無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量效率和容錯度問題的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了傳感器，嵌入式計算，網(wǎng)絡(luò)和無線通信四大技術(shù)，它是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 在大多數(shù)的應(yīng)用場合，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)會被布置在比較偏遠，惡劣的環(huán)境中，因此一旦網(wǎng)絡(luò)部署以后，就很難再對其進行維護，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電池也無法更換。這就要求在設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時，首先要考慮網(wǎng)絡(luò)能量的利用效率。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在媒介鏈路層(MAC層)的操作要占用網(wǎng)絡(luò)很多的能量，據(jù)研究人員統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)節(jié)點對信道的監(jiān)

2、聽就會占用整個節(jié)點耗能的50％至100％。因此本文首先提出了一個MAC層的新協(xié)議CBPCEEP(ClusterBasedPowerControlEnergyEfficientProtocol)，它的特點是基于分簇式協(xié)議思想，同時利用功率控制來來減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的信號沖突，其最終目的是為了提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量效率。在傳統(tǒng)的分簇式協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)在正常工作的后半階段能量下降特別快，其主要原因是簇頭節(jié)點的個數(shù)與網(wǎng)絡(luò)普通節(jié)點個數(shù)的比例不對稱。因

3、此我們考慮將網(wǎng)絡(luò)的工作階段分為兩個部分，即正常工作階段和衰減階段。在網(wǎng)絡(luò)的正常運行階段，我們采用分簇的方式，將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點劃分為普通節(jié)點和簇頭節(jié)點，前者負責采集監(jiān)測區(qū)域的數(shù)據(jù)，并將其傳送給自己的簇頭節(jié)點，后者將本簇的數(shù)據(jù)收集處理之后再傳送給Sink節(jié)點；當網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有能量降低到初始能量的40％時，網(wǎng)絡(luò)就進入衰減階段。在這個階段中，網(wǎng)絡(luò)就不再由簇頭節(jié)點決定本簇普通節(jié)點的時隙分配，而是采用餐具分配算法來實現(xiàn)TDMA時隙的分配。同時針對無線傳感器網(wǎng)

4、絡(luò)中影響能量效率的信號包沖突問題，我們考慮用功率控制來解決，并給出了功率半徑的具體求解方法。 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量有限，節(jié)點容易由于能量或外界環(huán)境的攻擊而導致停工，因此CBPCEEP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層也需要滿足一定的容錯度要求。針對這一問題我們在第四章中考慮利用功率控制來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的容錯度要求，并給出了功率半徑的具體求解方法和推導過程。 在第五章中，我們還具體闡述了CBPCEEP協(xié)議在NS2仿真平臺上的實現(xiàn)方法，同時為了驗證

5、CBPCEEP協(xié)議能否達到最初的設(shè)計要求，我們還給出并分析了最終的仿真結(jié)果，結(jié)果表明我們的協(xié)議達到了初始的設(shè)計要求。 雖然CBPCEEP協(xié)議基本滿足了我們的設(shè)計要求，但是它在很多方面還是需要改進的，例如在網(wǎng)絡(luò)衰減階段如果需要重新布置一部分新的節(jié)點，如何確認這些新的節(jié)點，如何調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的工作方式來適應(yīng)這種新的應(yīng)用需求，這些問題還涉及到了網(wǎng)絡(luò)的可升級性，需要我們作進一步的研究和探討?？偠灾?，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還是一個嶄新的課題，在這個領(lǐng)