低功耗無線鏈路相關(guān)性的研究.pdf

1、近年來，低功耗無線通信技術(shù)的發(fā)展使得低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為一種新的計(jì)算模式，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。在低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為多條無線鏈路之間的收包情況是相互獨(dú)立的。然而最近一系列前沿工作表明，多條無線鏈路的收包情況間并非是相互獨(dú)立的關(guān)系，而是具有一定相關(guān)性的。這種同一節(jié)點(diǎn)出發(fā)的多條鏈路上的收包和丟包之間的相關(guān)性被稱為“無線鏈路相關(guān)性”。無線鏈路相關(guān)性對(duì)于絕大部分低功耗無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有十分重要的影響，如洪泛協(xié)議、機(jī)

2、會(huì)路由協(xié)議等，可廣泛地用于改善多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的性能，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。研究無線鏈路相關(guān)性的重要意義在于利用這種鏈路特征對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行性能優(yōu)化。現(xiàn)有的研究工作主要集中于利用無線鏈路相關(guān)性優(yōu)化特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，缺乏對(duì)無線鏈路相關(guān)性的準(zhǔn)確測量和性能建模等共性問題的深入研究，存在測量精度不高、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能模型不精確等問題，從而導(dǎo)致現(xiàn)有利用鏈路相關(guān)性的協(xié)議優(yōu)化工作無法達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化效果。為此，本文針對(duì)無線鏈路相關(guān)性的準(zhǔn)確測量、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

3、性能模型和協(xié)議優(yōu)化應(yīng)用等三個(gè)核心的共性問題展開研究。
　　(1)無線鏈路相關(guān)性測量。要利用鏈路相關(guān)性優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，首先需要能夠準(zhǔn)確地測量鏈路相關(guān)性?，F(xiàn)有大部分研究工作利用周期性信標(biāo)包對(duì)鏈路相關(guān)性進(jìn)行測量，這種方式缺乏對(duì)鏈路相關(guān)性的模型刻畫，存在測量精度較差的問題;本文通過大量的實(shí)驗(yàn)和分析探索了無線鏈路相關(guān)性的成因及影響因素，并考慮這些影響因素，結(jié)合物理層和網(wǎng)絡(luò)層的參數(shù)信息建立了無線鏈路相關(guān)性刻畫模型CorModel?；贑orMo

4、del，本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)了精確的無線鏈路相關(guān)性測量方法。相比于現(xiàn)有測量方法，本文提出的方法提供了更加準(zhǔn)確的測量結(jié)果。不僅如此，本文針對(duì)資源受限的低功耗節(jié)點(diǎn)平臺(tái)提出了輕量級(jí)的近似算法，支持在節(jié)點(diǎn)端進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。本文該項(xiàng)工作發(fā)表在CCFA類國際會(huì)議IEEE INFOCOM2015上。
　　(2)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能建模。關(guān)于無線鏈路相關(guān)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的影響，現(xiàn)有工作往往采用定性分析，而缺乏定量的模型分析。而同時(shí)，現(xiàn)有的定量的協(xié)議性能模型并未有效考

5、慮鏈路相關(guān)性的影響，導(dǎo)致其性能建模并不準(zhǔn)確。為此，本文通過綜合考慮鏈路相關(guān)性、鏈路質(zhì)量和鏈路的時(shí)間分布等鏈路特征對(duì)基于廣播和任播的兩類協(xié)議建立了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能模型。該模型揭示了包括鏈路相關(guān)性在內(nèi)的鏈路特征與協(xié)議性能之間的關(guān)系，能夠準(zhǔn)確預(yù)測給定網(wǎng)絡(luò)條件下的協(xié)議性能，從而進(jìn)一步支持上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的性能優(yōu)化。本文該方面工作發(fā)表在CCF B類國際會(huì)議IEEE SECON和SCI期刊Sensors上。
　　(3)利用鏈路相關(guān)性優(yōu)化的數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議

6、。本文以數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議為典型案例，研究鏈路相關(guān)性在協(xié)議優(yōu)化方面的應(yīng)用。數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議是基于廣播的協(xié)議，鏈路相關(guān)性對(duì)其協(xié)議性能具有重要影響，而現(xiàn)有分發(fā)協(xié)議未能考慮此影響，導(dǎo)致分發(fā)效率不高。為此，本文首先定量地分析鏈路相關(guān)性對(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)過程中的兩個(gè)核心步驟的影響:轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇和編碼傳輸策略。之后，結(jié)合鏈路相關(guān)性的信息，本文提出了考慮鏈路相關(guān)性的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制和動(dòng)態(tài)編碼策略，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了高效可靠的數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議。相比現(xiàn)有的研究工作，本文提出的