面向事件監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模、低成本、自組織的特性使其在事件監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而由于環(huán)境惡劣、節(jié)點(diǎn)資源受限等原因，信息傳輸?shù)目煽啃猿蔀闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的重大挑戰(zhàn)。特別是在事件監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)信息的可靠傳輸提出了更高的要求。不僅要求事件的準(zhǔn)確感知，在此基礎(chǔ)上還需實(shí)現(xiàn)事件信息的及時(shí)、可靠通告。因此，面向事件監(jiān)測(cè)的可靠傳輸技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重要內(nèi)容之一。本文針對(duì)面向事件監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深

2、入研究，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:首先對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件監(jiān)測(cè)相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述和梳理，通過(guò)分析指出其中的不足。之后，分別開(kāi)展了復(fù)合事件檢測(cè)與可靠通告、緊急信息可靠傳輸、突發(fā)感知的擁塞控制和休眠狀態(tài)下信息的及時(shí)傳輸?shù)葐?wèn)題的研究。在此研究基礎(chǔ)上，提出了解決相應(yīng)問(wèn)題的協(xié)議和算法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)現(xiàn)有事件檢測(cè)屬性單一的問(wèn)題，提出一種多屬性復(fù)合事件檢測(cè)方法。在此基礎(chǔ)上，對(duì)判決機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn)，任何參與轉(zhuǎn)發(fā)初始判決

3、數(shù)據(jù)包的中間節(jié)點(diǎn)均可作為最終判決節(jié)點(diǎn)，不再固定為匯聚節(jié)點(diǎn)。中間節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中一旦信息充分則立即作出最終判決。最終判決結(jié)果不僅需要發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)以通告用戶，還需發(fā)給事件源節(jié)點(diǎn)使其停止發(fā)送初始判決信息以節(jié)省能量。針對(duì)最終判決結(jié)果的可靠傳輸問(wèn)題，本論文提出一種k-copy的可靠傳輸機(jī)制，數(shù)據(jù)包在傳輸過(guò)程中可按需進(jìn)行冗余備份，以降低單個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸失敗的風(fēng)險(xiǎn)。⑵傳統(tǒng)的擁塞檢測(cè)大都沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化特征，并以控制源節(jié)點(diǎn)發(fā)送速率犧牲事件逼真

4、度的方法減緩擁塞。針對(duì)此問(wèn)題，本文首次提出隊(duì)列變化率的概念，將隊(duì)列長(zhǎng)度和隊(duì)列變化率同時(shí)納入擁塞評(píng)估的范疇。根據(jù)擁塞評(píng)估結(jié)果將節(jié)點(diǎn)分為多個(gè)不同狀態(tài)，并提出一種多級(jí)速率調(diào)節(jié)機(jī)制，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同狀態(tài)采取不同速率調(diào)節(jié)策略。此外，采用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列設(shè)計(jì)思想，為緊急事件信息分配較高優(yōu)先級(jí)，進(jìn)一步保證了緊急信息的可靠傳輸。⑶針對(duì)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)易造成網(wǎng)絡(luò)短時(shí)間擁塞的問(wèn)題，本文提出一種突發(fā)感知的擁塞控制協(xié)議。在低負(fù)載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，傳感器節(jié)點(diǎn)運(yùn)行基于競(jìng)爭(zhēng)沖突避免

5、的CSMA/CA MAC協(xié)議以節(jié)省能量。當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，短時(shí)間之內(nèi)向傳感器網(wǎng)絡(luò)注入大量的信息流，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高。傳統(tǒng)基于競(jìng)爭(zhēng)的信道接入方式無(wú)法適應(yīng)這種高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)下數(shù)據(jù)流傳輸，造成較為嚴(yán)重的區(qū)域擁塞。利用TDMA適用于高負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)，在擁塞區(qū)域嵌入TDMA調(diào)度算法，當(dāng)擁塞減輕或消除后，則恢復(fù)CSMA/CA機(jī)制。⑷針對(duì)異步休眠方式中存在較為嚴(yán)重的轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)延問(wèn)題，本文提出一種基于scout的休眠窗口自適應(yīng)調(diào)節(jié)MAC協(xié)議。發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送一系列