论文部分内容阅读
WSNs是由不限数量的一系列微型传感器节点所组成的一种无线自组织网络,这些节点具有搜集数据,处理数据,传输数据等功能,被部署在指定区域内工作。由于其组网灵活、动态拓扑性强、不需要固定基础设施支持、成本低等特点被广泛用于军工行业,农业生产,工业监控,智能家居,交通管理等领域。传感器节点是由内置于硬件中的微型电池来维持其能量消耗,所以能携带的能量非常少。WSNs可能会被布设在一些对人体有害的场景中,因而人为更换能源存在困难。因此,通过设计使能量能够高效率使用的各层次协议来降低节点能量消耗、增加网络的寿命已成为WSNs研究中意义重大的一环。本文针对WSNs能量消耗有限的特点,研究了基于事件驱动和Quorum的WSNs自适应调度机制,主要创新性工作如下:(1)通过研究基于竞争和基于固定分配的WSNs中不同MAC协议的优缺点,设计了保留两者优点并削弱其缺点的混合型方法。节点使用随机访问方式获取信道的使用权,同时引入Grid Quorum系统,减少同时竞争信道的节点数目,以此减少发送失败的概率;然后通过合理调整Grid Quorum的循环长度,解决固定占空比所带来的缺点。(2)针对使用异步传输的传感器节点因为间歇性休眠造成的邻居发现困难的问题。结合现有的异步传输方法的优缺点,提出了结合中国剩余定理的质数序列Grid Quorum来分配时隙。利用质数网络的非空交叉性,保证网络能够进行数据交付。(3)针对其他WSNs中所设计的信道获取方法,控制信息过多导致能耗增加以及信道利用率过低的情况,创新性的使用了新型的CCA,对MAC协议中字段数据结构进行合理的设置,最后根据簇头节点和普通节点的特点,设计出了快速休眠机制和贪婪模式达到高效使用能量的结果。本文综合考虑基于随机访问和基于固定分配的MAC协议的优缺点,提出一种新型的混合型MAC协议,通过引入Quorum系统,提出自适应网络负载的方法,最后通过改进后的CCA完成异步邻居发现,结合对帧结构和数据结构的设计,并对普通节点和簇头节点分别设计出合理的数据交换策略,达成节点高效交付数据。