基于Crossbow平臺(tái)無(wú)線傳感網(wǎng)中跨層優(yōu)化算法的研究.pdf

1、無(wú)線傳感網(wǎng)是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向,其潛在應(yīng)用市場(chǎng)非常廣闊,如環(huán)境監(jiān)測(cè),醫(yī)療系統(tǒng)和機(jī)器人探測(cè)等等。該網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成,根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同,這些傳感器節(jié)點(diǎn)可分別監(jiān)測(cè)電磁強(qiáng)度、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)、物體移動(dòng)時(shí)的大小、速度和方向等等。
　　 一般而言無(wú)線傳感網(wǎng)分為四層,自上而下分別為應(yīng)用層,網(wǎng)絡(luò)層,媒體接入控制層和物理層。由于傳感器節(jié)點(diǎn)多采用電池供電,且其電池的充電或更換不易實(shí)現(xiàn),因此在無(wú)線傳感網(wǎng)中考慮的最多的便是節(jié)點(diǎn)的能耗問(wèn)

2、題,這也是無(wú)線傳感網(wǎng)所不同于其他網(wǎng)絡(luò)之處。為了節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量,無(wú)線傳感網(wǎng)的四層都需要盡可能降低能耗,其中以網(wǎng)絡(luò)層和媒體接入控制層為甚。網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)使節(jié)點(diǎn)成簇,利用簇頭節(jié)點(diǎn)收集一定范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)的信息再匯報(bào),從而降低簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的能耗。媒體接入控制層則主要通過(guò)給節(jié)點(diǎn)分配合適的醒睡周期以及發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)采用合適的媒體接入機(jī)制以減少碰撞的發(fā)生等措施來(lái)降低節(jié)點(diǎn)的能耗。本文主要研究目標(biāo)便是上述兩層。
　　 縱觀前人的研究成果,網(wǎng)絡(luò)層比較經(jīng)典的有LEA

3、CH、HEED等協(xié)議,而媒體接入控制層則有SMAC、TMAC等協(xié)議。上述媒體接入控制層協(xié)議能夠有效的改善網(wǎng)絡(luò)中的碰撞和干擾,但是其針對(duì)的是小型網(wǎng)絡(luò),不適合大規(guī)模組網(wǎng)。而網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議多采用隨機(jī)選取簇頭的機(jī)制,其選出的簇頭并不能保證是網(wǎng)絡(luò)中最合適的簇頭。
　　 本文首先提出了一個(gè)基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的緊急事件應(yīng)對(duì)機(jī)制,該機(jī)制利用蜂窩網(wǎng)的輔助,在緊急數(shù)據(jù)產(chǎn)生并探測(cè)到時(shí),能夠以較低的丟包率將緊急數(shù)據(jù)快速的傳輸至網(wǎng)關(guān),同時(shí)也降低了節(jié)點(diǎn)的能耗,延

4、長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的生命周期,并在緊急數(shù)據(jù)傳輸完成后對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
　　 然后本文又在前人研究的基礎(chǔ)上,綜合考慮了各協(xié)議的優(yōu)劣,提出了一種更為全面的環(huán)形組網(wǎng)機(jī)制。在網(wǎng)絡(luò)層,選取權(quán)值最小的節(jié)點(diǎn)作為簇頭,權(quán)值的衡量分為簇內(nèi)權(quán)值和簇問(wèn)權(quán)值兩部分,相比于其他協(xié)議而言,選取簇頭時(shí)考慮的更全面也更仔細(xì)。組網(wǎng)時(shí)并不是所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)選取簇頭,而是沿環(huán)形由里及外依次組網(wǎng),外環(huán)的簇頭以多跳形式連接至基站。在媒體接入控制層,在CSMA／CA機(jī)制的基礎(chǔ)上添加