發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 13:22

　　 傳感網(wǎng)由大量傳感器和通信節(jié)點(diǎn)部署而成,憑借其良好的感知和傳輸能力被廣泛應(yīng)用于野外環(huán)境中的數(shù)據(jù)收集。傳感網(wǎng)在野外場(chǎng)景中存在能量受限和傳輸成功率低的問(wèn)題,因此保證數(shù)據(jù)長(zhǎng)期穩(wěn)定高效的傳輸是本文研究的重點(diǎn)。野外環(huán)境中部署的節(jié)點(diǎn)類型包括從電池獲取能量的節(jié)點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱有源節(jié)點(diǎn))以及使用energy harvesting(能量收集)等技術(shù)從環(huán)境中獲取能量的節(jié)點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱無(wú)源節(jié)點(diǎn))兩類。本文分別對(duì)這兩種場(chǎng)景進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:1.針對(duì)使用有源節(jié)點(diǎn)的容遲型傳感網(wǎng),節(jié)點(diǎn)的能量由電池提供,能耗是網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期工作面臨的最主要挑戰(zhàn)。如果在野外場(chǎng)景應(yīng)用時(shí)的MAC層協(xié)議能夠解決節(jié)點(diǎn)通信過(guò)程中的碰撞及隱藏終端等問(wèn)題,則會(huì)令節(jié)點(diǎn)能量降低,數(shù)據(jù)傳輸成功率上升,從而使得節(jié)點(diǎn)不必頻繁地更換電池。對(duì)此,本文提出了一種基于鄰居節(jié)點(diǎn)選擇信息的異步MAC層協(xié)議(NI-MAC)來(lái)降低能耗。與已有的方法不同,本協(xié)議中節(jié)點(diǎn)選擇自己的發(fā)送時(shí)間時(shí)利用發(fā)送決策表避開(kāi)了所有鄰居節(jié)點(diǎn)及隱藏終端節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間,從而保證了節(jié)點(diǎn)在發(fā)送時(shí)最大程度地減少了碰撞造成的能耗,提升了數(shù)據(jù)傳輸成功率。節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)間則是根據(jù)鄰居周期表進(jìn)行選擇,使得節(jié)點(diǎn)在沒(méi)有數(shù)據(jù)接收時(shí)保持休眠狀態(tài)降低能耗。2.針對(duì)使用無(wú)源節(jié)點(diǎn)的傳感網(wǎng),由于節(jié)點(diǎn)可以從環(huán)境中對(duì)能量進(jìn)行補(bǔ)充,因此能耗不再是這類網(wǎng)絡(luò)唯一關(guān)注的因素。綜合考慮能耗和延遲可以使節(jié)點(diǎn)獲得較長(zhǎng)生存周期的同時(shí)提高數(shù)據(jù)到達(dá)基站的速度。針對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用于無(wú)源節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議大多不能兼顧能耗和延遲性能的問(wèn)題,本文提出了能耗和延遲平衡的機(jī)會(huì)路由協(xié)議(EDOR)。該協(xié)議通過(guò)分析節(jié)點(diǎn)通信過(guò)程來(lái)估算節(jié)點(diǎn)的預(yù)期能耗值,使得節(jié)點(diǎn)選擇令自己能耗較低的鄰居節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)候選。在最終確定轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)時(shí)本協(xié)議通過(guò)結(jié)合候選節(jié)點(diǎn)下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的占空比信息來(lái)進(jìn)行決策,使得發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇能更快將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去的候選節(jié)點(diǎn)來(lái)降低延遲,從而實(shí)現(xiàn)能耗和延遲性能的平衡。最后本協(xié)議還通過(guò)設(shè)計(jì)退避策略來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的單一性,減少機(jī)會(huì)路由過(guò)程中產(chǎn)生的不必要的數(shù)據(jù)包副本數(shù)量。3.使用OMNeT++平臺(tái)通過(guò)大量對(duì)能耗和延遲性能進(jìn)行評(píng)估的仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文提出的NI-MAC和EDOR協(xié)議的正確性,以及相比現(xiàn)有同類協(xié)議取得的性能優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的和意義
        1.2.1 研究目的
        1.2.2 研究意義
    1.3 研究?jī)?nèi)容
    1.4 章節(jié)安排
第二章 傳感網(wǎng)相關(guān)協(xié)議研究現(xiàn)狀
    2.1 MAC層協(xié)議研究現(xiàn)狀
        2.1.1 使用有源節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議研究現(xiàn)狀
        2.1.2 使用無(wú)源節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議研究現(xiàn)狀
    2.2 路由協(xié)議研究現(xiàn)狀
        2.2.1 確定性路由協(xié)議
        2.2.2 機(jī)會(huì)路由協(xié)議
    2.3 本章小結(jié)
第三章 基于鄰居節(jié)點(diǎn)選擇信息的異步MAC層協(xié)議
    3.1 應(yīng)用場(chǎng)景
    3.2 NI-MAC協(xié)議設(shè)計(jì)思路
    3.3 NI-MAC協(xié)議原理
        3.3.1 協(xié)議概述
        3.3.2 發(fā)送時(shí)間選擇
        3.3.3 接收時(shí)間調(diào)度
        3.3.4 初始化過(guò)程
        3.3.5 網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程
    3.4 NI-MAC協(xié)議性能分析
        3.4.1 數(shù)據(jù)包產(chǎn)生速率閾值
        3.4.2 緩沖隊(duì)列長(zhǎng)度閾值
        3.4.3 能耗分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 能耗和延遲平衡的機(jī)會(huì)路由協(xié)議
    4.1 應(yīng)用場(chǎng)景
    4.2 EDOR協(xié)議設(shè)計(jì)思路
    4.3 能耗和延遲的影響因素
        4.3.1 網(wǎng)絡(luò)模型
        4.3.2 節(jié)點(diǎn)的預(yù)期能耗
        4.3.3 轉(zhuǎn)發(fā)候選集的選擇策略
        4.3.4 占空比對(duì)延遲的影響
    4.4 EDOR協(xié)議原理
        4.4.1 協(xié)議概述
        4.4.2 轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)Cost
        4.4.3 轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)退避策略
        4.4.4 網(wǎng)絡(luò)初始化
        4.4.5 網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程
    4.5 本章小結(jié)
第五章 評(píng)估與實(shí)驗(yàn)
    5.1 NI-MAC協(xié)議仿真
        5.1.1 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
        5.1.2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)
    5.2 EDOR協(xié)議仿真
        5.2.1 系數(shù)確定實(shí)驗(yàn)
        5.2.2 單一轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
        5.2.3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)
    5.3 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    工作總結(jié)
    未來(lái)工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2893064