跨層優(yōu)化技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的研究與應(yīng)用.pdf

1、跨層設(shè)計(jì)是最近幾年通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一?？鐚釉O(shè)計(jì)是相對于傳統(tǒng)的分層設(shè)計(jì)思想而言的。傳統(tǒng)的分層設(shè)計(jì)思想在有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)葉中的應(yīng)用非常成功。但是在無線網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的分層設(shè)計(jì)思想有一定的局限性。
　　 例如網(wǎng)絡(luò)層的多跳路巾算法較少地考慮到物理層和鏈路層的影響，基于分層設(shè)計(jì)的叻-議棧無法對有限的無線資源和能量資源充分利用。
　　 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)分層相對簡單，若能采用跨層設(shè)汁思想，將系統(tǒng)看成一個整體來設(shè)計(jì)，會提升傳感

2、器網(wǎng)絡(luò)的性能。跨層設(shè)計(jì)可將底層的信息通過有效途徑反饋到上層，上層可以根據(jù)底層的信息做出相應(yīng)決策，進(jìn)而優(yōu)化上層通訊協(xié)議?？鐚以O(shè)計(jì)并非完全否定傳統(tǒng)的分層設(shè)計(jì)理念，而是將網(wǎng)絡(luò)各層的信息統(tǒng)一訓(xùn)度和共享，以更高效的辦式分配和利用有限的資源。
　　 基于跨層設(shè)計(jì)思想的優(yōu)化技術(shù)，在原有分層協(xié)泌棧的基礎(chǔ)上添加跨層模塊，使相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)各層之間的信息有效溝通。美國芯科實(shí)驗(yàn)室在2010年正式推出EZMAC/EZHOP協(xié)議棧，這種協(xié)議棧主要規(guī)定_『系

3、統(tǒng)在媒體接入控制層的功能。本文對EZMAC協(xié)議棧進(jìn)行了跨層優(yōu)化。主要完成了以下改進(jìn)工作：競爭與時分復(fù)用機(jī)制的融合、單一系統(tǒng)雙波特率、自動選頻機(jī)制、包頭濾波器和倍道錯誤計(jì)數(shù)器。這些優(yōu)化改進(jìn)可使系統(tǒng)底層信息有效反饋至上層協(xié)議棧，為上層決策做出參考。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，跨層優(yōu)化技術(shù)對系統(tǒng)性能的提升作用。
　　 時鐘同步是傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù)之一。本文分析了造成傳感器網(wǎng)絡(luò)時鐘不同步的原因，提出一種基于跨層優(yōu)化技術(shù)的時鐘同步算法。本算法考慮

4、到物理層不可避免的因素——晶體振蕩偏差，并且利用軟件對此偏差進(jìn)行了補(bǔ)償修正。然后在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中使用儀器測量兩層節(jié)點(diǎn)的實(shí)際時間偏差，驗(yàn)證了本算法的實(shí)用性。
　　 本文最后將跨層優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用到無線糧情測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。設(shè)計(jì)了以無線微控制器Sil001為核心的傳感器節(jié)點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用要求，將跨層優(yōu)化的EZMAC協(xié)議棧移植到網(wǎng)絡(luò)中不同類型的節(jié)點(diǎn)。在協(xié)議棧移植的過程中，通過軟硬件聯(lián)合調(diào)試解決了一系列實(shí)際問題?；诳鐚觾?yōu)化技術(shù)的無線糧情測控系統(tǒng)