大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡性能分析.pdf

1、在過去十年的時間里,隨著無線傳感器網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展和人們對無線網(wǎng)絡服務需求的增長,大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡中的漸進性能分析一直受到國內(nèi)外學者和研究機構的重視。無線傳感器網(wǎng)絡有著自己許多特殊的要求或者獨有的性質(zhì),如網(wǎng)絡的動態(tài)性、環(huán)境的特殊性、拓撲的連接性以及數(shù)據(jù)的完整性,這些要求和性質(zhì)都為無線傳感器網(wǎng)絡的設計提出了更加苛刻的限制,也使得其性能分析更加的復雜。同時,為了提高網(wǎng)絡的性能,在構建無線傳感器網(wǎng)絡的時候,人們時常會在網(wǎng)絡中引入一些新的

2、技術或者特性,比如使用移動傳感器節(jié)點(Mobile Node),采用多播傳輸(Multicast),引入輔助節(jié)點(Helping Node)或者基礎設施支持(Infrastracture Support)來提高網(wǎng)絡的性能,這些也使得大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的設計更具有挑戰(zhàn)性。另一方面,大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的性能將呈現(xiàn)許多有趣的現(xiàn)象。本文主要考慮的是異構無線網(wǎng)絡和混合無線網(wǎng)絡的拓撲分布、容量和時延問題,分析了不同場景和傳輸模式下的網(wǎng)絡性能,并

3、進而探索如何合理的處理無線傳感器網(wǎng)絡的特殊性質(zhì),以及如何設計和運用合適的方法來提升網(wǎng)絡的性能。
　　本文首先分析了不同網(wǎng)絡拓撲分布的大規(guī)模異構無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡容量性能,并研究了網(wǎng)絡拓撲分布對于網(wǎng)絡性能的影響。我們首先考慮無障礙物情況下不同拓撲分布對網(wǎng)絡容量的影響,對不同的網(wǎng)絡空間拓撲結構進行建模,分析其容量并進行比較。在對該結果進行一些直觀的解釋和推測的基礎上,我們進而導出并證明了一些更一般的結論。比如,我們發(fā)現(xiàn),對于均勻分布

4、的普通節(jié)點,規(guī)則分布的中繼節(jié)點是容量最優(yōu)的;當普通節(jié)點不是均勻分布的時候,規(guī)則分布的中繼節(jié)點不再是最優(yōu)的,但是其與最優(yōu)分布之間的差距不會超過一個常數(shù)倍。
　　在現(xiàn)實中,無線傳感器網(wǎng)絡通常都鋪設在一些較為復雜的地區(qū)。這些復雜環(huán)境中的障礙物體會對傳感器節(jié)點的分布和無線電磁波的傳輸造成很大的影響。本文將以上各種因素結合在一起,對有障礙物情況下各種拓撲結構的無線傳感器網(wǎng)絡的容量進行分析。我們設計出一種優(yōu)化算法,對于給定的障礙物分布,我們可

5、以給出更好的網(wǎng)絡節(jié)點分布,以改善網(wǎng)絡容量。我們還對該算法的復雜度和性能進行了進一步的定性和定量的分析。
　　另一方面,針對有基站支持的混合網(wǎng)絡,我們研究了其在移動多播模式下網(wǎng)絡的容量-時延性能。我們首先分析了獨立同分布運動模型下兩跳無冗余網(wǎng)絡的性能,并研究了如何利用冗余來提高網(wǎng)絡容量-時延性能。然后,我們又進一步考慮了隨機游走移動網(wǎng)絡的性能。在對結果進行比較中,我們發(fā)現(xiàn)當基站數(shù)量或者多播規(guī)模達到一定門限后,基站輔助模式下的兩跳無冗