无线传感器网络优先级轮询控制策略研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者。无线传感器网络是新一代的无线网络,具有非常广泛的应用前景。在无线传感器网络中,介质访问控制(MAC)协议决定了无线信道的使用方式,在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,用来构建传感器网络系统的底层基础结构,对传感器网络的性能有较大影响。传统无线网络的MAC协议无法满足无线传感器网络的设计要求,不能直接应用。因此,无线传感器网络MAC协议的研究一直是人们普遍关注的问题,具有非常重要的实际意义。轮询系统基于优先级控制的问题因其广泛的应用价值而得到了不断的研究。本文在分析完全服务和门限服务两个基本轮询系统的基础上,提出了完全与门限服务两级轮询系统模型。然后采用Markov链、概率母函数以及求解系统状态方程的方法建立数学模型,在该模型的基础上得出了系统的平均排队队长、平均循环周期和吞吐量的精确解析结果,通过把理论计算和仿真实验的结果的进行对比分析,验证了理论分析正确性。在完全与门限两级轮询系统模型的基础上,本文研究了无线传感器网络MAC协议,结合MAC协议提出了优先级轮询控制策略,然后采用Markov链、概率母函数以及求解系统状态方程的方法建立数学模型,完成了对系统性能关键参数的数学解析和仿真实验,结果证明了新的调度策略能基于不同的优先级需求提供针对性的服务质量保障,优化网络系统性能,减低了系统开销,对系统性能的提高有较好的帮助。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
目录第7-9页
第一章 绪论第9-20页
    1.1 无线传感器网络概述第9-13页
        1.1.1 无线传感器网络体系结构第9-10页
        1.1.2 WSN的特性第10-11页
        1.1.3 WSN关键技术第11-12页
        1.1.4 WSN主要应用第12-13页
    1.2 无线传感器网络MAC协议第13-18页
        1.2.1 无线传感器网络MAC协议设计原则第13-14页
        1.2.2 无线传感器网络现有MAC协议第14-18页
    1.3 论文的主要内容第18-19页
    1.4 论文的整体结构第19-20页
第二章 轮询系统的基本模型第20-27页
    2.1 门限与完全轮询系统第21-24页
        2.1.1 建立数学模型第21-22页
        2.1.2 平均排队队长第22-23页
        2.1.3 平均循环周期和吞吐量第23-24页
    2.3 两种轮询系统性能的比较分析第24-26页
    2.4 本章小结第26-27页
第三章 完全与门限服务两级轮询系统第27-47页
    3.1 系统的模型第27-31页
        3.1.1 模型的基本描述第27-28页
        3.1.2 工作条件第28-29页
        3.1.3 系统状态方程第29-30页
        3.1.4 概率母函数第30-31页
    3.2 一阶特性分析第31-34页
        3.2.1 平均排队队长的分析第31-32页
        3.2.2 平均循环周期和系统吞吐量第32-34页
    3.3 数值分析与系统仿真第34-46页
        3.3.1 工作条件第34页
        3.3.2 实验分析结果第34-46页
    3.4 本章小结第46-47页
第四章 WSN中优先级轮询控制第47-56页
    4.1 无线传感器网络轮询控制第47页
    4.2 优先级轮询控制算法第47-48页
    4.3 数值分析与系统仿真第48-55页
        4.3.1 系统工作的条件第48-50页
        4.3.2 实验结果分析第50-55页
    4.4 本章小结第55-56页
第五章 总结与展望第56-58页
    5.1 主要工作和研究成果第56页
    5.2 课题展望第56-58页
参考文献第58-61页
附录:研究生期间参加的项目第61-62页
致谢第62页
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