無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)能機制與移動性的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是一種新型的網(wǎng)絡和計算技術，它可以將客觀世界中不斷變化的信息持續(xù)高效地傳遞給人們，為人們提供各種形式的數(shù)據(jù)與服務。大規(guī)模的網(wǎng)絡部署，自組織的組網(wǎng)方式，能量有限的傳感器節(jié)點，動態(tài)變化的無線信道以及各種類型的流量模型和數(shù)據(jù)收集方式是無線傳感器網(wǎng)絡的固有特性。這些特性在實現(xiàn)網(wǎng)絡功能的同時，也會影響到網(wǎng)絡的整體性能。目前，對無線傳感器網(wǎng)絡的研究和應用引起了國內(nèi)外學術界高度重視。特別是在大規(guī)模部署的傳感器網(wǎng)絡中，如何設計專用的算法和

2、協(xié)議來更好地節(jié)省能量，提高網(wǎng)絡整體性能已經(jīng)成為研究的熱點問題。本文圍繞這一主題，在一些與節(jié)能和提高網(wǎng)絡性能密切相關的算法和協(xié)議上展開研究。 論文中的工作主要包括以下幾個方面：1.一種面向數(shù)據(jù)收集的混合移動無線傳感器網(wǎng)絡將智能手機等移動通信設備應用到無線傳感器網(wǎng)絡會形成一個新式的混合無線傳感器網(wǎng)絡。這種體系結構可以在多個方面提高網(wǎng)絡的性能。本文研究了移動設備(節(jié)點)的特性和行為對無線傳感器網(wǎng)絡的影響。結果表明，選擇一定數(shù)量的移動設

3、備，恰當?shù)膫鬏敺秶约耙苿铀俣瓤梢员ＷC較低的端到端分組傳輸時延，顯著提高能量的使用效率。與位置固定的接入點相比，通過移動設備來收集數(shù)據(jù)可以大大提高數(shù)據(jù)成功傳輸率，在弱連通網(wǎng)絡中這一點尤其明顯。此外，設備的移動性也帶來了網(wǎng)絡的負載和能量的均衡，網(wǎng)絡的生存周期得到進一步延長。 2.一種改進的無線傳感器網(wǎng)絡定向擴散協(xié)議的算法定向擴散算法在擴散探測分組時，會周期性的給網(wǎng)絡帶來很大負載，嚴重影響了數(shù)據(jù)分組的傳輸性能。本文提出了一種基于梯度

4、的受限擴散算法，通過對鄰居梯度的分析，計算擴散廣度和深度，選擇最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集在有限空間進行擴散。仿真結果表明受限擴散算法在保證較低能量消耗的前提下，大大縮短了擴散持續(xù)的時間和數(shù)據(jù)分組端到端時延。同時，該算法與原擴散算法兼容，無需增加額外開銷。 3.一個能量節(jié)約的、低時延的無線傳感器網(wǎng)絡MAC層協(xié)議TDMA-EC基于TDMA接入方式，其固有的低工作周期(Dutycycle)使節(jié)點減少了不必要的能量消耗，能量效率顯著提高。TDMA

5、-EC同時也減少了因重傳而引起的能量浪費和時延增加。TDMA-EC基于網(wǎng)絡拓撲生成樹，數(shù)據(jù)分組在一個節(jié)點上停留的時間不超過一個幀的長度，因此分組的端到端傳輸時延也相應縮短。 4.IEEE802.15.4協(xié)議在移動環(huán)境下的性能的研究基于IEEE802.15.4的LR-WPAN網(wǎng)絡將會有廣泛的應用。在某些應用場景下，網(wǎng)絡中會存在不停移動的設備或人。這些人或設備進入/離開網(wǎng)絡，實時的改變所在的位置等行為都會對網(wǎng)絡的性能造成不同程度的影