无线传感器网络功率控制技术研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文无线传感器网络功率控制技术研究姓名：尹海明申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：李方敏20100401武汉理工大学硕士学位论文摘要无线传感器网络是由大量具有感知、数据处理和通信能力的微型传感器，通过自组织形式构成的网络。通过节点间的分工协作，无线传感器网络可以实时监测、感知和传输网络分布区域内的各种环境或监测对象信息，极大地提高了传感器的监测面积和性能，被广泛地应用于国防、环境、医疗、救灾等各领域。传感器节点由电池供电，而节点通常部署在难以更换电池的地区，因此，能量就成为传感器网络中一个非常关键的资源。在传感器节点的能量消费中，无线传输的能耗占了

2、其中的绝大部分。因此如何进行传感器网络的传输功率控制，以低的能耗保证网络数据传输性能就成为了传感器网络中的关键问题。本文结合无线传感器网络发展的动态，从能量效率的角度出发，对无线传感器网络功率控制技术进行了深入研究。本文的主要工作包括以下几个方面：（１）结合当前无线传感器网络功率控制的研究现状，整体上分析比较了无线传感器网络各层次的功率控制特点及性能优劣。（２）着眼于ＭＡＣ层功率控制，研究比较了两大类的ＭＡＣ协议：基于竞争的ＭＡＣ层协议和基于调度的ＭＡＣ协议。立足于ＳＭＡＣ协议的节能机制的分析研究，指出了ＳＭＡＣ协议中固定睡眠时间的调度机制的不足之处，并提出了网络负载自适应占空比

3、的改进。（３）为了避免接入信道时高发的竞争，结合自适应功率控制思想，提出了一种综合了基于调度的ＭＡＣ机制和自适应发送功率控制算法的增强型心协议（ＡＤＴＰＣ—ＬＭＡＣ）。ＡＤＴＰＣ．ＬＭＡＣ基于调度的ＴＤＭＡ，将帧分割成时间槽，节点只在自己的槽位上通信。同时，通过自适应的功率控制，网络中的节点以最佳发送功率发送数据。利用ＮＳ２仿真工具对该协议和基于ＣＳＭＡ的ＭＡＣ协议仿真对比证明该协议大大的减少了能量消耗。关键词：无线传感器网络，功率控制，ＣＳＭＡ，ＡＤＴＰＣ．ＬＭＡＣＡｂｓｔｒａｃｔＷＳＮｓ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ），ｗｈｉｃｈｃａｒｌｏｒｇａｎｉｚｅａｕｔ

4、ｏｎｏｍｏｕｓｌｙ，ｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｂｙｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｓｗｉｔｈｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅｎｓｉｎｇ，ｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ．ＷＳＮｓＣａｎｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｔａｒｇｅｔｓａｎｄｃｏｌｌｅｃｔｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｓｅｎｓｏｒｓ．Ｓｏｉｔｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍｉｌｉｔａｒｙｓｅｎｓｉｎｇ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｍｅｄｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｅｖｅｎｓｕｒｖｅｉ

5、ｌｌａｎｃｅ，ｅｔｃ－硼１ｅｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｓ，ｏｆｔｅｎｂａｔｔｅｒｙ．ｐｏｗｅｒｅｄ，ａｒｅｕｓｕａｌｌｙｄｅｐｌｏｙｅｄｉｎｈａｒｓｈａｒｅａｓｗｈｅｒｅｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｒｅｐｌａｃｅｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ．Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｉｔｌｅａｄｓｅｎｅｒｇｙｔｏｂｅａｃｒｉｔｉｃａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｉｎｗｒｉｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｓｔｌｌｅｍａｉｎｓｏｕｒｃｅｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｈｅｎｃｅ，ｈｏｗｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐ

6、ｏｗｅｒｏｆｔｈｅｒａｄｉｏｄｕｒｉｎｇｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｏｓａｔｉｓｆｙｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ册伪ｌｏｗｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｂｅｃｏｍｅｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｂｌｅｍｉｎＷＳＮｓ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｔａｋｅｓｏｖｅｒａｎｉｎ－ｄｅｐｔｈｓｔｕｄｙｕｐｏｎｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＷＳＮｓ，ｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｍａｉｎｔ

7、ａｓｋｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒａｒｅａｓｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：（１）ＣｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｖｅｒｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｉｎＷＳＮｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｆｅａｔｕｒｅｓｏｆａｌｌｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｌｅｖｅｌｓｉｎＷＳＮｓａｎｄｇｉｖｅｓｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ．（２）ＦｏｃｕｓｉｎｇｏｎＭＡＣｌａｙｅｒｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓｔｈｅａｎａｌｙ