無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始隨機組網(wǎng)技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點所構(gòu)成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴展,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大,越來越多的應(yīng)用不得不采用隨機播撒的方式部署網(wǎng)絡(luò)。這樣的方式?jīng)Q定了網(wǎng)絡(luò)在新建階段處于無結(jié)構(gòu)狀態(tài),所有的節(jié)點不知道鄰節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)的任何信息,包括節(jié)點數(shù)目、連接關(guān)系、分布,甚至節(jié)點的ID。在這種初始狀態(tài)下,現(xiàn)有的各層通信協(xié)議及應(yīng)用算法均無法直接應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上。因此在網(wǎng)絡(luò)開始運行之前,必須進行以建立網(wǎng)絡(luò)初始結(jié)構(gòu)和初始MAC層為目的的

2、初始化。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展,初始化正迅速成為一個急需解決的研究課題,是其實用化進程中不可忽略的重要環(huán)節(jié)。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始化階段無結(jié)構(gòu)特點造成的通信干擾嚴重降低了數(shù)據(jù)通信的成功率,而且初始節(jié)點完全對等的狀態(tài)、以及對環(huán)境信息的無知,使得常用的MAC協(xié)議無法直接應(yīng)用。因而,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)初始化過程中,必須解決兩個問題:1)“空白”狀態(tài)下的初始MAC層建立;2)無結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的拓撲控制建立?；诖?本文給出系統(tǒng)的初始化解決

3、方案,并重點研究了初始化過程中節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸問題、時鐘同步問題、初始結(jié)構(gòu)構(gòu)建問題及時隙分配問題等。
　　取得的研究成果包括如下幾個方面:
　　(1)給出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完整的初始化解決方案,對初始化任務(wù)及目標進行了較全面論述,給出了初始化任務(wù)流程的建議;
　　(2)分析了初始化階段節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)律,建立了節(jié)點異步通信模型,給出并證明了初始化點對點異步成功發(fā)送定理,為初始化的通信解決提供了理論基礎(chǔ);
　　(3

4、)討論了初始化階段時鐘同步問題,給出了初始化階段基準節(jié)點選舉算法,并給予了證明;同時,從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)了該算法的時間復(fù)雜度,為任務(wù)同步提供了必要前提。
　　(4)給出了初始化階段簇頭選舉算法,并給予了證明;通過仿真實驗比較,該算法在簇頭選舉時間、通信能耗等方面,均體現(xiàn)出比現(xiàn)有方法更好的性能;此外,算法的選舉時間體現(xiàn)良好的穩(wěn)定性,為估算算法的時間復(fù)雜度,確定任務(wù)的時限,提供了便利。
　　(5)提出了初始化階段兩跳時隙分配問題,并從