论文部分内容阅读
本文以探索无线传感器网络(WSN)潜在的应用场景为目的,利用WSN自身优势与文物保护应用背景相结合,将WSN应用于土遗址微环境监测中,为文物保护科研人员研究适合文物保存的环境因素模型提供数据支持。围绕WSN在土遗址微环境监测应用需要解决的数据收集关键技术问题,通过分析应用场景特点,以及对现有WSN路由协议、数据转发协议的研究,提出了模块化的WSN网络层协议结构,设计了适合土遗址微环境监测应用场景的路由协议和数据转发协议,通过仿真实验和原型系统验证了设计方案的有效性。本文主要研究内容如下：(1)通过研究WSN协议栈结构,针对实际应用中WSN网络层较高的功能复杂度,将WSN网络层进行功能解耦,划分为路由模块、数据转发模块,并对这两个模块的功能与交互进行定义,以实现应用中动态模块替换。在系统实现中,路由模块运行PDHP路由协议完成网络拓扑结构的建立,数据转发模块运行D2CPR数据转发协议,在网络层进行局部数据传输控制。(2)提出了基于预部署的分区域分簇路由协议(PDHP):将监测区域划分成若干小区域,在小区域中节点自组成簇,由基站节点定期发送数据收集包,建立簇首到基站的多跳反向梯度,以此簇首将收集到的数据发往基站。PDHP路由协议以分簇路由均衡网络能量消耗,以区域划分减小成簇复杂度,以应用场景特点简化协议设计。(3)提出了网络层数据转发协议(D2CPR):针对应用特点采用NACK方式进行丢失数据的局部重传,并以分布式拥塞控制思想,进行局部数据传输控制,以解决数据传输可靠性、完整性问题；另外通过获取路由模块维护的网络拓扑结构信息,进行节点功率控制与休眠调度,以达到降低能耗的目的。(4)在NS2中对PDHP协议和D2CPR协议进行仿真实验,在仿真实验验证其有效性的基础上。使用运行TinyOS2.0操作系统的Micaz系列节点,将原型系统部署在西安市唐皇城墙含光门遗址博物馆城墙遗址区域进行微环境监测,以实际应用验证了本研究的实用性和有效性,并且为文物保护人员研提供了一批有价值的文物微环境数据,同时也体现了WSN在未来智能生活中的应用潜力。