基于能效分析的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包長度自適應(yīng)算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks，WSNs)作為物聯(lián)網(wǎng)底層支撐技術(shù)受到全世界關(guān)注。不同于其他無線網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通常由電池供電，能量受限，所以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量效率一直是WSNs研究的重點(diǎn)。本文以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效為目的，從通信三要素出發(fā)，分析了影響能效的關(guān)鍵因素，重點(diǎn)從造成丟包的原因出發(fā)求解了重傳機(jī)制下的丟包概率，從而建立了包括硬件能耗、有用信息能耗、控制信息能耗及重傳能耗在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)能效分

2、析模型。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種高能效的基于動態(tài)梯度的數(shù)據(jù)包負(fù)載長度自適應(yīng)算法—VG-PLA(PacketLengthAdaptationbasedonVariableGradient)，通過仿真驗(yàn)證，該算法對網(wǎng)絡(luò)能效優(yōu)化具有良好效果。具體研究內(nèi)容分為四部分:
　　(1)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究背景、現(xiàn)狀及其科學(xué)意義，概括總結(jié)WSNs基本概念、特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)。分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效研究的重要意義，并對提高WSNs能效的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總

3、結(jié)。對當(dāng)前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效分析模型和數(shù)據(jù)包長度優(yōu)化算法研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理和分析。
　　(2)探討影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效的關(guān)鍵因素，包括信道模型的選取、IEEE802.15.4的CSMA-CA算法及隱藏終端問題。針對這三種影響能效因素分別求解出信道誤碼率引起的誤包率、CSMA-CA信道接入的碰撞率和隱藏終端造成的碰撞率，考慮每個(gè)包的平均重傳次數(shù)，得到WSNs重傳機(jī)制下的網(wǎng)絡(luò)丟包概率。
　　(3)闡述WSNs能效分析模型建立的思

4、路，詳細(xì)推導(dǎo)重傳機(jī)制下網(wǎng)絡(luò)能效性能求解過程。把影響能效的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分為兩類:依賴于傳輸協(xié)議的性能參數(shù)和獨(dú)立于傳輸協(xié)議的狀態(tài)參數(shù)。通過仿真驗(yàn)證，分析了數(shù)據(jù)包長度、節(jié)點(diǎn)數(shù)、最大重傳次數(shù)限制、重傳機(jī)制等對網(wǎng)絡(luò)能效的影響。
　　(4)設(shè)計(jì)基于動態(tài)梯度的包長度自適應(yīng)算法。把受網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)影響的能效變化分為三種情況:增加、降低和不變，針對每種能效變化情況，制定不同的包長度調(diào)整對策，該算法能夠提高最優(yōu)包長度收斂速度，并可以避免陷入局部最優(yōu)。利用OMN