傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量和服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)化策略研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)是融合無線通信技術(shù)和傳感器技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和世界各國的重視。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,現(xiàn)已在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
　　WSN由傳感器節(jié)點(diǎn)組成,節(jié)點(diǎn)在能量?jī)?chǔ)備、存儲(chǔ)能力、計(jì)算能力等方面都有局限性。WSN中節(jié)點(diǎn)能耗是首先要考慮的問題,其次要考慮網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。介質(zhì)訪問控制(Medium Access Control, MAC)協(xié)

2、議對(duì)網(wǎng)絡(luò)能量消耗、數(shù)據(jù)吞吐量、丟包率以及數(shù)據(jù)延時(shí)都可以起到?jīng)Q定性的作用,路由協(xié)議決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率和節(jié)點(diǎn)能耗,對(duì)這兩方面的改善可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期,提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量與效率。
　　基于上述問題,本文完成的主要研究工作包括:
　　(1)為了提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率、均衡節(jié)點(diǎn)能耗,針對(duì) EEUC(Energy-Efficient Uneven Clustering)路由協(xié)議中競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和頻繁分簇的不足,提出了節(jié)能高效的非均勻分簇路由協(xié)議BR

3、-EEUC( An Uneven Clustering Algorithm with Timing Broadcast Strategy and Cluster Head Rotation Mechanism)。本文提出的BR-EEUC協(xié)議,在分簇階段采用了以候選簇頭剩余能量為參數(shù)的計(jì)時(shí)廣播機(jī)制,該機(jī)制中剩余能量越大的候選簇頭需要等待的廣播時(shí)間越短,目的是為了減少節(jié)點(diǎn)間的通信;每一輪結(jié)束后,簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的剩余能量決定是否重新劃分網(wǎng)絡(luò),并

4、且引入簇頭輪換機(jī)制來平衡節(jié)點(diǎn)的能量消耗;路由方面,簇內(nèi)的成員節(jié)點(diǎn)直接與簇頭通信;簇間采用多跳路由機(jī)制,簇頭在選擇下一跳節(jié)點(diǎn)時(shí)使用以通信代價(jià)和剩余能量為參數(shù)的代價(jià)函數(shù)進(jìn)行比較,以進(jìn)一步均衡節(jié)點(diǎn)能耗。
　　(2)為了保障傳輸服務(wù)質(zhì)量,減少空閑偵聽等因素帶來的能量消耗,針對(duì)LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarch)中TDMA(Time Division Multiple Access)調(diào)

5、度MAC協(xié)議因固定分配時(shí)隙導(dǎo)致的空閑偵聽和數(shù)據(jù)延遲等不足,提出了適用于非均勻分簇結(jié)構(gòu)的基于動(dòng)態(tài)時(shí)隙調(diào)度機(jī)制的DUC-MAC(Dynamic Time Division Multiple Access Based On Uneven Clustering-MAC)協(xié)議。非均勻分簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中靠近匯聚節(jié)點(diǎn)的簇比較多,在簇間令簇頭采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Av