可靠高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度成幾何級(jí)數(shù)增長,使數(shù)據(jù)處理和計(jì)算能力迅速提高時(shí);當(dāng)存儲(chǔ)系統(tǒng)容量無限增長,使海量存儲(chǔ)得以實(shí)現(xiàn)時(shí),人們卻發(fā)現(xiàn),與這些技術(shù)發(fā)展不協(xié)調(diào)的是信息的采集和獲取手段大大落后了。于是融合了計(jì)算機(jī)、無線通信、傳感器、信息處理、自動(dòng)控制、人工智能、以及微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)等多學(xué)科交叉的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生了,它為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑,被認(rèn)為是影響人類未來生活的技術(shù)之一。其規(guī)模大、低功耗、動(dòng)態(tài)拓?fù)?、自組織

2、、節(jié)點(diǎn)能力有限、高冗余、可擴(kuò)展的綜合特性奠定了比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事領(lǐng)域、冰河監(jiān)測、醫(yī)療健康、精細(xì)農(nóng)業(yè)、空間探索等有很好的應(yīng)用前景,同時(shí)也必將開辟出許多其它新穎而有價(jià)值的應(yīng)用領(lǐng)域,尤其是數(shù)字煤礦、數(shù)字油田概念的提出,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為新的研究方向和應(yīng)用熱點(diǎn)。
　　 節(jié)點(diǎn)配置是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本問題,其對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、連通性、覆蓋質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)生存周期等性能均有極大的影響。在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中,隨機(jī)配置策

3、略存在偶然性和盲區(qū)問題;任務(wù)調(diào)度主要研究如何將特定的任務(wù)遷移到最合適的節(jié)點(diǎn)上去執(zhí)行,對(duì)于存在搶先、互斥、搶占等關(guān)系的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度的延時(shí)問題還沒有很好的解決方法;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般應(yīng)用到多徑衰落信道環(huán)境中,數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤大都是突發(fā)性的,使得可靠通信變得相當(dāng)困難,丟失數(shù)據(jù)的恢復(fù)問題亟待解決;在高速無線通信系統(tǒng)中,因環(huán)境因素,接收信號(hào)中的延時(shí)波會(huì)對(duì)其它符號(hào)產(chǎn)生干擾,使網(wǎng)絡(luò)性能下降,而簡單便宜的硬件實(shí)現(xiàn)高速率補(bǔ)償還很困難,所以必須尋求

4、其它的解決途徑。論文針對(duì)上述問題,在對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和方法分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)配置策略、任務(wù)調(diào)度、可靠性編碼算法、正交頻分復(fù)用技術(shù)、無線視頻網(wǎng)格副本替換優(yōu)化算法的研究,具有如下創(chuàng)新點(diǎn):
　　 1.針對(duì)大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)配置的偶然性和盲區(qū)問題以及確定性配置效率低下的問題,提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的星型配置策略模型,在該模型基礎(chǔ)上分析了網(wǎng)絡(luò)的連通概率以及局部連通性,通過仿真進(jìn)行了性能分析。最后研究了基于模型假設(shè)的協(xié)同定位算法,分析了該算

5、法的可行性。
　　 2.提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)離線和動(dòng)態(tài)的任務(wù)調(diào)度算法,該算法追求的目標(biāo)是在任務(wù)被取消時(shí)間內(nèi),所有的任務(wù)能夠都被執(zhí)行,對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中周期性任務(wù)和事件驅(qū)動(dòng)任務(wù)特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析,在理論上證明了該算法的可行性,并通過實(shí)例說明了該算法的執(zhí)行過程,分析了算法的性能。
　　 3.提出了一種保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)腍ydHOVER信道編碼算法,并將其應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,該算法能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失時(shí)恢復(fù)原數(shù)據(jù)的功

6、能,本文詳細(xì)闡述了HydHOVER的編解碼原理,并通過實(shí)例演示了編解碼過程,而且對(duì)算法的性能進(jìn)行了測試。
　　 4.搭建了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正交頻分復(fù)用技術(shù)的仿真模型,在瑞利信道衰落和平坦衰落信道情況下,仿真了在分別加入保護(hù)間隔、導(dǎo)頻符的情況下,傳輸數(shù)據(jù)的位錯(cuò)誤率以及幀錯(cuò)誤率,最后,在不同載波頻率偏移下,分析了載波間干擾對(duì)BER和FER的性能影響。
　　 5.借鑒了Optorsim的思想,結(jié)合分布式視頻點(diǎn)播的特點(diǎn),總結(jié)了無線