無線傳感器網(wǎng)絡的首達過程分析.pdf

1、以數(shù)據(jù)為中心和資源受限是無線傳感器網(wǎng)絡的兩大突出特點，提高數(shù)據(jù)傳輸效率和節(jié)省資源消耗是無線傳感器網(wǎng)絡研究中的中心問題。本文以傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸過程為研究對象，以隨機接入算法在數(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，建立首達過程的模型，得到相關過程的時間復雜度及能耗復雜度的統(tǒng)計特性。在性能分析的基礎上，以高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸和能量的高利用率為目標，進一步給出最優(yōu)時間復雜度及相關的最優(yōu)接入策略，對事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸性能進行了完整的

2、分析和優(yōu)化。同時本文還給出數(shù)據(jù)傳輸過程中處于激活狀態(tài)的發(fā)包節(jié)點個數(shù)的估計算法，為網(wǎng)絡性能優(yōu)化的實現(xiàn)奠定了基礎。 首先進行的是有反饋隨機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的。通過建立首達過程的模型，用概率分析的方法得到了SlottedALOHA協(xié)議在相關過程中的時間和能耗的統(tǒng)計特性，并對兩種信道模型下的結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明：當被激

3、活發(fā)包的節(jié)點個數(shù)一定時，隨著信道接收能力的提高，事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸過程的時間會顯著改善；能耗亦有類似結(jié)果，但改善的幅度遠遠小于時間。以節(jié)省能耗和提高數(shù)據(jù)傳輸效率為目的，本文對上述協(xié)議的性能進行了優(yōu)化，得到了最優(yōu)的時間及相應的最優(yōu)接入策略，結(jié)果顯示：當協(xié)議采用最優(yōu)接入策略時，最優(yōu)時間隨節(jié)點個數(shù)的增加近似呈線性增長；同時，當時間達到最優(yōu)時，能耗亦接近其最優(yōu)值，當接入策略在最優(yōu)值附近變化時，能耗變化較為穩(wěn)定。為評估SlottedALOHA在傳感

4、器網(wǎng)絡中的性能，仿真了IEEE802.15.4標準的介質(zhì)接入層和SlottedALOHA在事件觸發(fā)首輪數(shù)據(jù)傳輸過程中的運行過程，并對二者的性能進行了對比。結(jié)果表明：在發(fā)包節(jié)點個數(shù)、數(shù)據(jù)包長度、信道帶寬等條件完全相同的情況下，當兩種協(xié)議的時間消耗大致相同時，SlottedALOHA協(xié)議的能耗要小于IEEE802.15.4的能耗，且差距隨節(jié)點個數(shù)的增加呈擴大趨勢。 接下來的研究是無反饋隨機接入算法在事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸過程中的性能分析及

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

6、傳輸過程中運行的周期性模型，通過分析該周期性模型得到了協(xié)議在相關過程中的時間和能耗的統(tǒng)計特性；進一步對時間進行優(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)時間隨被激活發(fā)包節(jié)點個數(shù)的增加近似呈線性增長；當時間達到最優(yōu)時，能耗亦接近其最優(yōu)值，且當接入策略在最優(yōu)值附近變化時，能耗呈穩(wěn)定變化趨勢。對SlottedALOHA和SlottedCSMA性能對比表明：無論是時間還是能耗，CSMA都優(yōu)于ALOHA。 隨機接入算法的最