無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首達(dá)過(guò)程分析.pdf

1、以數(shù)據(jù)為中心和資源受限是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩大突出特點(diǎn)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率和節(jié)省資源消耗是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的中心問(wèn)題。本文以傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程為研究對(duì)象，以隨機(jī)接入算法在數(shù)據(jù)傳輸中的性能分析為研究主題，采用概率分析的方法，建立首達(dá)過(guò)程的模型，得到相關(guān)過(guò)程的時(shí)間復(fù)雜度及能耗復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)特性。在性能分析的基礎(chǔ)上，以高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸和能量的高利用率為目標(biāo)，進(jìn)一步給出最優(yōu)時(shí)間復(fù)雜度及相關(guān)的最優(yōu)接入策略，對(duì)事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸性能進(jìn)行了完整的

2、分析和優(yōu)化。同時(shí)本文還給出數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中處于激活狀態(tài)的發(fā)包節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的估計(jì)算法，為網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 首先進(jìn)行的是有反饋隨機(jī)接入算法在事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸中的性能分析及優(yōu)化，研究是針對(duì)SlottedALOHA協(xié)議在沖突信道模型和多包接收信道模型下的性能分析展開(kāi)的。通過(guò)建立首達(dá)過(guò)程的模型，用概率分析的方法得到了SlottedALOHA協(xié)議在相關(guān)過(guò)程中的時(shí)間和能耗的統(tǒng)計(jì)特性，并對(duì)兩種信道模型下的結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：當(dāng)被激

3、活發(fā)包的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)一定時(shí)，隨著信道接收能力的提高，事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的時(shí)間會(huì)顯著改善；能耗亦有類(lèi)似結(jié)果，但改善的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于時(shí)間。以節(jié)省能耗和提高數(shù)據(jù)傳輸效率為目的，本文對(duì)上述協(xié)議的性能進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最優(yōu)的時(shí)間及相應(yīng)的最優(yōu)接入策略，結(jié)果顯示：當(dāng)協(xié)議采用最優(yōu)接入策略時(shí)，最優(yōu)時(shí)間隨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增加近似呈線性增長(zhǎng)；同時(shí)，當(dāng)時(shí)間達(dá)到最優(yōu)時(shí)，能耗亦接近其最優(yōu)值，當(dāng)接入策略在最優(yōu)值附近變化時(shí)，能耗變化較為穩(wěn)定。為評(píng)估SlottedALOHA在傳感

4、器網(wǎng)絡(luò)中的性能，仿真了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的介質(zhì)接入層和SlottedALOHA在事件觸發(fā)首輪數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的運(yùn)行過(guò)程，并對(duì)二者的性能進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：在發(fā)包節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度、信道帶寬等條件完全相同的情況下，當(dāng)兩種協(xié)議的時(shí)間消耗大致相同時(shí)，SlottedALOHA協(xié)議的能耗要小于IEEE802.15.4的能耗，且差距隨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增加呈擴(kuò)大趨勢(shì)。 接下來(lái)的研究是無(wú)反饋隨機(jī)接入算法在事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的性能分析及

5、優(yōu)化，主要內(nèi)容包括SlottedALOHA和SlottedCSMA的性能分析。關(guān)于SlottedALOHA，研究在沖突信道和多包接收信道模型下展開(kāi)，與有反饋情形類(lèi)似，主要結(jié)果包括無(wú)反饋SlottedALOHA在事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的時(shí)間和能耗的統(tǒng)計(jì)特性及其優(yōu)化，沖突信道與多包接收信道模型下的性能對(duì)比結(jié)果與有反饋情形類(lèi)似；同時(shí)，優(yōu)化結(jié)果與有反饋情形也完全類(lèi)似。關(guān)于SlottedCSMA協(xié)議，首先給出了SlottedCSMA在事件觸發(fā)數(shù)據(jù)

6、傳輸過(guò)程中運(yùn)行的周期性模型，通過(guò)分析該周期性模型得到了協(xié)議在相關(guān)過(guò)程中的時(shí)間和能耗的統(tǒng)計(jì)特性；進(jìn)一步對(duì)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。得到了最優(yōu)接入策略，結(jié)果表明：在最優(yōu)接入策略下，最優(yōu)時(shí)間隨被激活發(fā)包節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增加近似呈線性增長(zhǎng)；當(dāng)時(shí)間達(dá)到最優(yōu)時(shí)，能耗亦接近其最優(yōu)值，且當(dāng)接入策略在最優(yōu)值附近變化時(shí)，能耗呈穩(wěn)定變化趨勢(shì)。對(duì)SlottedALOHA和SlottedCSMA性能對(duì)比表明：無(wú)論是時(shí)間還是能耗，CSMA都優(yōu)于ALOHA。 隨機(jī)接入算法的最