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与以地址为中心、侧重端到端数据传输的传统网络不同,无线传感器网络是以数据为中心,涵盖了数据感知、传输和处理的复杂任务型网络。面向应用的特点给无线传感器网络的QoS研究带来了许多新的挑战,如何高效利用网络的整体资源为应用中的不同业务提供对应的QoS保障,已成为无线传感器网络研究领域中的一个重要课题,具有重要的理论意义和应用价值。
本文面向多业务并存的大规模智能停车场的应用,设计支持区分服务的QoS保障机制为不同的业务提供对应的服务质量保证。本文的主要工作和成果如下:
首先,针对无线传感器网络QoS研究缺乏系统性,没有设计适用于无线传感器网络的QoS体系架构,没有对QoS指标间复杂关系进行框架分析的缺陷,提出了无线传感器网络QoS指标层次化模型并对各层的QoS指标进行了明确定义。在此基础上,对不同层次的QoS指标之间映射机制和影响关系进行深入分析,设计了由QoS映射机制、QoS保障机制和QoS反馈机制组成的无线传感器网络QoS体系架构,为QoS保障的系统性研究提供理论依据。
其次,根据大型智能停车场的系统寿命长和不同数据的传输时延要求不同的用户需求,针对因数据不均衡性所造成的网络拥塞问题,提出了支持区分服务保障QoS的拥塞控制策略。通过对QoS需求不同的数据进行不同的处理,时延敏感数据沿着最小跳数并且能够最快转发的节点进行传输,非时延敏感数据则根据邻居节点的剩余能量、缓冲队列信息和梯度来选择下一跳节点。仿真实验表明,该策略能够有效的预防和解除拥塞,能够在保障时延敏感数据网络延迟的前提下,均衡全局能耗,延长系统寿命。
最后,为进一步保障时延敏感数据的时延需求,减小节点能耗,设计了支持区分服务的自适应的MAC协议。在IEEE802.11MAC协议的基础上对RTS/CTS机制和退避机制进行了改进和优化,设计了拒绝接受机制和快速退避机制,从而减小了节点数据发送的碰撞几率和空闲侦听时间。仿真实验表明,该协议提高了网络吞吐量,减小了高优先级业务的端到端时延。
以上研究成果在无锡市民中心的智能停车场系统中得到应用和验证,取得良好效果。