野外環(huán)境下傳感網(wǎng)能耗和延遲性能研究.pdf

1、傳感網(wǎng)由大量傳感器和通信節(jié)點(diǎn)部署而成，憑借其良好的感知和傳輸能力被廣泛應(yīng)用于野外環(huán)境中的數(shù)據(jù)收集。傳感網(wǎng)在野外場(chǎng)景中存在能量受限和傳輸成功率低的問題，因此保證數(shù)據(jù)長(zhǎng)期穩(wěn)定高效的傳輸是本文研究的重點(diǎn)。野外環(huán)境中部署的節(jié)點(diǎn)類型包括從電池獲取能量的節(jié)點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱有源節(jié)點(diǎn)）以及使用energy harvesting（能量收集）等技術(shù)從環(huán)境中獲取能量的節(jié)點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱無源節(jié)點(diǎn)）兩類。本文分別對(duì)這兩種場(chǎng)景進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下:
　　1.針對(duì)

2、使用有源節(jié)點(diǎn)的容遲型傳感網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)的能量由電池提供，能耗是網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期工作面臨的最主要挑戰(zhàn)。如果在野外場(chǎng)景應(yīng)用時(shí)的MAC層協(xié)議能夠解決節(jié)點(diǎn)通信過程中的碰撞及隱藏終端等問題，則會(huì)令節(jié)點(diǎn)能量降低，數(shù)據(jù)傳輸成功率上升，從而使得節(jié)點(diǎn)不必頻繁地更換電池。對(duì)此，本文提出了一種基于鄰居節(jié)點(diǎn)選擇信息的異步MAC層協(xié)議(NI-MAC)來降低能耗。與已有的方法不同，本協(xié)議中節(jié)點(diǎn)選擇自己的發(fā)送時(shí)間時(shí)利用發(fā)送決策表避開了所有鄰居節(jié)點(diǎn)及隱藏終端節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間，從而保證

3、了節(jié)點(diǎn)在發(fā)送時(shí)最大程度地減少了碰撞造成的能耗，提升了數(shù)據(jù)傳輸成功率。節(jié)點(diǎn)的接收時(shí)間則是根據(jù)鄰居周期表進(jìn)行選擇，使得節(jié)點(diǎn)在沒有數(shù)據(jù)接收時(shí)保持休眠狀態(tài)降低能耗。
　　2.針對(duì)使用無源節(jié)點(diǎn)的傳感網(wǎng)，由于節(jié)點(diǎn)可以從環(huán)境中對(duì)能量進(jìn)行補(bǔ)充，因此能耗不再是這類網(wǎng)絡(luò)唯一關(guān)注的因素。綜合考慮能耗和延遲可以使節(jié)點(diǎn)獲得較長(zhǎng)生存周期的同時(shí)提高數(shù)據(jù)到達(dá)基站的速度。針對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用于無源節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議大多不能兼顧能耗和延遲性能的問題，本文提出了能耗和延遲平衡

4、的機(jī)會(huì)路由協(xié)議(EDOR)。該協(xié)議通過分析節(jié)點(diǎn)通信過程來估算節(jié)點(diǎn)的預(yù)期能耗值，使得節(jié)點(diǎn)選擇令自己能耗較低的鄰居節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)候選。在最終確定轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)時(shí)本協(xié)議通過結(jié)合候選節(jié)點(diǎn)下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的占空比信息來進(jìn)行決策，使得發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇能更快將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去的候選節(jié)點(diǎn)來降低延遲，從而實(shí)現(xiàn)能耗和延遲性能的平衡。最后本協(xié)議還通過設(shè)計(jì)退避策略來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的單一性，減少機(jī)會(huì)路由過程中產(chǎn)生的不必要的數(shù)據(jù)包副本數(shù)量。
　　3.使用OMNeT++平臺(tái)通過大