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研究生:蘇世瀛
研究生(外文):Shih-Ying Su
論文名稱:一種利用RSSI為依據針對ZigBee無線網路節能的方法
論文名稱(外文):A power saving technique for ZigBee network by using RSSI
指導教授:黃德成黃德成引用關係
指導教授(外文):Der-Chen Huang
口試委員:蕭敏學謝韶徽
口試日期:2011-07-28
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:資訊科學與工程學系所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:45
中文關鍵詞:ZigBee無線網路蒙地卡羅法信號強度802.15.4
外文關鍵詞:ZigBeeRSSI802.15.4Monte Carlo Methods
相關次數:
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無線網路技術已經發展數十年的時間,談起無線技術,人們大多會聯想到行動電話,但無線技術並不拘限於遠距離高速傳輸的無線通信技術,在應用上也需短距離(一般為100公尺內)、低傳輸率(250Kbps)、低成本及低耗電的無線網路。
為此IEEE設立了802.15工作小組,負責提出低速短距離無線傳輸無線網路標準議案,在業界引起極大的迴響,自1998年開始發展,最初由Honeywell公司組成的ZigBee Alliance所主導,著重於低耗電、低成本、感應式網路等功能之發展,並於2001年向IEEE提案,將ZigBee技術納入IEEE 802.15.4標準規範之中,自此,ZigBee逐漸成為產業共通的短距離無線通訊技術之一。ZigBee可運用在許多領域,例如:環境監控、數位家庭、健康照護、戰場管理……等等,上述的應用皆有一個特色就是要求節能。
因此在ZigBee的相關研究上降低成本與裝置本身的耗能一直是重要的研究課題,本論文的研究課題為藉由改進樹狀網路建構方式進而減少路由達到減少耗能的效果,為了延長電池的壽命,我們提出了一個以信號強度為依據的網路佈建方式,並以ZigBee標準為基礎,以原有的架構和新方法做裝置耗能上的比較,從實驗結果可得知在節能方面有了一定程度的改善。


Wireless network technology has been developed several decades. It plays a very important role in improving the living convenience for the human. In general, wireless sensor network (WSN) has been applied in many applications such as smart environments, habitat monitoring, surveillance and tracking systems. Thus, the improving of sensor node has been becoming very important.

The IEEE has organized 802.15 work teams to propose the low speed short distance wireless transmission standard. In 1998, the Honeywell Company has presented a WSN ZigBee technology, which has been denoted as an IEEE 802.15.4 by IEEE organization. This technology has the advantages of low power and low overhead in considering the implementation of either software or hardware.
There are many researches have focused on the issue of how to save energy consumption. However, most of these researches adopt a fixed radio power regardless the distance or location of each sensor node. It induces that the total energy consumption for the WSN cannot be ensured to be minimum. To resolve this issue, this paper proposes a new topology setup mechanism based on the radio signal strength to reduce the hop number in WSN such that the total energy consumption can be reduced. A simulation platform has been setup to demonstrated the correctness and efficiency of our proposed works. Several signals with different signal strength have been selected to evaluate the performance of this proposed work. The experimental results show that choosing proper radio strength induces the reduction of hop while considering the transmission in the WSN.


目 錄
摘要 i
ABSTRACT ii
第一章 緒論 - 1 -
1.1 前言 - 1 -
1.2 研究動機 - 2 -
1.3 論文架構 - 3 -
第二章 相關文獻及背景資料探討 - 4 -
2.1 ZigBee 無線感測網路文獻介紹 - 4 -
2.2 ZigBee簡介 - 4 -
2.2.1 ZigBee頻率頻寬與頻道 - 5 -
2.2.2 ZigBee無線感測網路協定 - 7 -
2.2.3 ZigBee 網路拓樸 - 8 -
2.2.4 ZigBee 網路位址(PAN ID)與位址容量 - 10 -
2.3 RSSI 理論 - 13 -
2.4 蒙地卡羅法(Monte Carlo Methods) - 14 -
2.4.1 Quasi蒙地卡羅法(Monte Carlo Methods) - 16 -
2.4.2 低差異性數列的特性與演算法 - 16 -
第三章 系統設計與模擬 - 22 -
3.1 ZigBee感測器網路的佈建 - 22 -
3.1.1 一般亂數取法 - 23 -
3.1.2 Quasi蒙地卡羅法(Quasi-Monte Carlo Methods)亂數取法 - 25 -
3.2 ZigBee網路(Network)的建立 - 27 -
3.3 基於RSSI(信號強度)的ZigBee網路 - 31 -
3.3.1 基於RSSI(信號強度)的ZigBee網路演算法 - 33 -
第四章 實驗模擬與分析 - 34 -
4.1 實驗環境 - 34 -
4.2 ZigBee網路節點的佈建 - 35 -
4.3 以叢集樹狀拓樸建立ZigBee網路 - 35 -
4.4 基於RSSI建構的ZigBee網路 - 37 -
4.5 RSSI ZigBee網路各距離的模擬結果 - 39 -
第五章 結論與未來展望 - 42 -
5.1 結論 - 42 -
5.2未來展望 - 42 -
參考文獻 - 43 -



