森林資源數(shù)據(jù)獲取的移動Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)是由部署在監(jiān)測區(qū)域的、大量的傳感器節(jié)點通過多跳組織的形式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是利用傳感器節(jié)點的傳感器感知監(jiān)測對象的信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點（Sink節(jié)點），匯聚節(jié)點再通過以太網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等形式將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點不但要承擔(dān)監(jiān)測的任務(wù)，同時又要做為中繼節(jié)點完成多跳路由的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，所以，在網(wǎng)絡(luò)中距離S

2、ink節(jié)點較近的節(jié)點能量消耗較快，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗不均。因此，一種基于移動Sink的新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模式得到了廣泛應(yīng)用，它的基本思路是Sink節(jié)點在整個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)移動以此獲得實時的監(jiān)測信息，使得網(wǎng)絡(luò)能量的消耗更加均衡。
　　森林資源的監(jiān)測和監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用，然而，在面向森林資源的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測過程中，由于林區(qū)氣候、環(huán)境的惡劣導(dǎo)致傳感器節(jié)點極容易出現(xiàn)故障，節(jié)點之間的通信鏈路也極容易受外界氣候的影響

3、而出現(xiàn)通信故障，從而影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性和運行穩(wěn)定性。因此，設(shè)計高可靠、低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是滿足森林資源監(jiān)控應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　針對移動Sink的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或鏈路故障以及其工作環(huán)境等因素會影響到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性問題，本文主要在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層上通過設(shè)計傳感器節(jié)點和鏈路的可靠性評估、可靠的傳輸路由協(xié)議、MAC協(xié)議等實現(xiàn)了高可靠、低功耗的移動Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性關(guān)鍵技術(shù)。其主

4、要的工作和創(chuàng)新如下：
　　(1)針對移動Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的Sink節(jié)點移動的特性，建立基于節(jié)點通信半徑、ZigBee網(wǎng)絡(luò)功率放大參數(shù)，適用于移動Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)能耗模型。研究建立有別于簇頭節(jié)點的中繼節(jié)點概念模型。
　　(2)研究適應(yīng)于移動Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的Sink節(jié)點位置更新方法和路由選擇策略，通過對Sink節(jié)點移動過程的預(yù)測以及新坐標(biāo)的確定，在依賴移動Sink的能耗狀況下，在有效半徑范圍內(nèi)選擇中繼節(jié)

5、點，當(dāng)Sink節(jié)點的方向再次發(fā)生變化，將會依據(jù)中繼節(jié)點的位置更新Sink節(jié)點的方向和位置。路由的更新過程則通過中繼節(jié)點半徑、通信半徑、Sink節(jié)點的位置估算、Sink節(jié)點的移動方向來實現(xiàn)路由的二階段更新。
　　(3)對同步周期和數(shù)據(jù)包發(fā)送率的概念以及占空比調(diào)整規(guī)則進行定義和分析，設(shè)計移動Sink網(wǎng)絡(luò)的單位時間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)包的個數(shù)即數(shù)據(jù)包發(fā)送率，研究建立動態(tài)的占空比調(diào)整規(guī)則，設(shè)計符合移動Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的同步周期定時器，實現(xiàn)能夠

6、滿足移動Sink高可靠要求的MAC協(xié)議。
　　(4)研究將多值決策圖(MDD)引入到傳感器節(jié)點和通信鏈路不可靠網(wǎng)絡(luò)的可靠度分析問題中。為能夠直觀清晰地描述節(jié)點和其鄰接邊的關(guān)系，增強決策圖節(jié)點的描述能力，將單個節(jié)點和其未訪問鄰接邊劃分為一個集合?；诠?jié)點和邊二元狀態(tài)的假設(shè)，枚舉集合內(nèi)節(jié)點和其鄰接邊的不同組合，通過合并子網(wǎng)同構(gòu)的狀態(tài)，求解出簡化后的狀態(tài)向量和可靠度向量，并將此用一個MDD變量表述，有效區(qū)分節(jié)點的度量值及鏈路的可靠性。<