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基于实时应用下IEEE802.15.4网络的研究和改进

王磊  
【摘要】:无线传感器网络(Wireless Sensor Network)技术是现代信息技术领域中具有交叉学科性质的高新技术,在军事领域、民用领域和工业领域中有着广泛的应用。IEEE 802.15.4协议为无线传感器网络提供了节点间通信的国际标准,具有低速率、低成本、低功耗、高质量的特点。目前有关IEEE 802.15.4网络的研究主要集中在建模、性能评估、低功耗等方面,但对于网络吞吐量、时延、丢包率等网络特性关注不足。 本文针对实时应用领域中无线传感器网络系统对时延敏感的特点,全面分析了IEEE 802.15.4标准,对标准中提供保障传输的保障时槽(GTS)调度机制进行了深入研究。本文使用网络微积分的原理分析GTS的时延边界问题,得到GTS的速率-时延服务曲线和时延界限定义公式。在GTS的先来先服务调度策略的基础上,提出一种基于时延优先级的GTS分配算法。新算法根据节点发送数据包的发送成功率、缓存利用率和带宽占用率,评估数据包的优先级,按照优先级顺序响应GTS请求并动态调整GTS中的时槽数量,确保实时传输和带宽利用率。 最后,本文使用OPNET Modeler仿真工具建模分析IEEE 802.15.4网络的特征。Modeler采用面向对象模拟方式,为每一类结点建立相应的结点模型,包括物理层建模、MAC层建模、网络层建模。通过对标准算法与改进后算法的仿真分析比较,验证了新算法在不影响网络整体效率的前提下,降低了时延,提升了传输效率。


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