WSN網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議研究及在土遺址微環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用.pdf

1、本文以探索無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)潛在的應(yīng)用場景為目的，利用WSN自身優(yōu)勢與文物保護(hù)應(yīng)用背景相結(jié)合，將WSN應(yīng)用于土遺址微環(huán)境監(jiān)測中，為文物保護(hù)科研人員研究適合文物保存的環(huán)境因素模型提供數(shù)據(jù)支持。
　　 圍繞WSN在土遺址微環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用需要解決的數(shù)據(jù)收集關(guān)鍵技術(shù)問題，通過分析應(yīng)用場景特點(diǎn)，以及對(duì)現(xiàn)有WSN路由協(xié)議、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的研究，提出了模塊化的WSN網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了適合土遺址微環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用場景的路由協(xié)議和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，

2、通過仿真實(shí)驗(yàn)和原型系統(tǒng)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的有效性。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)通過研究WSN協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中WSN網(wǎng)絡(luò)層較高的功能復(fù)雜度，將WSN網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行功能解耦，劃分為路由模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，并對(duì)這兩個(gè)模塊的功能與交互進(jìn)行定義，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中動(dòng)態(tài)模塊替換。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，路由模塊運(yùn)行PDHP路由協(xié)議完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊運(yùn)行D2CPR數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行局部數(shù)據(jù)傳輸控制。
　　 (2)提

3、出了基于預(yù)部署的分區(qū)域分簇路由協(xié)議(PDHP)：將監(jiān)測區(qū)域劃分成若干小區(qū)域，在小區(qū)域中節(jié)點(diǎn)自組成簇，由基站節(jié)點(diǎn)定期發(fā)送數(shù)據(jù)收集包，建立簇首到基站的多跳反向梯度，以此簇首將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)往基站。PDHP路由協(xié)議以分簇路由均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，以區(qū)域劃分減小成簇復(fù)雜度，以應(yīng)用場景特點(diǎn)簡化協(xié)議設(shè)計(jì)。
　　 (3)提出了網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(D2CPR):針對(duì)應(yīng)用特點(diǎn)采用NACK方式進(jìn)行丟失數(shù)據(jù)的局部重傳，并以分布式擁塞控制思想，進(jìn)行局部數(shù)據(jù)

4、傳輸控制，以解決數(shù)據(jù)傳輸可靠性、完整性問題；另外通過獲取路由模塊維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)功率控制與休眠調(diào)度，以達(dá)到降低能耗的目的。
　　 (4)在NS2中對(duì)PDHP協(xié)議和D2CPR協(xié)議進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，在仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其有效性的基礎(chǔ)上。使用運(yùn)行TinyOS2.0操作系統(tǒng)的Micaz系列節(jié)點(diǎn)，將原型系統(tǒng)部署在西安市唐皇城墻含光門遺址博物館城墻遺址區(qū)域進(jìn)行微環(huán)境監(jiān)測，以實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了本研究的實(shí)用性和有效性，并且為文物保護(hù)人員研提供