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无线传感器网络是由大量通过无线方式传输、资源有限的传感器节点组成的新型通信网络,它通常被部署在各种自然环境中,负责监测环境,收集环境中的各种信息,以提供给数据中心进行处理。在现实应用中,无线传感器网络被广泛应用在军事、生产等各个领域。实时无线传感器网络指的是网络中任务具有时效性限制的无线传感器网络。由于现实需求,很多实时无线传感器网络应用中同时部署着硬实时任务、软实时任务以及非实时任务。
实时无线传感器网络协议设计中的主要矛盾是网络资源的有限性和应用对网络服务质量要求之间的矛盾。由于实时无线传感器网络中节点资源有限、网络环境不稳定,因此节点无法获知网络的一些有效的具有全局特性的特征信息,并依此做出一些路由、调度等方面的决策。对于拥有多种不同实时性要求任务的混合任务实时无线传感器网络来说,现有的研究成果存在一些明显的不足:首先,没有有效区分各种不同实时性要求的任务,为它们提供有区别的服务;其次,在现有研究中,由于考虑到节点资源有限的问题,节点总是根据邻居节点的状态信息做出各种决策,而实际上,邻居节点的状态信息并不能完全反应整个网络的状况。
针对上述问题,论文在对现有实时无线传感器网络研究现状进行深入了解的基础上,研究了混合任务实时无线传感器网络中的节点调度问题和路由问题。本文的主要工作有:
(1)提出了实时无线传感器网络节点特征信息反馈协议,使得网络中的节点使用较少的代价即可获得具有网络全局特性的特征信息,以在未来的发送中作出更符合网络状况的路由选择、节点调度等方面的决策。在此基础上,提出了无效报文清除协议,通过该协议,可以有效清除网络中大量存在的无效报文,显著提高网络的性能,延长网络的生命期。
(2)提出了混合任务实时无线传感器网络节点调度算法,该算法能够结合无线传感器网络的特点、根据不同实时任务参数进行调度,为不同实时任务提供有区别的服务,提高网络的性能。
(3)提出了混合任务实时无线传感器网络路由协议,该协议能够根据任务的不同特性做出不同的路由选择,从而为不同任务提供有区别的服务。
经实验验证,这些工作能够显著提高混合任务实时无线传感器网络性能,延长网络生命期。