基于能效分析的無線傳感器網(wǎng)絡包長度自適應算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetworks，WSNs)作為物聯(lián)網(wǎng)底層支撐技術受到全世界關注。不同于其他無線網(wǎng)絡，無線傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點通常由電池供電，能量受限，所以提高無線傳感器網(wǎng)絡能量效率一直是WSNs研究的重點。本文以提高無線傳感器網(wǎng)絡能效為目的，從通信三要素出發(fā)，分析了影響能效的關鍵因素，重點從造成丟包的原因出發(fā)求解了重傳機制下的丟包概率，從而建立了包括硬件能耗、有用信息能耗、控制信息能耗及重傳能耗在內(nèi)的網(wǎng)絡能效分

2、析模型。在此基礎上，設計了一種高能效的基于動態(tài)梯度的數(shù)據(jù)包負載長度自適應算法—VG-PLA(PacketLengthAdaptationbasedonVariableGradient)，通過仿真驗證，該算法對網(wǎng)絡能效優(yōu)化具有良好效果。具體研究內(nèi)容分為四部分:
　　(1)介紹無線傳感器網(wǎng)絡的研究背景、現(xiàn)狀及其科學意義，概括總結WSNs基本概念、特點和體系結構。分析無線傳感器網(wǎng)絡能效研究的重要意義，并對提高WSNs能效的關鍵技術進行總

3、結。對當前無線傳感器網(wǎng)絡能效分析模型和數(shù)據(jù)包長度優(yōu)化算法研究現(xiàn)狀進行梳理和分析。
　　(2)探討影響無線傳感器網(wǎng)絡能效的關鍵因素，包括信道模型的選取、IEEE802.15.4的CSMA-CA算法及隱藏終端問題。針對這三種影響能效因素分別求解出信道誤碼率引起的誤包率、CSMA-CA信道接入的碰撞率和隱藏終端造成的碰撞率，考慮每個包的平均重傳次數(shù)，得到WSNs重傳機制下的網(wǎng)絡丟包概率。
　　(3)闡述WSNs能效分析模型建立的思

4、路，詳細推導重傳機制下網(wǎng)絡能效性能求解過程。把影響能效的網(wǎng)絡參數(shù)分為兩類:依賴于傳輸協(xié)議的性能參數(shù)和獨立于傳輸協(xié)議的狀態(tài)參數(shù)。通過仿真驗證，分析了數(shù)據(jù)包長度、節(jié)點數(shù)、最大重傳次數(shù)限制、重傳機制等對網(wǎng)絡能效的影響。
　　(4)設計基于動態(tài)梯度的包長度自適應算法。把受網(wǎng)絡狀態(tài)影響的能效變化分為三種情況:增加、降低和不變，針對每種能效變化情況，制定不同的包長度調(diào)整對策，該算法能夠提高最優(yōu)包長度收斂速度，并可以避免陷入局部最優(yōu)。利用OMN