关键字 |
路由协议，离散无线电功率分配，接收信号强度，无线传感器
节点，节能 |
介绍 |
无线传感器网络本质上由数千个由电池供电的独立节点组成
远程活跃。它们被编程成这样一种方式，以监测参数和报告异常或简单地作为
收发器长距离传输取决于它们的应用。实际上，所有这些节点
在任何给定的时间点都是活跃的，并通过网络传递信息。无线传感器网络有很多
应用领域，如军事、国土安全、环境、农业、制造业等。路由是一个
这种网络的基本操作。延长网络寿命、可扩展性和信息安全是非常重要的
许多无线传感器网络应用的要求。在大多数的研究论文中，路由算法是
根据计算能耗的软件。但是在这篇论文中使用了硬件，能量
降低了能耗，提高了系统的工作效率。一般在无线传输中
传输功率足够高，以便接收器以某种方式接收到信号。但还有其他各种各样的方法
需要考虑的因素，如介质和传输路径上的其他实体。RSSI值作为一个直接的
测量节点之间的距离。利用RSSI值对每个节点的成本进行估计
(1、6、7)。 |
ZigBee是一套使用小型、低功率数字无线电的高级通信协议的规范
基于IEEE 802个人区域网络标准。ZigBee设备常用于网状网络形式
将数据传输到更远的距离，将数据通过中间设备传送到更远的设备。这允许
ZigBee网络将形成ad-hoc，没有集中控制或大功率发射机/接收机能够
到达所有的设备。任何ZigBee设备都可以运行网络。无线个域网is targeted at applications that require a low data rate, long battery life, and secure networking. ZigBee
定义的速率为250kbit /s，最适合从传感器传输周期性或间歇性数据或单个信号
或者输入设备。RSSI和LQI是接收节点从发送节点接收数据包时测量的。
随着距离的增加，数据包丢失的机会就会增加，因此RSSI会降低。的LQI
(线路质量指数)在路径畅通的情况下为108的标准值。但是当我们遇到障碍时
LQI下降。所采用的算法基于能量守恒的概念。现在每个Zigbee都是
根据不同的功率级别，我们计划合理分配功率级别，以减少能源消耗。
我们利用离散功率级别的概念，以便根据功率级别为不同距离的节点分配相同的成本。 |
无线传感器网络 |
无线传感器网络(WSN)是由“节点”组成的——从几个到几百个甚至几千个，
其中每个节点连接到一个(有时是几个)传感器。每个这样的传感器网络节点通常有几个
部件:带有内部天线或与外部天线连接的无线电收发器，微控制器，电子设备
用于连接传感器和能量源的电路，通常是电池或嵌入式能量形式
收割。传感器节点的尺寸和成本约束导致了相应的资源约束，如能源、
内存，计算速度和通信带宽。传感器网络的拓扑结构可以从一个简单的星形
网络到先进的多跳无线网状网络。网络跳点间的传播技术
可以是路由或泛洪。 |
传感器节点如图1所示。传感器节点采用PIC单片机，在深度睡眠状态下工作
传感器节点不接收任何数据时进行节能的方式。对于无线通信，
使用Zigbee。无线传感器网络目前有各种各样的应用。它们被用于各种领域，比如国防，
医疗保健等等。因此，由于它们的广泛使用，它们提供了很好的改进空间。电力消耗
是无线传感器网络的致命弱点。 |
微控制器PIC 16877a |
PIC16F877A单片机是PIC单片机家族中的一员。它们在今天广泛使用
从初学者到专业人士。这是因为它非常实用，并且采用了PIC16F877A闪存技术
可以清除程序一千次。RISC单片机的优点在于速度快、速度快
压缩的代码。此外，PIC116F877A也非常实用和简洁，因为它有40针到33线I / O。 |
无线个域网 |
ZigBee是一种低成本、低功耗的无线网状网络标准。低廉的成本使该技术得以广泛应用
部署在无线控制和监控应用程序中。低功耗使更小的电池寿命更长。
网状网络提供了更高的可靠性和更广泛的应用范围。 |
ZigBee是一套使用小型、低功率数字无线电的高级通信协议的规范
基于IEEE 802。个人区域网络标准。ZigBee设备常用于网状网络形式
将数据传输到更远的距离，将数据通过中间设备传送到更远的设备。这就使得ZigBee网络不需要集中控制，也不需要大功率的发射机/接收机
到达所有的设备。任何ZigBee设备都可以运行网络。 |
ZigBee针对的是需要低数据速率、长电池寿命和安全网络的应用。无线个域网
定义的速率为250kbit /s，最适合从传感器传输周期性或间歇性数据或单个信号
