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基于IEEE802.15.4的无线传感器网络的研究 基于IEEE802.15.4的无线传感器网络的研究

格式:word 上传:2022-06-25 14:56:29

《基于IEEE802.15.4的无线传感器网络的研究》修改意见稿

1、“.....前者的接收信号功率大约有的提高。使用低工作频率可降低系统的发射功率,从而延长电池的使用时间。此外频率越低传输距离越远,如要获得更长的传输距离,则需要选择较低的工作频率。发射功率的影响发射功率是无线设备的重要性能指标。在室外理想环境下,不考虑其他因素的影响,选定节点的工作频率为,将节点的发射功率分别配置为和,然后在室外理想环境下,使用与上述四种频率下采集信号强度相同的方法,对节点的信号强度进行采集,得到不同发射功率信号强度与距离的关系曲线,如图所示。图发射功率对无线信号强度的影响如图所示,在与协调器点距离相同的点,无线射频发射功率越高,则接收到的节点的信号强度越强。如图中标注所示,距离点的位置信号强度与发射功率之间的关系最为显著。因此在使用开发工具进行无线传感器网络的稳定性研究时,不考虑其他因素的影响......”

2、“.....则需要将发射功率配置为。但不能没有限制的升高发射信号功率,发射功率过高会影响整个网络的无线通信质量,并且会对其他相邻节点造成干扰,同时增加系统功耗。所以在能够达到覆盖效果的情况下应尽可能的减小天线的发射功率。天线增益的影响在实际应用中,除了系统功率,天线的形状和相对位置也会影响信号强度的发射和接收。天线是无线通信系统的基本部件,决定了通信系统的稳定性。天线的增益是天线的基本属性,可以衡量天线的优劣。增益是指定方向上的最大辐射强度与天线最大辐射强度的比值,可以提高发射效率,制作简单增益天线研究其对无线信号强度的影响。在现有天线周围放置规则的金属抛物面,使天线位于抛物面的内反射焦点处,通过电磁波反射在焦点处形成能量集中,从而增强电磁信号的收发,实现在特定方向增强信号。制作简单的增益天线的关键就在于找到比较规则的金属抛物面和计算抛物面的焦点位置......”

3、“.....也可以是网状栅栏状金属材料。焦点位置的确定需要根据所选抛物面的形状来计算。计算公式如所示其中,为抛物面的直径,为抛物面的深度,单位为。考虑到存在定误差,因此可以用更简单的估算公式进行计算,即。制作时采用,,根据公式计算得即约为。天线从原来的全向性变成指向性,在使用时必须将铝质金属材料的弧线对准其他无线设备,才可以汇聚信号。由于增加了接收和发射的面积,信号增强的效果非常明显。如图所示,在室外理想环境下,无线设备配置为工作频率,发射功率为。将节点装置自制增益天线,以协调器点为起始零点,每隔处放置节点,从点读取点的信号强度。将得出的曲线与室外理想环境下测得的信号强度与距离的标准曲线进行比较,下图表明天线增益对无线信号强度的影响很大。图天线增益对无线信号强度的影响如图所示,在室外理想环境下,测试无线信号的传输距离最高达到左右,使用增益天线时......”

4、“.....并且在测试过程中通信正常,没有出现发送及接收。般情况下,当需要进行远距离的数据传输又要求保证信号的强度时,应当选择增益值大的天线,而对于传输距离较短的无线网络而言,可以选择增益值小的天线。此外考虑环境因素对信号衰减而影响到速率及稳定性,则有必要增加天线的增益。障碍物影响当无线电波在传播过程中遇到障碍物时,如果障碍物的尺寸远远小于其波长,那么无线电波就能够绕过障碍物而继续传播。如果障碍物尺寸与波长差不多或者大于波长,那么无线电波就会被障碍物所阻挡。公式为波长与频率的关系公式,根据无线设备的工作频率可计算出无线电波的波长。由公式和可知所选工作频率越高,波长越短,反之波长越长。因此选择最低工作频率,计算无线电波波长得。可知当障碍物的尺寸近似为或大于时,信号会被阻挡。金属障碍物在室外理想环境中,节点的工作频率为,发射功率为。取直径约为,厚度约为的空心金属圆桶......”

