关键字 |
| 无线传感器网络;传播;重新编程 |
介绍 |
| 无线传感器网络应用程序经常需要更改部署后因为各种各样的原因。重新配置的一组参数,修改任务的各个节点,并修补安全漏洞。许多大规模WSN,身体之前收集的环境中部署部署节点是非常困难或不可行。无线传感器网络(WSN)的空间分布自治传感器前监控温度等物理或环境条件、声音、压力等合作,将他们的数据通过网络传递给一个主要位置。现代网络双向越多,也使传感器的控制活动。无线传感器网络的发展是出于军事应用如战场监视;今天这样的网络被用于许多工业和消费者应用程序中,如工业过程监测和控制,机械健康监测等等。提供一个真正的物理和虚拟世界之间的桥梁。允许观察前面可观测的能力在一个高分辨率大的时空尺度。有广阔的应用潜力产业,科学、交通、民用基础设施和安全。 |
| 无线重编程是一个无线传感器网络的关键技术,软件部署。代码传播是一个基本构件,使无线重新编程。在传感器网络传输一个数据包从发送者到接收者时,数据包将从多个节点传播。如果一个失败,将丢失数据包传输节点。发送方不知道是否达到包。确认将不被接受。数据将会丢失,需要更多时间来完成这个过程。为了纠正这个问题,是一个节点失败表示发送方,所以再次发送方发送一个数据包。 |
| 现有代码分发协议泛滥和MNP采取若干关键技术,确保高可靠性和性能。首先,他们交换控制平面消息可靠性高[4][5]。其次,他们部分大型代码对象为管道固定大小的页[5]。页面传输时间和inter-page谈判时间(包括控制平面交流消息)因此两个主要贡献者整体完成时间。然而,现有的协议设计展览他们的效率在两个主要方面。首先,数据吞吐量效率网络吞吐量层和物理层之间的比例数据速率PHY加息会迅速降低。例如,鉴于大约36字节的数据包大小在洪水和MNP(原本为19.2 Kbps CC1000广播),当前的效率比250 Kbps CC2420广播仅为14.3%。第二,目前MNP的发送方选择算法(用于解决广播风暴问题)不考虑链接质量信息和需要多轮的消息交换,导致传输冗余和长时间完成。 |
| 为了解决第一个问题,我们想增加数据包大小改善PHY率高的传输效率收音机(例如,250 kbps CC2420)。这种方法适合代码传播,因为交通总是饱和,没有延迟限制单个数据包。然而,灵活解决数据包大小的最大允许大小固定的数据包大小可能不适合所有平台的所有条件下[3]。因此,我们支持动态可配置包尺寸在我们的协议设计。为了解决第二个问题,我们利用1-hop邻国的联系信息学会在空气质量改善发送方选择准确。我们动态估计的影响通过考虑发现邻居(即发送者。邻居,不接收整个页面)和品质与邻国的联系。一个节点的传输节点被认为是更有效的,如果有更多的发现邻居素质良好的链接。少考虑链接品质帮助把重量差的一个潜在的发送方品质链接到他们的邻居,从而减轻传输适应低PRR (PRR短数据包接收率)接收器。这是特别重要的大型数据包传输。鉴于许多候选人发送方,我们的设计需要确保最好的发送方传送,同时避免同时传输尝试,会导致重复公关碰撞。 MNP [5] needs multiple rounds of message exchanges and explicit requests from receivers, transmission overheads and long delays. We address this issue by proposing a fast sender selection mechanism that does not require explicit coordination. The basic ideas are to prioritize sender transmission so that the best sender with the largest impact is most likely to transmit. |
| 我们将上述设计原则合并到一个新的代码分发协议,澳洲牧牛犬。通过25-node ACD广泛的性能测试以及TOSSIM模拟。结果表明, |
| 1。通过支持一个大的数据包,ACD显著TelosB结束完成时间短的传感器平台250 kbps CC2420收音机。 |
| 2。通过支持准确的发送方选择利用信息学习空气,ACD有效地减少竞争和冲突,导致更少的数据包传输。 |
| 3所示。通过建立补偿时间的影响设计,ACD降低了国米页面谈判时间,也缩短比赛时间。 |
| 自适应代码分发协议(ACD)实现基于TinyOS操作系统。ACD有四个特性。1。它支持动态可配置包的大小。通过增加PHY率高的数据包大小的收音机,它大大提高了传输效率。2。它雇佣了一个准确的发送方选择算法减轻传输碰撞和传输可怜的链接。3所示。它雇佣了一个简单的impact-based关闭定时器设计图表所花费的时间在协调多个合格的发送方,发送方的最大影响是最容易传播。 |
