本文選題：無線傳感網(wǎng)　切入點(diǎn)：應(yīng)用重編程　出處：《南京大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：無線傳感網(wǎng)可在復(fù)雜環(huán)境中大規(guī)模、長期、實(shí)時(shí)地收集物理世界信息,因而已被成功應(yīng)用在諸多領(lǐng)域中。隨著無線傳感網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展,無線傳感網(wǎng)應(yīng)用常因應(yīng)用需求變化而需要對(duì)傳感器上的可執(zhí)行代碼進(jìn)行更新。研究者將此問題稱為無線傳感網(wǎng)應(yīng)用重編程,簡稱為重編程。由于無線傳感網(wǎng)部署區(qū)域復(fù)雜,重編程通常需要借助傳感器間的無線通信將應(yīng)用可執(zhí)行代碼分發(fā)到目標(biāo)傳感器上。然而應(yīng)用可執(zhí)行代碼規(guī)模較大,且每個(gè)傳感器的通信能力有限,重編程需要許多傳感器中繼進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)由于傳感器間的無線通信不可靠,數(shù)據(jù)傳輸過程還會(huì)引起較多通信沖突,修復(fù)通信沖突會(huì)顯著增加數(shù)據(jù)傳輸量。因此,重編程過程會(huì)消耗大量的時(shí)間以及傳感器有限的能量,從而對(duì)應(yīng)用的生存期和可用性造成不利影響。因此,提供低能耗、低時(shí)耗的高效重編程以降低對(duì)應(yīng)用正常運(yùn)行的不利影響,近年來在無線傳感網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域廣受關(guān)注。重編程的效率與需要分發(fā)的更新代碼規(guī)模以及分發(fā)過程的通信量密切相關(guān)。首先,松耦合的應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)有利于使用增量式更新技術(shù)降低需要分發(fā)的更新代碼規(guī)模。因此,選擇合適的編程風(fēng)范使應(yīng)用程序具有松耦合的結(jié)構(gòu)是其關(guān)鍵。邏輯式編程風(fēng)范天然可生成松耦合的應(yīng)用程序,因此綜合考慮無線傳感網(wǎng)應(yīng)用的平臺(tái)特征與需求特征,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)表達(dá)能力強(qiáng)、支撐代價(jià)低的邏輯式語言是本文主要的研究內(nèi)容。其次,更新代碼的分發(fā)過程本質(zhì)上為分布式代碼分發(fā)協(xié)議(算法)的計(jì)算過程,降低上述過程的通信量本質(zhì)上就是降低分布式算法的消息復(fù)雜度。因此,綜合考慮無線傳感網(wǎng)應(yīng)用的平臺(tái)特征與需求特征,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)低消息復(fù)雜度的高效分發(fā)協(xié)議也是本文重要的研究內(nèi)容�；谏鲜龇治�,借鑒本領(lǐng)域相關(guān)工作和進(jìn)展,本文首先根據(jù)無線傳感網(wǎng)應(yīng)用特點(diǎn)擴(kuò)展經(jīng)典邏輯式語言,同時(shí)采用編譯／解釋方式實(shí)現(xiàn)了該語言,從而可生成規(guī)模較小的更新代碼。其次,本文還充分利用傳感器的位置信息以及電量、信道資源設(shè)計(jì)低消息復(fù)雜度的數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議,從而可有效降低分發(fā)過程通信量。具體而言,本文的主要工作如下：給出了基于無線傳感網(wǎng)平臺(tái)的應(yīng)用高效重編程技術(shù)框架。在分析重編程流程中影響其正確性和效率的各要素及其關(guān)系的基礎(chǔ)上,給出了包含編程語言、語言處理系統(tǒng)(包含更新代碼生成)、以及批量數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議在內(nèi)的技術(shù)框架。提出了面向重編程的邏輯式編程語言ReLog及其語言處理系統(tǒng)。ReLog語言根據(jù)無線傳感網(wǎng)應(yīng)用特點(diǎn)對(duì)經(jīng)典邏輯式語言進(jìn)行擴(kuò)展。同時(shí)語言不涉及底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),且語言成分的組織繼承了邏輯式語言松耦合的特點(diǎn),因而能夠生成小規(guī)模、松耦合的應(yīng)用程序。語言處理系統(tǒng)采用編譯／解釋方式實(shí)現(xiàn),可生成不包含代碼執(zhí)行控制邏輯的高層次中間代碼,同時(shí)可增量式地生成重編程所需的更新代碼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ReLog語言及其語言處理系統(tǒng)能夠在應(yīng)用需求變化時(shí)有效降低重編程所需的更新代碼規(guī)模。提出了支持高效無線傳感網(wǎng)應(yīng)用重編程的批量數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議T2C。T2C協(xié)議能根據(jù)傳感器的位置以及剩余電量優(yōu)化分發(fā)拓?fù)湟詼p少中繼傳輸數(shù)據(jù)的傳感器數(shù)量,從而減少分發(fā)過程中冗余的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí),T2C協(xié)議還能基于完整的通信沖突信息優(yōu)化多信道數(shù)據(jù)傳輸以消除中繼傳感器之間的通信沖突,從而減少分發(fā)過程中用于修復(fù)丟包的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明T2C協(xié)議能有效降低分發(fā)過程中的通信量。設(shè)計(jì)并初步實(shí)現(xiàn)了重編程服務(wù)管理系統(tǒng)。重編程服務(wù)管理系統(tǒng)由處于Web端的開發(fā)環(huán)境以及處于服務(wù)器端和無線傳感網(wǎng)端的支撐環(huán)境組成,能為多個(gè)用戶提供對(duì)多個(gè)無線傳感網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)與高效重編程服務(wù)。
[Abstract]:Wireless sensor networks are widely used in many fields , such as large scale , long - term , real - time collection of physical world information in complex environments . The experimental results show that the T2C protocol can effectively reduce the traffic in the distribution process . The experimental results show that the T2C protocol can effectively reduce the traffic in the distribution process . The reprogramming service management system is composed of the development environment at the web end and the support environment at the server side and the wireless sensor network . It can provide multiple users with the development and efficient reprogramming services to multiple wireless sensor network applications .

【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5
，

本文編號(hào)：1688181