无线网络节能协议设计与优化

【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MAC协议(PH-MAC)PH-MAC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PH-MAC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PH-MAC提供了一种新的为MAC层数据通讯提供了一种新的结构。具体的说PH-MAC是在分配周期内基于竞争通讯的,而在TDMA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TDMA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TDMA技术,我们也需要处理网络变化和时钟同步。所以PH-MAC周期的运行并动态的适应这些变化。实验结果表明,PH-MAC不仅提高了网络吞吐率,而且还节省了近50%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
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 1.Research background9-11
• 1.1 Wireless Sensor Networks9
• 1.2 Specific Challenges9-11
• 2.A new Energy Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor networks11-25
• 2.1 Introduction11-12
• 2.1.1 Background11
• 2.1.2 Our New Protocol11-12
• 2.2 DESIGN OF PH-MAC12-19
• 2.2.1 Network Assumptions13
• 2.2.2 The Scheme of PH-MAC13
• 2.2.3 Synchronization Period13-14
• 2.2.4 Allocation Period14-18
• 2.2.5 TDMA Period18-19
• 2.3 SIMULATION RESULTS19-24
• 2.3.1 Simulation setup and parameters setting19
• 2.3.2 Implementation of the MAC protocols19-21
• 2.3.3 Simulation Results and Discussions21-24
• 2.4 Conclusion24-25
• 3.An optimal Multi-tier Clustering Scheme for Data Gathering in Wireless Sensor Networks25-44
• 3.1 related works25-27
• 3.1.1 Our contribution26-27
• 3.1.2 The structure of this chapter27
• 3.2 Assumptions and Notations27-29
• 3.2.1 Assumptions27-29
• 3.2.2 Notations29
• 3.3 Energy Models for Multi-tier Clustering Schemes29-34
• 3.3.1 Multi-tier Clustered Network Topology Analysis31
• 3.3.2 Transmission Energy Model31-32
• 3.3.3 Energy Model of the ist-tier32-33
• 3.3.4 Energy model of multi-tier clustering scheme33-34
• 3.4 Examples and Algorithm34-39
• 3.4.1 An example of finding optimal tiers of multi-tier clustering scheme34-37
• 3.4.2 Algorithm Descriptions37-39
• 3.4.3 Time complexity of the clustering algorithm39
• 3.5 Simulation Results and Model Validation39-43
• 3.5.1 Simulation setting39-40
• 3.5.2 Simulation results40-43
• 3.6 Conclusions43-44
• 参考文献44-50
• 在校期间发表的论文、科研成果等50-51
• 致谢51

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