IEEE802.15.4传感器网络性能研究及优化方案

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1、IEEE802．15．4传感器网络性能研究及优化方案IEEE802．15．4传感器网络性能研究及优化方案摘要IEEE802．15．4是一种针对低速率无线个人区域网的无线通信标准，在军事、环境监测、医疗健康、工业控制等方面有着十分广阔的应用前景。基于IEEE802．15．4协议的无线传感器网络，开始成为被广泛讨论和研究的课题。IEEE802．15．4无线传感器网络设计参数和协议配置参数对其吞吐量、延迟和能耗等性能具有很大影响，且参数对于性能的影响相互制约，现有的研究大都仅考虑单一参数或单一性能指标。本文的研究目的是在

2、建立IEEE802．15．4网络传输模型和多目标网络性能优化模型的基础上，针对IEEE802．15．4网络的具体应用需求，为实际系统建立网络综合优化设计方案。本文完成的主要工作如下：首先深入分析了IEEE802．15．4网络的几种典型的应用，归纳出这些应用系统对网络传输性能指标如业务数据传输需求、传输延迟忍耐度、传输错误忍耐度和系统能耗等的具体需求；然后在分析当前IEEE802．15．4网络研究现状的基础上，运用随机过程理论，采用马尔可夫链方法，建立了IEEE802．15．4中MAC(MediaAccessCont

3、r01)传输机制CSMA／CA(CartierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)的数学模型，并采用概率母函数等概率分析IEEE802．15．4传感器网络性能研究及优化方案手段进行仔细推导，以此计算出网络传输吞吐量，传输延迟，丢包率等性能的表达式；接着采用多目标规划优化理论，基于评价函数法，提出了一种新颖的综合网络优化方案，根据不同应用的具体需求来优化和平衡吞吐量，传输延迟和能耗等网络性能；最后运用所提出的网络优化方案，对医学监控系统的传输网络进行优化，并采用NS2仿

4、真的方法来证明本文提出的优化方案能够合理优化医学监控系统网络。根据对具体网络应用系统的优化和仿真结果，验证了本文提出的改进的IEEE802．15．4MAC传输模型能够正确分析网络各项主要性能参数；也证明了本文提出的网络多目标优化方案，使系统网络的各项传输性能通过网络参数的设置满足不同应用的需求。本文的工作对实际网络系统的设计具有重要的价值，并为在这个领域进一步的研究打下了基础。关键词：IEEE802．15．4，无线传感器网络，随机过程模型，马尔可夫链，多目标优化，医学监控系统IEEE802．15．4传感器网络性能研

5、究及优化方案PERFORMANCEANALYSISANDOPTIMIZATIONOFIEEE802．15．4、MRELESSSENSoRNETWORKABSTRACTIEEE802．15．4istheWirelessMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHDSpecificationsforLow—RateWirelessPersonalAreaNetworks(LR-WPANs)．IEEE802．15．4hasawideapplicationprospectsinmi

6、litaryaffairs，environmentmonitor,healthcare，industrycontrolandSOon·So，IEEE802．15．4wirelesssensornetworkbecomeawidelyinterestedresearchfield．InIEEE802．15．4wirelesssensornetworks，networkprotocolandparameterdesignandconfigurationhavebiginfluencesonthroughput，dela

7、yandenergyconsumption．Mostofliteraturesonlythinkaboutoneparameteroroneperformance．SothepurposeofthisthesisistobuildanoptimizationschemaforwirelesssensornetworkstomeetthespecificapplicationrequirementsbasingonIEEE802．15．4datatransfermodelandmulti．objectiveoptim

8、izationtheory．TheessentialtasksofthethesisCallbesummarizedasfollows：Firstly,severalkindsoftypicalIEEE802．15．4networkapplicationareanalyzed，andnetworktransferrequirementsoftheseappl