论文摘要：认知增强无线传感器网络节点研制

论文研究认知增强无线传感器网络节点及其MAC协议设计。传感器节点是构成无线传感器网络的基础，是承载传感器网络信息感知、数据处理和网络功能的硬件平台。传感器网络MAC协议决定了无线信道的使用方式，对传感器网络性能有较大影响。目前传感器网络节点处理器成为节点各方面性能提升的瓶颈，单处理器单射频的体系结构也限制了传感器节点的灵活性；传感器网络多信道MAC协议无法动态适应周围环境频谱资源变化，无法有效避免外部干扰或者外部网络进入本地网络环境而引起的干扰和冲突。论文针对上述问题展开以下研究工作。论文研制认知增强单处理器多射频结构无线传感器网络节点。从节点设计的角度，引入认知的方法，增强节点的频谱感知能力。节点采用单处理器多射频结构，选用高性能、低功耗处理器，集成多个目前传感器网络节点常用的射频模块，支持节点在不同频段和信道工作，扩展节点的工作频段，从处理器能力和射频模块工作频段两个方面来增强传感器节点的认知能力。论文提出一种传感器网络中多接口多信道MAC协议。协议利用了节点的多接口，将射频接口划分为控制接口和数据接口，在控制接口完成可用信道的协商过程，同时设计了多接口周期休眠唤醒机制来节省网络节点能量，采用多接口的方式降低了网络时钟同步开销。协议基于认知的思想，根据周围频谱环境信息动态改变工作信道，能够有效避免干扰对节点间通信造成的影响。论文设计并实现节点物理层和MAC层网络协议栈。完成节点硬件驱动层、物理层协议和MAC层协议各部分功能的实现。硬件驱动层完成节点硬件各个模块的驱动程序；物理层协议实现节点不同射频模块的物理层通信协议；MAC层协议实现本文提出的传感器网络多接口多信道协议，主要包括协议的多信道协商以及周期休眠唤醒机制。实验结果表明，节点系统在硬件、认知能力以及通信协议上都有着较好的性能。相比于采用8位处理器的传感器节点，本文节点吞吐量及平均信道感知时延等性能参数有较大程度改善；论文提出的多接口多信道MAC协议在干扰环境中，单跳及多跳场景下，能够有效避免外部干扰对节点间通信造成的影响，相比于载波侦听冲突避免方法，降低了通信的丢包率并缩短了通信时延。

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