無線傳感器網絡中重發問題的理論分析

摘要：針對無線傳感器網絡信道特性和網絡布置等具體問題，以Mica2節點為例，從理論上分析了重發次數、時間窗長度、節點通信半徑范圍內的節點數量等參數的選取對數據可靠性、節點平均壽命等性能的影響。

關鍵詞：無線傳感器網絡;數據可靠性;重發

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2007)07－0258－03

1研究意義及現狀

1．1研究意義

無線傳感器網絡的通信中，沖突會造成數據丟失，信道質量、電子噪聲[1]等問題又會引入錯誤。這些都影響了數據的可靠性，從而有必要考慮重發。文獻[2]中提到，欲保證數據有效性，一定要用到鏈路層重發。但另一方面，重發需要占用信道，會進一步造成信道擁塞，導致更多沖突；且重發會消耗更多能量，這對限制能耗的無線傳感器網絡來說，無疑會極大影響其性能。所以，是否重發、重發多少次以及重發時如何根據需要選取網絡參數，都是需要考慮的問題。

1．2研究現狀

關于重發機制在無線傳感器網絡中的應用，很多人從多方面作了細致的研究。文獻[2]研究了重發次數及重發機制對可靠性的影響。文獻[3～6]分析比較了不同的重發機制。其中文獻[4]詳細比較了四種機制在不同參數下的性能。文獻[7]則研究了重發時包長和糾錯對能耗的影響。文獻[8]同時考慮了重發次數和包長對能耗的影響。文獻[9]用一個凸函數描述期望的重發次數。

上述研究為本文針對具體應用選取或設計不同的重發機制、重發次數和包長等提供了很好的依據。

1．3本文研究重點

縱觀現有的工作，大都通過實驗的方式得出結論，并無嚴格的理論推導。這樣有實驗本身的局限性，如實驗的時間不可能無限長、次數不可能無限多等。所以，實驗不能完全保證結論的有效性。文獻[9]雖然用到了函數的思想，但函數并非從實際物理過程出發，其選取也是基于實驗的一種近似。

因此，本文致力于從理論上分析無線傳感器網絡中的重發問題。重點研究了在無線傳感器網絡中，為解決沖突造成的數據丟失，是否重發以及重發多少次等問題。同時，對重發時某些網絡參數的選擇作了研究。為便于分析，本文選取UC Berkeley 研制的Mica2節點做示例。

2物理模型

2．1情景描述及節點工作機制

本文的研究基于如環境溫度監測等應用。每個傳感器節點負責自己所在物理區域的數據。處于On狀態時，節點每隔一段時間對所負責區域進行規則采樣，并以固定的時間間隔向基站傳送數據包。因為節點以一定概率隨機On/Off切換，所以節點采樣和發包過程也是隨機的。

基本物理模型如下：

5結束語

本文從理論上分析了無線傳感器網絡中重發的應用及網絡參數的選取等問題。計算過程中，以Mica2節點為例，主要考慮沖突造成的數據丟失。本文得出的結論與Mica2本身的物理特性有很大關系。希望該分析思路，對不同的具體應用下重發的應用等問題有所啟示。

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