基于能效分析的无线传感器网络包长度自适应算法研究

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1、分类号：—TN9—15UDC．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．——密级：公珏单位代码：!鱼Q2鱼基于能效分析的无线传感器网络包长度自适应算法研究作者姓名指导教师申请学位级别学科专业所在单位授予学位单位：连彬：李志华副教授：工学硕士：计算机应用技术：信息与电气工程学院：河北工程大学工学硕士学位论文基于能效分析的无线传感器网络包长度自适应算法研究河北工程大学2014年5月ADissertationSubmittedtoHebeiUniversityofEngineeringFortheAcademicDegreeofMastero

2、fEngineeringPacketLengthAdaptationforImprovingtheEnlgyEfficiIy‘nWirehSen,,EnergyiciencyInWirelessensorNetworksCandidateSupervisorAcademicDegreeAppliedforSpecialtyCollege／Department：LianBi。n：LiZhihuaAssociateProfessor：MasterofEngineering：ComputerAppliedTechnology：SchoolofInfo

3、rmationandElectricalEngineeringHebeiUniversityofEngineeringr一May，2014独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑北工猩大堂或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。掌位论文储签名．违彬签字日期．聊年岁月砺学位论

4、文版权使用授权书本学位论文作者完全了解塑i§墨猩盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权泣耋垦墨猩盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签导师签名各边彬蓉冬f签字目期：聊年多月衫日签字目期：z口f千年了月％日摘要摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSNs)作为物联网底层支撑技术受到全世界关注。不同于其他无线网络，无线传感器网络中节

5、点通常由电池供电，能量受限，所以提高无线传感器网络能量效率一直是WSNs研究的重点。本文以提高无线传感器网络能效为目的，从通信三要素出发，分析了影响能效的关键因素，重点从造成丢包的原因出发求解了重传机制下的丢包概率，从而建立了包括硬件能耗、有用信息能耗、控制信息能耗及重传能耗在内的网络能效分析模型。在此基础上，设计了一种高能效的基于动态梯度的数据包负载长度自适应算法一VG．PLA(PacketLengthAdaptationbasedonVariableGradient)，通过仿真验证，该算法对网络能效优化具有良好效果。具体研究内容分为四部分：

6、(1)介绍无线传感器网络的研究背景、现状及其科学意义，概括总结WSNs基本概念、特点和体系结构。分析无线传感器网络能效研究的重要意义，并对提高WSNs能效的关键技术进行总结。对当前无线传感器网络能效分析模型和数据包长度优化算法研究现状进行梳理和分析。(2)探讨影响无线传感器网络能效的关键因素，包括信道模型的选取、IEEE802．15．4的CSMA—CA算法及隐藏终端问题。针对这三种影响能效因素分别求解出信道误码率引起的误包率、CSMA．CA信道接入的碰撞率和隐藏终端造成的碰撞率，考虑每个包的平均重传次数，得到WSNs重传机制下的网络丢包概率。(

7、3)阐述WSNs能效分析模型建立的思路，详细推导重传机制下网络能效性能求解过程。把影响能效的网络参数分为两类：依赖于传输协议的性能参数和独立于传输协议的状态参数。通过仿真验证，分析了数据包长度、节点数、最大重传次数限制、重传机制等对网络能效的影响。(41设计基于动态梯度的包长度自适应算法。把受网络状态影响的能效变化分为三种情况：增加、降低和不变，针对每种能效变化情况，制定不同的包长度调整对策，该算法能够提高最优包长度收敛速度，并可以避免陷入局部最优。利用OMNeT++仿真验证，所设计的VG—PLA算法相比固定包长优化算法与基于固定梯度的包长度自

8、适应算法，能效分别提高了11．7％和4．8％。关键词：无线传感器网络；网络能效；丢包率；包长度；动态梯度AbstractAsafundamentala