低功耗無線鏈路相關性的研究.pdf

1、近年來，低功耗無線通信技術的發(fā)展使得低功耗無線傳感器網(wǎng)絡成為一種新的計算模式，在多個領域得到了廣泛應用和發(fā)展。在低功耗無線傳感器網(wǎng)絡中，傳統(tǒng)觀點認為多條無線鏈路之間的收包情況是相互獨立的。然而最近一系列前沿工作表明，多條無線鏈路的收包情況間并非是相互獨立的關系，而是具有一定相關性的。這種同一節(jié)點出發(fā)的多條鏈路上的收包和丟包之間的相關性被稱為“無線鏈路相關性”。無線鏈路相關性對于絕大部分低功耗無線網(wǎng)絡協(xié)議具有十分重要的影響，如洪泛協(xié)議、機

2、會路由協(xié)議等，可廣泛地用于改善多種網(wǎng)絡協(xié)議的性能，引起了國內(nèi)外學者的廣泛關注和研究。研究無線鏈路相關性的重要意義在于利用這種鏈路特征對網(wǎng)絡協(xié)議進行性能優(yōu)化?，F(xiàn)有的研究工作主要集中于利用無線鏈路相關性優(yōu)化特定的網(wǎng)絡協(xié)議，缺乏對無線鏈路相關性的準確測量和性能建模等共性問題的深入研究，存在測量精度不高、網(wǎng)絡協(xié)議性能模型不精確等問題，從而導致現(xiàn)有利用鏈路相關性的協(xié)議優(yōu)化工作無法達到預期的優(yōu)化效果。為此，本文針對無線鏈路相關性的準確測量、網(wǎng)絡協(xié)議

3、性能模型和協(xié)議優(yōu)化應用等三個核心的共性問題展開研究。
　　(1)無線鏈路相關性測量。要利用鏈路相關性優(yōu)化網(wǎng)絡協(xié)議，首先需要能夠準確地測量鏈路相關性。現(xiàn)有大部分研究工作利用周期性信標包對鏈路相關性進行測量，這種方式缺乏對鏈路相關性的模型刻畫，存在測量精度較差的問題;本文通過大量的實驗和分析探索了無線鏈路相關性的成因及影響因素，并考慮這些影響因素，結(jié)合物理層和網(wǎng)絡層的參數(shù)信息建立了無線鏈路相關性刻畫模型CorModel。基于CorMo

4、del，本文進一步設計了精確的無線鏈路相關性測量方法。相比于現(xiàn)有測量方法，本文提出的方法提供了更加準確的測量結(jié)果。不僅如此，本文針對資源受限的低功耗節(jié)點平臺提出了輕量級的近似算法，支持在節(jié)點端進行實時測量。本文該項工作發(fā)表在CCFA類國際會議IEEE INFOCOM2015上。
　　(2)網(wǎng)絡協(xié)議性能建模。關于無線鏈路相關性對網(wǎng)絡協(xié)議的影響，現(xiàn)有工作往往采用定性分析，而缺乏定量的模型分析。而同時，現(xiàn)有的定量的協(xié)議性能模型并未有效考

5、慮鏈路相關性的影響，導致其性能建模并不準確。為此，本文通過綜合考慮鏈路相關性、鏈路質(zhì)量和鏈路的時間分布等鏈路特征對基于廣播和任播的兩類協(xié)議建立了網(wǎng)絡協(xié)議性能模型。該模型揭示了包括鏈路相關性在內(nèi)的鏈路特征與協(xié)議性能之間的關系，能夠準確預測給定網(wǎng)絡條件下的協(xié)議性能，從而進一步支持上層網(wǎng)絡協(xié)議的性能優(yōu)化。本文該方面工作發(fā)表在CCF B類國際會議IEEE SECON和SCI期刊Sensors上。
　　(3)利用鏈路相關性優(yōu)化的數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議

6、。本文以數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議為典型案例，研究鏈路相關性在協(xié)議優(yōu)化方面的應用。數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議是基于廣播的協(xié)議，鏈路相關性對其協(xié)議性能具有重要影響，而現(xiàn)有分發(fā)協(xié)議未能考慮此影響，導致分發(fā)效率不高。為此，本文首先定量地分析鏈路相關性對數(shù)據(jù)分發(fā)過程中的兩個核心步驟的影響:轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點選擇和編碼傳輸策略。之后，結(jié)合鏈路相關性的信息，本文提出了考慮鏈路相關性的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點選擇機制和動態(tài)編碼策略，并在此基礎上設計了高效可靠的數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議。相比現(xiàn)有的研究工作，本文提出的