无线传感器网络中低能耗低延时数据传输协议的研究

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1、学巧化码１０５３０学号２０１３３０川７７５分类号ＴＭ９１１密级公开、舶浑火摩硕±学位论文无线传感器网络中低能耗低延时数据传输协议的研究学位申请人陈潜指导教师李哲涛副教授学院名称信息工程学院学科专业电子与通信工程硏究方向无线传感器网络二—：〇六年五月日ResearchontheEnergy-Efficient,LowLatencyDataTransmissioninWirelessSensorNetworksCandidateChenQianSupervisorLiZheTaoCollegeInstituteo

2、fInformationEngineeringProgramElectronicandCommunicationEngineeringSpecializationWirelesssensingtechnologyDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangTanUniversitythDateMay272016湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研巧所取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个

3、人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。备作者签名：辞為日期：戶年月知学位论文版权使用授权书、本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。：作者签名曰期；灰知Ｊ月户曰、导师签名：朵义讀曰期：如若年Ｊ月／曰摘要低能耗低延时数据传输一直是无线传感器网络(wi

4、relesssensornetwork,WSN)的一个重要研究方向。随着WSN应用的开拓，不断的有专家学者加入到这个研究热潮中来。节点的数据从采集到传输到处理，每一个环节的低能耗低延时考虑都是必不可少的部分。本文站在节点的角度，主要从节点内部微观方向和节点数据传输宏观方向两个方向进行了研究。首先，站在节点微观的角度，研究如何有效处理节点采集到的数据，然后，转发给路由表的下一跳节点，从而使得数据传输的延时尽可能小，同时保证在传输过程中节点的能耗少。本文设计出了一种低能耗低延时的MAC(mediaaccesscontrol)传输协议——CH-MAC。该协议将数据请求帧RTS和数据请求确

5、认帧CTS进行压缩，得到一个新的控制帧——T帧。由于该帧的引入，在传输过程中，T帧既可以充当当前节点接收数据帧后的确认；同时，也能够代表对下一次数据传输的一个数据请求，省略掉数据请求帧RTS的传输耗时以及不断请求信道的耗时，从而加快了数据的传输。另外，为了避免节点的空闲侦听对节点能量的消耗，提出节点主动睡眠机制，让当前发送完数据并接收到确认帧的节点立即进入睡眠，从而降低节点由于空闲侦听带来的能量消耗以及有可能带来的隐藏终端问题。最后，通过四种网络中的仿真实验证明，CH-MAC可以有效达到减少数据包传输延时和降低节点能耗的目的。其次，站在节点宏观的角度，研究如何降低整个网络的传输能耗

6、。由于压缩感知的出现，给每一个传统行业都带来了不少冲击，这其中就包括WSN。因此，本文尝试性的将二者进行结合，将CS应用于节点数据收集中，提出基于CS的分簇式数据收集。结合传统网络的优点，对网络进行分簇，减少簇内节点间的数据传输量与传输次数，同时，将CS结合到数据收集的过程中，簇头节点将数据进行观测压缩，即采集的数据在给定的测量矩阵下进行基变换，得到具有一定稀疏性的待传输数据，有效降低节点传输所消耗的能量，最后，所有数据都收集完成，在基站进行数据的重构，得到误差，并反馈误差给重构步骤，调节测量矩阵的行数，最终，得到满足一定误差阈值的原始数据。另外，紧密结合WSN的应用场景，提出一种

7、基于CS的质量可伸缩低信息密度数据收集算法。本算法通过获得节点的实时通信带宽，实时调节节点的测量矩阵维度，使得节点能够重构出满足一定误差的原始数据。关键字：无线传感器网络压缩感知数据传输数据收集MACIAbstractEnergyefficientandlowlatencyofdatatransmissionhasbeenanimportantresearchdirectionofWSN.WiththeapplicationoftheWSNdevelopment,th