基于元胞自動機的Zigbee+WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs）是由部署在待檢測區(qū)域內(nèi)的大量無線網(wǎng)絡(luò)傳感節(jié)點組成的，節(jié)點通過無線通信方式形成一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)目標是收集檢測區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測對象的各類相關(guān)數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行處理后，將監(jiān)測內(nèi)容發(fā)送給觀察者。WSN具有能量消耗低、節(jié)點開銷少、拓撲控制方式多樣的特點，因此在環(huán)境監(jiān)測、國家安全、搶險救災(zāi)、空間探索、危險區(qū)域遠程控制等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價值，引起了

2、軍界、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。
　　元胞自動機（CellularAutomata，CA）是定義在一個具有離散、有限狀態(tài)的由元胞組成的空間上，元胞按照一定局部規(guī)則在離散時間維度上同步演化的動力學(xué)系統(tǒng)[1][2]。由于元胞自動機的設(shè)計思想本身來源于生物學(xué)自繁殖的思想，因此它在生物學(xué)上的應(yīng)用非常自然而廣泛。繼在生物領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用之后，元胞自動機又被推廣應(yīng)用到社會、經(jīng)濟、軍事和科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。
　　本論文中，將元胞自動機的設(shè)

3、計思想融合到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計中，針對Zigbee+WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特點設(shè)計了兩種元胞自動機機制，兩種機制分別適用于Zigbee子網(wǎng)和WLAN子網(wǎng)。使用元胞自動機機制的這兩種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以收集通信過程中捎帶的元胞自動機信息，根據(jù)自身節(jié)點的元胞自動機狀態(tài)轉(zhuǎn)換機制進行動態(tài)的休眠/工作狀態(tài)切換。使用元胞自動機機制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的核心特點在于自組織、無需外力作用、沒有額外的傳輸開銷。在Zigbee+WLAN異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，Zigbee網(wǎng)絡(luò)

4、主要負責數(shù)據(jù)采集，節(jié)點冗余配置數(shù)量多；WLAN網(wǎng)絡(luò)負責數(shù)據(jù)中繼，冗余配置數(shù)量少，傳輸可靠性要求高。針對這樣的網(wǎng)絡(luò)差異和需求的不同，設(shè)計的兩種休眠調(diào)度模式也不相同。本文最后使用NS2仿真軟件，編寫相應(yīng)模塊及相關(guān)函數(shù)，對現(xiàn)有節(jié)點模型進行拓展。仿真首先驗證了該機制的正確性。隨后針對項目實際應(yīng)用拓撲和普遍拓撲進行了節(jié)能效果仿真和分析，驗證了元胞自動機使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠自組織切換工作狀態(tài)，使兩種子網(wǎng)分別節(jié)能，最終達到網(wǎng)絡(luò)整體節(jié)能、延長整個網(wǎng)絡(luò)生存期，