發(fā)布時(shí)間：2018-03-26 20:23

  本文選題：物聯(lián)網(wǎng)　切入點(diǎn)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)　出處：《吉林大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)是國家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，也是當(dāng)今世界各國關(guān)注的一個(gè)話題，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已被納入我國十二五規(guī)劃中。所謂物聯(lián)網(wǎng)，簡單地說是指物與物相互連接的互聯(lián)網(wǎng)；從技術(shù)層面說是指通過信息傳感設(shè)備，將需要進(jìn)行信息傳遞的物體，按照相關(guān)協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)相連接而形成的一種網(wǎng)絡(luò)。其主要功能是對(duì)物體的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行感知，對(duì)物體進(jìn)行實(shí)時(shí)智能控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）扮演著極為重要的角色。WSNs將物理世界與虛擬世界聯(lián)系起來，感知周圍物理環(huán)境的變化。因此，我們需要利用建模的方法來正確地描述WSNs的特征、適應(yīng)變化的應(yīng)用環(huán)境。若考慮到物聯(lián)網(wǎng)的“海量數(shù)據(jù)”的特征，這個(gè)模型就需要能夠適應(yīng)于大尺度的WSNs網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，一個(gè)極為重要的挑戰(zhàn)就是因特網(wǎng)和WSNs的整合問題。因此，本文首先設(shè)計(jì)了一種Internet與WSNs的整合方法以及WSNs建模方法，文中所設(shè)計(jì)的模型能夠更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化，具有尋找多個(gè)優(yōu)化路徑的能力。提出的擴(kuò)展報(bào)頭壓縮（EHC）方法可以對(duì)IPv6全局地址報(bào)頭進(jìn)行壓縮，實(shí)現(xiàn)IPv6地址的自動(dòng)配置。另外，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化、多路徑數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制和能量溢出等問題，提出一種細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型，依據(jù)此細(xì)胞傳輸模型，文中提出了WSNs中信息多路徑傳輸策略。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，文中所提EHC方案與6LoWPAN比較，吞吐量有了較為明顯的提高，同時(shí)降低了能量消耗，更適用于大尺度物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境；實(shí)驗(yàn)也仿真了三種模型：以服務(wù)為中心的模型，簇模型和本文提出的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與其它兩種模型相比，細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型傳輸數(shù)據(jù)包的時(shí)間更少，發(fā)現(xiàn)的路徑更多。 物聯(lián)網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)的感知需要采用無線技術(shù)作為其傳輸手段。目前，在眾多無線技術(shù)中，射頻識(shí)別技術(shù)和藍(lán)牙憑借自身的低功耗、高速、環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)等特點(diǎn)脫穎而出，成為短距離傳輸物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的中堅(jiān)力量。 藍(lán)牙工作在全球統(tǒng)一開放的2.4GHz的ISM頻段，因此在同頻段可能會(huì)同時(shí)存在多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，這些藍(lán)牙設(shè)備之間會(huì)互相干擾。不同的藍(lán)牙微微網(wǎng)之間是獨(dú)立的，在微微網(wǎng)比較密集的室內(nèi)環(huán)境，幾個(gè)相鄰的藍(lán)牙微微網(wǎng)就有可能同時(shí)使用相同頻點(diǎn)，而且由于各微微網(wǎng)使用的跳頻序列是相互獨(dú)立的，微微網(wǎng)之間也不會(huì)進(jìn)行信息的交互，因此各微微網(wǎng)并不知道在同一時(shí)間對(duì)方使用的是哪個(gè)頻點(diǎn)，如果它們同時(shí)使用了某個(gè)相同的頻點(diǎn)，此時(shí)就會(huì)發(fā)生“頻率碰撞”，并由此帶來同頻干擾，同頻干擾的發(fā)生會(huì)嚴(yán)重影響藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的性能，增加分組錯(cuò)誤率，降低網(wǎng)絡(luò)的載干比和吞吐量。這種“頻率碰撞”的產(chǎn)生需要同時(shí)滿足下述三個(gè)條件：1）參考微微網(wǎng)與干擾微微網(wǎng)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)；2）微微網(wǎng)的發(fā)射設(shè)備與接收設(shè)備之間的距離小于10m；3）干擾網(wǎng)與參考網(wǎng)之間發(fā)生同頻時(shí)的載干比小于11dB。針對(duì)藍(lán)牙微微網(wǎng)中的頻率碰撞問題，本文提出了一種基于信道轉(zhuǎn)換的頻率碰撞修復(fù)方法。該方法在藍(lán)牙微微網(wǎng)重傳時(shí)進(jìn)行信道轉(zhuǎn)換，并采用MSK調(diào)制方式代替GFSK調(diào)制方式。為了使分析更加完善，方法根據(jù)載干比值判斷微微網(wǎng)是否受到同頻干擾，并且分析了多個(gè)藍(lán)牙微微網(wǎng)之間的同頻概率，分析同頻概率時(shí)充分考慮了跳頻保護(hù)間隔、返回分組與同頻概率的關(guān)系、3種類型傳輸分組共存時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的影響等多種情況。經(jīng)過大量的仿真實(shí)驗(yàn)證明，采用本文所提出的頻率碰撞修復(fù)方法后，參考網(wǎng)主從設(shè)備之間的距離在10m以內(nèi)時(shí)，參考網(wǎng)的載干比有明顯的改善，同時(shí)分組傳輸錯(cuò)誤率也有了明顯的降低；當(dāng)參考網(wǎng)傳輸混合類型的分組時(shí)，采用本文提出的方法，也得到了較好的效果。因此，本文所提方法有效地減小了分組錯(cuò)誤率、提高了參考網(wǎng)的載干比和吞吐量，同時(shí)主從設(shè)備間不受同頻干擾的最大傳輸距離也有所增加，這在很大程度上減少了同頻干擾發(fā)生的范圍。 射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，在生產(chǎn)、生活、衛(wèi)生醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，其最突出的特點(diǎn)即為多標(biāo)簽識(shí)別。但閱讀器周圍總是會(huì)有多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)存在，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上標(biāo)簽同時(shí)向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突，即“數(shù)據(jù)的碰撞”，因此RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)防碰撞算法應(yīng)運(yùn)而生。目前解決標(biāo)簽數(shù)據(jù)碰撞的算法主要有基于二進(jìn)制樹搜索的確定性防碰撞算法和基于ALOHA的不確定性防碰撞算法。這兩種算法的思想都是標(biāo)簽主動(dòng)方式，閱讀器則需要根據(jù)相應(yīng)碰撞規(guī)則對(duì)其識(shí)別范圍內(nèi)的標(biāo)簽逐個(gè)讀取，當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量增大時(shí)，兩種算法的復(fù)雜度都比較高，并且都會(huì)產(chǎn)生明顯的系統(tǒng)開銷及時(shí)延。因此，如何降低系統(tǒng)開銷，降低時(shí)延，提高系統(tǒng)的吞吐率，是RFID技術(shù)需要解決的難題。針對(duì)傳統(tǒng)防碰撞算法的不足，提高RFID系統(tǒng)中閱讀器的標(biāo)簽讀取效率，，本文提出了一種RFID數(shù)據(jù)碰撞修復(fù)方法—閱讀器主動(dòng)式列表讀取方式，這是一種基于UID的列表讀取方式，將讀取的主動(dòng)權(quán)交予閱讀器，通過將閱讀器內(nèi)既定標(biāo)簽群體唯一識(shí)別號(hào)（UID）事先存儲(chǔ)于閱讀器地址列表中，按照一定規(guī)則對(duì)地址列表逐個(gè)鎖定式搜索，完成標(biāo)簽識(shí)別。文中詳細(xì)闡述了列表式讀取方式的三種讀取模式：二次讀取模式、循環(huán)讀取模式和嵌套讀取模式，分析了三種模式下閱讀器尋呼次數(shù)、傳輸時(shí)延以及系統(tǒng)效率等三個(gè)重要性能指標(biāo)。分析和仿真結(jié)果表明：與二進(jìn)制搜索算法比較，本文所提的閱讀器主動(dòng)式列表讀取方式下，閱讀器的尋呼次數(shù)較為穩(wěn)定，系統(tǒng)傳輸時(shí)延低，系統(tǒng)效率恒定�？梢姌�(biāo)簽數(shù)量增大時(shí)，閱讀器主動(dòng)式列表讀取方式的優(yōu)勢更為明顯。另外本文提出的方法還具有對(duì)標(biāo)簽的主動(dòng)查找功能，因此更具有優(yōu)越性。
[Abstract]:Internet of Things is one of the strategic emerging industries of national key development , and it is a topic of the world ' s concern . The development of Internet of Things industry has been integrated into the 12th Five - Year Plan of our country .
This paper presents a kind of cellular automata model , which is based on the dynamic change of topology in the network , the mechanism of multi - path data transmission and the overflow of energy .
The experiments also simulated three models : a service - centric model , a cluster model and a cellular automata model proposed in this paper . The experimental results show that compared with the other two models , the cellular automata model has less time to transmit data packets , and the found path is more .

