WSN中确保高效可靠通信的联合优化算法

论文摘要

如何保证传输可靠性的前提下延长网络寿命是无线传感器网络应用研究所必须面对的重要课题。首先,应用提出了苛刻的端到端可靠性要求；其次,底层的无线通信链路受各种因素的影响极不可靠,而系统资源尤其是能量资源极其有限。这些都成为无线传感器网络由理论研究走向实际应用所必须突破的问题。因此,如何满足应用提出的高可靠性需求,实现能量高效的数据传输,成为一个亟待解决的关键问题,也成为学术界新近研究的热点。传统Ad hoc的大量路由协议都是针对于移动环境,不考虑节点能量受限的问题并基于最小跳数（hop count, Hops）设计,主要解决节点在移动环境下路由的健壮性及可扩展性问题。而在无线传感器网络实际的应用中,各节点靠电池供电,大量节点都保持静止的状态或很少移动,只有当少量节点“失效”时,网络拓扑才‘会发生缓慢变化。针对此类问题。本文提出了联合优化的方法,即：在路由层选择有效的路由度量方法来达到网络可靠性的目的；并结合链路层的功率控制方法来延长网络的寿命。通过上下两层的联合工作来达到保证可靠的前提下,延长网络寿命的目的。本文首先综述了功率控制的思想以及几种典型路由度量方法；其次,利用实验验证了无线传感器网络低层链路通信的不可靠性,非对称性等特点；从理论上推导保证可靠性的前提下节点的优化发射功率。再次,结合本文功率控制思想和EETX路由度量方法提出了PCEETX联合优化方法；最后,将PCEETX方法运用于AODV协议中并标记为PCEETX-AODV。仿真结果表明,PCEETX-AODV在保证传输可靠性的前提下延长网络寿命的性能上明显优于基于原有度量方法的路由性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络的可靠性研究
• 1.1.1 无线传感器网络的研究内容
• 1.1.2 网络可靠性研究现状
• 1.2 能量高效的可靠性通信问题的研究
• 1.3 论文的结构安排
• 第二章 无线传感器网络相关理论概述
• 2.1 无线传感器网络发展概况
• 2.2 无线传感器网络特点
• 2.3 无线传感器网络技术背景
• 2.4 IEEE 802.15.4主要特点
• 2.4.1 IEEE 802.15.4 PHY层
• 2.4.2 IEEE.802.15.4 MAC层
• 2.5 小结
• 第三章 WSN中通信链路测量
• 3.1 WSN通信链路相关理论
• 3.2 试验硬件平台
• 3.2.1 MicaZ节点组成结构
• 3.2.2 MicaZ性能分析
• 3.3 实验软件平台
• 3.4 链路质量测试方法
• 3.5 物理链路主要特性
• 3.5.1 物理链路主要特性
• 3.5.2 链路的非对称性测量
• 3.5.3 链路的时变性测量
• 3.6 小结
• 第四章 基于EWMA的EETX路由度量方法
• 4.1 经典路由度量方法
• 4.2 基于EWMA的EETX路由度量方法的提出
• 4.3 移动平均算法（MA）
• 4.4 指数加权移动平均（EWMA）算法
• 4.5 小结
• 第五章 联合优化的PCEETX算法
• 5.1 联合优化方法的提出
• 5.2 功率控制方法的提出
• 5.3 PCEETX联合优化算法
• 5.4 小结
• 第六章 仿真试验及性能分析
• 6.1 仿真工具NS2介绍
• 6.1.1 利用NS-2进行网络模拟的步骤
• 6.1.2 场景文件与业务文件的生成
• 6.2 仿真试验及性能评估
• 6.2.1 PCEETX-AODV的设计
• 6.2.2 仿真平台及参数设置
• 6.2.3 仿真结果及分析
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的贡献
• 7.2 将来的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文