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无线传感器网络通常用于对监测区域内的各种环境或对象进行信息采集并传送到基站处理,其中数据收集在此过程中占有重要的地位。很多数据收集应用都位于人不可到达或环境恶劣的地区,节点电池无法得到替换,因此,如何延长无线传感器网络的生命周期是数据收集应用中需要考虑的关键因素之一。
本文对无线传感器网络的节能策略进行分类研究和分析,重点分析了与MAC层相关的节能策略和存在的问题,在此基础上提出了适用于数据收集树协议的相对同步的低能耗侦听策略,并在Telosb实验平台上进行了实现和测试验证。主要包括以下内容:
针对TinyOS2.x中典型的数据收集树协议--CTP(Collection Tree Protocol)以及低能耗侦听LPL(Low Power Listeninng)进行研究和分析,指出CTP-LPL中存在的一些能耗问题,如长前导、串听等问题。
研究和分析了无线传感器网络中现有的节点策略,重点探讨占空比节能策略,指出其存在的问题,提出适用于CTP协议的节能策略--相对同步的低能耗侦听SLPL(relative time Synchronization Low Power Listening)。相对同步的低能耗侦听SLPL采用与FTSP(Flooding Time Synchronization Protocol)协议基本相同的时间同步机制,对任意邻居节点的休眠调度进行准确的预测,实现与邻居节点的数据传输。
研究和分析了TinyOS2.x协议栈中与CTP和LPL低能耗侦听相关的组件的应用问题,在些基础上设计和实现CTP-SLPL,并通过比较实验分析其能耗和延迟性。实验结果表明:CTP-SLPL能耗降低30%-55%以上,延长了网络寿命,但由于节点存在休眠,导致其延迟性的增加。因此,CTP-SLPL适用于数据收集频率较低、网络延迟较不敏感的数据收集网络。
目前基于CTP的无线传感器网络被广泛应用,本文针对CTP提出的相对同步的低能耗侦听策略的研究及成果,具有一定的理论创新和应用价值,对基于CTP的无线传感器网络的节能研究有一定的指导意义。