無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能協(xié)議設(shè)計(jì)與優(yōu)化

【摘要】： 對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò),能量主要消耗于信道沖突,無關(guān)控制包的偵聽等。在本文中,我們提出了一種新型周期性的混合MAC協(xié)議(PH-MAC)PH-MAC被設(shè)計(jì)為在以上過程中最小化能量消耗。除了能量效率以外,在PH-MAC中,我們同時(shí)可以通過在競(jìng)爭(zhēng)周期中分配時(shí)間片保證網(wǎng)絡(luò)的吞吐率和帶寬利用率。因此PH-MAC提供了一種新的為MAC層數(shù)據(jù)通訊提供了一種新的結(jié)構(gòu)。具體的說PH-MAC是在分配周期內(nèi)基于競(jìng)爭(zhēng)通訊的,而在TDMA周期內(nèi)是基于時(shí)分多路復(fù)用的。它在分配周期內(nèi)把通訊周期內(nèi)的時(shí)間片分配給每個(gè)所需要傳送數(shù)據(jù)的結(jié)點(diǎn)。在TDMA周期內(nèi),所有的結(jié)點(diǎn)只需要在給定的時(shí)間片上傳送或者接受進(jìn)來的或者出去的數(shù)據(jù)包在這個(gè)協(xié)議中,我們所做的就是盡量減少數(shù)據(jù)包傳送時(shí)的沖突,盡管我們不能消除傳送時(shí)數(shù)據(jù)包的沖突,但是我們成功的將數(shù)據(jù)包傳誦的沖突局限于分配周期內(nèi)。當(dāng)然由于我們使用了TDMA技術(shù),我們也需要處理網(wǎng)絡(luò)變化和時(shí)鐘同步。所以PH-MAC周期的運(yùn)行并動(dòng)態(tài)的適應(yīng)這些變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PH-MAC不僅提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐率,而且還節(jié)省了近50%的能量。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,分簇機(jī)制在減少中間結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)聚合的能量消耗中是起到了顯著作用的。在本文的第三節(jié)中我們討論了怎樣在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多層分簇體系結(jié)構(gòu)中優(yōu)化能量以最小化數(shù)據(jù)收集所消耗的能量。為此我們抽象了傳感器網(wǎng)絡(luò)的多層分簇能量消耗模型,在這個(gè)模型里面所以的能量消耗布景包括數(shù)據(jù)傳送時(shí)期所消耗的能量,而且也包括簇頭輪轉(zhuǎn)所消耗的能量。通過使用這個(gè)新的模型我們可以通過文章中所提供的數(shù)值方法計(jì)算得到最優(yōu)的層數(shù)。這也使得我們可以根據(jù)我們所提出的分布式的算法來組織一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)使之在數(shù)據(jù)收集中能量最為節(jié)省。另外本文也對(duì)本分布式算法分析了其時(shí)間復(fù)雜度。所提夠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過新的理論能量模型計(jì)算的能量消耗和實(shí)驗(yàn)中所做的數(shù)據(jù)比較吻合,這也說明當(dāng)我們使用模型所計(jì)算出來的最優(yōu)層數(shù)時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)分層多簇結(jié)構(gòu)中的能量消耗的確被最小化了。 【關(guān)鍵詞】：移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò) 能量控制 動(dòng)態(tài)源端路由協(xié)議 移動(dòng)控制 能量使用效率
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TN929.5
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 1.Research background9-11
• 1.1 Wireless Sensor Networks9
• 1.2 Specific Challenges9-11
• 2.A new Energy Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor networks11-25
• 2.1 Introduction11-12
• 2.1.1 Background11
• 2.1.2 Our New Protocol11-12
• 2.2 DESIGN OF PH-MAC12-19
• 2.2.1 Network Assumptions13
• 2.2.2 The Scheme of PH-MAC13
• 2.2.3 Synchronization Period13-14
• 2.2.4 Allocation Period14-18
• 2.2.5 TDMA Period18-19
• 2.3 SIMULATION RESULTS19-24
• 2.3.1 Simulation setup and parameters setting19
• 2.3.2 Implementation of the MAC protocols19-21
• 2.3.3 Simulation Results and Discussions21-24
• 2.4 Conclusion24-25
• 3.An optimal Multi-tier Clustering Scheme for Data Gathering in Wireless Sensor Networks25-44
• 3.1 related works25-27
• 3.1.1 Our contribution26-27
• 3.1.2 The structure of this chapter27
• 3.2 Assumptions and Notations27-29
• 3.2.1 Assumptions27-29
• 3.2.2 Notations29
• 3.3 Energy Models for Multi-tier Clustering Schemes29-34
• 3.3.1 Multi-tier Clustered Network Topology Analysis31
• 3.3.2 Transmission Energy Model31-32
• 3.3.3 Energy Model of the ist-tier32-33
• 3.3.4 Energy model of multi-tier clustering scheme33-34
• 3.4 Examples and Algorithm34-39
• 3.4.1 An example of finding optimal tiers of multi-tier clustering scheme34-37
• 3.4.2 Algorithm Descriptions37-39
• 3.4.3 Time complexity of the clustering algorithm39
• 3.5 Simulation Results and Model Validation39-43
• 3.5.1 Simulation setting39-40
• 3.5.2 Simulation results40-43
• 3.6 Conclusions43-44
• 參考文獻(xiàn)44-50
• 在校期間發(fā)表的論文、科研成果等50-51
• 致謝51

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