可靠高效的無線傳感器網(wǎng)絡關鍵問題研究.pdf

1、當計算機運算速度成幾何級數(shù)增長,使數(shù)據(jù)處理和計算能力迅速提高時;當存儲系統(tǒng)容量無限增長,使海量存儲得以實現(xiàn)時,人們卻發(fā)現(xiàn),與這些技術發(fā)展不協(xié)調(diào)的是信息的采集和獲取手段大大落后了。于是融合了計算機、無線通信、傳感器、信息處理、自動控制、人工智能、以及微電機系統(tǒng)(MEMS)等多學科交叉的無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)應運產(chǎn)生了,它為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑,被認為是影響人類未來生活的技術之一。其規(guī)模大、低功耗、動態(tài)拓撲、自組織

2、、節(jié)點能力有限、高冗余、可擴展的綜合特性奠定了比傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術無可比擬的優(yōu)勢。無線傳感器網(wǎng)絡在軍事領域、冰河監(jiān)測、醫(yī)療健康、精細農(nóng)業(yè)、空間探索等有很好的應用前景,同時也必將開辟出許多其它新穎而有價值的應用領域,尤其是數(shù)字煤礦、數(shù)字油田概念的提出,無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)成為新的研究方向和應用熱點。
　　 節(jié)點配置是無線傳感器網(wǎng)絡的基本問題,其對網(wǎng)絡的拓撲結構、連通性、覆蓋質(zhì)量和網(wǎng)絡生存周期等性能均有極大的影響。在大規(guī)模網(wǎng)絡中,隨機配置策

3、略存在偶然性和盲區(qū)問題;任務調(diào)度主要研究如何將特定的任務遷移到最合適的節(jié)點上去執(zhí)行,對于存在搶先、互斥、搶占等關系的實時任務調(diào)度的延時問題還沒有很好的解決方法;無線傳感器網(wǎng)絡一般應用到多徑衰落信道環(huán)境中,數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的錯誤大都是突發(fā)性的,使得可靠通信變得相當困難,丟失數(shù)據(jù)的恢復問題亟待解決;在高速無線通信系統(tǒng)中,因環(huán)境因素,接收信號中的延時波會對其它符號產(chǎn)生干擾,使網(wǎng)絡性能下降,而簡單便宜的硬件實現(xiàn)高速率補償還很困難,所以必須尋求

4、其它的解決途徑。論文針對上述問題,在對現(xiàn)有技術和方法分析的基礎上,進行了節(jié)點配置策略、任務調(diào)度、可靠性編碼算法、正交頻分復用技術、無線視頻網(wǎng)格副本替換優(yōu)化算法的研究,具有如下創(chuàng)新點:
　　 1.針對大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡隨機配置的偶然性和盲區(qū)問題以及確定性配置效率低下的問題,提出了無線傳感器網(wǎng)絡的星型配置策略模型,在該模型基礎上分析了網(wǎng)絡的連通概率以及局部連通性,通過仿真進行了性能分析。最后研究了基于模型假設的協(xié)同定位算法,分析了該算

5、法的可行性。
　　 2.提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡離線和動態(tài)的任務調(diào)度算法,該算法追求的目標是在任務被取消時間內(nèi),所有的任務能夠都被執(zhí)行,對傳感器網(wǎng)絡中周期性任務和事件驅動任務特性進行了詳細的分析,在理論上證明了該算法的可行性,并通過實例說明了該算法的執(zhí)行過程,分析了算法的性能。
　　 3.提出了一種保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)腍ydHOVER信道編碼算法,并將其應用到無線傳感器網(wǎng)絡中,該算法能夠實現(xiàn)三個節(jié)點數(shù)據(jù)丟失時恢復原數(shù)據(jù)的功

6、能,本文詳細闡述了HydHOVER的編解碼原理,并通過實例演示了編解碼過程,而且對算法的性能進行了測試。
　　 4.搭建了無線傳感器網(wǎng)絡正交頻分復用技術的仿真模型,在瑞利信道衰落和平坦衰落信道情況下,仿真了在分別加入保護間隔、導頻符的情況下,傳輸數(shù)據(jù)的位錯誤率以及幀錯誤率,最后,在不同載波頻率偏移下,分析了載波間干擾對BER和FER的性能影響。
　　 5.借鑒了Optorsim的思想,結合分布式視頻點播的特點,總結了無線