基于CC2420的无线传感器网络节能策略研究

论文摘要

无线传感器网络是由大量的,具有通信和计算能力的微小传感器节点构成的自治网络系统,能根据环境自主完成指定任务的智能系统。与传统网络相比较,无线传感器网络具有大规模、随机布设、多跳通信方式、自组织和协同工作等特点使得它在军事、工业、家具、环境等诸多领域都有着广阔的应用前景。然而,无线传感器网络在为人类社会带来不可估量好处的同时,也提出了资源的严格受限、超大规模、高度动态性等新的挑战。能量问题是无线传感器网络面临的最大挑战,传感器节点的小尺寸限制了其携带的能量,进而限制了网络的使用寿命。节点数目巨大,且多处于不易被人接近的场所,导致了无法频繁更换节点的电源。相对现有的无线网络而言,传感器网络存在着严重的节点能量约束问题,所以,其首要设计目标就是高效使用传感器节点的能量,延长传感器网络的生存期。本文首先介绍了无线传感器网络的研究背景,应用价值和国内外研究的现状,并简要介绍了传感器网络的体系结构、特点及其遵守的IEEE802.15.4协议,分析了射频模块芯片CC2420如何应用到我们的传感器网络,研究了传感器网络节能相关的各种经验算法,然后我们在此基础上提出了一种新的无线传感器网络的节能思想。该思想通过对传感器发射功率的控制,致力于实现对无线传感器网络的生命期的优化,以及对节点通信链路质量的提高。本课题的创新就在于提出了新的节能思想,在算法的实现上有创新之处。最终在以CC2420和EM78815为平台的无线传感器网络上得以实验验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 无线传感器网络
• 1.1.1 传感器网络结构
• 1.1.2 传感器节点结构
• 1.1.3 传感器网络协议栈
• 1.2 无线传感器网络的特征
• 1.2.1 传感器网络的节点的限制
• 1.2.2 无线传感器网络的特点
• 1.3 无线传感器网络的应用
• 1.4 无线传感器网络的研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容和章节安排
• 第二章 802.15.4协议、CC2420及其在WSN中的应用
• 2.1 低速无线私域网（LRWPAN）
• 2.2 IEEE 802.15.4的组成
• 2.2.1 网络拓扑
• 2.2.2 网络体系结构
• 2.2.3 物理层（PHY）
• 2.2.4 MAC子层
• 2.3 无线传感器网络平台设计
• 2.3.1 无线传感器节点总体设计
• 2.3.2 MCU
• 2.3.3 射频芯片CC2420
• 2.3.3.1 4线串口配置和数据接口
• 2.3.3.2 CC2420接收模式
• 2.3.3.3 CC2420发送模式
• 2.2.3.4 CC2420的解调，符号同步以及数据发现
• 2.3.3.5 CC2420状态切换图
• 2.3.3.6 CC2420帧结构
• 2.3.3.7 CC2420的地址识别
• 2.3.3.8 RSSI/能量检测
• 2.4 小结
• 第三章 无线传感器网络功率控制与节能算法研究
• 3.1 概述
• 3.2 无线传感器网络功率控制技术经验研究
• 3.2.1 本地平均算法
• 3.2.2 自适应发射功率控制
• 3.2.3 节点交互式对发射功率的调整
• 3.2.4 PCBL算法
• 3.3 功率控制算法的经验总结
• 第四章 功率控制算法及实验
• 4.1 无线传感器网络节能概述
• 4.2 功率控制技术国内外研究现状
• 4.3 提出算法
• 4.4 算法理论基础
• 4.5 算法流程及实现
• 4.6 实验对比
• 4.6.1 实验一
• 4.6.2 实验二
• 4.6.3 实验三
• 4.7 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果