基于ZigBee技术的无线传感器网络节能技术研究

论文摘要

无线传感器网络(WSN)将现代无线通信技术、微传感器技术和网络技术有机地融为一体,具有广阔的应用前景,已成为信息领域的研究热点。然而由于节点能量有限且电池不易更换,能耗问题已成为无线传感器网络的核心问题。其中基于ZigBee技术的无线传感器网络以其低功耗、低成本和低复杂度等优点受到高度关注。因此,本文将对基于ZigBee技术的无线传感器网络的节能技术进行研究。本文以节能技术为主线,在对ZigBee技术进行介绍后,通过与其它无线通信技术的对比,说明ZigBee技术更适合应用于无线传感器网络。然后,详细介绍了低功耗的基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的硬件设计。接着对动态功率管理(DPM)的节能策略在所开发节点上的应用进行了说明。随后提出了一种节点发射功率自适应控制的节能算法,并对其节能效果进行了仿真和分析。最后在对节点能耗测试环境和节点调试关键部分进行说明的基础上,分别对两种节能策略进行了实际能耗测试和分析。论文结尾对全文进行了总结,并对下一部研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 无线传感器网络
• 1.1.2 ZigBee 技术
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究问题
• 1.4 论文结构
• 第二章 ZigBee 技术
• 2.1 ZigBee 协议简介
• 2.2 ZigBee 协议结构
• 2.2.1 物理层
• 2.2.2 MAC 层
• 2.2.3 网络层
• 2.2.4 应用层
• 2.3 ZigBee 技术应用于WSN 的优势
• 2.3.1 蓝牙技术
• 2.3.2 UWB 技术
• 2.3.3 Wi-Fi 技术
• 2.3.4 RFID 技术
• 2.3.5 几种短距离无线通信技术的比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 节点硬件的低功耗设计
• 3.1 硬件低功耗技术综述
• 3.2 节点组成及功耗分析
• 3.3 节点各组成部分的低功耗设计
• 3.3.1 CPU 能耗分析与节能设计
• 3.3.2 无线通信模块选型
• 3.3.3 天线选型
• 3.3.4 传感器模块
• 3.3.5 电源模块
• 3.3.6 扩展接口
• 3.4 PCB 设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 节点综合节能技术研究
• 4.1 综合节能技术概述
• 4.2 节点动态功率管理（DPM）
• 4.3 节点发射功率的自适应控制
• 4.3.1 功率控制原理
• 4.3.2 算法设计
• 4.3.3 仿真与性能分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 测试与验证
• 5.1 测试环境设置
• 5.2 节点调试
• 5.2.1 PIC18F4620 调试
• 5.2.2 CC2420 调试
• 5.3 能耗测试
• 5.3.1 动态功率管理策略
• 5.3.2 发射功率自适应控制策略
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果