無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初級初始化研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究之初，網(wǎng)絡(luò)大多采用人工部署方式，節(jié)點(diǎn)位置及相鄰關(guān)系可以精確設(shè)置，因而無須考慮網(wǎng)絡(luò)初建階段的自組織問題；隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的日益拓展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，越來越多的應(yīng)用不得不采用隨機(jī)播撒的方式部署網(wǎng)絡(luò)。這樣的方式?jīng)Q定了網(wǎng)絡(luò)在新建階段處于無結(jié)構(gòu)狀態(tài)，所有的節(jié)點(diǎn)不知道鄰節(jié)點(diǎn)，當(dāng)然也不知道鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。因此在網(wǎng)絡(luò)開始運(yùn)行之前，必須進(jìn)行以建立網(wǎng)絡(luò)初始結(jié)構(gòu)為目的

2、的初級初始化。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，初級初始化正迅速成為一個(gè)急需解決的研究課題，是其實(shí)用化進(jìn)程中不可忽略的重要環(huán)節(jié)。 初級初始化階段無結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的共道干擾嚴(yán)重降低了數(shù)據(jù)通信的成功率。這不僅使得常用介質(zhì)訪問控制層（Medium Access Control, MAC）協(xié)議無法直接應(yīng)用于初級初始化過程，而且由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的缺乏使得傳統(tǒng)初始化算法失去了實(shí)際意義。因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初級初始化必須同時(shí)解決以下兩個(gè)問題：?初建階段節(jié)點(diǎn)

3、間的數(shù)據(jù)傳輸；?無結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的拓?fù)淇刂平??；诖吮疚闹攸c(diǎn)研究了初級初始化階段節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸、核心算法，以及初級初始化算法的實(shí)用化技術(shù)和性能評估。 取得的研究成果包括如下幾個(gè)方面： （1）分析了初級初始化階段節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)律。在信號噪聲干擾比（Signal to Noise and Interference Ratio, SNIR）共道干擾模型下，對高密度、等概傳輸條件下的共道干擾進(jìn)行了嚴(yán)格的分析，提出了點(diǎn)對點(diǎn)通信

4、失效定理和點(diǎn)對多點(diǎn)通信節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送定理，并對兩條定理進(jìn)行了嚴(yán)格的理論證明，為初級初始化的通信解決提供了理論基礎(chǔ)。 （2）完成了初級初始化核心算法的原理性證明。提出了與通信相關(guān)的基于競爭的簇頭產(chǎn)生策略；提出了基于上色理論的時(shí)隙分配原則；設(shè)計(jì)了完整的基于時(shí)分多址(Time Division Multiple Access, TDMA)的單信道初級初始化算法；從理論上證明了該算法的正確性和完整性，并通過仿真驗(yàn)證了算法的可行性。

5、 （3）完成并仿真驗(yàn)證了實(shí)用化初級初始化算法。提出了以進(jìn)一步減少共道干擾為目的的三信道的實(shí)用化技術(shù)；提出了根據(jù)節(jié)點(diǎn)所處的局部環(huán)境參數(shù)來調(diào)節(jié)發(fā)送概率的自適應(yīng)技術(shù)；設(shè)計(jì)了基于分簇的多信道初級初始化算法；建立了初級初始化算法的評估指標(biāo)。通過對不同規(guī)模，不同節(jié)點(diǎn)密度，不同發(fā)送概率下算法的大量仿真實(shí)驗(yàn)，充分證明了算法各項(xiàng)評估指標(biāo)均能滿足實(shí)用化的要求。此外通過對仿真結(jié)果分析得出了算法執(zhí)行的有效參考值。為初級初始化算法奠定了良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。