5、“.....在距离协调器点的尺寸标度范围内,每隔移动次点,由点获得点的信号强度。得到信号强度与距离的关系曲线如图所示。图金属障碍物对信号强度的影响如图所示,金属障碍物对无线信号有严重影响,在穿过金属后,信号强度衰减幅度非常大。例如在距离点处,信号强度达到最低点约为。金属材质的障碍物,不仅阻挡微波无线信号,还能吸收掉电磁的能量,生成弱电流泄流掉。因此,无线信号在家庭环境中最大的金属障碍物是内有钢筋网的楼板,这个方向的信号几乎没有穿透的可能。即使能穿透,信号也是非常的弱。大尺寸的障碍物,微波的绕射更是不可能。若无线设备的天线放在室中央,则无线信号只能从开阔的通路窗户发射出去。墙体阻隔环境如图所示,在堵钢筋混凝土墙体的有阻隔环境中,在墙体的侧放置协调器,作为固定零点。另侧每隔的尺寸标度移动点,直至距离协调器点处为止。采集节点的信号强度,得出信号强度与距离的关系曲线......”

6、“.....无线设备满足标准配置,工作频率为,发射功率为。图墙体对信号与距离的关系曲线,并将其与室外理想环境下测得的标准曲线进行比较分析,得出这些因素对无线通信影响的程度。如屏蔽性较大的钢筋混凝土墙体金属等,以及对信号影响较小的纸质木质塑料玻璃材料等。其中以纸质材料木板对无线信号的影响最小,而钢筋混凝土墙体和金属影响最大。此外在无线设备的工作频率,发射功率定的情况下,采用适当增加天线增益的方法,同样可以提高无线传感器网络的通讯性能。如在室内环境中在放置无线设备的时候,最好放置在天花板墙壁等高处,并尽可能使它处于多个无线终端的中心位置。以减少地面及其他物体对无线信号的影响。在进行无线传感器网络的稳定性研究时,虽然研究各类因素的影响是在室外空旷环境下进行,然而在采集信号强度的过程中会存在误差,因为在无线信号的传输过程中,除了大气,气候对其传播产生影响以外,地面也对其有定的影响......”

7、“.....因此即使是平滑的地面也会将部分信号反射到接收天线上,可能引起信号相互抵消而产生损耗。此外,同频干扰也是产生误差的主要原因。无线传感器网中各节点都为频段,因此,当几个无线网络设备距离过于接近,就会因频带重叠而相互造成同频干扰。第五章总结与展望本文总结在文章中,首先简要介绍了标准的产生发展应用及基于的无线传感器网络的特点。其次对标准的体系结构包括物理层层和网络层等相关内容进行研究分析,并与现有其他标准进行比较。本着对无线传感器网络的深入研究,把重点放在了无线传感器网络的稳定性研究上。在公司开发硬件平台上实现无线传感器网络的组建,在各类环境下采集信号强度,完成了网络节点之间通信实验,通过对采集到的数据进行处理分析,得出各类因素如系统参数环境因素以及功耗等其他因素对无线传感器网络稳定性的影响程度......”

8、“.....而且处在随时变化的环境中,这就使它有着不同于普通传感器网络的独特个性。首先是无中心和自组网特性。在无线传感器网络中,所有节点的地位都是平等的,没有预先指定的中心,各节点通过分布式算法来相互协调,在无值守的情况下,节点就能自动组织起个测量网络。而正因为没有中心,网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。其次是网络拓扑的动态变化性。网络中的节点是处于不断变化的环境中,它的状态也在相应地发生变化,加之无线通信信道的不稳定性,网络拓扑因此也在不断地调整变化,而这种变化方式是无法准确预测出来的。其通信速率较低,而且又受到接口通信速率的限制,加之受纠错码的编码效率影响,真正的数据发送量是很低的。解决此问题可以通过如下的途径传感器节点采用处理器,尽可能在传感器节点级多做些数据处理工作,尽量减少原始数据的发送量,只发送有用信息......”

9、“.....基于标准的无线传感器网络大大提高了数据传输的抗干扰性,同时又减少了现场布线带来的各种问题,对传感器节点的管理也比较方便。可以应用在大型的机械设备监测场合,国外已经开发出了可以投入使用的产品。随着微电子技术计算机技术的发展,微处理器芯片的网络功能会得到加强,智能传感器与无线通信网络的结合会更加容易。应用高性能的嵌入式处理器之后,传感器网络的功能也会越来越强。参考文献赫立讯科技北京有限公司,标准及其应用,电子设计应用,年月王学群,蒋平,杨宇浩蓝牙技术简述无线电工程雷震洲面向低速率应用的全球标准现代电信科技,陈晓琛,申伟,王隽低速无线个人区域网的实现电信快报,郦亮标准及其应用电子设计应用,彭立,徐红漫发展中的现代电信科技,陈玉兰,聂军,李红妹基于的无线传感器网络的硬件节点设计电信知识与技术,孙利民,李建中,陈渝......”

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