面向Agent的WSNs中間件關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有成本低、監(jiān)測精度高、可遠程監(jiān)控、便于診斷與維護等優(yōu)點，在軍事、環(huán)境監(jiān)控、文物保護、智能家居等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨著計算、存儲與網(wǎng)絡(luò)資源等方面的限制，已經(jīng)制約著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展。如何在現(xiàn)有受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)上進一步有效利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當前研究的熱點問題，包括如何擺脫無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的強相關(guān)性、代碼不能重用等。移動Agent能夠自主地幫助用戶完成想要完成的任務(wù)，同時能夠

2、自主地在網(wǎng)絡(luò)中運行。因此，可以預(yù)期，引入移動Agent到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中將能夠解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在的應(yīng)用強相關(guān)性、代碼冗余等問題。正是在這樣的背景下，本文圍繞面向Agent無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件實現(xiàn)過程中要解決的異構(gòu)通信、時間同步、拓撲結(jié)構(gòu)及路由算法幾個關(guān)鍵技術(shù)展開研究，提出相應(yīng)的解決策略。本文研究工作的貢獻包括以下五個方面：
　　 (1)提出面向Agent的WSNs中間件的異構(gòu)操作系統(tǒng)通信模型
　　 針對配有不同

3、操作系統(tǒng)的節(jié)點聞無法正常通信問題，本文提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)操作系統(tǒng)節(jié)點間的通信模型。對當前主流的操作系統(tǒng)的通信進行研究，找出它們之間的共性，并以形式化的方法表述它們各自的通信過程，同時，建立了異構(gòu)操作系統(tǒng)間的通信模型。該異構(gòu)操作系統(tǒng)通信模型對調(diào)度策略和處理策略等關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，實驗結(jié)果同時表明，該異構(gòu)操作系統(tǒng)通信模型能較好地處理節(jié)點間的異構(gòu)通信問題，驗證了模型的可行性。
　　 (2)提出面向Agent的WSNs中間件的簇

4、樹式網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
　　 針對當前網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)存在的問題，提出了簇樹式拓撲結(jié)構(gòu)。該拓撲結(jié)構(gòu)的建立是在發(fā)射功率一定的情況下，利用信號強度值來選擇離父節(jié)點相對遠的一些節(jié)點作為下一跳節(jié)點，這樣既可以保證整個網(wǎng)絡(luò)中跳數(shù)減少，又可以減少網(wǎng)絡(luò)的傳輸時間和節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。同時，該拓撲結(jié)構(gòu)針對傳統(tǒng)層簇式拓撲中存在的能量空洞問題，通過增加簇頭節(jié)點數(shù)目的方法來延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，有效地避免了能量空洞問題。最后，最后針對完全m叉樹從流量均衡角度探討

5、了簇樹式結(jié)構(gòu)中樹深度與深度的關(guān)系。
　　 (3)提出面向Agent的WSNs中間件的時間同步算法
　　 利用單向廣播的方式提出了兩個時間同步算法：即IRBS算法和自適應(yīng)分層的時間同步算法。其中，IRBS算法是在RBS算法的基礎(chǔ)上，引入貝葉斯方法增加對時間同步中不確定因素的考慮，這樣可以更進一步縮小時間同步誤差。仿真結(jié)果表明IRBS算法能夠有效地縮小時間同步誤差的范圍；另一個算法是在簇樹式的拓撲結(jié)構(gòu)上，利用單向廣播的方法，

6、由父節(jié)點廣播時間同步消息給下一跳節(jié)點，簇內(nèi)節(jié)點收到時間同步通知后利用時間的先后關(guān)系建立約束不等式，通過多次的同步能夠計算出本節(jié)點與其父節(jié)點的物理時鐘的相對差值，然后進行修正即實現(xiàn)了時間同步。該算法在理論仿真和實際物理平臺上都得到了驗證，證明了它在時間同步精度提高、時間同步能量消耗及時間同步帶來的通信負載方面的優(yōu)越性。
　　 (4)提出面向Agent的WSNs中間件的路由協(xié)議
　　 在不使用GPS定位系統(tǒng)或者其它定位方法協(xié)

7、助節(jié)點計算位置信息、節(jié)點體積和成本不增大的前提下，本文提出新的路由協(xié)議MiniTE。該協(xié)議根據(jù)RSSI值將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分區(qū)，在功率一定的情況下，將選擇離父節(jié)點相對遠的節(jié)點作為下一跳，一旦有信息要傳遞到匯聚節(jié)點，則直接往父節(jié)點遞交，能很快將信息傳送到目的地，同時節(jié)省路由的能量消耗及減少路由時間。
　　 (5)實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件DisWare原型系統(tǒng)
　　 為提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)效率、效益和質(zhì)量，本文設(shè)計并