基于端到端的傳感器網(wǎng)絡測量技術研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由低成本、低功耗的，具備感知、數(shù)據(jù)處理、存儲和通信功能的微型傳感器節(jié)點通過自組織方式形成的網(wǎng)絡。近幾年逐漸成為學術界和工業(yè)界研究的熱點。一些實際可用的傳感器節(jié)點硬件和面向傳感器網(wǎng)絡的操作系統(tǒng)也應運而生。隨著傳感器網(wǎng)絡逐步被應用到實際環(huán)境中，傳感器網(wǎng)絡的性能參數(shù)測量也就成為業(yè)界關注的問題。 由于傳感器網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)較多以及自身電源容量和帶寬的限制，從網(wǎng)絡內部每個節(jié)點上收集性能信息進行分析和處理的傳統(tǒng)內部測量方法并不適用

2、于傳感器網(wǎng)絡，這使得傳感器網(wǎng)絡的性能測量面臨著諸多的挑戰(zhàn)。 1999年，N．Duffield等人開始研究網(wǎng)絡斷層掃描技術(Network Tomography)，根據(jù)端到端的測量結果，推測網(wǎng)絡內部性能指標，不需要內部結點之間協(xié)作，也不需要部署測量設備，減少了數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量。2004年G Hartl等人將這項技術引入到傳感器網(wǎng)絡測量中，推測鏈路的報文丟失率。目前基于端到端的傳感器網(wǎng)絡測量技術的研究還處于起步階段。 論文圍繞基

3、于端到端的傳感器網(wǎng)絡測量方法進行了深入研究，主要工作和創(chuàng)新點包括： (1)總結了面向固定網(wǎng)絡和傳感器網(wǎng)絡的斷層掃描技術，從斷層掃描技術研究內容、采用的系統(tǒng)模型、測量方法以及推測方法等方面討論了該項技術最新研究進展。 (2)利用斷層掃描技術可以推測網(wǎng)絡邏輯拓撲以及鏈路報文丟失性能等網(wǎng)絡特性?，F(xiàn)在已有固定網(wǎng)絡的邏輯拓撲推測算法，但尚未見應用于傳感器網(wǎng)絡。本文提出了一種利用數(shù)據(jù)匯聚過程中祖先節(jié)點與子孫節(jié)點之間的偏序關系推測傳感

4、器網(wǎng)絡邏輯拓撲的算法。仿真結果表明，算法只需要較少輪次的數(shù)據(jù)收集，就能較準確地推測出網(wǎng)絡的邏輯拓撲。 (3)提出了一種邏輯鏈路報文丟失的累計生成函數(shù)(Cumulant GeneratingFunction，CGF)的推測方法。根據(jù)端到端報文丟失的CGF值，利用最小二乘法推測每條邏輯鏈路報文丟失CGF值，然后利用Chemoff邊界理論識別傳感器網(wǎng)絡報文丟失嚴重的鏈路。仿真結果表明，推測的CGF值與理論計算值很接近。 (4)

5、本文在用Bernoulli模型描述傳感器網(wǎng)絡中報文丟失過程的基礎上，提出了一種基于Gibbs抽樣的邏輯鏈路報文丟失率推測算法，利用網(wǎng)絡內部邏輯鏈路上報文丟失之間的內在關系來推測各個鏈路上的報文丟失率，并分析了不同參數(shù)選取對算法性能的影響。算法克服了常用的最大似然估計(MI正)方法存在的過低估計等缺陷。仿真結果與理論計算結果相比表明，算法能夠較準確地推測出邏輯鏈路上的報文丟失率。 (5)在用Gilbert模型描述傳感器網(wǎng)絡中報文丟

6、失過程的基礎上，本文提出了一種基于Metropolis-Hastings抽樣的邏輯鏈路報文丟失時態(tài)依賴性(temporaldependency)的推測算法。解決了傳感器網(wǎng)絡中報文丟失時態(tài)依賴性的推測問題。仿真結果與理論計算結果相比表明，算法推測結果可以較準確地表述報文丟失在時間域上的關聯(lián)關系。 (6)提出了一種基于Bloom Filter的節(jié)點剩余能量測量算法。分析了算法中不同參數(shù)選取對于算法性能的影響。仿真結果表明該算法可以較