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自组织网络是一个由多个节点组成的分组多跳的无线网络,该网络具有自组织,分布式,自适应以及自愈能力等特征。节点由电池供电和相邻节点共享无线信道的特性决定了能量和带宽是自组织网络中的稀有资源。而在自组织网络节点的能量消耗中,无线传输的能耗占整个能耗的绝大部分。因此,通过在网络中采用合适的节能机制,以低能量消耗来保证网络数据传输性能就成了自组织网络的重要问题。
结合IEEE802.15.4标准和IEEE802.15.4e标准草案的实际开发,文中分析且实现了信标帧调度原理和分布式同步多信道增强技术(DSME)。在实际的硬件平台下搭建了自组织网络系统,论文对自组织网络的MAC层功率控制机制进行研究,提出了适用于该网络的分布式动态功率控制机制。
课题的主要工作包括以下几个方面:
①结合当前自组织网络功率控制的研究现状及发展趋势,分析了自组织网络中功率控制技术的特点,总结了各种功率控制协议或者算法的优劣。
②根据IEEE802.15.4标准和IEEE802.15.4e标准草案实现MAC和PHY的基本功能。
③基于信标帧调度和多超帧结构的原理,采用CC2430无线模块组建一个简单的自组织网络。信标帧调度是利用信标帧中共享信标位图信息来调度整个网络,可以有效地提高网络容量和解决隐蔽端问题。相比于单超帧结构,多超帧结构增加了网络保护时隙数,扩大了网络规模。
④在组建的自组织网络中融入动态功率控制机制,利用申请EGTS三次握手机制获得控制信息作为调整发送功率的依据,并计算设备间能成功通信的最小必需功率等级。同时每个节点都维护一个邻居信息表,用于保存到达邻居节点的发射功率等级。
基于CC2430无线模块开发了自组织网络平台对该功率控制机制进行验证,实验结果表明,相比于全网采用最大功率等级发送数据,网络中的节点以最优的发送功率等级发送数据能够节约节点能耗,延长网络生命周期,减少通信冲突。同时,基于信标帧调度的网络提升了网络的容量。