無線傳感器網(wǎng)絡通信延遲性能分析及優(yōu)化設計.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)進一步深入發(fā)展的產(chǎn)物，被認為是21世紀最重要的技術之一。它將邏輯上的信息世界與物理世界融合在一起，協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的結果，并最終傳送給需要這些結果的用戶。因此無線傳感器網(wǎng)絡可以被廣泛地應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療系統(tǒng)、制造業(yè)和反恐抗災等帶有明顯實時需求的領域，充分研究無線傳感器網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù)傳輸技術具有

2、重大的理論意義和應用價值。本文從網(wǎng)絡的通信延遲出發(fā)，針對通信延遲中的排隊延遲進行了研究分析。從端到端的通信延遲組成可以看出，信息的排隊延遲主要受相同節(jié)點內(nèi)的信息競爭和不同節(jié)點間的信息競爭產(chǎn)生的延遲的影響。因此論文對節(jié)點內(nèi)的分組調度算法和節(jié)點間的退避算法分別進行了研究和改進。主要內(nèi)容如下： ⑴對先進先出和具有簡單優(yōu)先級的分組調度算法進行了數(shù)學建模和仿真，并提出了優(yōu)化設計。在分析了這兩種分組調度算法的不足之后，結合無線傳感器網(wǎng)絡的特

3、點，提出了一種動態(tài)優(yōu)先級調度算法，算法通過為簇頭節(jié)點的緩沖區(qū)設置最大和最小兩個閥值，將其分為三個不同的負載階段，根據(jù)當前緩沖區(qū)的負載情況動態(tài)的調整各類數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先等級。最后給出了與簡單優(yōu)先級調度算法的仿真對比數(shù)據(jù)，證明了該機制能夠有效降低優(yōu)先級較低的數(shù)據(jù)分組和整個網(wǎng)絡的平均延遲，并改善了分組之間的公平性。 ⑵在無線傳感器網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)分組在不同的應用背景下，所要求的傳輸性能有著不同的側重點，如在家庭網(wǎng)絡環(huán)境中和在工業(yè)應用中，數(shù)據(jù)

4、傳輸?shù)耐掏铝亢蛯崟r性等性能要求是不同的。針對IEEE802．15．4協(xié)議的CSMA/CA信道訪問方式提出一種基于優(yōu)先級的退避算法，通過為數(shù)據(jù)分組分配不同的CW和BE值來賦予數(shù)據(jù)分組不同的優(yōu)先級別，并利用了離散Markov鏈模型對所提出機制的性能進行分析。針對無線傳感器網(wǎng)絡特點，利用OPNET建立了星型拓撲結構的無線傳感器網(wǎng)絡、節(jié)點、協(xié)議各級仿真模型。 ⑶給出了與IEEE802．15．4標準采用的退避算法的仿真對比數(shù)據(jù)，證明了該算