WSN網(wǎng)絡層協(xié)議研究及在土遺址微環(huán)境監(jiān)測中的應用.pdf

1、本文以探索無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)潛在的應用場景為目的，利用WSN自身優(yōu)勢與文物保護應用背景相結(jié)合，將WSN應用于土遺址微環(huán)境監(jiān)測中，為文物保護科研人員研究適合文物保存的環(huán)境因素模型提供數(shù)據(jù)支持。
　　 圍繞WSN在土遺址微環(huán)境監(jiān)測應用需要解決的數(shù)據(jù)收集關(guān)鍵技術(shù)問題，通過分析應用場景特點，以及對現(xiàn)有WSN路由協(xié)議、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的研究，提出了模塊化的WSN網(wǎng)絡層協(xié)議結(jié)構(gòu)，設(shè)計了適合土遺址微環(huán)境監(jiān)測應用場景的路由協(xié)議和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，

2、通過仿真實驗和原型系統(tǒng)驗證了設(shè)計方案的有效性。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)通過研究WSN協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，針對實際應用中WSN網(wǎng)絡層較高的功能復雜度，將WSN網(wǎng)絡層進行功能解耦，劃分為路由模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，并對這兩個模塊的功能與交互進行定義，以實現(xiàn)應用中動態(tài)模塊替換。在系統(tǒng)實現(xiàn)中，路由模塊運行PDHP路由協(xié)議完成網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的建立，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊運行D2CPR數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，在網(wǎng)絡層進行局部數(shù)據(jù)傳輸控制。
　　 (2)提

3、出了基于預部署的分區(qū)域分簇路由協(xié)議(PDHP)：將監(jiān)測區(qū)域劃分成若干小區(qū)域，在小區(qū)域中節(jié)點自組成簇，由基站節(jié)點定期發(fā)送數(shù)據(jù)收集包，建立簇首到基站的多跳反向梯度，以此簇首將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)往基站。PDHP路由協(xié)議以分簇路由均衡網(wǎng)絡能量消耗，以區(qū)域劃分減小成簇復雜度，以應用場景特點簡化協(xié)議設(shè)計。
　　 (3)提出了網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(D2CPR):針對應用特點采用NACK方式進行丟失數(shù)據(jù)的局部重傳，并以分布式擁塞控制思想，進行局部數(shù)據(jù)

4、傳輸控制，以解決數(shù)據(jù)傳輸可靠性、完整性問題；另外通過獲取路由模塊維護的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)信息，進行節(jié)點功率控制與休眠調(diào)度，以達到降低能耗的目的。
　　 (4)在NS2中對PDHP協(xié)議和D2CPR協(xié)議進行仿真實驗，在仿真實驗驗證其有效性的基礎(chǔ)上。使用運行TinyOS2.0操作系統(tǒng)的Micaz系列節(jié)點，將原型系統(tǒng)部署在西安市唐皇城墻含光門遺址博物館城墻遺址區(qū)域進行微環(huán)境監(jiān)測，以實際應用驗證了本研究的實用性和有效性，并且為文物保護人員研提供