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随着微电子和微电机系统、无线通信、信号处理这三个技术领域近年来的飞速发展,一个崭新的研究领域成为国内外关注的热点,这就是基于大量微型无线传感器构造的无线传感器网络。无线传感器网络使逻辑上的信息世界与真实的物理世界紧密结合,实现真正的“普适计算”,将改变未来人与自然的交互方式。传感器节点数目巨大、分布范围广且不能补充能量,存在严重的能量约束,能量管理对无线传感器网络十分重要。
本文以无线传感器网络的高效节能技术为主线,在介绍了无线传感器网络的体系结构、特征、应用和研究进展之后,论述了无线传感器网络能耗管理的重要性并对其分类,然后依据此分类分别从节点级、链路级和网络级三个层面上对近年来研究者们针对该网络提出的高效节能技术做了总结。
接着研究了高效节能的无线传感器网络的MAC协议。在给出无线传感器网络的MAC协议评价标准和主要能耗因素后,按照节点的组织方式对现有的MAC协议进行分类,对每类中具有代表性的协议定性分析其节能策略,然后在对典型协议进行仿真的基础上对节能策略做定量分析。
然后针对无线传感器网络节点密集的特点,在被认为是其理想实现标准的IEEE802.15.4中引入了功率控制机制。在分析了IEEE802.15.4标准中引入功率控制机制的必要性和可行性后对改进的算法做了描述,仿真结果表明引入功率控制机制以后在较高超帧阶下可以节约能耗达50%左右。
最后针对事件驱动类无线传感器网络的应用特点,引入不均匀环带模型和地址编码,并在此基础上设计路由和MAC协议,分析结果表明在较高节点密度和较低事件密度下,改进协议节点平均能耗更小,更均匀,更能延长这种应用场景下无线传感器网络的寿命。