【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)是對信息進行采集、處理并傳輸?shù)男畔⒈O(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的WSN由于其對信息傳輸及計算處理能力已無法滿足越來越高的應(yīng)用要求,常常導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)信息冗余、網(wǎng)絡(luò)能量消耗過快等問題。因此需要對網(wǎng)絡(luò)進行性能優(yōu)化,以此加快網(wǎng)絡(luò)處理信息的速度,提高網(wǎng)絡(luò)有效吞吐量。而跨層優(yōu)化技術(shù)正是利用整合協(xié)議棧,將協(xié)議棧相對獨立的層看成一個整體,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息共享,加快信息處理速度、避免網(wǎng)絡(luò)擁塞,延長網(wǎng)絡(luò)生命周期等,是提高WSN性能的核心技術(shù)之一。由于WSN中MAC(Media Access Control)層與網(wǎng)絡(luò)層主要完成沖突檢測、信道資源分配、選擇路徑以及信息傳輸?shù)裙δ?能量消耗較大,因此本文從MAC層和網(wǎng)絡(luò)層入手,著重研究適合這兩層的跨層優(yōu)化技術(shù),設(shè)計一種基于功率控制的跨層優(yōu)化算法(Power Channel Stable Clustering,PCSC),達到避免網(wǎng)絡(luò)擁塞、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量的目的。主要成果如下:首先,由于傳統(tǒng)的WSN分層結(jié)構(gòu)中MAC層和網(wǎng)絡(luò)層相對獨立,不能實現(xiàn)資源共享,易造成吞吐量低、計算冗余消耗過多能量等問題。本文設(shè)計一種采用管道連接MAC層與網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議棧模型,建立一個直接信息通道,保證信息快速準(zhǔn)確并節(jié)省能量,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計結(jié)合MAC層功率機制與網(wǎng)絡(luò)層路由算法的PCSC算法。在網(wǎng)絡(luò)連通以及傳輸時,可以選擇最合適的節(jié)點功率以提高網(wǎng)絡(luò)性能。其次,針對信道利用率低造成信息沖突或延遲等問題,對時間要求高的網(wǎng)絡(luò)一般不采用如單信道傳輸?shù)鹊屠寐实男诺啦呗?因此本文針對節(jié)點傳輸設(shè)計了雙信道策略,即存在數(shù)據(jù)信道以及控制信道,兩種信息同時傳輸也不會造成沖突和干擾。最后,利用MATLAB仿真工具對本文提出的PCSC算法進行仿真測試,測試結(jié)果表明,與其他分簇算法相比較,PCSC算法能夠提高網(wǎng)絡(luò)有效吞吐量,節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。
[Abstract]:Wireless Sensor Network (WSN) is an information monitoring network that collects, processes and transmits information. Traditional WSN can not satisfy the higher and higher application requirements because of its ability to transmit and process information. It often leads to information redundancy and network energy consumption. Network performance optimization is used to speed up network processing and improve network throughput. Cross-layer optimization technology is to use integrated protocol stack to regard the relatively independent layer of protocol stack as a whole, realize network information sharing, speed up information processing, avoid network congestion, prolong network life cycle and so on. As the MAC layer and the network layer in WSN mainly complete the functions of conflict detection, channel resource allocation, path selection and information transmission, and so on, the energy consumption is large, so this paper starts from the MAC layer and the network layer, focuses on the research of cross-layer optimization technology suitable for the two layers, and designs a power-based design. Power Channel Stable Clustering (PCSC) can avoid network congestion and save network energy. The main results are as follows: Firstly, due to the independence of MAC layer and network layer in the traditional WSN hierarchical structure, it can not realize resource sharing, which easily leads to low throughput and excessive energy consumption. This paper designs a protocol stack model that connects MAC layer and network layer by pipeline, establishes a direct information channel, guarantees fast and accurate information and saves energy. On this basis, a PCSC algorithm combining MAC layer power mechanism with network layer routing algorithm is designed. Secondly, aiming at the problem of information collision or delay caused by low channel utilization rate, the network with high time requirement usually does not adopt the channel strategy with low utilization rate such as single channel transmission. Therefore, this paper designs a dual-channel strategy for node transmission, that is, data channel and control channel exist, two kinds of information are transmitted simultaneously. Finally, the PCSC algorithm proposed in this paper is tested by MATLAB simulation tool. The test results show that compared with other clustering algorithms, PCSC algorithm can improve the network throughput, save network energy and prolong the network life cycle.
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

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1 李安瑩;房鑫平;孫福陽;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制研究綜述[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2015年23期

2 孫福陽;李安瑩;房鑫平;;基于節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化設(shè)計研究[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2015年23期

3 吉訓(xùn)生;賈云龍;彭力;;基于非均勻分簇的WSN雙簇頭路由算法[J];計算機工程與應(yīng)用;2015年20期

4 畢冉;李建中;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[J];智能計算機與應(yīng)用;2014年06期

5 秦軍;薛偉;;基于雙信道定向天線的Ad Hoc MAC協(xié)議的研究[J];計算機技術(shù)與發(fā)展;2014年07期

6 周然;李智;;一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的改進SPIN路由協(xié)議[J];計算機與數(shù)字工程;2012年06期

7 丁洪偉;趙東風(fēng);高揚水;趙南山;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進展[J];實驗科學(xué)與技術(shù);2011年06期

8 郭湘勇;劉宏立;周平;江艷;梁來朋;;基于ZigBee技術(shù)的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J];計算機測量與控制;2011年03期

9 李炯;汪文勇;潘家根;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)洪泛路由研究[J];計算機科學(xué);2006年05期

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1 師超;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式時間同步算法研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

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1 王慧杰;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計的節(jié)能優(yōu)化技術(shù)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2014年

2 張浩;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制算法的改進研究[D];廈門大學(xué);2014年

3 田培毓;基于簇型網(wǎng)絡(luò)的時間同步算法研究[D];南京郵電大學(xué);2014年

4 鄭朗琦;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇拓撲控制算法研究[D];南京理工大學(xué);2013年

5 彭景樂;基于跨層設(shè)計的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制研究[D];西安科技大學(xué);2012年

6 吳蒙寧;基于跨層優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢算法研究[D];東北大學(xué);2012年

7 鄧?yán)?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)輪詢控制協(xié)議分析及OPNET仿真[D];云南大學(xué);2012年

8 劉敏;基于ZigBee技術(shù)的住宅安防報警系統(tǒng)[D];山東大學(xué);2010年

9 吳美文;基于Zigbee技術(shù)的石油生產(chǎn)遠程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D];曲阜師范大學(xué);2010年

10 李素葉;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化算法研究[D];山東大學(xué);2009年

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本文編號：2201928