發(fā)布時(shí)間：2020-06-26 08:07

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù),由于其低成本,低功耗和自組織,在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而,由于其成本限制,處理和計(jì)算能力弱,并且能量有限,如何使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在能量有限的情況下提高網(wǎng)絡(luò)分組傳輸成功率并延長網(wǎng)絡(luò)生命周期是設(shè)計(jì)媒體訪問控制(MAC)協(xié)議時(shí)必須考慮的問題。MAC控制著無線信道的分配權(quán),良好的MAC協(xié)議能夠提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,減少能量損耗,降低延時(shí)。本文首先對(duì)輪詢多址和隨機(jī)多址協(xié)議進(jìn)行了分析研究。通過改造Z-Stack協(xié)議棧在CC2530上實(shí)現(xiàn)了門限服務(wù)、完全服務(wù)系統(tǒng)以及隨機(jī)多址協(xié)議的仿真,結(jié)果表明方法可行、協(xié)議性能指標(biāo)符合理論值。然后,針對(duì)層次型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),結(jié)合輪詢機(jī)制和CSMA機(jī)制設(shè)計(jì)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(diǎn)使其獲得信道使用權(quán)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。簇頭采用CSMA機(jī)制爭用信道向基站傳輸數(shù)據(jù)。最后在CC2530搭建的WSN中對(duì)所設(shè)計(jì)的混合型MAC協(xié)議進(jìn)行了硬件仿真,結(jié)果表明協(xié)議能夠正確運(yùn)行且關(guān)鍵性能指標(biāo)和理論值一致。最后,為解決WSN能耗不均衡、持續(xù)工作時(shí)間短、吞吐量低等問題,提出一種基于遺傳聚類和混合MAC機(jī)制的WSN分簇算法。網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí),所有節(jié)點(diǎn)將自身位置坐標(biāo)上報(bào)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(diǎn)擔(dān)任簇頭。從第二輪開始,選舉過程參考節(jié)點(diǎn)剩余能量、與基站距離、與簇內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的距離三個(gè)因子,并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整三個(gè)因子的權(quán)重。仿真結(jié)果表明,與同一網(wǎng)絡(luò)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(luò)生命周期,擁有良好的能量均衡性和更高的吞吐量。
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【圖文】：

統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)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(wù)、門限逡逑服務(wù)、限定服務(wù)［３９，４（）］。完全服務(wù)的過程是服務(wù)器不僅需要完成當(dāng)前站點(diǎn)中存在的信逡逑息分組的服務(wù)，還需要服務(wù)過程中進(jìn)入站點(diǎn)的信息分組，直到當(dāng)前站點(diǎn)中不存在信逡逑息分組。門限服務(wù)僅服務(wù)站點(diǎn)中存在的信息分組，服務(wù)過程中到達(dá)的信息分組，則逡逑緩存在站點(diǎn)中，等待下一次的服務(wù)。限定服務(wù)一般指限定（Ｋ＝ｌ）服務(wù)，即每一次逡逑輪詢到的站點(diǎn)只發(fā)送一個(gè)信息分組［４１］。逡逑節(jié)點(diǎn)１邐節(jié)點(diǎn)２邐節(jié)點(diǎn)３邐節(jié)點(diǎn)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(diǎn)逡逑圖２．１邋ＷＳＮ輪詢系統(tǒng)逡逑在ＷＳＮ中應(yīng)用分簇算法可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行層次劃分［４２］，一個(gè)蔟由兩個(gè)以上的相逡逑鄰節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，將每簇的其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為領(lǐng)導(dǎo)者稱為簇頭，其主要職責(zé)是收集簇內(nèi)逡逑傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，對(duì)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(wù)系統(tǒng)的平均時(shí)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(jī)多址協(xié)議逡逑時(shí)隙式ＡＬＯＨＡ協(xié)議將時(shí)間劃分成為長短一致的時(shí)間間隙，站點(diǎn)只能夠在每逡逑個(gè)時(shí)隙的開始發(fā)送信息分組，雖然發(fā)送分組是隨機(jī)的，但是有了時(shí)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(huì)完全碰撞，減小了碰撞時(shí)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(duì)于ＷＳＮ，時(shí)隙式ＡＬＯＨＡ協(xié)議的模型如圖２．２所示。Ｓｉｎｋ進(jìn)行時(shí)間同步，逡逑在每個(gè)時(shí)隙的開始每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)時(shí)刻開逡逑始發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)百分之百的重疊碰撞，導(dǎo)致信息發(fā)送失敗。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2730055