无线传感器网络中基于非正交信道的多信道调度算法研究

摘要

无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量微型传感器，通过无线通信方式形成的一种多跳的、自组织的无线网络。最初的无线传感器网络多是使用单信道进行通信的，而随着网络规模的增大和用户对数据实时性要求的提高，单信道通信带来的限制越来越明显，因此，国内外学者逐渐投入到多信道通信的研究之中，相继提出了很多经典的信道分配算法。然而，现有的信道分配算法大多基于IEEE802.15.4标准中ISM频段的16个正交信道进行的，认为这16个正交信道都是可用的，完全没有考虑到ISM频段其它应用对这些信道的影响。
　　本文首先通过大量的实验验证了IEEE802.15.4标准ISM频段的16个信道中，只有4个信道可以满足工业场景下的可靠性要求，但这4个信道远远不能满足工业环境下用户对数据传输高实时性的要求。接着介绍了非正交信道，通过大量实验验证了非正交信道的可行性，并给出了可行性条件。最后通过实验验证了非正交信道，在频段给定时，比现有的正交信道有更多的可用信道数，可有效改善正交信道因信道复用带来的丢包情况。在非正交信道的基础上，针对无线传感器网络汇聚场景下的TASA算法的不足，提出了一种基于非正交信道的多信道调度算法MSNOC。MSNOC算法在引入节点重要性和非正交信道的基础上，通过给网络中的链路分配互不冲突的时隙和信道，保证重要性高的节点的数据包优先传输，实现数据无冲突、高可靠性和高实时性的汇聚。最后分别从实时性和可靠性这两大方面，将本文的MSNOC算法与现有的TASA算法进行仿真对比。通过对仿真结果的分析可知，与现有的TASA算法相比，本文提出的MSNOC算法在保证数据可靠性的同时，能减少数据包的汇聚完成时间，特别是能有效减少重要节点数据包的汇聚完成时间。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2本文研究内容和意义

1.3章节安排

第二章 无线传感器网络的多信道调度概述

2.1无线传感器网络信道分配算法综述

2.2无线传感器网络的正交信道

2.3工业无线传感器网络的特点和要求

2.4 需要进一步研究的问题

第三章 非正交信道的可行性研究

3.1非正交信道的使用背景

3.2非正交信道的可行性研究

3.3仿真分析

第四章 基于非正交信道的多信道调度算法

4.1 TSCH模式简介

4.2基于非正交信道的多信道调度算法

4.3实例说明

4.4仿真分析

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

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