| 题名 | 智能多模自适应节点关键技术研究 |
| 作者 | 彭康 |
| 答辩日期 | 2015-05-27 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 崔莉 |
| 关键词 | 物联网 无线传感网 嵌入式 多模通信 Wifi探测 自适应组网 |
| 学位专业 | 其它专业 |
| 英文摘要 | 物联网凭借其连通互联网世界和真实物理世界的能力，已经在工业、医疗、交通、民生等各个领域获得广泛应用。无线传感器网络作为物联网前端感知物理世界的第一环，成为物联网系统能否稳定应用的关键。无线传感器网络的数据传输稳定性、生存周期、接入质量等都是评价一个物联网系统能否稳定运行的重要指标。近年来WiFi、ZigBee、BlueTooth等各具特点的通信标准被不断开发和应用，其中，WiFi凭借其基础设施架设方便，不易受环境地形约束等特点被广泛用来进行局域网接入，ZigBee作为低功耗短距局域网的代表技术被常用来做点对点组网传输，同时，结合多种通信模式的优势进行混合组网的通信需求也日益明显。 在使用WiFi进行上层网络接入的无线传感器网络应用中，由于WiFi链路具有易受环境干扰而不稳定的特点，使用固定位置的网关难以适应长期稳定可靠接入的要求，这给传感网的部署和稳定应用带来了极大的挑战。为实现传感网系统的快速部署，并使系统能够实时适应无线链路环境的变化，有效组织WiFi和ZigBee两种通信模式，达到稳定数据传输和延长生存周期的目的，本文从低功耗多模节点软硬件平台设计方法、能量受限设备的WiFi覆盖区域探测和更新方法、WiFi-ZigBee混合组网通信方法三个方面对智能多模自适应节点的关键技术进行研究，主要贡献如下： 第一，针对传统传感网设备因其明确的角色和功能划分，对部署环境的具体参数具有较强的依赖性，在不稳定的WiFi链路环境中难以快速部署和稳定应用的问题，本文从硬件架构出发，以低功耗小内核带动高能耗大内核的架构重新设计了支持ZigBee和WiFi双模通信的传感网节点设备，并在开源contiki OS的基础上完成了设备驱动、能耗管理系统、节点参数配置系统、WiFi-ZigBee通信模式切换和控制系统、应用支持库的设计，减小了设备在部署期间对应用环境参数的依赖，满足了低功耗需求下的多模通信需求。为设备实时适应环境条件进行工作模式切换和组网提供了平台基础。 第二，针对目前低开销探测WiFi AP方法准确率低，计算复杂度高的问题，本文结合传感网设备计算能力、存储能力、能量有限的特点，以WiFi和ZigBee双模通信节点为基础，提出了一种实时低开销的WiFi链路质量探测和更新方法。该方法利用少量节点抽样探测WiFi链路信息，并在簇内通信阶段利用WiFi和ZigBee的同频衰减的相关性进行整网的WiFi链路环境估计，并作为后续工作周期的阈值参考。该方法在使传感网能及时感知到WiFi链路环境变化的前提下，有效的降低了需扫描WiFi的节点数量和扫描频率，使传感网设备以消耗较少能量的代价有效的获取到足够的WiFi链路信息进行组网和接入。为设备进行自适应角色调整及组网提供了信息支持。 第三，针对WiFi和ZigBee在混合组网通信上的通信模式切换和能耗均衡问题，本文通过节点在获取到实时WiFi链路信息之后结合传感网内部环境，自适应的调整工作角色和传输策略，在WiFi覆盖区和非覆盖区形成不同功能的簇和节点，有效组织两种通信模式形成合适的网络拓扑结构来适应环境变化。并通过改进WiFi覆盖区中节点非均匀分簇方法，均衡WiFi覆盖区的节点能量消耗，延长了传感网的生存周期。实验验证表明与采用单个固定位置网关的方法比较，随着WiFi链路不同程度的变化，本文提出的方法最高可降低90%的丢包率；与采用多个备选网关的方法比较，本文提出的方法使网络生存期可以提高67%。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 计算机系统结构 |
| 公开日期 | 2015-07-02 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ictir.ict.ac.cn/handle/311040/2222]  |
| 专题 | 中国科学院计算技术研究所学位论文_2015硕士 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 彭康. 智能多模自适应节点关键技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015. |
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