本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳輸問題研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南京大學(xué)》 2012年

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳輸問題研究

張韜  

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將物理世界和信息世界相互聯(lián)系,極大的豐富了計算機獲取信息的方式。在軍事、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、智能家居等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,被各方面廣泛關(guān)注。傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點通過自組織形式組成網(wǎng)絡(luò),需要有高效的網(wǎng)絡(luò)通信機制支持。傳統(tǒng)自組織網(wǎng)絡(luò)的研究側(cè)重于提供高質(zhì)量的服務(wù)和高效的帶寬利用,其次才是考慮節(jié)約能源。而在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)約能源是首要目標(biāo)。因此,需要提出新的解決方案,以適應(yīng)傳感器網(wǎng)絡(luò)對低能耗通信的需要。我們在底層設(shè)計了MAC層的節(jié)能協(xié)議,在MAC層和路由層通過跨層設(shè)計的方式研究大規(guī)模數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能通信協(xié)議,并對建筑安全監(jiān)控中利用電梯進行數(shù)據(jù)傳輸以節(jié)約能耗的問題進行了研究,從傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的不同層次對節(jié)能問題進行了探索。本文在傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗網(wǎng)絡(luò)通信方面作出如下貢獻： (1)針對低功耗MAC協(xié)議中的廣播策略進行研究,提出適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層低功耗廣播協(xié)議。各節(jié)點采用異步休眠的方式節(jié)約能耗。在傳輸廣播數(shù)據(jù)時,以動態(tài)變化的時間間隔進行數(shù)據(jù)重傳。使得鄰居節(jié)點在喚醒時能夠接收到數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r降低了廣播能耗。而每次重傳的時間間隔有一定的隨機性,可以有效減少由隱藏節(jié)點造成的傳輸沖突,提高廣播傳輸?shù)某晒β?大幅降低因報文沖突而造成的報文丟失和額外監(jiān)聽能耗。我們在MICAz節(jié)點上實現(xiàn)了本協(xié)議的原型,進行了初步驗證,并在NS-2模擬環(huán)境中進行了深入的實驗。實驗結(jié)果驗證了本協(xié)議能夠有效應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)中的廣播報文沖突問題,提高報文的接收成功率,降低報文沖突造成的額外能量消耗。 (2)針對數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中的高效低能耗傳輸問題,我們通過MAC層和路由層的跨層設(shè)計與優(yōu)化,提升通信協(xié)議整體性能。在MAC層,我們采用低功耗監(jiān)聽策略,令節(jié)點以異步的方式定期休眠以節(jié)約能耗。我們在MAC層實現(xiàn)了任播機制,任意滿足指定條件的節(jié)點都可以作為目標(biāo)節(jié)點接收數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)將被其中最早喚醒的節(jié)點接收。路由層在選擇下一跳目的節(jié)點時,對各節(jié)點到基站的延遲進行估測,在發(fā)送數(shù)據(jù)時選擇估測延遲較低的若干節(jié)點作為下一跳目標(biāo)進行發(fā)送�；谛菝邫C制的節(jié)能協(xié)議的共同點是以一定的延遲換取較好的節(jié)能效果。我們對MAC層和路由層進行跨層設(shè)計,可以使得付出的延遲代價大幅降低。實驗表明,我們的協(xié)議能夠有效減小延遲代價。并且在越大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中,能耗和延遲越小。 (3)針對高層建筑安全監(jiān)控的應(yīng)用,我們提出一種利用電梯移動進行數(shù)據(jù)采集的傳輸策略。在電梯上放置一個基站節(jié)點,隨著電梯的運行移動。每層部署一個傳感器節(jié)點,在電梯經(jīng)過或�？吭谠摌菍訒r,以較小的功率將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至電梯基站。在保證數(shù)據(jù)能夠及時傳輸至基站的條件下,將此問題建模為一個最大化系統(tǒng)壽命的優(yōu)化問題。當(dāng)電梯的移動可以完全預(yù)測時,該問題可以獲得最優(yōu)解。但是當(dāng)電梯運行軌跡不可預(yù)測時,任意在線算法所生成的調(diào)度策略,都不能達到采用最優(yōu)解的相對近似度。我們對一定時間段內(nèi)電梯的運行進行預(yù)測,根據(jù)不同的預(yù)測能力進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度,以達到延長網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。通過一系列的模擬實驗和MICAz節(jié)點平臺的實驗,對不同條件下的系統(tǒng)性能進行了驗證。實驗結(jié)果表明,相較于傳統(tǒng)多跳傳輸,以及不經(jīng)過調(diào)度簡單等待電梯的算法,我們的數(shù)據(jù)采集算法可以獲得較長的系統(tǒng)壽命。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

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5 易葉青;傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于數(shù)字水印的安全數(shù)據(jù)收集機制[D];湖南大學(xué);2011年

6 張曉麗;光纖結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)及其傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

7 郜帥;移動傳感器網(wǎng)絡(luò)高效數(shù)據(jù)收集機制研究[D];北京交通大學(xué);2010年

8 崔筱寧;基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的擴散型事件監(jiān)測技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 解文斌;面向監(jiān)測應(yīng)用的傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

10 李明;異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法研究[D];重慶大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉斌;跨層優(yōu)化技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的研究與應(yīng)用[D];太原理工大學(xué);2011年

2 李白莉;改進DV-Hop算法在隨機傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[D];太原科技大學(xué);2011年

3 劉廣;基于NS2的無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑路由算法仿真與實現(xiàn)[D];陜西師范大學(xué);2010年

4 沈昊為;傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于Voronoi網(wǎng)格的快速覆蓋判定算法研究[D];湖南大學(xué);2010年

5 彭蓓雷;基于低時延和區(qū)分服務(wù)的中高速傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS保證MAC協(xié)議研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2011年

6 沈卓;基于虛擬MIMO的無線溫室測控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究[D];江蘇大學(xué);2010年

7 王巖;基于流場守恒律模型的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2010年

8 王肯生;電力載波傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的研究[D];中國石油大學(xué);2010年

9 何鎏;基于嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)場總線的多參量傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[D];上海交通大學(xué);2011年

10 張軍;非均勻無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法及其仿真與研究[D];陜西師范大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)傳輸問題研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：123814