无线传感器网络中基于双网的通讯链路管理技术的研究

论文摘要

在一些无线传感器网络的应用系统中,如事件检测和异常检测系统,带有异常信息的数据在传输时对实时性要求是很高的,要尽最大的可能使得该数据在一个限定的时间内传送到目的节点。如果系统不能够很好地满足这种实时性的要求,其性能就会大大下降甚至不能够被接受。同时,在无线传感器网络中,能量问题依然是瓶颈,要尽量节省网络的能量消耗来延长网络的生命周期。综上所述,如何按照网络中所传输数据的需求来平衡时间和能量方面的效率就成为亟待解决的问题。对于当前传感器网络中的路由算法,在设计时需要面临很多的要求,如以数据为中心,数据传输的可靠性,网络的鲁棒性等多方面因素,这使得网络路由协议的设计工作变得非常的复杂。本文提出一种基于双网的触发式通讯链路管理技术,所谓双网是指通过判定通讯链路的属性特征,将现有的通讯网络划分为两个子网络,一个为能量有效的通讯网络,一个为时间有效的通讯网络。当数据在网络中传输时,通过选择相应的通讯网络来平衡节能和省时的需求。双网技术的优势有,它最先提出了通讯链路管理的概念,能够在通讯链路层解决最小能量和最小时间的数据传输问题；能够动态地根据所传输数据的实时性来调整传输路径,实现高性能的无线传感器网络；同时它做为一种路由技术的优化方法,而非路由技术本身,能够很容易地被嵌入到当前的无线传感器网络中去,具有很好的通用性。与休眠技术相似,休眠技术是传感器节点资源利用情况的合理分配,而以双网为基础触发式通讯链路管理是传感器网络中通讯链路资源的合理分配和使用。使用该技术能够很好地解决网络中数据传输的最小能量和最短时间问题,从而降低了路由协议的设计负担,简化了路由协议的设计。实验和分析证明,本文提出的基于双网的触发式通讯链路管理方法能够很好地平衡网络中时间有效和能量有效这两个方面的需求,能够在满足网络响应时间的前提下,尽最大可能的实现节省能源。同时实验也验证了该技术的鲁棒性和可扩展性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 问题的提出
• 1.3 本文工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第2章 相关工作
• 2.1 无线传感器网络的关键技术
• 2.2 无线传感器网络中的路由算法
• 2.2.1 协商路由协议
• 2.2.2 低功耗自适应聚类路由算法
• 2.2.3 定向扩散路由算法
• 2.2.4 谣传路由算法
• 2.2.5 基于地理位置信息的路由协议
• 2.2.6 SPEED路由协议
• 2.3 无线传感器网络路由协议需要解决的问题
• 2.4 路由协议的优化方法
• 2.5 无线传感器网络路由协议面临的技术挑战
• 2.6 本章小结
• 第3章 双网技术
• 3.1 双网模型的提出
• 3.2 网络假设
• 3.3 双网的设计
• 3.3.1 EECN网络的设计
• 3.3.2 TECN网络的设计
• 3.4 双网构建
• 3.4.1 基本概念
• 3.4.2 通讯链路分组策略
• 3.4.3 链路分组的网络过程
• 3.4.4 算法实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 触发式通讯链路管理与维护
• 4.1 双网中的路由
• 4.2 双网之间的转换
• 4.3 触发式通讯链路管理
• 4.4 触发式通讯链路管理与路由
• 4.5 双网更新与维护
• 4.5.1 增加节点的情况
• 4.5.2 删除节点的情况
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验与分析
• 5.1 测试平台与网络模型
• 5.1.1 测试平台
• 5.1.2 网络模型
• 5.2 能量模型
• 5.3 现有通讯网络与双网
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 网络中通讯链路的分组情况
• 5.4.2 双网技术的性能
• 5.4.3 能量模型中参数n的变化对节能的影响
• 5.4.4 Sink节点位置变化对双网的影响
• 5.4.5 使用通讯链路管理对于GEAR的优化效果
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻硕期间参加的项目及发表的论文