（计算机应用技术专业论文）无线网络节能协议设计与优化.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 中文摘要 对于无线网络，能量主要消耗于信道冲突，无关控制包的侦听等。在本文中， 我们提出了一种新型周期性的混合m a c 协议( p h m a c ) p h m a c 被设计为在以上 过程中最小化能量消耗。除了能量效率以外，在p h m a c 中，我们同时可以通过 在竞争周期中分配时间片保证网络的吞吐率和带宽利用率。因此p h m a c 提供了 一种新的为m a c 层数据通讯提供了一种新的结构。具体的说p h m a c 是在分配周 期内基于竞争通讯的，而在) m a 周期内是基于时分多路复用的。它在分配周期 内把通讯周期内的时间片分配给每个所需要传送数据的结点。在t d m a 周期内， 所有的结点只需要在给定的时间片上传送或者接受进来的或者出去的数据包在这 个协议中，我们所做的就是尽量减少数据包传送时的冲突，尽管我们不能消除传 送时数据包的冲突，但是我们成功的将数据包传诵的冲突局限于分配周期内。当 然由于我们使用了t d m a 技术，我们也需要处理网络变化和时钟同步。所以 p h m a c 周期的运行并动态的适应这些变化。实验结果表明，p h m a c 不仅提高了 网络吞吐率，而且还节省了近5 0 的能量。 在无线传感器网络中，分簇机制在减少中间结点的数据聚合的能量消耗中是起 到了显著作用的。在本文的第三节中我们讨论了怎样在无线传感器网络的多层分簇 体系结构中优化能量以最小化数据收集所消耗的能量。为此我们抽象了传感器网 络的多层分簇能量消耗模型，在这个模型里面所以的能量消耗布景包括数据传送时 期所消耗的能量，而且也包括簇头轮转所消耗的能量。通过使用这个新的模型我们 可以通过文章中所提供的数值方法计算得到最优的层数。这也使得我们可以根据我 们所提出的分布式的算法来组织一个特定的网络使之在数据收集中能量最为节省。 另外本文也对本分布式算法分析了其时间复杂度。所提够的实验结果表明，通过 新的理论能量模型计算的能量消耗和实验中所做的数据比较吻合，这也说明当我 们使用模型所计算出来的最优层数时传感器网络分层多簇结构中的能量消耗的确 被最小化了。 关键词：移动自组织网络；能量控制；动态源端路由协议；移动控制；能 量使用效率 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t f o rw i r e l e s ss 吼s o rn 曲1 7 i r o r k s ，e n e r g yi s 邯u a l l yw 勰t e di nt 1 1 ep r o c e s s e so f c o l l i s i o i l ， o v e r h e a r i n g ，c o n t r o lp a c k c to v 曲e a d 锄di d l e1 i s t e l l i i 培h lt h i sp a p e r ，w ep r o p o s e da n 0 v e lp r o t o c o lt e n n e dp e r i o d i c a l l yh y b r i dm a cp r o t o c o l ( p h - m a c ) p h 也i a ci s d e s i 盟e dt 0m i i l i i i l i z e l ew a s t eo fe i l e 耀秒i l la l l l ea ：b o 、，cp r o c e s s e s b e s i d e se n e 唱y e 伍c i c y ，m r o u 曲p h - m a c ，w ea r ea b l e t 0g u 骶m t e en l 】u g h p u ta n db a n ( 1 w i d m u t i l i z a t i o nb ya 1 1 0 c a t i n gt i i l l e s l o t se 廊c t i v e l yi 1 1t h ec o i l t 饥t i o np 耐0 d p h m a cp r o p o s e s an c l wa r c l l i t e c t l j r eo fm a cp r o t o c o lf o rd a t ac o m m 硼j c a t i o n p h m a ci sc o m 伽- t i o n - b 嬲e da ta l l o c a d o np e r i o d 锄dt d m a - b 硒e da tt 1 1 et d m ap 舒o d i tu s e sc o n t 咖i o n p e r i o dt 0a l l o c a t e 廿1 et i i l l e s l o tt 0e v 吖n o d e m tn e e d st 0 仃a 1 1 s m i td a t a 锄dm ct d m a p a r tt o 仃a 删【i l i ta c t u a ld a t a f 0 re v e 巧n o d ea t ) m a p 耐o d i t j l l s t n e e d st 0 删t 讹 0 rr c c e i v e 讹w h 饥t h eh l c o m i l l gd a t ac o m i l l go ro u t 9 0 i n gd a t ao u t g o i l l g w h a tw ew 趾t t 0d 0i st 0g e tt l l eb o r i i 玛c o m 吼t i o nw o r kd 0 i l eo i l c e 甜l df o r e v e r ，m o u 9 1 1w ec o u l dn o t k e 印i tf 0 r e v j u s tam o m e n to e r i o d ) i s 锄o u 曲f o r l l s a sw ea l s on e e dt od c a lw i t l l n 咖o r kc h a n g e sa n dc l o c k “n ，n l ep h - 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m a ci s 3 