无线传感器网络节能机制与移动性的研究

论文摘要

无线传感器网络是一种新型的网络和计算技术，它可以将客观世界中不断变化的信息持续高效地传递给人们，为人们提供各种形式的数据与服务。大规模的网络部署，自组织的组网方式，能量有限的传感器节点，动态变化的无线信道以及各种类型的流量模型和数据收集方式是无线传感器网络的固有特性。这些特性在实现网络功能的同时，也会影响到网络的整体性能。目前，对无线传感器网络的研究和应用引起了国内外学术界高度重视。特别是在大规模部署的传感器网络中，如何设计专用的算法和协议来更好地节省能量，提高网络整体性能已经成为研究的热点问题。本文围绕这一主题，在一些与节能和提高网络性能密切相关的算法和协议上展开研究。 论文中的工作主要包括以下几个方面： 1．一种面向数据收集的混合移动无线传感器网络 将智能手机等移动通信设备应用到无线传感器网络会形成一个新式的混合无线传感器网络。这种体系结构可以在多个方面提高网络的性能。本文研究了移动设备(节点)的特性和行为对无线传感器网络的影响。结果表明，选择一定数量的移动设备，恰当的传输范围以及移动速度可以保证较低的端到端分组传输时延，显著提高能量的使用效率。与位置固定的接入点相比，通过移动设备来收集数据可以大大提高数据成功传输率，在弱连通网络中这一点尤其明显。此外，设备的移动性也带来了网络的负载和能量的均衡，网络的生存周期得到进一步延长。 2．一种改进的无线传感器网络定向扩散协议的算法 定向扩散算法在扩散探测分组时，会周期性的给网络带来很大负载，严重影响了数据分组的传输性能。本文提出了一种基于梯度的受限扩散算法，通过对邻居梯度的分析，计算扩散广度和深度，选择最优的转发节点集在有限空间进行扩散。仿真结果表明受限扩散算法在保证较低能量消耗的前提下，大大缩短了扩散持续的时间和数据分组端到端时延。同时，该算法与原扩散算法兼容，无需增加额外开销。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 无线传感器网络
• 1.1.2 无线传感器网络的特点
• 1.1.3 传感器网络的性能评价指标
• 1.1.4 无线传感器网络的应用
• 1.1.5 普适计算与无线传感器网络
• 1.2 本文主要贡献
• 1.3 相关研究成果
• 1.3.1 链路层协议
• 1.3.2 网络层协议
• 1.3.3 网络节点定位问题
• 参考文献
• 第二章 一种面向数据收集的混合移动无线传感器网络
• 2.1 引言
• 2.2 相关工作介绍
• 2.3 模型与假设
• 2.3.1 网络模型
• 2.3.2 干扰模型
• 2.3.3 移动模型
• 2.3.4 流量模型
• 2.4 分析
• 2.4.1 时延分析
• 2.4.2 速度对时延影响
• 2.5 仿真结果与分析
• 2.6 本章小节
• 参考文献
• 第三章 无线传感器网络中定向扩散协议的改进算法
• 3.1 引言
• 3.2 定向扩散协议
• 3.3 基于梯度的广度深度受限扩散算法
• 3.4 算法分析
• 3.5 仿真结果与分析
• 3.6 本章小节
• 参考文献
• 第四章 一种基于TDMA的节能的无线传感器网络MAC协议
• 4.1 引言
• 4.2 相关工作介绍
• 4.3 TDMA-EC协议的设计
• 4.3.1 流量模型与交替调度
• 4.3.2 帧结构与数据分组传输
• 4.4 时延分析
• 4.4.1 单跳（单个节点上）时延
• 4.4.2 分组端到端时延
• 4.5 仿真结果与分析
• 4.5.1 线性多跳结构
• 4.5.2 随机的生成树流量模型
• 4.6 本章小节
• 参考文献
• 第五章 移动节点在IEEE 802.15.4中的网络性能的研究
• 5.1 引言
• 5.1.1 网络拓扑
• 5.1.2 体系结构
• 5.1.3 超帧结构
• 5.1.4 数据传输方式
• 5.1.5 信道扫描、同步、关联与孤节点扫描
• 5.1.6 Zigbee与Zigbee联盟
• 5.2 相关工作介绍
• 5.3 仿真结果与分析
• 5.3.1 非Beacon方式拓扑
• 5.3.2 Beacon方式拓扑
• 5.4 本章小节
• 参考文献
• 结束语
• 缩略词
• 致谢
• 在攻博期间录用，发表和已投的文章