無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信延遲性能分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步深入發(fā)展的產(chǎn)物，被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)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(luò)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(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的結(jié)果，并最終傳送給需要這些結(jié)果的用戶。因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以被廣泛地應(yīng)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(zāi)等帶有明顯實時需求的領(lǐng)域，充分研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實時數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)具有

2、重大的理論意義和應(yīng)用價值。本文從網(wǎng)絡(luò)的通信延遲出發(fā)，針對通信延遲中的排隊延遲進(jìn)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(diào)度算法和節(jié)點間的退避算法分別進(jìn)行了研究和改進(jìn)。主要內(nèi)容如下： ⑴對先進(jìn)先出和具有簡單優(yōu)先級的分組調(diào)度算法進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和仿真，并提出了優(yōu)化設(shè)計。在分析了這兩種分組調(diào)度算法的不足之后，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特

3、點，提出了一種動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法，算法通過為簇頭節(jié)點的緩沖區(qū)設(shè)置最大和最小兩個閥值，將其分為三個不同的負(fù)載階段，根據(jù)當(dāng)前緩沖區(qū)的負(fù)載情況動態(tài)的調(diào)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(diào)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(luò)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(luò)中，數(shù)據(jù)分組在不同的應(yīng)用背景下，所要求的傳輸性能有著不同的側(cè)重點，如在家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中和在工業(yè)應(yīng)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(jìn)行分析。針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點，利用OPNET建立了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點、協(xié)議各級仿真模型。 ⑶給出了與IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)采用的退避算法的仿真對比數(shù)據(jù)，證明了該算