论文部分内容阅读
在无线网络中,基于可塑性干扰的同步传输(CIST)具有广泛应用前景。可塑性干扰要求多个发送者同时发送相同的数据包到一个共同的接收者,并且多个发送者的最大时间间隔小于一个参考门限(对于IEEE 802.15.4通信方式,该门限为0.5μs),此时共同的接收节点可以高概率将该数据包解析。对网络洪泛、时钟同步、ACK包确认等应用,CIST避免同层节点协调沟通的成本,进而增强网络并发、降低传输延迟、提高同步精度。本文围绕CIST关键技术,并结合网络洪泛、时间同步的应用需求,主要完成如下工作:从理论建模和波形分析揭示可塑性干扰产生的根本原因,提出增强型可塑性干扰(Disco)的概念,并在有损和无损链路条件下推导出CI和Disco产生的充分条件。在商业现成的无线传感网节点通过Triggercast协议实现Disco。Triggercast补偿路径传播时延和射频处理时延,具有95%概率达到250ns的时间同步精度。在收包率仅为5%的有损链路下,Triggercast将7个同步传输的收包率提高到70%,实现仅通过控制节点同步性,便改变现有拓扑结构的目的,可用于机会路由性能。从理论上证明基于可塑性干扰的网络洪泛存在可扩展性问题,即随着网络规模增大或节点密度提高,网络节点收包率急剧下降。以格型网络为例,从理论上证明Glossy在此拓扑下,节点收包率存在下界(94.5%)。提出基于拓扑控制的洪泛协议SCIF和EACIF,通过构建骨架结构,对转发节点进行选择和控制,提高节点收包率。仿真分析表明,在均匀拓扑下,SCIF将Glossy的收包率从26%提高到97%。在CitySee拓扑下,EACIF相比Glossy节省64.0%的平均工作时间。由于不确定性的MAC层接入延迟和中间节点时钟不稳定的影响,时间同步通常被认为耗时并且误差大。基于可塑性干扰,本文实现高精度、无侵入、直接与汇聚节点“虚拟”同步的时间同步协议DMH。DMH通过预测工作时隙、拓扑控制的网络洪泛、射频直接转发,从时间、空间、操作系统三个维度提高Glossy与现有协议的兼容性,并降低功耗。CitySee的仿真实验表明DMH协议的平均工作时间是Glossy的18.5%。另外,理论分析和测试平台实验证明,DMH协议直接使用汇聚节点的时间戳,不受中间节点时钟不稳定的影响,并且全局同步误差随跳数增加呈线性增加。而目前最好的FTSP协议,其全局同步误差随跳数呈指数增加。