无线传感器网络链路质量估计方法研究及应用

发布时间：2017-10-20 09:32

  本文关键词：无线传感器网络链路质量估计方法研究及应用

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【摘要】：随着无线通信、电子和传感技术的发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)逐渐引起了人们的广泛关注。WSN由具有传感、数据处理和短距离无线通信功能的传感器模块组成,其应用已经由军事领域扩展到反恐、防爆、环境监测、医疗保健、家居、商业、工业等其他众多领域。结合无线传感器网络所具有的特点,很多学者进行了研究。然而大量实验表明,由于环境的复杂性和应用的多样性,当无线传感器网络应用于观测还面临着诸多问题,如传感器节点采集的数据在传输过程中会丢失,汇聚节点接收到的数据会出现重复的现象,以及网络系统由于能量消耗不均衡导致无法长时间运行。通过查阅相关资料,并用大量实验证明了这些问题的产生与无线传感器网络路由协议的设计有着密切联系,而路由选择链路的根据又跟链路质量的评估结果有关。无线传感器网络中的链路质量评估(LQE, Link Quality Estimation)是网络层和链路层的设计中的一个基本结构模块,现阶段已有的链路质量评估算法如WMEWMA, ETX或four-bit,在R NP (The Required Number of Packet)基础上改进的算法的研究和比较,发现four-bit的估算方法优势突出,是一种基于回传数据包的、具有指标性的链路质量评估算法,并具有良好的硬件无关性,在一些实验中它的链路质量评估成功率达到90%以上。但是,four-bit算法也存在一些缺陷,如应对突发事件时估计不准确、数据包重传以及受控制因子影响等。本课题旨在基于已有的理论和实验研究成果,对four-bit改进,使得four-bit链路估计应对瞬时链路状况时候兼顾准确性的同时还较少了能耗,实现一个性能得到提升的链路质量评估算法,使采集的数据准确和可靠地在无线传感器网络中传输,整个无线传感器网络能够长期和稳定地运行。以上这一种改进的链路估计方法,我们都已经可以在实际网络部署中得到实现。同时,本文还提出一种基于链路质量的无线传感器网络的代码传播协议CD-LQE(Code Dissemination based LQE)。CD-LQE协议使用节点间提供的链路质量评估值进行节点的影响度计算,提高了代码传播协议在网络状况不佳的时候性能。同时这种协议使用周期性广播的ADV信息对邻居节点的状态进行维护,降低了发送控制消息的能耗。实验结果表明,在网络分发时间和消息传送两个参考因素,本文中所提出的分发协议都要优于TinyOS系统的标准代码传播协议Deluge,尤其在网络状况不佳的情况下,稳重的协议拥有更好的性能。我们在TinyOS的基础上实现了CD-LQE协议并且使用TOSSIM平台来评价其性能。相比于Deluge协议(TinyOS的无线重组协议),CD-LQE在完成时间和数据流量方面获得了3%-11%的性能提升。
【关键词】：无线传感器网络 链路质量评估 代码传播协议 可靠性
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 第一章 前言7-14
• 1.1 课题来源7
• 1.2 研究背景7-8
• 1.3 国内外研究现状8-12
• 1.3.1 链路特性分析8-9
• 1.3.2 基于硬件的链路质量评估方法9
• 1.3.3 基于软件的链路质量评估方法9-10
• 1.3.4 综合链路质量评估方法10-12
• 1.4 研究内容12
• 1.5 文章组织结构12-14
• 第二章 无线传感器网络链路质量预测参数指标14-21
• 2.1 基于硬件的预测参数指标14-17
• 2.1.1 信号强度指示值14-15
• 2.1.2 链路质量指示器15-16
• 2.1.3 信号噪声比16-17
• 2.2 基于软件的预测参数指标17-18
• 2.2.1 数据包接收率17
• 2.2.2 所需数据包数17-18
• 2.3 预测参数间的关系18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 基于four-bit的稳定型链路质量评估方法21-35
• 3.1 four-bit评估方法21-25
• 3.1.1 four-bit评估的基本概念21-23
• 3.1.2 链路评估方法相关介绍23-24
• 3.1.3 four-bit稳定性测试24-25
• 3.2 SLQE的设计25-27
• 3.2.1 一般路由组网过程25-26
• 3.2.2 four-bit总体架构26
• 3.2.3 长短周期结合方式26-27
• 3.3 SLQE逻辑流程27-28
• 3.4 SLQE方法实现28-34
• 3.4.1 实验软件平台介绍28-30
• 3.4.2 实验硬件节点介绍30-31
• 3.4.3 具体实验场景31-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 基于链路质量评估的代码传播协议35-48
• 4.1 代码传播协议简介35-37
• 4.2 实验平台介绍37-40
• 4.2.1 TinyOS系统37-39
• 4.2.2 TOSSIM模拟仿真器39-40
• 4.3 几种代码传播协议相关分析40
• 4.4 CD-LQE协议设计40-44
• 4.4.1 发送端选择算法42-43
• 4.4.2 报告算法43-44
• 4.5 实验结果44-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 总结与展望48-50
• 5.1 论文总结48-49
• 5.2 工作展望49-50
• 参考文献50-55
• 作者简介55-56
• 致谢56

【参考文献】

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1 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期

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本文编号：1066536