或者输入设备。 |
实验 |
当数据包从发送节点发送时，在接收节点上测量RSSI和LQI。随着
距离增加，数据包丢失的机会就会增加，因此RSSI会降低。LQI(链路质量
在路径无阻塞的情况下，得到的标准值为108。但是当我们遇到障碍时
LQI下降。所采用的算法基于能量守恒的概念。现在每个Zigbee都有了特点
根据不同的功率级别，我们计划分配要明智使用的功率级别，以减少能源消耗。
我们利用离散功率级别的概念，以便为不同距离的节点分配相同的代价
因此取决于功率水平。 |
这个实验使用的程序是将发射器和接收器的微尘分开一段起始距离
比如五米。然后10个包从发射器发送到接收器，每个功率级别设置可用。
一旦所有的功率水平设置测试，接收器mote被移动，这两个节点是实际使用
估计了不同距离下的RSSI、LQI值。选择10个节点，根据RSSI值，
费用是估计的。利用MATLAB编程实现了从一个节点到另一个节点的最短路径
节点。根据离散的功率分配，分配成本并使用相同的路由算法。 |
从结果可以证明，基于离散功率分配的路由算法具有更高的能量
非常高效。RSSI和LQI在接收节点上进行测量。从发射节点。随着
距离增加，数据包丢失的机会就会增加，因此RSSI会降低。LQI(线路质量
当路径无阻塞时，Index)为标准值108。但是当我们遇到障碍的时候
LQI减少。所采用的算法基于能量守恒的概念。现在每个Zigbee都有了特点
根据不同的功率级别，我们计划分配要明智使用的功率级别，以减少能源消耗。我们
利用离散功率级别的概念，这样我们就可以为不同距离的节点分配相同的成本。 |
本文采用了Zigbee的各种功率模式，并根据不同的功率模式进行了成本计算
出去了。为了实现工作，10个节点在不同的位置。而不是提供同样的能量
对于所有的节点，根据距离的不同进行不同的功率级别设置。ZIGBEE有两种模式
操作即命令模式和收发模式。命令模式为
用于执行ZIGBEE的特殊功能，如获取信号强度等。使用收发模式
用于信号的传输和接收。 |
实验结果 |
从图中可以证明，没有离散功率级的RSSI值更多。这意味着效率
其中，采用离散功率级的路由算法比采用常规方法的路由算法更有优势
电力消耗取决于距离。 |
对10个节点进行了最短路径算法，并记录了读数。编写了Matlab程序
这取决于上面给出的两种情况的结构。从表中可以较好地识别离散水平
比正常水平高。 |
数字一览 |
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参考文献 |
- Michael Mallinson, Patrick Drane和SajidHussain，“无线传感器网络中的离散无线电功率电平消耗模型”，IEEE 2007。
- 曹庆，方磊，TarekAbdelzahe, John Stankovic, Sang Son，“基于效率中心的无线传感器网络通信模型”。
- Alberto Cerpa, Jennifer L. Wong, LouaneKuang, MiodragPotkonjak和DeborahEstrin，“无线传感器网络中有损耗链路的统计模型”。
- Marco Zuniga和BhaskarKrishnamachari，“分析低功率无线链路中的过渡区域”。
- Wendi RabinerHeinzelman, AnanthaChandrakasan和HariBalakrishnan。无线微传感器网络的节能通信协议，33理查德·道金斯夏威夷系统科学国际会议, 2000年。
- Stephanie Lindsey, Cauligi S. Raghavendra。PEGASIS:传感器信息系统中的节能采集。IEEE航空航天会议论文集，第1125-1130页，2002年3月。
- S. Lindsey, C. S. Raghavendra和K. Sivalingam，“使用能量*延迟度量的传感器网络数据收集”，十五届会议记录th并行和分布式处理国际会议专题讨论会， 2001-2008页，2001年4月
- R. Ramanathan和R. Hain，“基于发射功率调整的多跳无线网络拓扑控制”，第19届计算机通信国际会议论文集， 2000年3月，第404-413页。
- l·克莱因传感器与数据融合概念与应用，国际光学工程学会，出版社，1993年。
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