面向事件檢測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保障.pdf

1、服務(wù)質(zhì)量廣義上是服務(wù)提供者與用戶之間的協(xié)定。保障一定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS)對于任何類型的網(wǎng)絡(luò)都是最重要的設(shè)計指標(biāo)．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的本質(zhì)目標(biāo)是按照用戶對信息準(zhǔn)確度的要求提取物理世界的模型參數(shù)。它必然要為它的服務(wù)提供QoS保障。本學(xué)位論文針對面向事件檢測的WSN，從連通質(zhì)量保障、保障連通覆蓋質(zhì)量的節(jié)點部署、實時路由及傳輸保障以及衰落信道下的信息質(zhì)量保障等方面研究了QoS保障的基本理論和關(guān)鍵技術(shù)。
　　 首先，在對WSN的

2、協(xié)議和算法進(jìn)行理論論證和性能評價時，常常需要抽象出一些重要的模型，如傳感模型、通信模型、網(wǎng)絡(luò)模型和能量模型等。本文總結(jié)、分析并改進(jìn)了相關(guān)模型，主張采用的模型應(yīng)盡量與實際相近，使理論結(jié)果更加可信。
　　 連通性是形成網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。為了保障隨機部署網(wǎng)絡(luò)的連通性，本文分析了不對稱對數(shù)陰影模型下WSN的連通質(zhì)量隨節(jié)點密度增大的變化法則及其影響因素。在節(jié)點分布服從泊松點過程并消除邊界效應(yīng)的前提下，導(dǎo)出了網(wǎng)絡(luò)無孤立點概率的閉環(huán)表達(dá)式，作為網(wǎng)絡(luò)

3、單連通概率的上界，并由此得到了使網(wǎng)絡(luò)單連通的節(jié)點密度的緊下界。推導(dǎo)過程將本地鏈路特性與全局網(wǎng)絡(luò)的連通性聯(lián)系起來，可以清楚看到各種因素諸如路徑衰減系數(shù)、陰影方差、發(fā)射功率和編碼方式等對網(wǎng)絡(luò)連通性的影響。
　　 針對用戶對區(qū)域的非均勻覆蓋和概率連通要求，本文提出了保障覆蓋連通質(zhì)量的節(jié)點部署策略。將部署問題轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)優(yōu)化問題，采用了禁忌搜索和遺傳算法兩種啟發(fā)式算法分別求解該多目標(biāo)優(yōu)化問題。仿真結(jié)果表明這兩種算法求解的部署方式都優(yōu)于隨

4、機部署和規(guī)則部署，并且，遺傳算法由于提供了非支配解，可供用戶根據(jù)實際條件選擇部署方法，能更好地在兩個目標(biāo)之間找到權(quán)衡。
　　 為了使實時數(shù)據(jù)在用戶指定的截止期內(nèi)完成從源節(jié)點到基站的可靠傳輸，本文提出了基于兩跳鄰居信息的實時路由協(xié)議THVR。THVR將貪婪距離和剩余能量都轉(zhuǎn)化為虛擬速率，并基于兩跳虛擬速率選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，加上節(jié)能的主動丟包控制策略可以較好地提高能效。THVR在每次選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點時采用了類似“望遠(yuǎn)鏡”的功能，觀察了兩跳范

5、圍內(nèi)的鏈路性能，實現(xiàn)了兩跳范圍內(nèi)的延遲和能耗優(yōu)化。仿真結(jié)果顯示提出的路由方案比基于單跳鄰居信息的兩種常用的實時可靠路由的截止期錯失率更低，能量效率更高，而且能獲得更好的能耗均衡。
　　 最后，針對衰落信道下的信息融合問題，本文研究了在最優(yōu)似然比融合規(guī)則的基礎(chǔ)上提出了三種次優(yōu)算法。它們相比比最優(yōu)算法占用系統(tǒng)資源少，復(fù)雜度低，適用于在不同的信噪比環(huán)境。在資源受限的WSN中，針對不同的應(yīng)用場合，選擇的融合規(guī)則要在性能，耗費資源量和復(fù)雜