事件驱动型无线传感器网络链路质量监视机制研究

论文摘要

根据数据传输模式的不同,无线传感器网络可以分为事件驱动型无线传感器网络、周期性采样型无线传感器网络和基于查询的无线传感器网络。课题来源国家自然科学基金。针对事件驱动型无线传感器网络具有阶段性、突发性、数据量大、冗余度高等特点,本课题研究其链路质量监视机制,以及时地获取链路质量信息,发现不稳定链路,对链路失效等不正常情况进行早期预警,保证感知信息实时、准确地送达Sink节点。本文介绍了无线传感器网络链路质量监视机制的分类,在分析、对比现有链路质量监视机制的基础上,依据事件驱动型无线传感器网络的特点,提出一种链路质量监视机制（Link Quality Monitoring Mechanism for Event-driven Wireless Sensor Network,ED-LQMM）。该机制定义了网络的两种状态,即常规态和事件态。常规态下,数据流量较小且信息上传的实时性要求不高,ED-LQMM机制采用被动探测方式获取链路质量,采用DSTC算法确定PRR周期内探测包数,用EWMA平滑链路质量监测结果;事件态下,数据流量较大且对链路丢包率的波动十分敏感,ED-LQMM机制采用主动探测方式获取链路质量,不增加额外的探测包,根据实际数据的重传次数统计PRR,引入EWM对链路出现的异常实时响应。本文详细介绍了ED-LQMM机制的设计及其在TinyOS平台下用nesC语言实现的过程,测试了ED-LQMM机制的能耗和准确性,对网络事件消息的连续丢包和随机丢包进行了量化分析。与常规链路质量监视机制相比,ED-LQMM机制降低了因发送大量探测包引起的能量消耗,延长了整个网络的使用寿命,提高了网络传输的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 本文结构
• 第2章 无线传感器网络中的链路质量监视
• 2.1 无线传感器网络中的链路质量监视技术
• 2.1.1 基于 RSSI 链路质量监视技术
• 2.1.2 基于 LQI 链路质量监视技术
• 2.1.3 基于 PRR 链路质量监视技术
• 2.2 链路质量监视技术分析比较
• 2.3 本章小结
• 第3章 事件驱动型无线传感器网络链路质量监视设计
• 3.1 PRR 获取方式
• 3.1.1 主动式探测
• 3.1.2 被动式探测
• 3.1.3 ED-LQMM 的链路PRR 获取
• 3.2 DSTC 算法确定 ED-LQMM 常规态周期探测包总数
• 3.2.1 基于伯努利概型的建模分析
• 3.2.2 不同链路质量下的n 值建表
• 3.2.3 EWMA 链路质量平滑处理
• 3.3 EWM 机制对 ED-LQMM 事件态链路质量预警
• 3.3.1 连续丢包预警及数学建模
• 3.3.2 连续丢包预警值的计算
• 3.3.3 随机丢包预警
• 3.4 链路质量量化设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 链路质量监视机制实现及性能分析
• 4.1 ED-LQMM 的实现
• 4.1.1 ED-LQMM 整体结构
• 4.1.2 LinkEstimator 功能模块
• LinkEstimator 功能模块'>4.1.3 Event_LinkEstimator 功能模块
• LinkEstimator 功能模块'>4.1.4 Routine_LinkEstimator 功能模块
• 4.1.5 RoundSampleNum 功能模块
• 4.1.6 RoundTimer 功能模块
• 4.2 链路质量监视机制的测试
• 4.2.1 DSTC 算法的测试
• 4.2.2 EWM 链路预警机制的测试
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 未来的工作
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与课题情况
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