能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層協(xié)議研究

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1、碩士學(xué)位論文能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層協(xié)議研究RESEARCHONENERGYEFFICIENTCROSS-LAYERPROTOCOLFORWIRELESSSENSORNETWORK翟學(xué)發(fā)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2010年12月國內(nèi)圖書分類號(hào)：TP393.04國際圖書分類號(hào)：621.39學(xué)校代碼：10213密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層協(xié)議研究碩士研究生：翟學(xué)發(fā)導(dǎo)申請(qǐng)師：學(xué)位：張乃通教授工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：所在單位：答辯日期：授予學(xué)位單位：信息與通信工程深圳研究生院2010年12月哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex：TP393.04U.D.C：621

2、.39DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringRESEARCHONENERGYEFFICIENTCROSS-LAYERPROTOCOLFORWIRELESSSENSORNETWORKCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Specialty：Affiliation：DateofDefence：Degree-Conferring-Institution：ZhaiXuefaProf.ZhangNaitongMasterofEngineeringInformationandCommunicat

3、ionengineeringShenzhenGraduateSchoolDecember,2010HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wirelesssensornetworks,WSN)是一種綜合了傳感器，嵌入式計(jì)算，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無線通信以及分布式處理等先進(jìn)技術(shù)的無線自組網(wǎng)。它通過在一定區(qū)域內(nèi)部署大量的節(jié)點(diǎn)，依靠節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集部署環(huán)境中被監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，再通過節(jié)點(diǎn)的嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行初步的處理后，通過節(jié)點(diǎn)間的相互協(xié)助，以多跳中繼的方式把感知信息傳輸?shù)接脩艚K端，并已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能交通與醫(yī)

4、學(xué)等領(lǐng)域。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的體積小、數(shù)量大、單個(gè)節(jié)點(diǎn)攜帶的能量有限，而且一旦部署后，很難對(duì)其補(bǔ)充能量，因此，如何減少不必要的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)的壽命成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。在硬件條件相同的情況下，優(yōu)異的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將極大地節(jié)省能量，延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。本文的主要成果就是結(jié)合現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議和路由層協(xié)議，設(shè)計(jì)出了一種新的跨層協(xié)議——NCL(NewCross-LayerProtocol,NCL)協(xié)議。NCL協(xié)議不僅具有良好的均衡和降低網(wǎng)絡(luò)能耗的作用，還同時(shí)具有MAC和路由的功能，利于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)類應(yīng)用中的部署。本文首先分析了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，各層導(dǎo)致

5、能量消耗的因素，然后研究得出能量高效的協(xié)議棧的設(shè)計(jì)思路和方法，再借鑒現(xiàn)存的MAC協(xié)議，如S-MAC，路由層協(xié)議以及跨層協(xié)議，設(shè)計(jì)出了采用三種機(jī)制的NCL協(xié)議，這三種機(jī)制分別是：(1)基于節(jié)點(diǎn)剩余能量的選路機(jī)制。該機(jī)制能充分平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，使負(fù)載能均勻通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這樣不僅能減小碰撞概率，減小時(shí)延，還能使網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)均勻地消耗能量，延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。(2)基于路由信息的最大信息流量的自適應(yīng)監(jiān)聽機(jī)制。該機(jī)制能保證在自適應(yīng)監(jiān)聽階段，使盡可能多的節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)，減小不必要的空閑監(jiān)聽，大幅度地節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量。(3)基于低時(shí)延主動(dòng)請(qǐng)求中繼機(jī)制。該機(jī)制能使新節(jié)點(diǎn)或暫沒有低層級(jí)中繼節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)能

6、快速地傳輸數(shù)據(jù)，減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)能力。最后，通過對(duì)NCL和S-MAC的能耗分析，以及在NS2中的仿真驗(yàn)證，證明在網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延，能耗和吞吐量上，NCL的性能均優(yōu)于S-MAC。關(guān)鍵詞：WSN；NCL；S-MAC；跨層協(xié)議I哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractWirelesssensornetworks(WSN)isakindofspecialAdHocnetworkwhichisintegrationofadvancedtechniquesincludingsensor,embeddedcomputation,computernetwork,wirelesscom

7、municationanddistributedcomputation.Usually,alargenumberofsensornodesaredeployedinacertainarea.Thesesmallsensornodescansense,collectthereal-timeinformationofmonitoredobjectsinthesurroundings，andprocesstheseinformationandtran