移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)mac協(xié)議及跨層優(yōu)化研究

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1、分類號：TP393單位代碼：10364密級：公開學(xué)號：13720457安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)位論文移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議及跨層優(yōu)化研究Researchofmediaaccesscontrolprotocol&cross-layeroptimizationformobilewirelesssensornetworks研究生：曹一明指導(dǎo)教師：饒元副教授合作指導(dǎo)教師：申請學(xué)位類門類別：工學(xué)碩士專業(yè)名稱：計算機應(yīng)用技術(shù)研究方向：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所在學(xué)院：信息與計算機學(xué)院答辯委員會主席：2016年6月獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得

2、的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名：時間：2016年6月10日關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。同意安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。(

3、保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議)研究生簽名：時間：2016年6月10日第一導(dǎo)師簽名：時間：2016年6月10日摘要隨著硬件技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)獲得了空前的關(guān)注，諸如軍事入侵、生態(tài)環(huán)境、智能農(nóng)業(yè)、物流商品監(jiān)測等領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并被寄予更廣闊的發(fā)展期望。在海洋洋流、河流水域、野生動物群落、大氣氣流等監(jiān)測應(yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都會處于移動狀態(tài)，這就要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能具備一定的節(jié)點移動性適應(yīng)特質(zhì)。而傳統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)中節(jié)點一般處于靜止狀態(tài)，且傳統(tǒng)技術(shù)對節(jié)點可移動情況的適應(yīng)性較差。因此，對移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研

4、究是非常重要且緊迫的。協(xié)議部分一直是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱門與難點。其中MAC協(xié)議具有分配節(jié)點的無線信道使用權(quán)與控制節(jié)點物理層狀態(tài)的功能，更是與網(wǎng)絡(luò)的QoS性能密切相關(guān)，對于網(wǎng)絡(luò)整體性能至關(guān)重要。同時，各層間獨立的橫向研究已經(jīng)不能滿足日益提升的傳感器技術(shù)與應(yīng)用需求，跨層優(yōu)化設(shè)計也越來越被重視，通過不同層之間信息的靈活交互對網(wǎng)絡(luò)整體性能的提升有著重大作用，最終使得網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能為應(yīng)用更好的進行服務(wù)。因此，本文做了如下研究：1、本文建立了概率分析模型，對傳統(tǒng)的MAC協(xié)議機制——包括802.11DCF（無睡眠）機制、睡眠機制、自適應(yīng)偵聽機制以及不同的dut

5、yCycle值對網(wǎng)絡(luò)時延和穩(wěn)定性的影響做了深入的分析，提出了相關(guān)分析結(jié)論：在無睡眠模式中，網(wǎng)絡(luò)時延和穩(wěn)定性很好，并且與競爭窗口直接關(guān)系；睡眠模式的引入大大降低了時延和穩(wěn)定性性能，自適應(yīng)偵聽機制針彌補了睡眠的不足，提高了網(wǎng)絡(luò)時延和穩(wěn)定性表現(xiàn)。進一步通過調(diào)整dutyCycle值能夠有效的控制網(wǎng)絡(luò)時延和穩(wěn)定性。最后，對仿真結(jié)果進行分析得到的結(jié)論與概率模型分析得到的推論保持一致。2、論文提出了一種移動無線傳感網(wǎng)基于負載推測的流量自適應(yīng)MAC協(xié)議——LSTAP，其包括了兩部分：基于負載推測的競爭窗口自適應(yīng)機制（LSCA）和基于跳數(shù)區(qū)分的自適應(yīng)占空比截斷機制（HDAI

6、）。LSCA提出了一種截斷連續(xù)控制指數(shù)疊加退避算法，通過將網(wǎng)絡(luò)區(qū)分為沖突頻發(fā)態(tài)和沖突非頻發(fā)態(tài)來區(qū)分對競爭窗口的調(diào)整策略，并通過一個連續(xù)控制指數(shù)在面對網(wǎng)絡(luò)負載發(fā)生變化時協(xié)議在這兩種狀態(tài)間的靈活轉(zhuǎn)換。通過仿真分析，證實了LSCA機制比固定競爭窗口和二進制指數(shù)退避算法在時延、碰撞率、吞吐量和能量有效性方面的優(yōu)勢。HDAI機制通過網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點距Sink的跳數(shù)和鄰居節(jié)點個數(shù)來維持一個AIT值，用這個值來控制何時提前截斷網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)；并在節(jié)點移動導(dǎo)致節(jié)點周圍網(wǎng)絡(luò)狀況發(fā)生改變時及時調(diào)整AIT來保證節(jié)點處于最佳工作狀態(tài)。通過仿真分析證實了雖然該協(xié)議時延和吞吐量性能比SMA

7、C略微降低，但是大大的提高了網(wǎng)絡(luò)的能量有效性。最后，將LSTAP和SMAC協(xié)議進行I仿真分析對比，仿真結(jié)果表明LSTAP確實在時延、吞吐量和能量有效性方面要優(yōu)于SMAC。3、論文提出了一種面向移動無線傳感網(wǎng)的按需路由協(xié)議ORPB。相比AODV協(xié)議，ORPB協(xié)議利用相同的路由發(fā)現(xiàn)過程，不僅建立了一條主要路徑，并且還通過策略計算選取了一個跳數(shù)小且獨立性高的備份路由作為冗余，以保證在主要路由條目失效時，備份路由能夠有效的承擔數(shù)據(jù)傳輸工作。并通過所有能利用的路由控制信息來實時維護保障主要和備份路由保持在最佳狀態(tài)。仿真分析表明，ORPB在路由開銷、時延、分組投遞率和

8、能量有效性上比AODV所有提高。其次，本文通過對根據(jù)跨層優(yōu)化方法的