无线传感器网络节能机制与移动性的研究

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1、北京邮电大学博士学位论文无线传感器网络节能机制与移动性的研究姓名：任彪申请学位级别：博士专业：计算机应用技术指导教师：马建20060520北京邮电大学博士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

2、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，提高网络箍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

3、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

4、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。北京邮电大学博士论文摘要3．一个能量节约的、低时延的无线传感器网络MAc层协议TDMA．Ec基于TDMA接入方式，其固有的低工作周期(Dutycycle)使节点减少了不必要的能量消耗，能量效率显著提高。TDMA．Ec同时也减少了因重传而引起的能量浪费和时延增加。TDMA．Ec基于网络拓扑生成树，数据分组在一个节点上停留的时间不超过一个帧的长度，因此分组的端到端传输时延也相应缩短。4．IEEE802．15

5、．4协议在移动环境下的性能的研究基于IEEE802．15．4的LR-wPAN网络将会有广泛的应用。在某些应用场景下，网络中会存在不停移动的设备或人。这些人或设备进入／离开网络，实时的改变所在的位置等行为都会对网络的性能造成不同程度的影响。本文研究了IEEE802．15．4的Beacon和非Beacon两种不同的网络拓扑对移动节点的支持程度，并针对存在的问题提出了进一步改进的意见。目前的IEEE802．15．4标准主要针对固定网络，对移动场景下标准的适应性和扩展性并没有过多的关注和分析，本文相应的结果也可以为增强协议的移动性

6、提供参考。关键词无线传感器网络混合网络移动性定向扩散调度休眠能量效率时延关联II北京邮电大学博士论文ABSTRACTwirelesssensor卜丁etwork(wsN)isanewtypeofne押orkmadeupofsensors，micropmcessorsandwireIesscornrnunication协lerfaces，withnOVeltec}mOlogyofinforma虹onacqu诚ngandmformationprocessing．bbroadpotem谊lapplicationsmakethis

7、tech工mlogydevel印rapidlyinmany矗elds．NowadaysbothacademiaandindustriesareveryinterestedinWSN．Therearealsomanyunrcs01VedprobIemsinnleresearchesofWSNespecjalIytheenergyef!丘ciencypmblenwhichmeansdesi印ingspeci丘calgorithnlsorP倒【ocolst0reduceenergycOnsumptionasmuchaspOssi

8、ble．ThefocusesofthisthesisarecIlergy·emciemalgoriⅡm_lsandpfoloc01s，whichitlclude：lMobileWirelessScnsorNctworkS∞WSN)．TraditionalWSNsgenerallyassumeahomog