面向Agent的WSNs中間件關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有成本低、監(jiān)測(cè)精度高、可遠(yuǎn)程監(jiān)控、便于診斷與維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、環(huán)境監(jiān)控、文物保護(hù)、智能家居等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨著計(jì)算、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)資源等方面的限制，已經(jīng)制約著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展。如何在現(xiàn)有受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)上進(jìn)一步有效利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題，包括如何擺脫無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的強(qiáng)相關(guān)性、代碼不能重用等。移動(dòng)Agent能夠自主地幫助用戶完成想要完成的任務(wù)，同時(shí)能夠

2、自主地在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。因此，可以預(yù)期，引入移動(dòng)Agent到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中將能夠解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在的應(yīng)用強(qiáng)相關(guān)性、代碼冗余等問題。正是在這樣的背景下，本文圍繞面向Agent無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件實(shí)現(xiàn)過程中要解決的異構(gòu)通信、時(shí)間同步、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及路由算法幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)展開研究，提出相應(yīng)的解決策略。本文研究工作的貢獻(xiàn)包括以下五個(gè)方面：
　　 (1)提出面向Agent的WSNs中間件的異構(gòu)操作系統(tǒng)通信模型
　　 針對(duì)配有不同

3、操作系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)聞無(wú)法正常通信問題，本文提出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)操作系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間的通信模型。對(duì)當(dāng)前主流的操作系統(tǒng)的通信進(jìn)行研究，找出它們之間的共性，并以形式化的方法表述它們各自的通信過程，同時(shí)，建立了異構(gòu)操作系統(tǒng)間的通信模型。該異構(gòu)操作系統(tǒng)通信模型對(duì)調(diào)度策略和處理策略等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明，該異構(gòu)操作系統(tǒng)通信模型能較好地處理節(jié)點(diǎn)間的異構(gòu)通信問題，驗(yàn)證了模型的可行性。
　　 (2)提出面向Agent的WSNs中間件的簇

4、樹式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　 針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在的問題，提出了簇樹式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立是在發(fā)射功率一定的情況下，利用信號(hào)強(qiáng)度值來(lái)選擇離父節(jié)點(diǎn)相對(duì)遠(yuǎn)的一些節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)，這樣既可以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中跳數(shù)減少，又可以減少網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)間和節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。同時(shí)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)針對(duì)傳統(tǒng)層簇式拓?fù)渲写嬖诘哪芰靠斩磫栴}，通過增加簇頭節(jié)點(diǎn)數(shù)目的方法來(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，有效地避免了能量空洞問題。最后，最后針對(duì)完全m叉樹從流量均衡角度探討

5、了簇樹式結(jié)構(gòu)中樹深度與深度的關(guān)系。
　　 (3)提出面向Agent的WSNs中間件的時(shí)間同步算法
　　 利用單向廣播的方式提出了兩個(gè)時(shí)間同步算法：即IRBS算法和自適應(yīng)分層的時(shí)間同步算法。其中，IRBS算法是在RBS算法的基礎(chǔ)上，引入貝葉斯方法增加對(duì)時(shí)間同步中不確定因素的考慮，這樣可以更進(jìn)一步縮小時(shí)間同步誤差。仿真結(jié)果表明IRBS算法能夠有效地縮小時(shí)間同步誤差的范圍；另一個(gè)算法是在簇樹式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，利用單向廣播的方法，

6、由父節(jié)點(diǎn)廣播時(shí)間同步消息給下一跳節(jié)點(diǎn)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)收到時(shí)間同步通知后利用時(shí)間的先后關(guān)系建立約束不等式，通過多次的同步能夠計(jì)算出本節(jié)點(diǎn)與其父節(jié)點(diǎn)的物理時(shí)鐘的相對(duì)差值，然后進(jìn)行修正即實(shí)現(xiàn)了時(shí)間同步。該算法在理論仿真和實(shí)際物理平臺(tái)上都得到了驗(yàn)證，證明了它在時(shí)間同步精度提高、時(shí)間同步能量消耗及時(shí)間同步帶來(lái)的通信負(fù)載方面的優(yōu)越性。
　　 (4)提出面向Agent的WSNs中間件的路由協(xié)議
　　 在不使用GPS定位系統(tǒng)或者其它定位方法協(xié)

7、助節(jié)點(diǎn)計(jì)算位置信息、節(jié)點(diǎn)體積和成本不增大的前提下，本文提出新的路由協(xié)議MiniTE。該協(xié)議根據(jù)RSSI值將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分區(qū)，在功率一定的情況下，將選擇離父節(jié)點(diǎn)相對(duì)遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)作為下一跳，一旦有信息要傳遞到匯聚節(jié)點(diǎn)，則直接往父節(jié)點(diǎn)遞交，能很快將信息傳送到目的地，同時(shí)節(jié)省路由的能量消耗及減少路由時(shí)間。
　　 (5)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件DisWare原型系統(tǒng)
　　 為提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)效率、效益和質(zhì)量，本文設(shè)計(jì)并