發(fā)布時間：2020-06-26 08:07

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術,由于其低成本,低功耗和自組織,在各個領域得到廣泛應用。然而,由于其成本限制,處理和計算能力弱,并且能量有限,如何使無線傳感器網(wǎng)絡在能量有限的情況下提高網(wǎng)絡分組傳輸成功率并延長網(wǎng)絡生命周期是設計媒體訪問控制(MAC)協(xié)議時必須考慮的問題。MAC控制著無線信道的分配權,良好的MAC協(xié)議能夠提升網(wǎng)絡的吞吐量,減少能量損耗,降低延時。本文首先對輪詢多址和隨機多址協(xié)議進行了分析研究。通過改造Z-Stack協(xié)議棧在CC2530上實現(xiàn)了門限服務、完全服務系統(tǒng)以及隨機多址協(xié)議的仿真,結果表明方法可行、協(xié)議性能指標符合理論值。然后,針對層次型的網(wǎng)絡結構,結合輪詢機制和CSMA機制設計了一種混合型MAC協(xié)議。該協(xié)議使用分簇算法將WSN分成兩層,簇頭根據(jù)成員的信息建立輪詢表,按照列表順序輪詢成員節(jié)點使其獲得信道使用權來進行數(shù)據(jù)傳輸。簇頭采用CSMA機制爭用信道向基站傳輸數(shù)據(jù)。最后在CC2530搭建的WSN中對所設計的混合型MAC協(xié)議進行了硬件仿真,結果表明協(xié)議能夠正確運行且關鍵性能指標和理論值一致。最后,為解決WSN能耗不均衡、持續(xù)工作時間短、吞吐量低等問題,提出一種基于遺傳聚類和混合MAC機制的WSN分簇算法。網(wǎng)絡初始化時,所有節(jié)點將自身位置坐標上報基站,基站使用遺傳算法(GA)優(yōu)化的FCM形成分簇。首輪選擇最靠近簇心的節(jié)點擔任簇頭。從第二輪開始,選舉過程參考節(jié)點剩余能量、與基站距離、與簇內(nèi)其他節(jié)點的距離三個因子,并根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)實時調(diào)整三個因子的權重。仿真結果表明,與同一網(wǎng)絡環(huán)境下的LEACH和基于K-Means的均勻分簇路由算法(KUCR)相比,本文算法成簇更加均勻,延長了網(wǎng)絡生命周期,擁有良好的能量均衡性和更高的吞吐量。
【學位授予單位】：云南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【圖文】：

統(tǒng)關鍵性能指標與理論一致。逡逑２．１輪詢系統(tǒng)逡逑圖２．１表示的是ＷＳＮ輪詢系統(tǒng)的模型。輪詢系統(tǒng)分為三種：完全服務、門限逡逑服務、限定服務［３９，４（）］。完全服務的過程是服務器不僅需要完成當前站點中存在的信逡逑息分組的服務，還需要服務過程中進入站點的信息分組，直到當前站點中不存在信逡逑息分組。門限服務僅服務站點中存在的信息分組，服務過程中到達的信息分組，則逡逑緩存在站點中，等待下一次的服務。限定服務一般指限定（Ｋ＝ｌ）服務，即每一次逡逑輪詢到的站點只發(fā)送一個信息分組［４１］。逡逑節(jié)點１邐節(jié)點２邐節(jié)點３邐節(jié)點Ｎ逡逑一邋＿邐￣￣邐？邋？邋？邐一逡逑１邐Ｘ邐Ｘ邐ｉ逡逑Ｔ逡逑匯聚節(jié)點逡逑圖２．１邋ＷＳＮ輪詢系統(tǒng)逡逑在ＷＳＮ中應用分簇算法可以對網(wǎng)絡進行層次劃分［４２］，一個蔟由兩個以上的相逡逑鄰節(jié)點構成，將每簇的其中一個節(jié)點作為領導者稱為簇頭，其主要職責是收集簇內(nèi)逡逑傳感器節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)加工處理，然后由其將加工后的數(shù)據(jù)發(fā)送給

＼－Ｎｐ邐＼邋—邋Ｎ邋ｐ逡逑限定（Ｋ＝Ｉ）服務系統(tǒng)的平均時延為：逡逑譬穿＋２［卜N神，邐（２．９）逡逑＋邋２Ｎｙｐ邋＋邋｛ＮＸｙ邋＋邐／邋Ａ２邋＋邋ＮａＢ邋（１）邋＋邋＾＾＂（ｌ）］逡逑２．２隨機多址協(xié)議逡逑時隙式ＡＬＯＨＡ協(xié)議將時間劃分成為長短一致的時間間隙，站點只能夠在每逡逑個時隙的開始發(fā)送信息分組，雖然發(fā)送分組是隨機的，但是有了時隙的統(tǒng)一限制，逡逑信息分組不能完全任意發(fā)送。出現(xiàn)碰撞則會完全碰撞，減小了碰撞時隙的長度，從逡逑而提高了協(xié)議的分組發(fā)送成功率。逡逑對于ＷＳＮ，時隙式ＡＬＯＨＡ協(xié)議的模型如圖２．２所示。Ｓｉｎｋ進行時間同步，逡逑在每個時隙的開始每個節(jié)點都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，當兩個以上的節(jié)點在同一個時刻開逡逑始發(fā)送數(shù)據(jù)，就會百分之百的重疊碰撞，導致信息發(fā)送失敗。逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2730055