d e s i 印e dt 0m i i l i m i z em ew 弱t eo f 饥哪y i i la l lt h ea b o v ep r o c e s s e s b e s i d e se i l e r g y e 伍c i e n c y ，l 】的u 曲p h - m a c ，w ea r ea b l et 0g u 础m t e et l l r d u g h p u ta i l db 觚d w i d t l l u t i l i z 撕0 nb ya 1 1 0 c a t i i 培t i i i l e s l o t se 脓t i v e l yi l lm ec o r l t 饥t i o np 嘶o d p h - m a cp m p o s e s an e wa r c t l i t e c t u r eo fm a cp r o t o c o l 矗md a t ac o 舢m 血c a t i o n p h - m a ci s c o m e l l t i o n - b 筋e da ta l l o c a t i o np 耐o d 锄dt d m a b 勰e da t l et d m ap 甜o d nu s e s c o m 耐i o np e r i o dt 0a l l o c a t em e e s l o tt 0e v e 巧n o d e 也a tn e e d st 0t 啪鲫n i td a t a ，趾d m et d m a p a r tt 0 咖s l l l i ta c t i l a ld a t a f o re v e 巧n o d ea t ，i i ) m a p 嘶o d ，i t j u s tn c e d st 0 觚1 s i l l i td a t ao rr e c e i v ed a t a 、柚e i lt l l ei i l c o m i i l gd a t ac o m i i l g0 ro u t 9 0 i n g o u t g o i n 吕 w h a tw ew a n tt 0d 0i st 0g e tm eb o r i i 玛c o m 训o nw o r kd o n eo n c e 觚df o r e v e r ，1 0 u g l l w ec o u l dn o tk e 印i tf o r e v j u s tai n o m e n tq 耐o d ) i s o u g l lf o rl l s 舡w ea l s on e e dt o d e a l 、7 i ，i t l ln e t 、r kc h a i l g e s 粕dc 1 0 c k 埘f t ，t l 圮p h - m a cn m sp 耐o d i c a l l yt 0 砌u s tt 0 t 1 1 0 s ec l 瑚g e s 砌i n e i j i l d e rn l i sa r c l l i t e c t l l r ew eg e tr i do fc o n t 铋t i o l l ，o v 砒e 砒g ，i d l e h s t e i l i i 培龃dc o n t r 0 1p a c k e to v e r h e a da t l et d m ap a r t ，w l l i c hc o u l ds a v em u c h 锄恰r g y f o rt l l en 咖0 1 k c l e a r l y ，t h ee n e r g yu s e di l lm ec o n t e i 】【t i o np a r ti s a 1 1w a u s t e d s op r o l o n 咖gm e t d m a p a r tw i l ls a v em o r ee n 啷y 恤l et 1 1 e 谢1 0 1 ep e f i o dw i l lb ep r o l o n g e d ，锄sw i n r e d u c em el a t e i l c yo ft l l en 印r k s ow en e e dt 0 仃a d e o f r1 a t e i l c yw i mc i l e 硌y c o n s l l l n p t i o n w ep r e s e n tp h m a c ，ap 甜o d i c a l l yh y b r i de 朐碍e 伍c i 咖m a cp r o t o c o lf o r 谢r e l e s ss c i l s o rn e t 、7 i r 0 】妇t h a tm i i l i i i l i z e se i 】鹕yw 雒t e t bd e m o n s 仃 n et 1 1 ee 行酏t i v e i l e s s 锄dm e a s u r e l ep e r f - 0 衄a n c eo fo u ri 删m a cp r o t o c o l ，w eh a v ec o m p a r e dp h m a c w i t l lo m e rt l 矾ee x i s t 吨m a cp r o t o c o l s ( s i m p l i f i e d8 0 2 1 1d c f s m a ca 1 1 dt - m a c ) 0 nn e 觚o r km r o u g h p u t ，e i l e 玛yc o n s u m p t i o na n d1 a t e i l c y t l l r e es i m u l a t o r sa r ed e s i 印e d f o re a c ho ft h e s ep r o t o c 0 1 su s i i l gc + + 2 2d e s i g no fp h m a c c ) 1 1 rm a c p r o t o c o l i sd 骼i 弘e dt 0r e d u c ee 1 1 e r g yc o n s u i l l p t i o na 1 1 d 厕u s tt on e 觚o r k c h a l l g e s 觚dv a r i a b l en e 钾o r kl o a d ，i 1 1 i