無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始隨機(jī)組網(wǎng)技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,越來越多的應(yīng)用不得不采用隨機(jī)播撒的方式部署網(wǎng)絡(luò)。這樣的方式?jīng)Q定了網(wǎng)絡(luò)在新建階段處于無結(jié)構(gòu)狀態(tài),所有的節(jié)點(diǎn)不知道鄰節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)的任何信息,包括節(jié)點(diǎn)數(shù)目、連接關(guān)系、分布,甚至節(jié)點(diǎn)的ID。在這種初始狀態(tài)下,現(xiàn)有的各層通信協(xié)議及應(yīng)用算法均無法直接應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上。因此在網(wǎng)絡(luò)開始運(yùn)行之前,必須進(jìn)行以建立網(wǎng)絡(luò)初始結(jié)構(gòu)和初始MAC層為目的的

2、初始化。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展,初始化正迅速成為一個(gè)急需解決的研究課題,是其實(shí)用化進(jìn)程中不可忽略的重要環(huán)節(jié)。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始化階段無結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的通信干擾嚴(yán)重降低了數(shù)據(jù)通信的成功率,而且初始節(jié)點(diǎn)完全對(duì)等的狀態(tài)、以及對(duì)環(huán)境信息的無知,使得常用的MAC協(xié)議無法直接應(yīng)用。因而,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始化過程中,必須解決兩個(gè)問題:1)“空白”狀態(tài)下的初始MAC層建立;2)無結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的拓?fù)淇刂平??；诖?本文給出系統(tǒng)的初始化解決

3、方案,并重點(diǎn)研究了初始化過程中節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸問題、時(shí)鐘同步問題、初始結(jié)構(gòu)構(gòu)建問題及時(shí)隙分配問題等。
　　取得的研究成果包括如下幾個(gè)方面:
　　(1)給出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完整的初始化解決方案,對(duì)初始化任務(wù)及目標(biāo)進(jìn)行了較全面論述,給出了初始化任務(wù)流程的建議;
　　(2)分析了初始化階段節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)律,建立了節(jié)點(diǎn)異步通信模型,給出并證明了初始化點(diǎn)對(duì)點(diǎn)異步成功發(fā)送定理,為初始化的通信解決提供了理論基礎(chǔ);
　　(3

4、)討論了初始化階段時(shí)鐘同步問題,給出了初始化階段基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)選舉算法,并給予了證明;同時(shí),從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)了該算法的時(shí)間復(fù)雜度,為任務(wù)同步提供了必要前提。
　　(4)給出了初始化階段簇頭選舉算法,并給予了證明;通過仿真實(shí)驗(yàn)比較,該算法在簇頭選舉時(shí)間、通信能耗等方面,均體現(xiàn)出比現(xiàn)有方法更好的性能;此外,算法的選舉時(shí)間體現(xiàn)良好的穩(wěn)定性,為估算算法的時(shí)間復(fù)雜度,確定任務(wù)的時(shí)限,提供了便利。
　　(5)提出了初始化階段兩跳時(shí)隙分配問題,并從