參考文獻
[1] 鄭立原著, ZigBee開發手冊, 全華圖書, 2008年12月
[2] 蘇聖夫, “在Linux系統中設計並實作ZigBee無線網路協定層” Thesis for Master of computer science and information engineering NCKUJuly, 2005
[3] 郭恆助, “基於ZigBee協定之無線感測網路時間同步機制” Thesis for Master of computer science and information engineering NCKU July, 2005
[4] 李展宏, “基於 ZigBee 無線感測網路之智慧型照明環境設計與實作” 國立成功大學電機工程研究所碩士論文, 2007
[5] 陳曉鋒, “基於ZigBee無線感測網路之情境感知服務系統” 國立成功大學電腦與通信工程研研究所碩士論文, 2007
[6] 林俊良, “研發無線感測網路用於居家健康照護” 國立交通大學電機與控制工程學系碩士論文, 2006
[7] 顏濬祥, “在ZigBee 無線網路中一個節點自我互換之省電方法” 國立東華大學資訊工程學系研究所碩士論文, 2010
[8]林冠志, “評價信用衍生性商品之動態違約系統的模型建構 ” 國立臺灣大學管理學院財務金融所碩士論文, 2008
[9]林慕涵, “利用蒙地卡羅方法建立靜態旋轉強度調控放射治療劑量模擬系統” 國立清華大學生醫工程與環境科學系博士論文, 2010
[10]羅仕清, “粒子碰撞對電漿與工作表面不平衡電荷薄層內輸送現象之影響” 國立中山大學生醫機械與機電工程研究所碩士論文, 2006
[11]宋天文, 楊竹星“縮減ZigBee無線感測網路孤立節點之延伸連結機制” 工程科技與教育學刊第 343~360頁, 2008
[12] http://financelab.nctu.edu.tw/Students/ZhangShawLin/cookbook.doc

[13] Pierre L’Ecuyer, Art B. Owen Edttors, “Monte Carlo and Quasi-Monte Carlo Methods” , 2008
[14] T. S. Rappaport, Wireless Communications-Principles and Practice, Prentice Hall, Second Edition, 2002
[15] Gomes Goncalo, Sarmento Helena, “Indoor location system using zigbee technology” IEEE sensor technologies and applications, third, pp.152-157, 2009
[16] Chung-Hsin Liu, Chih-Chieh Fan, “Zigbee research into integrated real-time location systems” IEEE Asia-Pacific services computing conference, pp.942-947, 2008
[17] IEEE Std. 802.15.4™-2003, IEEE Standard for Information technology Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Network., IEEE. 1 October 2003.
[18] ZigBee Documents 053272, ZigBee V1.0 Stack Profiles, ZigBee Alliance(2005)
[19] ZigBee Documents 03244, Application Support Sub-Layer Specification (Version 1.0) ZigBee Alliance(2004)
[20] Amith Singhee, Rob A. Rutenbar, “From Finance to Flip Flops: A study of Fast Quasi-Monte Carlo methods from computational finance applied to atatistical circuit analysis”, IEEE quality electronic design, 8th, pp.685-692, 2007
[21] Amith Singhee, Rob A. Rutenbar, “Why Quasi-Monte Carlo is better than Monte Carlo or Latin Hypercube sampling for statistical circuit analysis” , IEEE computer-aided design of integrated circuits and systems, pp.1763-1776, 2010
[22] T. Kim, D. Kim, N. Park, S. E. Yoo, T. S. Lopez, "Shortcut tree routing in ZigBee, networks", in Proc. IEEE International Symposium on Wireless Pervasive Computing, Feb. 2007

[23] Lukasz Niestoruk, Johannes Schmid, Peter Boll,Wilhelm Stork, Klaus Mueller-Glaser, "A Simplified Protocol for Energy Self-Sufficient Sensors in an IEEE 802.15.4 ZigBee WSN", in Proc. Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing (ISSNIP) , 2009
[24]http://www.zigbee.org/
[25] http://www.ti.com/


QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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