进行了电路级的仿真。4、将工作环境抽象化,建立模型进行仿真。通过对功耗、网络使用寿命等参数进行定量计算,对实时性进行定性分析。证实这种射频唤醒工作机制对于无线传感器网络提高能量利用率、延长网络使用寿命等有突出的优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 无线传感器网络协议体系结构
• 1.2.1 传感器网络结构
• 1.2.2 传感器节点结构
• 1.2.3 传感器网络协议栈
• 1.3 研究内容和组织结构
• 1.4 小结
• 2 射频唤醒机制
• 2.1 涉及的原理
• 2.1.1 麦克斯韦方程组
• 2.1.2 波束供电技术
• 2.1.3 误唤醒抑制与无效唤醒避免
• 2.2 机制提出
• 2.2.1 解决的问题
• 2.2.2 射频唤醒的概念
• 2.2.3 射频唤醒的分类
• 2.3 射频唤醒
• 2.3.1 工作机制
• 2.3.2 模块构成
• 2.3.3 工作流程
• 2.3.4 射频唤醒与定时唤醒的结合
• 2.4 计算与仿真
• 2.5 小结
• 3 射频唤醒机制传感器节点设计
• 3.1 传感器节点架构
• 3.1.1 传感器节点类型
• 3.1.2 传感器节点结构设计
• 3.1.3 应答机制
• 3.2 硬件平台
• 3.2.1 通信模块
• 3.2.2 传感器模块
• 3.2.3 微控制器模块
• 3.2.4 射频唤醒模块
• 3.3 软件平台
• 3.3.1 工作流程图
• 3.3.2 休眠模式的选择
• 3.3.3 部分关键程序
• 3.4 仿真部分
• 3.4.1 射频唤醒模块天线选择及仿真
• 3.4.2 部分电路的Pspice 仿真
• 3.5 小结
• 4 仿真与性能分析
• 4.1 模型建立
• 4.2 计算与仿真
• 4.2.1 功耗和寿命
• 4.2.2 结果分析
• 4.2.3 模型扩展
• 4.3 小结
• 5 结论
• 5.1 论文总结
• 5.2 下一步展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录