信息物理系統(tǒng)中WSN的拓撲控制和MAC協(xié)議研究.pdf

1、信息物理系統(tǒng)是計算,網(wǎng)絡和物理世界的統(tǒng)一體。而無線傳感器網(wǎng)絡是信息物理系統(tǒng)重要的組成部分。在信息物理系統(tǒng)中如何能夠減少不必要的能量消耗,保證較小的傳輸延時,提高網(wǎng)絡的整體性能,是目前所面臨的首要挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡的拓撲控制和MAC協(xié)議對傳感器節(jié)點的能量消耗和延時會產(chǎn)生重大影響。本文以降低能量消耗,減少傳輸延時,優(yōu)化網(wǎng)絡性能為目標對無線傳感器網(wǎng)絡拓撲控制和MAC協(xié)議兩方面關鍵技術進行研究。
　　 為了提高網(wǎng)絡拓撲控制算法的能量效率和拓撲的

2、健壯性。提出了一種基于幾何圖形切割的能量平衡拓撲控制算法。該算法首先進行功率控制,提出任意相鄰兩鄰居節(jié)點之間的夾角都需小于等于2π/3作為保證網(wǎng)絡連通性的約束條件,節(jié)點在保證上述約束條件的前提下,使用較低發(fā)送功率發(fā)送數(shù)據(jù),簡化網(wǎng)絡的拓撲連接；其次,根據(jù)傳感器節(jié)點能耗與傳輸距離的平方成正比的特性和三角形的平面幾何特點,通過繪制輔助線將節(jié)點分布區(qū)域切割成三個部分,不同的區(qū)域采用不同的方法建立拓撲,對較近區(qū)域直接進行連接,對較遠區(qū)域采用多跳方

3、式進行連接,形成優(yōu)化的拓撲連接；最后根據(jù)鄰居節(jié)點剩余能量和發(fā)送數(shù)據(jù)的功率建立適應度函數(shù),并通過適應度函數(shù)選擇不同的鄰居節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸,使各個節(jié)點分擔能量的消耗,優(yōu)化能量效率。
　　 為了減少信息物理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r,增強協(xié)議適應動態(tài)變化環(huán)境的能力,提出了一種基于并行機制的多跳信道預約MAC協(xié)議。在節(jié)點周期性休眠的基礎上提出多跳信道預約機制,節(jié)點利用預約幀進行信道的預約,并根據(jù)預約信息進行數(shù)據(jù)的傳輸；利用并行機制,使預約信息