面向事件監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模、低成本、自組織的特性使其在事件監(jiān)測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而由于環(huán)境惡劣、節(jié)點資源受限等原因，信息傳輸?shù)目煽啃猿蔀闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計面臨的重大挑戰(zhàn)。特別是在事件監(jiān)測應(yīng)用領(lǐng)域，對信息的可靠傳輸提出了更高的要求。不僅要求事件的準確感知，在此基礎(chǔ)上還需實現(xiàn)事件信息的及時、可靠通告。因此，面向事件監(jiān)測的可靠傳輸技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重要內(nèi)容之一。本文針對面向事件監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)問題進行了深

2、入研究，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:首先對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件監(jiān)測相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行了綜述和梳理，通過分析指出其中的不足。之后，分別開展了復(fù)合事件檢測與可靠通告、緊急信息可靠傳輸、突發(fā)感知的擁塞控制和休眠狀態(tài)下信息的及時傳輸?shù)葐栴}的研究。在此研究基礎(chǔ)上，提出了解決相應(yīng)問題的協(xié)議和算法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對現(xiàn)有事件檢測屬性單一的問題，提出一種多屬性復(fù)合事件檢測方法。在此基礎(chǔ)上，對判決機制進行了改進，任何參與轉(zhuǎn)發(fā)初始判決

3、數(shù)據(jù)包的中間節(jié)點均可作為最終判決節(jié)點，不再固定為匯聚節(jié)點。中間節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)過程中一旦信息充分則立即作出最終判決。最終判決結(jié)果不僅需要發(fā)送至匯聚節(jié)點以通告用戶，還需發(fā)給事件源節(jié)點使其停止發(fā)送初始判決信息以節(jié)省能量。針對最終判決結(jié)果的可靠傳輸問題，本論文提出一種k-copy的可靠傳輸機制，數(shù)據(jù)包在傳輸過程中可按需進行冗余備份，以降低單個數(shù)據(jù)包傳輸失敗的風險。⑵傳統(tǒng)的擁塞檢測大都沒有考慮節(jié)點負載的動態(tài)變化特征，并以控制源節(jié)點發(fā)送速率犧牲事件逼真

4、度的方法減緩擁塞。針對此問題，本文首次提出隊列變化率的概念，將隊列長度和隊列變化率同時納入擁塞評估的范疇。根據(jù)擁塞評估結(jié)果將節(jié)點分為多個不同狀態(tài)，并提出一種多級速率調(diào)節(jié)機制，各節(jié)點根據(jù)不同狀態(tài)采取不同速率調(diào)節(jié)策略。此外，采用優(yōu)先級隊列設(shè)計思想，為緊急事件信息分配較高優(yōu)先級，進一步保證了緊急信息的可靠傳輸。⑶針對突發(fā)事件發(fā)生時易造成網(wǎng)絡(luò)短時間擁塞的問題，本文提出一種突發(fā)感知的擁塞控制協(xié)議。在低負載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，傳感器節(jié)點運行基于競爭沖突避免

5、的CSMA/CA MAC協(xié)議以節(jié)省能量。當突發(fā)事件發(fā)生時，短時間之內(nèi)向傳感器網(wǎng)絡(luò)注入大量的信息流，網(wǎng)絡(luò)負載較高。傳統(tǒng)基于競爭的信道接入方式無法適應(yīng)這種高負載網(wǎng)絡(luò)下數(shù)據(jù)流傳輸，造成較為嚴重的區(qū)域擁塞。利用TDMA適用于高負載的優(yōu)點，在擁塞區(qū)域嵌入TDMA調(diào)度算法，當擁塞減輕或消除后，則恢復(fù)CSMA/CA機制。⑷針對異步休眠方式中存在較為嚴重的轉(zhuǎn)發(fā)等待時延問題，本文提出一種基于scout的休眠窗口自適應(yīng)調(diào)節(jié)MAC協(xié)議。發(fā)送節(jié)點通過發(fā)送一系列