區(qū)域高密度無線傳感網(wǎng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、近年來由于物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)的廣泛應(yīng)用，在各種場合對系統(tǒng)的規(guī)模化與空間密度的需求日益增長。由于作為物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的無線傳感網(wǎng)(WirelessSensor Network，WSN)自身的資源受限、通信速率低的特點，對無線傳感網(wǎng)的有效管理和容量提升成為了一個迫切的需求。
　　現(xiàn)有的大規(guī)模無線傳感網(wǎng)(Large-Scale WSNs，LS-WSN)的管理技術(shù)目前主要針對的是傳感網(wǎng)的規(guī)?；瘑栴}，而沒有對區(qū)

2、域高密度節(jié)點的問題提出有效的解決方案。因此，本文就有效利用現(xiàn)有的硬件和頻帶資源解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域高密度問題提出一個有效的解決思路并結(jié)合現(xiàn)有的LS-WSN管理技術(shù)來有效支撐區(qū)域內(nèi)高密度無線傳感網(wǎng)的應(yīng)用。
　　本文從無線傳感網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)及其典型協(xié)議棧ZigBee出發(fā)，研究各種組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點。在對集中式、分布式和層次式等架構(gòu)及其系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了深入研究后，對其在功能、性能與成本上的差異進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實驗室項目的實際

3、需要，設(shè)計了基于集中-層次式的架構(gòu)，采用非WSN的高速通信方式來解決WSN的通信瓶頸問題，有效地改善WSN系統(tǒng)的信道利用率和系統(tǒng)吞吐率。并自主研發(fā)其各個層次的指令集與通訊協(xié)議，提出了廣義NV空間訪問來改善跨層次調(diào)用的易用性。該系統(tǒng)架構(gòu)采用了高速三層異構(gòu)WSN模型，能有效地改善WSN系統(tǒng)在空間高密度條件下的性能。
　　采用本文方案可以在2.4GHz頻帶上ZigBee硬件的系統(tǒng)提供比傳統(tǒng)的ZigBee單個個域網(wǎng)（Personal Ar

4、ea Network，PAN）多約16倍的系統(tǒng)容量，理論上能夠支持超過65536×16個節(jié)點。
　　本文方案能夠很好地兼容現(xiàn)有的小規(guī)模WSN系統(tǒng)，同時也具備與未來的WSN兼容能力，能夠通過簡單的方法為現(xiàn)有的WSN擴(kuò)容并改善其系統(tǒng)性能。系統(tǒng)還提供了域內(nèi)可交換同構(gòu)網(wǎng)的負(fù)載均衡功能，能夠解決多集群的負(fù)載均衡問題。
　　經(jīng)實驗驗證，該設(shè)計架構(gòu)能夠有效支持區(qū)域內(nèi)多信道多集群的WSNs。模擬仿真顯示對區(qū)域內(nèi)高密度節(jié)點的通信質(zhì)量有較大改善