無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機(jī)制與移動(dòng)性的研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算技術(shù)，它可以將客觀世界中不斷變化的信息持續(xù)高效地傳遞給人們，為人們提供各種形式的數(shù)據(jù)與服務(wù)。大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)部署，自組織的組網(wǎng)方式，能量有限的傳感器節(jié)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)變化的無(wú)線信道以及各種類型的流量模型和數(shù)據(jù)收集方式是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的固有特性。這些特性在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的同時(shí)，也會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)的整體性能。目前，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界高度重視。特別是在大規(guī)模部署的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，如何設(shè)計(jì)專用的算法和

2、協(xié)議來(lái)更好地節(jié)省能量，提高網(wǎng)絡(luò)整體性能已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文圍繞這一主題，在一些與節(jié)能和提高網(wǎng)絡(luò)性能密切相關(guān)的算法和協(xié)議上展開(kāi)研究。 論文中的工作主要包括以下幾個(gè)方面：1.一種面向數(shù)據(jù)收集的混合移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將智能手機(jī)等移動(dòng)通信設(shè)備應(yīng)用到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)形成一個(gè)新式的混合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種體系結(jié)構(gòu)可以在多個(gè)方面提高網(wǎng)絡(luò)的性能。本文研究了移動(dòng)設(shè)備(節(jié)點(diǎn))的特性和行為對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的影響。結(jié)果表明，選擇一定數(shù)量的移動(dòng)設(shè)

3、備，恰當(dāng)?shù)膫鬏敺秶约耙苿?dòng)速度可以保證較低的端到端分組傳輸時(shí)延，顯著提高能量的使用效率。與位置固定的接入點(diǎn)相比，通過(guò)移動(dòng)設(shè)備來(lái)收集數(shù)據(jù)可以大大提高數(shù)據(jù)成功傳輸率，在弱連通網(wǎng)絡(luò)中這一點(diǎn)尤其明顯。此外，設(shè)備的移動(dòng)性也帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載和能量的均衡，網(wǎng)絡(luò)的生存周期得到進(jìn)一步延長(zhǎng)。 2.一種改進(jìn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定向擴(kuò)散協(xié)議的算法定向擴(kuò)散算法在擴(kuò)散探測(cè)分組時(shí)，會(huì)周期性的給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)很大負(fù)載，嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)分組的傳輸性能。本文提出了一種基于梯度

4、的受限擴(kuò)散算法，通過(guò)對(duì)鄰居梯度的分析，計(jì)算擴(kuò)散廣度和深度，選擇最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集在有限空間進(jìn)行擴(kuò)散。仿真結(jié)果表明受限擴(kuò)散算法在保證較低能量消耗的前提下，大大縮短了擴(kuò)散持續(xù)的時(shí)間和數(shù)據(jù)分組端到端時(shí)延。同時(shí)，該算法與原擴(kuò)散算法兼容，無(wú)需增加額外開(kāi)銷(xiāo)。 3.一個(gè)能量節(jié)約的、低時(shí)延的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議TDMA-EC基于TDMA接入方式，其固有的低工作周期(Dutycycle)使節(jié)點(diǎn)減少了不必要的能量消耗，能量效率顯著提高。TDMA

5、-EC同時(shí)也減少了因重傳而引起的能量浪費(fèi)和時(shí)延增加。TDMA-EC基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖蓸?shù)，數(shù)據(jù)分組在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上停留的時(shí)間不超過(guò)一個(gè)幀的長(zhǎng)度，因此分組的端到端傳輸時(shí)延也相應(yīng)縮短。 4.IEEE802.15.4協(xié)議在移動(dòng)環(huán)境下的性能的研究基于IEEE802.15.4的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)將會(huì)有廣泛的應(yīng)用。在某些應(yīng)用場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)中會(huì)存在不停移動(dòng)的設(shè)備或人。這些人或設(shè)備進(jìn)入/離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)的改變所在的位置等行為都會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能造成不同程度的影