無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化協(xié)議研究.pdf

1、綜合了無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域<'[1,2,5]>。隨著研究的深入，傳感器網(wǎng)絡(luò)獲得了快速的發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛，針對性也越來越強(qiáng)，并衍生出了多種新型傳感器網(wǎng)絡(luò)體系。應(yīng)用領(lǐng)域中出現(xiàn)的新特點(diǎn)和新方向，為現(xiàn)階段及未來的研究工作提出了新的挑戰(zhàn)，也促進(jìn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更加全面快速的發(fā)展。在有限能量條件下降低能耗以延長

2、網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的首要挑戰(zhàn)。然而，面對研究領(lǐng)域中出現(xiàn)的新特點(diǎn)和新方向，如果僅滿足網(wǎng)絡(luò)的能耗需求，而不能保證系統(tǒng)運(yùn)行的其它性能，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將不具有任何實(shí)用價(jià)值。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議設(shè)計(jì)應(yīng)必須從系統(tǒng)的實(shí)用性出發(fā)，按應(yīng)用進(jìn)行分類，在保證系統(tǒng)性能要求的前提下，盡可能地降低網(wǎng)絡(luò)的通信能耗，提高能量效率，延長生存時(shí)間。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，MAC層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議對于系統(tǒng)的性能影響顯著。因此，可以將MAC層和網(wǎng)絡(luò)層結(jié)合起來分析，

3、從跨層設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行協(xié)議優(yōu)化。基于此，對分簇算法和功率控制這兩種可有效改善無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的策略進(jìn)行了細(xì)致分析。設(shè)計(jì)提出了基于分簇算法和功率控制，以降低網(wǎng)絡(luò)能耗和擴(kuò)大吞吐量為目標(biāo)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化協(xié)議-LSC-RPC協(xié)議。協(xié)議基于傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化策略，針對現(xiàn)有典型分簇算法理論前提條件多，無法適應(yīng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，不易在實(shí)際環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的不足，提出了一種易于實(shí)現(xiàn)，能動(dòng)態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化，能量有效的鏈路穩(wěn)定分簇算法。同時(shí)將一種具有反作用干擾節(jié)點(diǎn)

4、能力，采用最優(yōu)發(fā)射功率傳送數(shù)據(jù)的功率控制機(jī)制應(yīng)用在分簇算法內(nèi)。在協(xié)議中，傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)MAC層信息判斷是否成為從節(jié)點(diǎn)或簇首節(jié)點(diǎn)。簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用較小的發(fā)射距離進(jìn)行連通，而簇間節(jié)點(diǎn)則采用較大的發(fā)射距離連通。節(jié)點(diǎn)間消息的傳遞采用最優(yōu)發(fā)射功率，引入反作用沖突節(jié)點(diǎn)的功率控制機(jī)制，從而在降低能耗的同時(shí)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)吞吐量。在每輪數(shù)據(jù)傳遞完成后，根據(jù)能量有效性參數(shù)選擇出下一輪通信中的簇首節(jié)點(diǎn)，以此延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文中提出的算法在保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定