无线传感器网络性能评测体系及综合实验研究

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无线传感器网络是近年来无线通信领域的一个研究热点,其广阔的应用前景被普遍看好。任何网络技术的推广、应用都必须以其质量保证为前提。无线传感器网络节点数量巨大,应用环境复杂多变,如何对这些应用研究成果进行评价和测试,以保证其在实际工作中稳定高效,已经成为亟待解决的问题。本论文对无线传感器网络性能评测体系和综合实验进行了研究。   首先本文对无线传感器网络性能进行了实验性研究。在本实验室开发的基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络平台系统上,设计了上、下行链路丢包率的测量方案,通过大量的实测数据验证了该方案的可行性和有效性。本文研究了丢包率和链路状态、RSSI和LQI之间的相互关系,指出相对于RSSI,LQI的链路质量指示更加有效。利用这个结果设计了无线传感器网络的功率控制基本方案。另外在轮询和CSMA/CA两种机制下,测量了不同参数配置下的网络吞吐量,对实验数据进行了分析,比较了两种机制的优缺点和适用场景。   然后通过OPNET仿真软件对星状拓扑无线传感器网络性能进行了评测,分析了节点信息生成速率、节点个数对网络性能的影响。针对IEEE 802.15.4 MAC协议中没有考虑数据优先级和缺乏网络配置灵活性的缺点,设计了一种基于数据优先级的信道接入方案,并通过仿真证明了该方案的有效性。该方案充分考虑了数据包的优先级别,赋予他们不同的信道接入概率,保证其不同的性能指标要求。另外引入聚合因子,提高了节点发送数据的成帧效率和网络配置的灵活性。尽管该方案是基于星状拓扑网络研究的,但是它可以方便地应用于基于分簇的树状拓扑网络,并且可以获得累积效果。   最后通过OPNET仿真软件,对基于ZigBee标准的树状拓扑和Mesh拓扑的无线传感器网络性能进行了评测,采用的性能指标为MAC层吞吐量、平均路由跳数和端到端延迟。通过大量仿真数据研究了数据生成速率、数据包大小、是否采用ACK确认机制对网络性能(端到端延迟、吞吐量、路由跳数等)的影响。在相同的仿真场景下,对树状和Mesh拓扑的网络性能进行了比较。在网络吞吐量大的时候,Mesh拓扑考虑到了最佳路由,因此端到端延迟和平均路由跳数都优于树状网络,但树状拓扑网络不需要更新路由表,执行的路由算法简单,从而降低了对节点硬件的要求。
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