面向數據采集的多層次無線傳感器網絡的設計與實現.pdf

1、近年來隨著無線通信技術、傳感器技術和嵌入式技術的飛速發(fā)展，無線傳感器網絡成為計算機科學技術的一個新的研究領域。數據采集網絡是無線傳感器網絡一個重要的應用分支。在數據采集網絡中，傳感器節(jié)點部署在監(jiān)測區(qū)域，協(xié)作的實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境和監(jiān)測對象的信息，對其進行處理并發(fā)送到觀測者。然而，實際應用的環(huán)境非常復雜，為了擴展系統(tǒng)部署空間和提高系統(tǒng)的可靠性，通常需要多層次的網絡結構。 本文回顧了構建無線傳感器網絡系統(tǒng)的各種協(xié)議和支撐技術

2、。通過對數據采集網絡的應用場景進行分析，提出了一種典型的多層次網絡模型。模型中有傳感器網絡、轉發(fā)網絡和長距離無線傳輸網三個層次。簇頭節(jié)點處在傳感器網絡和轉發(fā)網絡間，負責收集同簇中傳感器節(jié)點的數據并在轉發(fā)網絡中發(fā)送。中繼節(jié)點則處在轉發(fā)網絡和長距離無線傳輸網間，負責收集各個簇頭節(jié)點的數據向長距離無線傳輸網中發(fā)送。 在這種網絡模型的基礎上，本文主要針對轉發(fā)網絡和傳感器網絡設計了一種多層次的網絡協(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)議在轉發(fā)網絡中采用修復請求的路由發(fā)現機制建立單跳自組織路由，在傳感器網絡中則采用定向擴散機制建立低功耗自組織路由。另外，協(xié)議采用請求應答的方式實現簇頭節(jié)點與中繼節(jié)點的實時時鐘同步，采用DMTS算法實現同簇中傳感器節(jié)點的同步工作和實時時鐘同步。MAC層協(xié)議主要包括間歇工作機制和CSMA/CA機制，間歇工作機制保證節(jié)點大部分時間處在休眠狀態(tài)從而節(jié)省能耗，CSMA/CA機制則用來解決無線信道沖突問題。 根據數據采集網絡的要求