物联网中基于无线传感器网络的绿色通信技术研究

We proposed a research work on the WSNs based green communication. In this work, we will first theoretically analyze the ultra low duty cycle synchronization issue in the wireless sensor network. Based on our theoretical analysis, we will establish a synchronization model. Second, we will design a new ultra low power communication protocol which includes both the MAC functionality and the routing functionality on the basis of the established synchronization model. In order to reduce the power consumption of the communication protocol; we adopt the cross-layer design approach. Finally, we proposed a new energy harvesting method to power the whole network instead of using the battery. We believe our work will lay the theoretical foundation for the ultra low power communication in wireless sensor network. Also it provide a practical green communication method for the applications of the internet of things.

本课题提出了新的基于无线传感器网络的绿色通信技术的研究工作。在该工作中，我们首先在理论上研究了无线传感器网络中超低占空比的同步机制，并在此基础上建立无线节点的同步模型。然后在同步模型的理论基础上研究和设计超低功耗的通信协议。我们采用跨层协议设计的思路，将ＭＡＣ功能和路由功能嵌入在网络的同步机制上，力求最大限度降低通信功耗。最后我们采用环境能源采集的方式为整个网络提供能量，整个网络不需要电池供电。该项工作为超低功耗的无线传感器网络提供了理论模型，并在解决物联网能源问题上有实际的应用价值。

本项目研究了基于超低占空比的超低功耗自组织网络通信系统。在该项研究中，我们首先研制了超低占空比的同步技术，并在该技术基础上实现了MAC功能和路由功能。经过测试该系统可以支持八跳距离的自组织网路的稳定通信（丢包率小于3%），无线节点再同步状态的占空比可以达到0.875%。为了克服基于超低占空比的超低功耗自组织网络通信系统大时延的问题，本项目研究了基于唤醒无线接收器的超低功耗通信系统。该系统采用一个超低功耗的无线唤醒接收器一直监听信道，而将系统其他元件关闭，进而大大降低了通信系统闲等待功耗。在该系统的研究中，我们研制一种基于比特采样的无线唤醒接收器，该接收器在传输速率为100bps的平均工作电流为16.7μA，而接收灵敏度为-77.5dBm。该无线接收器可以由CR2032纽扣电池供电不间断工作两年左右。我们相信本项目所研制的基于唤醒无线接收器的超低功耗通信系统可以大幅降低物联网终端设备的通信功耗，同时也能提供及时的通信相应。