無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中報(bào)頭壓縮算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、集數(shù)據(jù)采集、處理和通信于一體的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低廉的價(jià)格、便利的部署方式得到越來越廣泛的使用，對傳感器網(wǎng)絡(luò)各個(gè)方面的研究也日益成為學(xué)術(shù)界非?；钴S的課題。報(bào)頭壓縮技術(shù)可消除報(bào)頭域中的冗余信息，減少數(shù)據(jù)傳輸量，是節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能耗、提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的有效途徑。本文著重研究傳感器網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)頭壓縮算法及實(shí)現(xiàn)問題。主要工作包括以下幾個(gè)方面。 (1)在采用GAF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的密集傳感器網(wǎng)絡(luò)中，針對MAC協(xié)議報(bào)頭域中MAC地址過長的問題，提出一種分布

2、式的MAC地址分配算法。MAC地址只需要局部唯一而不需要全局唯一，可以對同一MAC地址在不同區(qū)域進(jìn)行空間復(fù)用。在GAF算法形成的特殊的虛擬網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，為節(jié)點(diǎn)分配MAC地址時(shí)可將簇頭節(jié)點(diǎn)與簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)分開考慮，并對其采取不同的MAC地址分配策略。分別討論了簇頭節(jié)點(diǎn)和簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)MAC地址空間復(fù)用的限制條件及復(fù)用方法，并給出分布式的MAC地址分配算法流程。理論分析和模擬實(shí)驗(yàn)表明，該算法能有效減少M(fèi)AC地址長度，在密集網(wǎng)絡(luò)中算法仍然能夠保持良好的

3、性能。 (2)在分析TinyOS通信協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)及其主動(dòng)消息層和通信層協(xié)議的報(bào)頭特征和可壓縮性的基礎(chǔ)上，提出一種針對TinyOS主動(dòng)消息層和通信層協(xié)議報(bào)頭的壓縮方案。通過在TinyOS的協(xié)議棧中插入壓縮層，丟棄報(bào)頭字段中的冗余信息，可顯著減少報(bào)頭長度，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時(shí)，報(bào)頭壓縮率可達(dá)到70％以上。該壓縮方案可用于實(shí)際的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，適用于使用多跳路由協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的應(yīng)用，支持底層通信協(xié)議采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)，

4、如Micaz，iMote2等節(jié)點(diǎn)。 (3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)TinyOS中基于Micaz節(jié)點(diǎn)的報(bào)頭壓縮原型系統(tǒng)。通過修改TinyOS的系統(tǒng)通信組件CC2420RadioM，在其send命令中實(shí)現(xiàn)了報(bào)頭壓縮器，并在其事件RXFIFODone中實(shí)現(xiàn)了報(bào)頭解壓器，使TinyOS支持報(bào)頭壓縮功能?；趯?shí)驗(yàn)室承擔(dān)的國家863計(jì)劃-“異步無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)壓縮關(guān)鍵技術(shù)-原型系統(tǒng)”的硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于Micaz節(jié)點(diǎn)的報(bào)頭壓縮原型系統(tǒng)