低功耗无线传感器网络中延迟技术的研究

摘要

计算机网络和无线通信技术的发展，推动了森林环境监测、医疗卫生和军事监控等无线传感网络应用的发展和普及。多数应用都对数据传输的延迟时间，即数据从源节点发出到被根节点接收到之间的时间间隔提出了很高的要求。与此同时，多数应用也希望实现低功耗，从而引入了工作周期机制，在节点不工作时关闭无线通信模块，使节点处于休眠状态。但是这种低功耗机制会增加数据传输的延迟。
　　本文为了在实现低功耗的同时降低数据传输的延迟，提出了两种不同路由策略下的延迟解决方案。第一种策略是在传统路由下引入多流水线机制，在此基础上设计了一种新的时间片分配策略(MSF)，并提出了两种最优化算法。在该设计中，每个子节点拥有多个父节点，并能对父节点分配相应的时间片。为了进一步降低环境感知到数据接收的时间间隔，本文还考虑了从数据被感知到数据包生成之间的时间间隔。通过给网络中的节点分配合适的唤醒时间，在网络流量较大时以非常小的代价协调网络中的多条路由路径来最小化点对点平均延迟及最大延迟。第二种策略是在机会路由的基础上，提出基于机会路由的唤醒时间长度控制策略(D2CS)。在该策略中，网络中的节点根据当前数据包的延迟动态调整接下来的唤醒时间长度，将网络延迟控制在一定范围内，并在具体传输延迟的要求下降低网络的总体占空比，平衡网络负载。最后，本文通过实验，将所提出的MSF策略和D2CS策略分别与传统的多流水线技术和机会路由技术进行了对比。实验数据显示，MSF策略能将网络中的延迟控制在比较低的水平，特别是在网络流量较大时，较传统多流水线技术降低超过20％的延迟。D2CS策略在不同的链路质量以及网络流量情况下，较传统机会路由降低了最多19％的网络能量消耗。