面向數(shù)據(jù)采集的多層次無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來隨著無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個新的研究領(lǐng)域。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一個重要的應(yīng)用分支。在數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測區(qū)域，協(xié)作的實(shí)時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境和監(jiān)測對象的信息，對其進(jìn)行處理并發(fā)送到觀測者。然而，實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境非常復(fù)雜，為了擴(kuò)展系統(tǒng)部署空間和提高系統(tǒng)的可靠性，通常需要多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 本文回顧了構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各種協(xié)議和支撐技術(shù)

2、。通過對數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景進(jìn)行分析，提出了一種典型的多層次網(wǎng)絡(luò)模型。模型中有傳感器網(wǎng)絡(luò)、轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)和長距離無線傳輸網(wǎng)三個層次。簇頭節(jié)點(diǎn)處在傳感器網(wǎng)絡(luò)和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)間，負(fù)責(zé)收集同簇中傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并在轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。中繼節(jié)點(diǎn)則處在轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)和長距離無線傳輸網(wǎng)間，負(fù)責(zé)收集各個簇頭節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)向長距離無線傳輸網(wǎng)中發(fā)送。 在這種網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，本文主要針對轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計了一種多層次的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括路由協(xié)議、時間同步協(xié)議和MAC層

3、協(xié)議。該協(xié)議在轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中采用修復(fù)請求的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制建立單跳自組織路由，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中則采用定向擴(kuò)散機(jī)制建立低功耗自組織路由。另外，協(xié)議采用請求應(yīng)答的方式實(shí)現(xiàn)簇頭節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)的實(shí)時時鐘同步，采用DMTS算法實(shí)現(xiàn)同簇中傳感器節(jié)點(diǎn)的同步工作和實(shí)時時鐘同步。MAC層協(xié)議主要包括間歇工作機(jī)制和CSMA/CA機(jī)制，間歇工作機(jī)制保證節(jié)點(diǎn)大部分時間處在休眠狀態(tài)從而節(jié)省能耗，CSMA/CA機(jī)制則用來解決無線信道沖突問題。 根據(jù)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的要求