無線傳感器網(wǎng)絡(luò)干擾的測量與建模研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種前途廣闊的無線網(wǎng)絡(luò)。近年來，這種新興的無線網(wǎng)絡(luò)被越來越多的部署于各種關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由分布于一定區(qū)域內(nèi)用于監(jiān)測和收集有價(jià)值信息的無線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。通常情況下，數(shù)據(jù)經(jīng)過節(jié)點(diǎn)之間協(xié)作形成的無線網(wǎng)絡(luò)最終傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的這種組成結(jié)構(gòu)，從一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的傳輸路徑上，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)鏈路間存在許多無線信號干擾。加上無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量和帶寬的局限以及空間部署的要求，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸性

2、能常常會被這種干擾所嚴(yán)重影響。為了滿足對傳輸性能的要求，理解進(jìn)而減少這種節(jié)點(diǎn)之間復(fù)雜的無線信號干擾就變得尤其重要。
　　 在學(xué)術(shù)界以前的研究中，以圓盤模型為代表的簡單干擾模型被廣泛地采用。
　　 但是，近年來的研究表明，簡單干擾模型無法準(zhǔn)確的反應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)際情況，尤其是無法反應(yīng)數(shù)據(jù)包接收的幾率特性，而這恰恰是對評估傳輸性能極其重要的一點(diǎn)。最近的實(shí)驗(yàn)研究表明，數(shù)據(jù)包量級的物理干擾模型以及后來進(jìn)一步演化成的數(shù)據(jù)包

3、接收率（PRR)相對于信號干擾噪聲比（SINR)的模型或簡稱為PRR-SINR模型，能夠比簡單干擾模型更加準(zhǔn)確的反應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際傳輸性能。然而，對于PRR-SINR模型的測量，現(xiàn)有的方法完全依賴于在網(wǎng)絡(luò)中主動(dòng)地加入測量所需的數(shù)據(jù)包。這種方法的缺點(diǎn)是會給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶來很大的開銷，并且需要頻繁的進(jìn)行全網(wǎng)的時(shí)鐘同步，這使得該方法在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)的難度很大。此外，目前的測量方法缺乏對開銷和測量精確度之間關(guān)系的分析，當(dāng)對測量精度有要求的時(shí)候

4、，所需的開銷無法估計(jì)。
　　 本文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)干擾測量與建模，圍繞降低開銷、提高測量方法的易用性以及建立測量精度和開銷之間的關(guān)系等問題，進(jìn)行了深入的研究。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下：
　　 首先，本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的干擾模型并且對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)方面的研究。從我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，PRR-SINR模型在實(shí)際應(yīng)用中會由于空間和時(shí)間的變化而產(chǎn)生相當(dāng)大的擾動(dòng)，這給該模型的精確測量帶來了新的挑戰(zhàn)。
　　

5、 然后，本文提出了被動(dòng)干擾模型測量方法（PIM)。PIM是一種低開銷的被動(dòng)測量方法，它建立在前面所獲得實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的基礎(chǔ)之上，旨在降低對PRR-SINR模型進(jìn)行精確測量的復(fù)雜性。PIM 創(chuàng)造性的利用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的時(shí)空多樣性來獲得測量所需的數(shù)據(jù)，并以此達(dá)到很低的開銷。PIM還根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成特點(diǎn)合理的安排測量任務(wù)，由性能較低的普通節(jié)點(diǎn)性進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，而將的任務(wù)量大的建模留給相對性能較高的匯聚節(jié)點(diǎn)。
　　 我們以

6、13個(gè)可移動(dòng)的和40個(gè)固定的TelosB 無線傳感器節(jié)點(diǎn)分別構(gòu)成了兩個(gè)測試平臺，通過大量的實(shí)驗(yàn)來評估PIM的效能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PIM能夠?qū)RR-SINR 進(jìn)行高精度的測量，并且與目前常用的測量方法相比顯著降低了測量開銷。
　　 更進(jìn)一步，本文將目標(biāo)擴(kuò)展到研究如何在測量有精度要求的干擾模型的同時(shí)平衡開銷和準(zhǔn)確性，提出了精度識別干擾模型測量（AIM)。AIM 采用了一種全新設(shè)計(jì)的基于回歸分析的RPP-SINR模型。該模型的精度特