无线传感器网络中基于分簇的TDMA调度机制研究

摘要

无线传感器网络(WSN)是由分布在目标区域的众多微型传感器节点组成的无线网络系统,具有节点体积小、自组织、分布范围广等特点,已成为信息监测领域的一项重要技术,也是物联网技术发展不可或缺的一部分。MAC协议作为无线传感器网络的底层协议,主要负责网络的无线通信资源的分配和传输调度控制。由于无线传感器网络受到能量的制约,其能量的损耗主要来自于节点的无线通信过程,因此设计高效节能的MAC协议就成为当前研究的热点之一。
　　 本文主要研究无线传感器网络中基于分簇路由技术的TDMA调度机制。论文首先介绍无线传感器网络分簇路由技术,并基于OMNET++仿真工具搭建的WSN分簇网络仿真模型对典型的分簇路由算法进行仿真。
　　 接着论文重点介绍无线传感器网络基于分簇的时分复用调度机制,深入分析固定时隙分配的TDMA调度机制和低能耗自适应时隙分配(LASA)的TDMA调度机制。与固定时隙分配的TDMA调度机制相比,LASA调度机制由簇头节点根据成员节点的数据大小为其动态分配时隙,有效减少了节点的空闲侦听时间,提高了无线资源的利用率。仿真表明LASA调度机制在降低网络的能耗,提高网络的吞吐量,延长网络的生命周期等方面性能要优于固定时隙分配调度机制。
　　 虽然LASA调度机制通过动态分配时隙的方法降低了节点的能耗,提高网络的吞吐量,但是依然未能解决由于网络能耗不均而导致的边缘节点率先死亡,进而造成网络采集盲区的问题,同时在簇内成员节点无数据发送时,会造成节点间控制消息发送过多的问题。为此,论文最后对上述问题进行改进,提出在调度过程中的簇头替代算法以解决网络能耗不均的问题,引入数据查询机制以解决控制消息发送过多的问题。仿真表明,改进的LASA调度机制不仅实现了网络能耗的均衡,避免了网络采集盲区的出现,同时也进一步降低了网络的能耗,延长了网络的生命周期,提高了网络的吞吐量。