發(fā)布時間：2018-03-30 23:34

  本文選題：無線傳感網　切入點：應用重編程　出處：《南京大學》2017年博士論文

【摘要】：無線傳感網可在復雜環(huán)境中大規(guī)模、長期、實時地收集物理世界信息,因而已被成功應用在諸多領域中。隨著無線傳感網應用的發(fā)展,無線傳感網應用常因應用需求變化而需要對傳感器上的可執(zhí)行代碼進行更新。研究者將此問題稱為無線傳感網應用重編程,簡稱為重編程。由于無線傳感網部署區(qū)域復雜,重編程通常需要借助傳感器間的無線通信將應用可執(zhí)行代碼分發(fā)到目標傳感器上。然而應用可執(zhí)行代碼規(guī)模較大,且每個傳感器的通信能力有限,重編程需要許多傳感器中繼進行大量的數據傳輸。同時由于傳感器間的無線通信不可靠,數據傳輸過程還會引起較多通信沖突,修復通信沖突會顯著增加數據傳輸量。因此,重編程過程會消耗大量的時間以及傳感器有限的能量,從而對應用的生存期和可用性造成不利影響。因此,提供低能耗、低時耗的高效重編程以降低對應用正常運行的不利影響,近年來在無線傳感網應用領域廣受關注。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。首先,松耦合的應用程序結構有利于使用增量式更新技術降低需要分發(fā)的更新代碼規(guī)模。因此,選擇合適的編程風范使應用程序具有松耦合的結構是其關鍵。邏輯式編程風范天然可生成松耦合的應用程序,因此綜合考慮無線傳感網應用的平臺特征與需求特征,設計并實現表達能力強、支撐代價低的邏輯式語言是本文主要的研究內容。其次,更新代碼的分發(fā)過程本質上為分布式代碼分發(fā)協議(算法)的計算過程,降低上述過程的通信量本質上就是降低分布式算法的消息復雜度。因此,綜合考慮無線傳感網應用的平臺特征與需求特征,設計并實現低消息復雜度的高效分發(fā)協議也是本文重要的研究內容�；谏鲜龇治�,借鑒本領域相關工作和進展,本文首先根據無線傳感網應用特點擴展經典邏輯式語言,同時采用編譯／解釋方式實現了該語言,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、信道資源設計低消息復雜度的數據分發(fā)協議,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平臺的應用高效重編程技術框架。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系的基礎上,給出了包含編程語言、語言處理系統(tǒng)(包含更新代碼生成)、以及批量數據分發(fā)協議在內的技術框架。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語言根據無線傳感網應用特點對經典邏輯式語言進行擴展。同時語言不涉及底層實現細節(jié),且語言成分的組織繼承了邏輯式語言松耦合的特點,因而能夠生成小規(guī)模、松耦合的應用程序。語言處理系統(tǒng)采用編譯／解釋方式實現,可生成不包含代碼執(zhí)行控制邏輯的高層次中間代碼,同時可增量式地生成重編程所需的更新代碼。實驗結果表明ReLog語言及其語言處理系統(tǒng)能夠在應用需求變化時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應用重編程的批量數據分發(fā)協議T2C。T2C協議能根據傳感器的位置以及剩余電量優(yōu)化分發(fā)拓撲以減少中繼傳輸數據的傳感器數量,從而減少分發(fā)過程中冗余的數據傳輸。同時,T2C協議還能基于完整的通信沖突信息優(yōu)化多信道數據傳輸以消除中繼傳感器之間的通信沖突,從而減少分發(fā)過程中用于修復丟包的數據傳輸。實驗結果表明T2C協議能有效降低分發(fā)過程中的通信量。設計并初步實現了重編程服務管理系統(tǒng)。重編程服務管理系統(tǒng)由處于Web端的開發(fā)環(huán)境以及處于服務器端和無線傳感網端的支撐環(huán)境組成,能為多個用戶提供對多個無線傳感網應用的開發(fā)與高效重編程服務。
[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 .

【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212.9;TN929.5
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本文編號：1688181