基于事件驱动和服务区分的无线传感网络MAC协议研究

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混合业务的无线传感器网络(WSN with mixed types of business)是一种针对传统无线传感器网络功能升级的综合型网络,此网络节点多元化,包含音视频等节点,数据流类型复杂度高,能耗效率要求高,通信吞吐量要求高,数据实时性要求高等特性,其能耗效率与实时性直接影响网络生存期与业务服务质量,为首要的性能指标。本论文以“基于RFID传感器网络的应急医院重要物资与人员管理系统研究”科研项目为研究背景,提出事件驱动与服务区分思想,提高混合业务的无线传感器网络的能耗效率与网络实时性。本文主要研究内容及创新点如下:(1)自适应流量,提高流量变化急剧的混合业务的无线传感器网络性能,本文提出流量预测的服务质量区分MAC协议(MAC protocol with flow predicted and quality of service distinguished, FPQoSD)。该协议引入流量预测因子而自适应流量,引入优先级因子而区分服务质量,满足关键数据实时性要求。(2)自适应节点密度,提高重负载的无线传感器网络性能,本文提出密度预测及服务分级的MAC协议(MAC protocol with density prediction and service classification, DPSC)。该协议对邻近节点数目进行加权递推平滑预测,自适应节点密度;赋予服务级别高或数据积压或跳数多的节点优先发送权,满足关键数据多跳传输实时性要求。(3)满足关键数据实时性与服务质量要求,提高混合业务的无线传感器网络性能,本文提出时延预测的主动队列分级管理MAC协议(MAC protocol with delay predicted and initiative queue classified management, DPIQCM-MAC)。该协议引入数据时延预测与业务区分意识,基于事件驱动划分数据关键性,预测数据时延,实现滞后数据加速传送或主动丢弃,满足关键数据实时性要求,降低能耗而延长网络生存期。本文对混合业务的无线传感器网络MAC协议研究,分别阐述FPQoSD协议DPSC协议与DPIQCM-MAC协议。利用NS2进行仿真与分析,并在应急医院物资人员追踪与定位系统上应用,仿真结果与系统应用效果表明,基于事件驱动和服务区分的MAC协议在提高能耗效率、满足实时性、服务质量保证、延长网络生存周期等具有良好的表现,可满足混合业务的无线传感器网络的特殊需求,具有一定应用价值。
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