基于元胞自動(dòng)機(jī)的Zigbee+WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs）是由部署在待檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感節(jié)點(diǎn)組成的，節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式形成一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是收集檢測(cè)區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的各類(lèi)相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將監(jiān)測(cè)內(nèi)容發(fā)送給觀察者。WSN具有能量消耗低、節(jié)點(diǎn)開(kāi)銷(xiāo)少、拓?fù)淇刂品绞蕉鄻拥奶攸c(diǎn)，因此在環(huán)境監(jiān)測(cè)、國(guó)家安全、搶險(xiǎn)救災(zāi)、空間探索、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值，引起了

2、軍界、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。
　　元胞自動(dòng)機(jī)（CellularAutomata，CA）是定義在一個(gè)具有離散、有限狀態(tài)的由元胞組成的空間上，元胞按照一定局部規(guī)則在離散時(shí)間維度上同步演化的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)[1][2]。由于元胞自動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)思想本身來(lái)源于生物學(xué)自繁殖的思想，因此它在生物學(xué)上的應(yīng)用非常自然而廣泛。繼在生物領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用之后，元胞自動(dòng)機(jī)又被推廣應(yīng)用到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、軍事和科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。
　　本論文中，將元胞自動(dòng)機(jī)的設(shè)

3、計(jì)思想融合到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)中，針對(duì)Zigbee+WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了兩種元胞自動(dòng)機(jī)機(jī)制，兩種機(jī)制分別適用于Zigbee子網(wǎng)和WLAN子網(wǎng)。使用元胞自動(dòng)機(jī)機(jī)制的這兩種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以收集通信過(guò)程中捎帶的元胞自動(dòng)機(jī)信息，根據(jù)自身節(jié)點(diǎn)的元胞自動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制進(jìn)行動(dòng)態(tài)的休眠/工作狀態(tài)切換。使用元胞自動(dòng)機(jī)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的核心特點(diǎn)在于自組織、無(wú)需外力作用、沒(méi)有額外的傳輸開(kāi)銷(xiāo)。在Zigbee+WLAN異構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，Zigbee網(wǎng)絡(luò)

4、主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，節(jié)點(diǎn)冗余配置數(shù)量多；WLAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中繼，冗余配置數(shù)量少，傳輸可靠性要求高。針對(duì)這樣的網(wǎng)絡(luò)差異和需求的不同，設(shè)計(jì)的兩種休眠調(diào)度模式也不相同。本文最后使用NS2仿真軟件，編寫(xiě)相應(yīng)模塊及相關(guān)函數(shù)，對(duì)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行拓展。仿真首先驗(yàn)證了該機(jī)制的正確性。隨后針對(duì)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用拓?fù)浜推毡橥負(fù)溥M(jìn)行了節(jié)能效果仿真和分析，驗(yàn)證了元胞自動(dòng)機(jī)使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠自組織切換工作狀態(tài)，使兩種子網(wǎng)分別節(jié)能，最終達(dá)到網(wǎng)絡(luò)整體節(jié)能、延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生存期，