基于发布订阅机制的无线传感器网络中间件系统的设计与实现

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：马遣肇时间：纠lf年垆月／∥日关于论文使用授权的说明本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编

2、学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)时间：弘2牛年≯月，舌目时间：加／牛年铲月／加以小r、¨ya姆丹马犯．．一名：签名生签究师研导摘要无线传感器网络被广泛应用在各种领域，但由于资源受限的运行环境、动态的拓扑结构以及底层硬件的差异，导致无线传感器网络应用的开发非常困难。为了改善这一问题，考虑将中间僻：技术引入无线传感器网络。本文对无线传感器网络的应用目标进行抽象，总结出无线传感器网络中间件应提供的功能。以无线传感器网络的特性为出发点，分析了无线传感器

3、网络中间件相比传统中间件所面临的挑战。根据不同的设计范式，对现有无线传感器网络中间件进行分类，并对其中典型代表进行评估，归纳了中间件的设计原则。基于上述设计原则，提出一种基于发布／订阅机制的无线传感器网络中间件设计方案，利用设计的分簇算法和簇头备份机制，将中间件划分为簇成员节点一簇头节点一汇聚节点三级结构，各级之间通过发布／订阅的方式进行交互。在数据的传输过程中进行多次数据融合以降低节点能耗。通过中间件的RESTFul架构的应用查询接口，允许不同应用以统一的方式获取网络资源。基于Contild操作系统实现了中间件设计方案的原型系统，

4、通过仿真应用场景对其进行了功能验证和性能评估。仿真结果表明，所设计实现的无线传感器网络中间件实现了预期的功能目标。相比未使用中间件的情况，在响应速度和能量有效性上都有显著的提高。本文研究得NT国家自然科学基金项目《无线传感器网络数据汇聚传送关键技术研究及在半干旱设施农业中的应用》(基金编号：612610001)的支持。关键词：无线传感器网络，中间件，发布／订阅，ContikiAbstractWirelesssensornetworks(WSNs)havebeenappliedinawiderangeofarea．Theresourc

5、e-constrainedruntimeenvironment，dynamictopologyandheterogeneityofunderlyinghardwareleadtodifficultiesindevelopingWSNsapplication．rnleproblemCanberesolvedbyintroducingthemiddlewareintoWSNs．Inthispaper,theapplicationtargetsandfunctionsofWSNsaresummarized．Byconsideringcha

6、racteristicsofWSNs，thechallengesofmiddle．wareforWSNsareanalyzed．Accordingtodifferentprogrammingparadigms，themiddlewareforWSNsareclassifiedandevaluated,itproposesthedesigningprinciplesofmiddleware．Basedonprinciplesabove．apublish／subscribemiddlewareforWSNsisputforward．Th

7、emiddlewareemploysathree．tierarchitecture，dustermember,cluster-headandsink．Theyusepublish-and-subscribemessagingtocommunicateamongthem．Inordertodecreaseenergyconsumpdonofnodes，multiplelevelsdatafusionisprocessedduringthetransmission．Differenttypesofapplicationscanacces

8、sdatainauniformwaythroughaRESTFulqueryinterface，whichisprovidedbythemiddleware．Based011Contiki，anembedoperationsystem