WSN網絡層協議研究及在土遺址微環(huán)境監(jiān)測中的應用.pdf

1、本文以探索無線傳感器網絡(WSN)潛在的應用場景為目的，利用WSN自身優(yōu)勢與文物保護應用背景相結合，將WSN應用于土遺址微環(huán)境監(jiān)測中，為文物保護科研人員研究適合文物保存的環(huán)境因素模型提供數據支持。
　　 圍繞WSN在土遺址微環(huán)境監(jiān)測應用需要解決的數據收集關鍵技術問題，通過分析應用場景特點，以及對現有WSN路由協議、數據轉發(fā)協議的研究，提出了模塊化的WSN網絡層協議結構，設計了適合土遺址微環(huán)境監(jiān)測應用場景的路由協議和數據轉發(fā)協議，

2、通過仿真實驗和原型系統(tǒng)驗證了設計方案的有效性。本文主要研究內容如下：
　　 (1)通過研究WSN協議棧結構，針對實際應用中WSN網絡層較高的功能復雜度，將WSN網絡層進行功能解耦，劃分為路由模塊、數據轉發(fā)模塊，并對這兩個模塊的功能與交互進行定義，以實現應用中動態(tài)模塊替換。在系統(tǒng)實現中，路由模塊運行PDHP路由協議完成網絡拓撲結構的建立，數據轉發(fā)模塊運行D2CPR數據轉發(fā)協議，在網絡層進行局部數據傳輸控制。
　　 (2)提

3、出了基于預部署的分區(qū)域分簇路由協議(PDHP)：將監(jiān)測區(qū)域劃分成若干小區(qū)域，在小區(qū)域中節(jié)點自組成簇，由基站節(jié)點定期發(fā)送數據收集包，建立簇首到基站的多跳反向梯度，以此簇首將收集到的數據發(fā)往基站。PDHP路由協議以分簇路由均衡網絡能量消耗，以區(qū)域劃分減小成簇復雜度，以應用場景特點簡化協議設計。
　　 (3)提出了網絡層數據轉發(fā)協議(D2CPR):針對應用特點采用NACK方式進行丟失數據的局部重傳，并以分布式擁塞控制思想，進行局部數據

4、傳輸控制，以解決數據傳輸可靠性、完整性問題；另外通過獲取路由模塊維護的網絡拓撲結構信息，進行節(jié)點功率控制與休眠調度，以達到降低能耗的目的。
　　 (4)在NS2中對PDHP協議和D2CPR協議進行仿真實驗，在仿真實驗驗證其有效性的基礎上。使用運行TinyOS2.0操作系統(tǒng)的Micaz系列節(jié)點，將原型系統(tǒng)部署在西安市唐皇城墻含光門遺址博物館城墻遺址區(qū)域進行微環(huán)境監(jiān)測，以實際應用驗證了本研究的實用性和有效性，并且為文物保護人員研提供