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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是近年来无线通信应用领域的一个研究热点。相对于有固定基础设施的传统无线网络和有线网络,无线传感器网络具有节点大规模密集部署、多跳数据传输、多对一的通信方式、网络拓扑动态变化、无线链路带宽受限、能源供给和节点资源严重不足等显著特征。因此,无线传感器网络对传输技术提出了新的挑战。近年来,各种无线传感器网络协议和应用都开始关注传输技术。在此背景下,本论文对无线传感器网络的传输技术进行了深入地研究,重点研究了可靠传输技术和拥塞控制技术。
首先研究了无线传感器网络的可靠传输问题。从目前被业内视为无线传感器网络事实标准的ZigBee规范入手,重点分析ZigBee的应用支持子层。针对ZigBee应用支持子层的分段传输机制存在的不足,提出了一种基于请求确认的可靠传输方法RARTP。该方法与原有机制最大的不同是,如果发送设备在超时定时器溢出前没有收到确认,RARTP要求发送端发送请求确认帧RFA,代替重传窗口内所有数据块。如果收到确认,再根据确认比特信息决定是否需要重传。如果仍收不到确认帧,只需重传RFA即可。最后利用OPNET软件分别对ZigBee应用支持子层的传输机制和RARTP进行了仿真,结果表明RARTP能够有效地减少重传开销,降低端到端延时,提高网络吞吐量,从而改善网络性能。
其次研究了无线传感器网络的拥塞控制问题。首先学习现有典型的无线传感器网络拥塞控制方法,并对它们的优缺点进行分析,然后根据WSN多对一的汇聚传输模式及可能出现的拥塞场景,提出一种新的拥塞控制方法。其基本思想是在WSN的源端,选择一些代表节点代替所有感知节点进行事件报告,避免事件发生区域附近由于多个节点同时报告而造成的拥塞;对于WSN的中间区域,根据到sink的距离,将中继节点分为远sink节点和近sink节点,每个中继节点基于缓冲区占用率检测拥塞。如果是远sink节点检测到拥塞就发送后向拥塞告知消息,告知消息沿着数据源方向传播,收到反压消息的节点采用基于流量调度的拥塞处理方法。如果是近sink节点检测到拥塞就向sink发送前向拥塞告知消息,sink收到拥塞告知消息后根据应用需求对代表节点的速率或数量进行调节。该方案针对WSN的源端、中间和sink附近三个区域的拥塞问题进行区分处理,及时、有效地缓解网络的拥塞状况,从而保证信息的可靠传输。
最后研究了多业务异构无线传感器网络的拥塞控制问题。在分析现有拥塞控制技术的基础上,结合多业务异构无线传感器网络的特点,提出一种基于优先级和区分服务的拥塞控制方法。最后采用MATLAB软件工具,对一个简单的场景进行系统仿真,仿真结果表明本方案在有效控制拥塞的同时,使系统保持较高的吞吐量,并且保证了节点之间的公平性和业务之间的公平性。