分簇无线传感器网络可靠性数据收集机制研究

论文摘要

高能效可靠数据传输是无线传感器网络研究中一个基础且关键性的问题,它决定了节点感知的数据如何经多跳路由传输到基站,对整个网络的通信性能和能量使用效率都有着至关重要的影响。针对于无线传感器网络的通信特点,研究高能效可靠数据传输理论和应用技术具有非常重要的指导意义。分簇无线传感器网络是一种层次型的传感器网络,在大量的文献和实践中已验证其实用性和高效性。但由于分簇网络的复杂性,兼具数据收集可靠性并使网络寿命最大化与网络延迟最小化的研究还不多见。本文将停等协议引入到无线传感器网络中,提出了一种适应于传感器网络的可靠性数据收集协议SW-HBH-ARQ。接着从理论上分析了在此协议下节点的延迟和能量消耗,给出了一种基于可靠性保障下的分簇无线传感器网络中寿命和延迟折中优化的分析方法。经过分析后发现,SW-HBH-ARQ协议在传输时延和网络寿命方面仍可进一步优化。在此基础上,我们提出了一种既能降低网络能耗又能最小化网络延迟的新型数据收集协议BCMN/A。此协议的主要特征是：（1）簇内数据收集过程中,簇头每进行一轮数据收集后便广播NACK信息包来指示数据发送未成功的节点来重发数据,这样确保已经成功发送数据的节点不会再次发送,并采用多NACK机制使簇内数据收集的能量消耗与延迟同时得到减少；（2）在簇间数据转发中,采用每接收一个数据包后返回多个ACK确认信息的机制,虽然增加了节点发送ACK包的数量,却减少了簇头节点重传数据包的次数,从而减少了节点的能量消耗,因而从整体上提高了网络寿命并减少网络延迟。仿真实验的结果与理论分析基本一致,并且证明了BCMN/A协议在保证网络可靠性的基础上能同时改进能量利用率和网络延迟,此协议的提出对于分簇网络的部署与优化具有很好的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 主要研究内容和创新点
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 文章组织结构
• 第二章 无线传感器网络概述及系统模型定义
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络的特点及应用
• 2.1.3 无线传感器网络研究的关键技术
• 2.2 分簇无线传感器网络系统模型
• 2.2.1 网络模型
• 2.2.2 节点能耗模型
• 2.3 分簇网络数据融合机制
• 2.4 问题描述及相关定义
• 2.5 本章小结
• 第三章 一种基于停等思想的数据收集协议SW-HBH-ARQ
• 3.1 SW-HBH-ARQ协议思想
• 3.2 SW-HBH-ARQ协议下节点数据承担量分析
• 3.3 SW-HBH-ARQ协议下节点平均能量消耗量分析
• 3.4 SW-HBH-ARQ协议下网络时延分析
• 3.5 SW-HBH-ARQ协议下网络寿命与延迟的综合优化分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 一种寿命和时延折中优化的数据收集协议BCMN／A
• 4.1 BCMN／A协议思想
• 4.2 BCMN／A协议下网络寿命分析
• 4.3 BCMN／A协议下网络传输延迟分析
• 4.4 BCMN／A协议下网络寿命与延迟的综合优化分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验对比分析结果
• 5.1 节点承担的数据量的理论与实验结果对比
• 5.2 节点的能量消耗理论与实验结果对比
• 5.3 网络的延迟理论与实验结果对比
• 5.4 网络寿命与延迟的综合优化
• 5.5 网络参数对网络性能的影响
• 5.5.1 可靠性约束对网络性能的影响
• 5.5.2 ACK长度与数据包长度不同比值对网络性能的影响
• 5.5.3 数据丢包率对网络性能的影响
• 5.5.4 数据融合率对网络性能的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间的研究成果