基于跨层功率控制的无线传感器网络低功耗设计及其实现

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE（电子科技大学图标）论文题目基于跨层功率控制的无线传感器网络低功耗设计及其实现专业学位类别工程硕士学号201122240853作者姓名何波指导教师张伟研究员分类号密级UDC注1学位论文基于跨层功率控制的无线传感器网络低功耗设计及其实现（题名和副题名）何波（作者姓名）指导教师张伟研究员电子科技大学成都（姓名、职称

2、、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2014.03.30论文答辩日期2014.06.04学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月27日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。LOW-POWERDESIGNANDREALIZEBASEDONCROSS-LAYERPOWERCONTROLOFWIRESSSENSORNETWORKSAMasterDissertationSubmittedtoUniversityofElectronic

3、ScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectronicAndCommucationEngineeringAuthor:HeBoAdvisor:ZhangWeiSchool:ResearchInstituteofElectronicScienceandTechnologyofUESTC独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电

4、子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘

5、要无线传感器网络是当今国际上备受关注的热点，它是一个多学科交叉的领域，综合了传感器、无线通信、计算机网络等领域的先进技术。无线传感器网络是一种大规模、无基础设施的网络，广泛应用在工业应用、战场监测、农业智能化等领域。能量问题是限制无线传感器网络发展的核心问题，针对无线传感器网络低功耗的研究一直是无线传感器网络研究的热点之一。在无线传感器网络中，路由选择深刻影响着网络拓扑结构以及节点能量消耗，分层设计将网络各层次分离，不能作为一个整体来考虑，而功率控制贯穿无线传感器网络各个层次，因此本文在优化无线传感器网

6、络路由层功耗的基础上，针对功率控制在网络中各个层次的不同表现，将跨层次的功率控制联合起来，进行无线传感器网络低功耗的设计。本文首先对影响无线传感器网络能量消耗的无线传输技术、功率控制和跨层设计等关键因素进行了分析，针对网络层层次型路由协议设计进行详细研究，利用路由层功率控制手段，提出了低功耗分簇路由算法。该算法对现有分簇机制进行改进，引入负载均衡因子，使网络中能量负载更均衡。为了保证仿真全面准确，将该算法仿真结果与经典分簇算法LEACH算法以及已有分簇算法中能耗改善较好的DEEC算法进行对比,结果表明该

7、低功耗算法能有效降低能耗，分别延长了30%、11%的网络寿命。在此基础上本文引入跨层思想，结合前述低功耗算法的路由信息，利用功率控制手段调节MAC层时隙分配，实现跨层的功率控制联合，提出了一种无线传感器网络跨层算法。仿真结果表明，跨层算法能够进一步降低网络能耗，网络生命周期延长了约1.88倍。在理论分析基础上，本文在实际环境中实现了跨层算法的验证。利用高度集成化的CC2430芯片，结合DS18B20数字化传感器，搭配少量的外围电路，设计出一款跨层协议验证平台，并给出了详细的实现原理图。在此基础上，利用I

8、AREmbeddedWorkbenchforMCS-51开发环境，进行跨层协议的编译、调试，完成烧写过程，并组网实现跨层算法的功能测试和能耗测试。实际测试表明，跨层设计能够有效降低网络能耗，相对于非跨层设计能够延长约26%的网络寿命。关键词：无线传感器网络，跨层设计，低功耗，功率控制，CC2430IABSTRACTABSTRACTWirelesssensornetworkisoneoftoday'sinternationalhotspots