At present , in many wireless technologies , radio frequency identification technology and Bluetooth stand out by its own low power consumption , high speed , strong environmental adaptability and so on , and become the backbone of the key technology development of short - distance transmission .

Bluetooth works at the ISM frequency band of 2.4 GHz , which is globally unified and open , so there may be multiple Bluetooth devices in the same frequency band . The Bluetooth devices may interfere with each other . Different Bluetooth piconet may simultaneously use the same frequency point , and the frequency hopping sequence used by each piconet is independent , and the occurrence of the same frequency interference can seriously affect the performance of the Bluetooth network , increase the packet error rate and reduce the carrier - to - interference ratio and throughput of the network .
2 ) the distance between the transmitting device of the piconet and the receiving device is less than 10m ;
A frequency collision repairing method based on channel transition is presented in this paper . In order to make the analysis more perfect , the method is used to judge whether the piconet is interfered by the same frequency when the Bluetooth piconet is retransmitted .
Therefore , the proposed method effectively reduces the packet error rate , improves the carrier - to - interference ratio and the throughput of the reference network , and also increases the maximum transmission distance of the master - slave device from the same - frequency interference , which greatly reduces the range of occurrence of the same - frequency interference .

RFID ( Radio Frequency Identification ) is a kind of non - contact automatic identification technology , which plays a more and more important role in the fields of production , life and health care .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.5;TP391.44

【參考文獻(xiàn)】

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1 李婭菲;朱p荑

本文編號(hào)：1669466