基于元胞自動機的Zigbee+WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks, WSNs）是由部署在待檢測區(qū)域內(nèi)的大量無線網(wǎng)絡(luò)傳感節(jié)點組成的，節(jié)點通過無線通信方式形成一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)目標(biāo)是收集檢測區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測對象的各類相關(guān)數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行處理后，將監(jiān)測內(nèi)容發(fā)送給觀察者。WSN具有能量消耗低、節(jié)點開銷少、拓?fù)淇刂品绞蕉鄻拥奶攸c，因此在環(huán)境監(jiān)測、國家安全、搶險救災(zāi)、空間探索、危險區(qū)域遠程控制等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價值，引起了軍界、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。 元胞自動機（Cellular Automata, CA）是定義在一個具有離散、有限狀態(tài)的由元胞組成的空間上，元胞按照一定局部規(guī)則在離散時間維度上同步演化的動力學(xué)系統(tǒng)[1][2]。由于元胞自動機的設(shè)計思想本身來源于生物學(xué)自繁殖的思想，因此它在生物學(xué)上的應(yīng)用非常自然而廣泛。繼在生物領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用之后，元胞自動機又被推廣應(yīng)用到社會、經(jīng)濟、軍事和科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。 本論文中，將元胞自動機的設(shè)計思想融合到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計中，針對Zigbee+WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特點設(shè)計了兩種元胞自動機機制，兩種機制分別適用于Zigbee子網(wǎng)和WLAN子網(wǎng)。使用元胞自動機機制的這兩種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以收集通信過程中捎帶的元胞自動機信息，根據(jù)自身節(jié)點的元胞自動機狀態(tài)轉(zhuǎn)換機制進行動態(tài)的休眠/工作狀態(tài)切換。使用元胞自動機機制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的核心特點在于自組織、無需外力作用、沒有額外的傳輸開銷。在Zigbee+WLAN異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中， Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，節(jié)點冗余配置數(shù)量多；WLAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中繼，冗余配置數(shù)量少，傳輸可靠性要求高。針對這樣的網(wǎng)絡(luò)差異和需求的不同，設(shè)計的兩種休眠調(diào)度模式也不相同。本文最后使用NS2仿真軟件，編寫相應(yīng)模塊及相關(guān)函數(shù)，對現(xiàn)有節(jié)點模型進行拓展。仿真首先驗證了該機制的正確性。隨后針對項目實際應(yīng)用拓?fù)浜推毡橥負(fù)溥M行了節(jié)能效果仿真和分析，驗證了元胞自動機使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠自組織切換工作狀態(tài)，使兩種子網(wǎng)分別節(jié)能，最終達到網(wǎng)絡(luò)整體節(jié)能、延長整個網(wǎng)絡(luò)生存期，提高數(shù)據(jù)傳輸能量利用率的目的。 【關(guān)鍵詞】：元胞自動機 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) Zigbee+WLAN
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TN92;TN925.93
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究背景11-13
• 1.2 元胞自動機概述13-14
• 1.3 本文主要工作14-15
• 1.4 本論文的研究思路15-17
• 第二章 ZIGBEE、WLAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能及元胞自動機相關(guān)研究17-24
• 2.1 異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)概要17-18
• 2.2 元胞自動機技術(shù)研究概要18
• 2.3 ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)概要18-21
• 2.3.1 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)簡述18-20
• 2.3.2 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能相關(guān)研究及分析20-21
• 2.4 WLAN 網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)概要21-24
• 2.4.1 WLAN 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述21-22
• 2.4.2 WLAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能相關(guān)研究22-24
• 第三章 基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能總體方案設(shè)計24-30
• 3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能需求分析24-26
• 3.1.1 項目背景24-26
• 3.1.2 項目需求26
• 3.2 基于元胞自動機的 ZIGBEE+WLAN 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能設(shè)計26-30
• 3.2.1 整體設(shè)計思路26-27
• 3.2.2 Zigbee 子網(wǎng)節(jié)能設(shè)計思路27-28
• 3.2.3 WLAN 子網(wǎng)設(shè)計思路28-30
• 第四章 基于元胞自動機的 ZIGBEE+WLAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能細化設(shè)計30-41
• 4.1 基于元胞自動機的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機制基本思想30-31
• 4.2 基于元胞自動機的 ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機制設(shè)計31-34
• 4.2.1 基于元胞自動機的 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機制基本思想31-32
• 4.2.2 元胞自動機狀態(tài)轉(zhuǎn)換機制設(shè)計32-33
• 4.2.3 元胞自動機層工作流程示例33-34
• 4.3 基于元胞自動機的 WLAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機制設(shè)計34-40
• 4.3.1 基于元胞自動機的 WLAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機制基本思想34-37
• 4.3.2 節(jié)點等級信息獲取過程37-38
• 4.3.3 元胞自動機狀態(tài)轉(zhuǎn)換機制設(shè)計38-39
• 4.3.4 休眠與喚醒過程39-40
• 4.4 總結(jié)40-41
• 第五章 仿真與分析41-66
• 5.1 ZIGBEE+WLAN 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的元胞自動機機制仿真實現(xiàn)41-47
• 5.1.1 基于元胞自動機的 Zigbee+WLAN 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)仿真實現(xiàn)概要41-42
• 5.1.2 基于元胞自動機的 Zigbee 節(jié)能機制實現(xiàn)42-43
• 5.1.3 基于元胞自動機的 WLAN 節(jié)能機制實現(xiàn)43-45
• 5.1.4 基于元胞自動機的 Zigbee+WLAN 雙接口節(jié)點實現(xiàn)45-47
• 5.2 基于 NS2 的網(wǎng)絡(luò)仿真正確性驗證47-50
• 5.2.1 仿真場景設(shè)計47-48
• 5.2.2 仿真參數(shù)設(shè)置48-49
• 5.2.3 驗證性仿真結(jié)果及分析49-50
• 5.3 基于 NS2 的節(jié)能機制仿真及結(jié)果分析50-65
• 5.3.1 項目實際應(yīng)用場景拓?fù)湎碌姆抡?/span>50-58
• 5.3.2 普遍應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)場景拓?fù)湎碌姆抡?/span>58-65
• 5.4 結(jié)論65-66
• 第六章 總結(jié)66-69
• 6.1 本文的主要工作66-67
• 6.2 下一步工作的展望67-69
• 致謝69-70
• 參考文獻70-73
• 碩士期間取得的研究成果73-74

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