森林資源數(shù)據(jù)獲取的移動(dòng)Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)是由部署在監(jiān)測區(qū)域的、大量的傳感器節(jié)點(diǎn)通過多跳組織的形式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是利用傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感器感知監(jiān)測對象的信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)（Sink節(jié)點(diǎn)），匯聚節(jié)點(diǎn)再通過以太網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等形式將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)不但要承擔(dān)監(jiān)測的任務(wù)，同時(shí)又要做為中繼節(jié)點(diǎn)完成多跳路由的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，所以，在網(wǎng)絡(luò)中距離S

2、ink節(jié)點(diǎn)較近的節(jié)點(diǎn)能量消耗較快，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗不均。因此，一種基于移動(dòng)Sink的新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模式得到了廣泛應(yīng)用，它的基本思路是Sink節(jié)點(diǎn)在整個(gè)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)移動(dòng)以此獲得實(shí)時(shí)的監(jiān)測信息，使得網(wǎng)絡(luò)能量的消耗更加均衡。
　　森林資源的監(jiān)測和監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用，然而，在面向森林資源的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測過程中，由于林區(qū)氣候、環(huán)境的惡劣導(dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)極容易出現(xiàn)故障，節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路也極容易受外界氣候的影響

3、而出現(xiàn)通信故障，從而影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，設(shè)計(jì)高可靠、低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是滿足森林資源監(jiān)控應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　針對移動(dòng)Sink的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或鏈路故障以及其工作環(huán)境等因素會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性問題，本文主要在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層上通過設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)和鏈路的可靠性評(píng)估、可靠的傳輸路由協(xié)議、MAC協(xié)議等實(shí)現(xiàn)了高可靠、低功耗的移動(dòng)Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性關(guān)鍵技術(shù)。其主

4、要的工作和創(chuàng)新如下：
　　(1)針對移動(dòng)Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的特性，建立基于節(jié)點(diǎn)通信半徑、ZigBee網(wǎng)絡(luò)功率放大參數(shù)，適用于移動(dòng)Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)能耗模型。研究建立有別于簇頭節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)概念模型。
　　(2)研究適應(yīng)于移動(dòng)Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的Sink節(jié)點(diǎn)位置更新方法和路由選擇策略，通過對Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)過程的預(yù)測以及新坐標(biāo)的確定，在依賴移動(dòng)Sink的能耗狀況下，在有效半徑范圍內(nèi)選擇中繼節(jié)

5、點(diǎn)，當(dāng)Sink節(jié)點(diǎn)的方向再次發(fā)生變化，將會(huì)依據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)的位置更新Sink節(jié)點(diǎn)的方向和位置。路由的更新過程則通過中繼節(jié)點(diǎn)半徑、通信半徑、Sink節(jié)點(diǎn)的位置估算、Sink節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)方向來實(shí)現(xiàn)路由的二階段更新。
　　(3)對同步周期和數(shù)據(jù)包發(fā)送率的概念以及占空比調(diào)整規(guī)則進(jìn)行定義和分析，設(shè)計(jì)移動(dòng)Sink網(wǎng)絡(luò)的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)即數(shù)據(jù)包發(fā)送率，研究建立動(dòng)態(tài)的占空比調(diào)整規(guī)則，設(shè)計(jì)符合移動(dòng)Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的同步周期定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)能夠

6、滿足移動(dòng)Sink高可靠要求的MAC協(xié)議。
　　(4)研究將多值決策圖(MDD)引入到傳感器節(jié)點(diǎn)和通信鏈路不可靠網(wǎng)絡(luò)的可靠度分析問題中。為能夠直觀清晰地描述節(jié)點(diǎn)和其鄰接邊的關(guān)系，增強(qiáng)決策圖節(jié)點(diǎn)的描述能力，將單個(gè)節(jié)點(diǎn)和其未訪問鄰接邊劃分為一個(gè)集合?；诠?jié)點(diǎn)和邊二元狀態(tài)的假設(shè)，枚舉集合內(nèi)節(jié)點(diǎn)和其鄰接邊的不同組合，通過合并子網(wǎng)同構(gòu)的狀態(tài)，求解出簡化后的狀態(tài)向量和可靠度向量，并將此用一個(gè)MDD變量表述，有效區(qū)分節(jié)點(diǎn)的度量值及鏈路的可靠性。<