无线传感器网络基于信息质量的跨层QoS机制研究

摘要

无线通信技术是传感器网络的一个非常重要的组成部分,实现传感器网络节点之间的数据传输,无线通信是基础。由于传感器节点具有电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限的特点,因此设计更加高效和省电的无线传输协议一直是这一领域研究的重点。随着传感器网络应用领域的拓展,在数据传输中提供服务质量控制(Quality of Service,Qos)是一个新的研究课题,具有非常广阔的应用前景。因此,在无线通信协议中实现QoS也是非常有意义的。 文中先阐述了无线传感器网络与传统网络的区别,无线传感器网络的特点和面临的挑战以及应用领域,并介绍了目前无线传感器网络国内外的研究进展。并介绍了几种常见的用在无线传感器网络中路由协议和MAC协议。然后,针对目前无线传感器网络中的QoS不考虑信息质量的特点,以无线传感器网络在医护领域的应用为例,提出了一种基于信息质量的新型的跨层QoS机制,并提出了要实现这种QoS机制面临的挑战。 最后我们采用网络仿真工具NS2对这种QoS机制进行了简单的性能仿真。本文通过划分优先级来对网络提供不同的服务质量,数据包的优先级主要反应了数据包中所含的信息质量。本文中实现这种优先级分配,本文从理论和仿真两个角度,通过定义的吞吐率、延迟、抖动和丢包率等参数对新旧两种协议的性能进行了非常量化的对比。大量的实验数据得出结论：新的QoS机制相对原来的调度策略性能有较大的提高。 本文所使用的仿真环境是NS2,建模使用的语言包括C++和tcl,测试使用的语言包括awk和XGraph。

目录

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英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究目的和意义

1.3 论文组织

第二章 传感器网络概述

2.1 无线传感器网络与传统无线网络的区别

2.2 无线传感器网络的概念和体系结构

2.3 无线传感器网络的特点和挑战

2.4 无线传感器网络的性能评价

2.5 无线传感器网络的应用领域

2.5.1军事领域

2.5.2环境科学

2.5.3医疗健康

2.5.4空间探索

2.5.5其他商业应用

2.6 无线传感器网络的研究进展

2.6.1军事领域的研究进展情况

2.6.2民用领域的研究进展情况

2.6.3学术界的研究进展

2.7 无线传感器网络研究中的共性问题

2.8 无线传感器网络的分层模型

2.9 无线传感器网络路由协议

2.10 无线传感器网络MAC协议

2.11 无线传感器网络协议发展趋势

2.11.1功能可剪裁、灵活可重构的无线传感器网络协议体系结构

2.11.2协议跨层优化

2.12 本章小结

第三章 无线传感器网络中的QoS

3.1 服务质量QoS的定义

3.2 当前的研究状况

3.3 无线传感器网络的QoS机制特点

3.4 QoS度量关系

第四章 基于信息质量的QoS机制

4.1 无线传感器网络在医护应用中的QoS

4.2 无线传感器网络中Qos面临的挑战

4.2.1数据融合和上下文推理

4.2.2受限的网络资源

4.2.3不确定性

4.2.4跨层问题

4.2.5动态环境

4.2.6分布式的设计与实现

4.2.7可测量性

4.3 基于信息质量的QoS结构

4.3.1单层

4.3.2 QoS机制

4.3.3 QoS机制的灵活运用

4.3.4基于信息质量的QoS机制的应用

第五章 基于信息质量的QpS网络仿真

5.1 NS2仿真环境

5.1.1离散事件模拟器

5.1.2丰富的构件库

5.1.3分裂对象模型

5.1.4开放的源代码

5.2 QoS性能评价指标及其定义

5.2.1平均吞吐率(Average Throughout)

5.2.2平均时延(Average Delay)

5.2.3丢包率(Packet Lost)

5.2.4平均抖动(Jitter)

5.3 基于信息质量的QoS设计实现

5.4 仿真场景和拓扑

5.4.1 第一个场景：单跳和多跳配置

5.4.2第一个场景的仿真结果

5.4.3 第二个场景：多条路径的配置

5.4.4第二个场景的仿真结果

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果