無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量效率和容錯(cuò)度問(wèn)題的研究.pdf_第1頁(yè)
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1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了傳感器,嵌入式計(jì)算,網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信四大技術(shù),它是一種全新的信息獲取和處理技術(shù),具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 在大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)被布置在比較偏遠(yuǎn),惡劣的環(huán)境中,因此一旦網(wǎng)絡(luò)部署以后,就很難再對(duì)其進(jìn)行維護(hù),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電池也無(wú)法更換。這就要求在設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí),首先要考慮網(wǎng)絡(luò)能量的利用效率。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在媒介鏈路層(MAC層)的操作要占用網(wǎng)絡(luò)很多的能量,據(jù)研究人員統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)對(duì)信道的監(jiān)

2、聽就會(huì)占用整個(gè)節(jié)點(diǎn)耗能的50%至100%。因此本文首先提出了一個(gè)MAC層的新協(xié)議CBPCEEP(ClusterBasedPowerControlEnergyEfficientProtocol),它的特點(diǎn)是基于分簇式協(xié)議思想,同時(shí)利用功率控制來(lái)來(lái)減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)沖突,其最終目的是為了提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量效率。在傳統(tǒng)的分簇式協(xié)議中,網(wǎng)絡(luò)在正常工作的后半階段能量下降特別快,其主要原因是簇頭節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)與網(wǎng)絡(luò)普通節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的比例不對(duì)稱。因

3、此我們考慮將網(wǎng)絡(luò)的工作階段分為兩個(gè)部分,即正常工作階段和衰減階段。在網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行階段,我們采用分簇的方式,將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)劃分為普通節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn),前者負(fù)責(zé)采集監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù),并將其傳送給自己的簇頭節(jié)點(diǎn),后者將本簇的數(shù)據(jù)收集處理之后再傳送給Sink節(jié)點(diǎn);當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有能量降低到初始能量的40%時(shí),網(wǎng)絡(luò)就進(jìn)入衰減階段。在這個(gè)階段中,網(wǎng)絡(luò)就不再由簇頭節(jié)點(diǎn)決定本簇普通節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配,而是采用餐具分配算法來(lái)實(shí)現(xiàn)TDMA時(shí)隙的分配。同時(shí)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)

4、絡(luò)中影響能量效率的信號(hào)包沖突問(wèn)題,我們考慮用功率控制來(lái)解決,并給出了功率半徑的具體求解方法。 由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量有限,節(jié)點(diǎn)容易由于能量或外界環(huán)境的攻擊而導(dǎo)致停工,因此CBPCEEP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層也需要滿足一定的容錯(cuò)度要求。針對(duì)這一問(wèn)題我們?cè)诘谒恼轮锌紤]利用功率控制來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)度要求,并給出了功率半徑的具體求解方法和推導(dǎo)過(guò)程。 在第五章中,我們還具體闡述了CBPCEEP協(xié)議在NS2仿真平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)方法,同時(shí)為了驗(yàn)證

5、CBPCEEP協(xié)議能否達(dá)到最初的設(shè)計(jì)要求,我們還給出并分析了最終的仿真結(jié)果,結(jié)果表明我們的協(xié)議達(dá)到了初始的設(shè)計(jì)要求。 雖然CBPCEEP協(xié)議基本滿足了我們的設(shè)計(jì)要求,但是它在很多方面還是需要改進(jìn)的,例如在網(wǎng)絡(luò)衰減階段如果需要重新布置一部分新的節(jié)點(diǎn),如何確認(rèn)這些新的節(jié)點(diǎn),如何調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的工作方式來(lái)適應(yīng)這種新的應(yīng)用需求,這些問(wèn)題還涉及到了網(wǎng)絡(luò)的可升級(jí)性,需要我們作進(jìn)一步的研究和探討??偠灾?,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還是一個(gè)嶄新的課題,在這個(gè)領(lǐng)

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