基于元胞自動機的Zigbee+WLAN異構網(wǎng)絡節(jié)能技術研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Networks，WSNs）是由部署在待檢測區(qū)域內的大量無線網(wǎng)絡傳感節(jié)點組成的，節(jié)點通過無線通信方式形成一個多跳自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)。無線傳感網(wǎng)絡的實現(xiàn)目標是收集檢測區(qū)域內被監(jiān)測對象的各類相關數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行處理后，將監(jiān)測內容發(fā)送給觀察者。WSN具有能量消耗低、節(jié)點開銷少、拓撲控制方式多樣的特點，因此在環(huán)境監(jiān)測、國家安全、搶險救災、空間探索、危險區(qū)域遠程控制等領域具有重大的應用價值，引起了

2、軍界、工業(yè)界和學術界的高度關注。
　　元胞自動機（CellularAutomata，CA）是定義在一個具有離散、有限狀態(tài)的由元胞組成的空間上，元胞按照一定局部規(guī)則在離散時間維度上同步演化的動力學系統(tǒng)[1][2]。由于元胞自動機的設計思想本身來源于生物學自繁殖的思想，因此它在生物學上的應用非常自然而廣泛。繼在生物領域得到廣泛應用之后，元胞自動機又被推廣應用到社會、經(jīng)濟、軍事和科學研究的各個領域。
　　本論文中，將元胞自動機的設

3、計思想融合到無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議設計中，針對Zigbee+WLAN異構網(wǎng)絡的特點設計了兩種元胞自動機機制，兩種機制分別適用于Zigbee子網(wǎng)和WLAN子網(wǎng)。使用元胞自動機機制的這兩種網(wǎng)絡節(jié)點可以收集通信過程中捎帶的元胞自動機信息，根據(jù)自身節(jié)點的元胞自動機狀態(tài)轉換機制進行動態(tài)的休眠/工作狀態(tài)切換。使用元胞自動機機制的網(wǎng)絡協(xié)議的核心特點在于自組織、無需外力作用、沒有額外的傳輸開銷。在Zigbee+WLAN異構無線傳感器網(wǎng)絡中，Zigbee網(wǎng)絡

4、主要負責數(shù)據(jù)采集，節(jié)點冗余配置數(shù)量多；WLAN網(wǎng)絡負責數(shù)據(jù)中繼，冗余配置數(shù)量少，傳輸可靠性要求高。針對這樣的網(wǎng)絡差異和需求的不同，設計的兩種休眠調度模式也不相同。本文最后使用NS2仿真軟件，編寫相應模塊及相關函數(shù)，對現(xiàn)有節(jié)點模型進行拓展。仿真首先驗證了該機制的正確性。隨后針對項目實際應用拓撲和普遍拓撲進行了節(jié)能效果仿真和分析，驗證了元胞自動機使網(wǎng)絡節(jié)點能夠自組織切換工作狀態(tài)，使兩種子網(wǎng)分別節(jié)能，最終達到網(wǎng)絡整體節(jié)能、延長整個網(wǎng)絡生存期，