DESIGN OF SENSOR NODES IN UNDERWATER SENSOR NETWORKS

79864001 駱威達

Abstract

Introduction

THE ARCHITECTURE OF NETWORK NODE BASED ON SOFTWARE RADIO TECHNOLOGY

HARDWARE SCHEME OF NODE

TESTING RESULTS IN ANECHOIC POND

CONCLUSION

ABSTRACT

90 年代中期以來，地面無線感測網絡發展迅速。

設計低功耗的水聲網絡節點。利用”睡眠 / 喚醒” 運作模式，平均功耗降低的節點。然後，基於軟體無線電的概念，節點可以達到更好的應用靈活性的程度。

INTRODUCTION

目前， MAC 的水下感測網絡的方法通常是基於 MACA 協議和 ALOHA 協議，前者效率比較低 ，後者可靠性不足以滿足實際需要。

因此功耗單節點是直接影響到整個網絡，設計低功率的架構和低功率節點的 MAC 協議是在最近的研究重點。

現在低功耗設計架構的水下感測網絡節點被提出，這種設計結構，它是基於 :

1: 軟體無線電技術的概念

2: 利用“睡眠喚醒”運作模式，以確保雙方的通用性和低功耗。

3: 它提供了一個合適的硬體平台

THE ARCHITECTURE OF NETWORK NODE BASED ON SOFTWARE RADIO TECHNOLOGY

作為基本的水下感測網絡，網絡節點的有效性和穩定性是一整個網絡的可靠性前提。

發展軟體無線電技術，成功地解決這些問題。其主要概念是充分利用數位化和軟體技術，以實現各種硬體功能的基礎上統一硬體平台。

類似的基本結構的軟體系統，節點的架構是由 :

感測模組，通訊接收器， A/D 轉換，數位處理器， D/A 轉換，通訊發射器。

Figure 1. Architecture of Node

HARDWARE SCHEME OF NODE

重要的是要選擇一個合適的節點操作系統的運作模式，使所謂的”睡眠 / 喚醒”應用在設計的硬體。

Figure 2. Hardware scheme

A. 通道前模組的設計 : 該系統由 5 個部分，包括 : 傳感器，前置

放大器，帶通濾波器，自動增益控制，檢波器 完成了一系列的前置處理工作

B. 數位處理模組的設計 : 1. 負責控制整個節點的通信，數據採集，通

信協議處理和系統管理，

2. 對整個網絡節點，數位處理模組是最重要的部分。

Figure 3. Hardware Scheme of Digital Processing Module

微控制器是應用在負責控制整個運作節點，控制每個模組功率的上升。

高速 DSP 器件是負責調變解調通信信號和MAC 協議處理。

當系統休眠狀態下，微控制器和 DSP 是在深睡眠狀態，在理論上該功率減少到 2μW和 120μW 使總功率消耗整個系統在這個時間僅為122μW 。

Figure 4. Operation Procedure of Digital Processing Module

C.發射器模組的設計

發射器模組是由功率放大器和變換器組成。

有兩種線性功率放大器，分別是 B 級功率放大器和 D 級寬帶功率放大器，可用於我們的設計。

TESTING RESULTS IN ANECHOIC POND

Electronic System of Prototype

Locale of Experiment

實驗儀器是由一個 B ＆ K 8102 標準水聽器， 2690 的B ＆ K 等空調放大器， Tektronix TDS3000 4 通道數位示波器， Tektronix AFG 波形產生器，一個 PA 100功率放大器 和 2 個轉換器。

顯示了觸發脈衝，並由 B ＆ K2690 收到答覆脈衝。脈衝觸發與收到答覆脈衝的時間間隔大約 6ms 。除抽樣時間是 5ms ，時間用於算法是 1ms 。

至於功耗 當系統工作在休眠狀態 : 耗電量 pre-channel 模組是 90mW ，功率消

耗為 0.14mW 數位處理模組，總功率消耗為91mW

而在甦醒狀態 : 結點和發射器開始運作，它的最大功率，功耗

是 65.7W 整個系統的成本，包括 90mW pre-channel 模組和 589mW 成本數位處理模組。

CONCLUSION

作為基本單位的感測網絡，感測節點的性能直接關係到感測網絡的性能。基於軟體無線電技術，一個新的架構，不僅可以簡化硬體結構，而且還提高了一般性的硬體平台。

因此應用的低功耗器件和 ' 睡眠喚醒 ' 模式，其功耗單節點有效地減少。