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无线传感器网络由大量具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器以自组织方式构成。网内节点协作完成数据的采集与传送,可广泛应用于军事监控、环境的监测和保护和智能家庭等诸多领域,得到了学术界与工业界的广泛关注。
困扰无线传感器网络应用的最大问题是能量问题,因为网内节点携带电池能量有限,节点数量众多且长期处于无人值守的状况下,使得无法充电或更换电池。降低节点功耗的一个途径是设计低功耗硬件,另一个途径是从数据传送方式方面进行研究,使节点上在数据传送上所消耗的能量降低。
本文从无线传感器网络的体系结构、节点设计、能量管理等多方面对传感器能耗问题进行了分析和研究,运用低功耗的设计思想对硬件进行了选择和设计,对各模块上的能耗情况进行了分析,确定了功耗控制策略。根据对节点模块的功耗分析,选择了两种最常见的信号分别进行了数据传送的研究,对慢变的温湿度信号提出了用AR模型进行回归分析和预测,并进行了MATLAB仿真和实验。对象振动这样的快变信号用FFT算法进行了数据压缩和传送,并进行了较全面的误差分析和实验,实验结果表明通过这两种方法使得节点发送的数据量明显降低,从而实现节点低功耗要求。本文还结合本系统的特点,提出一种基于误帧率的功率控制技术来进一步降低能量消耗。在最后结合硬件进行了系统调试和测试,结果证明系统的能耗得到有效的控制。