【摘 要】
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无线传感器网络作为一种高新的信息获取与处理技术,在农业、军事、医疗,以及家庭和办公环境等众多领域都有着广泛的应用。网络中的传感器节点数量庞大,大多数采用电池供电,更
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无线传感器网络作为一种高新的信息获取与处理技术,在农业、军事、医疗,以及家庭和办公环境等众多领域都有着广泛的应用。网络中的传感器节点数量庞大,大多数采用电池供电,更换困难,因此小型化、低功耗是传感器节点设计的基本要求。目前,无线传感器网络物理层通信中的同步大都采用传统的接收机被动同步方案,需要标签节点具备可控时钟和相位调整等电路,造成电路的复杂度和较高的功耗,不利于无线传感器网络中标签节点的小型化和低功耗。 本文从标签节点低复杂度、低功耗的角度,针对无线传感器网络中锚节点发送信息给标签节点这一物理层通信,基于反馈控制原理,提出了一种主动同步方案。该同步方案将信号同步电路从标签节点转移到锚节点,由锚节点完成定时相位同步算法和时钟控制,标签节点只需反馈鉴相的结果,无需信号同步捕获电路,降低了标签节点的复杂度,并可能降低功耗。 通过将此同步方式归结为时滞反馈控制模型,论文阐述了主动同步方案的基本原理;因为反馈环路中存在不可忽略不计的时滞部分,论文分析了同步方案中反馈控制环路的稳定性,并通过仿真得出了脉冲主动同步的环路稳定边界;在此分析的基础上,论文给出了可行的稳定捕获算法。 在滑动相关捕获算法的基础上,论文分析了实现主动同步方案的串行捕获算法,推导出了其平均捕获时长,以及标签节点的平均反馈次数。在所建议的主动同步算法中,要求标签节点有限反馈信息,但这仍会造成功率的消耗,标签平均反馈次数反映所消耗能量的大小。 为减少串行捕获算法在高精度同步的捕获时长,论文在此基础上提出和分析了主动同步的两步搜索算法,并在仿真平台上重点评估了这种捕获算法的平均捕获时长和平均反馈次数这两个性能指标,仿真结果验证了理论分析的准确性,表明两步搜索算法在大幅缩短捕获时长的条件下,可将同步过程中的标签反馈发射次数控制在可接受的范围。
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