起重机能耗检测无线传感网实时传输技术研究

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1、屮国矿曲殳曇研究生论文选题情况表所在学院：计算机科学与技术学院学科、专业：计算机应用技术研究生姓名：李响指导教师：姜秀柱选题报告日期：2014・12・022014年12月曰填中国矿业大学学位管理办公室制论文题目起重机能耗检测无线传感网实时传输技术研究选题意义及国内外在这方面已进行的工作:1选题意义在知识经济的二彳-一世纪中，微机电系统(MEMS)、片上系统(SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展孕育造就了如今无处不在的无线传感器网络(WSN)o由于WSN的低成本、方便使用、泛在感知等特性给信息感知带來了一场

2、变革，与工业流程的全面监测相结合成为了必然的趋势。由于WSN的十分广泛的应用价值，它己经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛的应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。其中物理层和MAC层标准IEEE802.15.4在IEEE组织以及TI,ST,Ember,Freescale,NXP等著名芯片厂商的推动下，已成为WSN的事实标准。802.15工作组致力于研究的低速率无线个域网(LR-WPAN)更是广泛的应用在智能家居、医疗检测和军事应用等领域。例如，在医疗领域中，安装在病人身上的

3、传感器可以实时的监测病人的血压或者心跳等生理指标，并且将这些指标信息实时的反馈给医护人员。WSN是新一代的传感器网络，当前在国际上备受关注，涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。WSN综合了传感器技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术。其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。2000年，美国国防部将传感器网络列为5个尖端领域之一；2003年美国《技术评论》杂志在论述未来新兴I•大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四人新技术屮,无线传

4、感器网络也列入其屮；2004年(IEEESpectrum)杂志发表一期专集：传感器的国度，论述无线传感器网络的发展和可能的广泛应用。可以预计，无线传感器网络的广泛应用是一个必然趋势，它的出现将会给人类社会带來极大的变革。WSN在工业应用中要求有严格的实时性，对于工业闭环控制应用，数据传输时延应低于1.5倍的传感器采样时间。WSN由于没有网络基础设施的支撑，设备间的通信需要通过多跳接力的方式进行，因此保证端到端的通信的确定信比较困难。2国内外研究现状现有几种通过对GTS进行修改来提高技术实时性机制的方法：2.1通道预

5、留多播GTS机制在IEEE802.15.4的信标模式下存在一个由时隙大小引起的带宽浪费问题，因此提出了一种多重信标超帧结构(MBS),在MBS中，一个超帧由多个不同大小的时隙构成。为了阐述MBS的能力，研究者同时提出了一种GTS分配贪焚算法(GGA)O这种算法会根据那些被协调器识别的设备的传输特性来动态的设定最合适时隙大小，因此能够将因时隙大小的原因而导致的带宽浪费问题最小化。通道预留多播GTS机制的优点是能够明显提高无线个人区域网(WPAN)中带宽的利用率，缺点是会花费网络设备的部分的活动时间并且多重信标帧导致网

6、络设备要更严格地与协调器进行多次同步和唤醒，致使GTS能耗浪费很大。2.2通道预留GTS机制IEEE802.15.4MAC协议的信标模式中，信标扮演着信道接入同步和分配信道信息的重要角色，例如分配竞争接入期的长度等。然而一些预留地址信息和保证时隙的分配信息都被广播出去，这些信息只对一小部分的设备有用处，因此就造成了在个人区域网(PAN)屮大量的能量浪费。为了克服这个缺点，研究者提出了一种将预留地址信息和GTS等信息单独作为一个数据帧发送的多播机制，有效的节省了能量。缺点是命令帧的发送时隙不好确定。2.3动态分配GT

7、S机制IEEE802.15.4中，首先，超帧的活动阶段被分为16个大小相同的时隙，每一个设备节点只要要使用一个完整的GTS。由于PAN协调器固定了时隙的大小，节点或许只用到了时隙的一部分。其次，GTS的最大数目被设定为7,那么意味着只有有限数量的节点能够使用GTS。再其次，标准中PAN能够为适应某个实时性应用改变其超帧的周期，但是不能为多个发送周期性数据的应用设定不同的周期。因此，研究者提岀了一种动态的分配GTS(D-GTS)的机制。在这个机制中，研究者设计了一个动态的请求帧，这个帧中包含了节点发送消息的周期和消息

8、的大小。在协调器收到这个请求帧Z后进行分析是否能处理，如果能，PAN协调器就会在信标帧屮加入D-GTS分配的信息并通过超帧发送。在发送之前，算法能够根据请求周期设定D-GTS的位置，因此在不同的信标时间能够发送不同的D-GTS调度分配信MoD-GTS分配的优点是增加了实时性，减少了能量的消耗，缺点是D-GTS可以不止一次的分配给某一节点，导致某一个节点可能独