| 4所示。它是用来避免隐藏终端问题。 |
| 发送方选择算法的基本原理是选择最好的发送者转发数据,同时避免与其他邻近节点同时传输。这涉及到两个主要方面。首先,准确度量应该设计估计发送者的影响。其次,设计高效的机制应该协调传输发送方发送者的资格,这样最大的影响是最容易传播。发送方选择广播协议是一种特殊情况下的发送方选择代码分发协议(即。,一个页面,一个包)。发送方选择代码分发协议更为复杂。 |
相关工作 |
| 线[1]一个可靠的批量数据传播协议传播一个大数据对象在大规模传感器网络的所有节点。线的主要目标是减少能源消耗。实现其目标线采用两阶段方法的对象传递给网络中节点的一个子集,形式连接的一组在第一阶段和第二阶段剩余的节点。此外,绳安装协调睡眠时间在网络中的节点,节点不参与接收或传输数据可以关掉收音机减少能源消耗。我们评估了线的性能实验室内和室外传感器网络测试床,通过广泛的模拟。线明显降低了可靠的能源消耗数据传播而实现一个类似的延迟。 |
| 洪水[4]也许是最受欢迎的代码分发协议用于可靠的代码更新。它使用一个三因子握手和NACK-based协议的可靠性,采用分割(页)和管道空间复用。在这里,我们描述它在三个不同阶段:1。广告(副词),请求(请求)和页面传输(数据)。在这个阶段,每个节点对其本地代码对象广告。注意,代码对象可能不完整的过程中传播。洪水执行严格的订购页面传输。当一个节点(接收器)了解到另一个节点(发送方)有更多可用的页面,它将发送一个请求并准备接收数据包。当发送方接收到请求时,它将从空闲状态过渡到TX状态。然后它开始传输请求的数据包在当前页面。 2. Page Retransmission. If a receiver loses some packets in a given page, it will remain in the RX state, sending requests to the most recently heard neighbour for the missing packets. On the other hand, the sender will enter the IDLE state whenever it completes transmitting a requested page. When it receives a request for transmission purpose, it sends the packets immediately. When all missing packets in a given page are received, the receiver enters the IDLE state and prepares to receive the next page. 3. New page Transmission. The sender and receiver will enter the IDLE state whenever a page completes. At this time, the receiver will prepare to receive the next page and increase the advertising frequency by resetting its advertisement timer. |
| 当发送方听到不一致的广告从任何接收器,它还将重置其广告计时器让接收者了解事实,邻居有更多可用的页面在附近。接收者将为下一个页面请求发送者。发送方收到一个新页面请求之后,它将立即开始传输。泛滥的一个问题是,从接收器发送者接收到请求时,它将开始传输数据包后指定的超时。它可能多个发送者在附近同时开始传输,导致严重的碰撞。为了解决这个问题,MNP[5]包含一个发送者选择算法试图保证在附近最多有一个源发射一次。MNP的源代码互相竞争基于不同的请求他们收到的数量。 |
| 发送方选择是贪婪的,它试图选择发送方,预计将有最影响。MNP还减少,活跃的广播时间的传感器节点通过将节点进入“睡眠”状态,当其邻国传输。这有效地减少了空闲监听问题,避免无意中听到。与上述两部作品相比,我们的工作有两个主要区别。首先,我们启用动态可配置的数据包大小支持大数据包提高传播的性能。第二,我们采用一个准确和快速的发送方选择算法缓解并发传输和传输可怜的链接。 |
| Ad hoc网络是一个动态的无线节点的集合形成一个拓扑中没有任何现有基础设施。因为没有位置的情况下,它是高度开放的隐藏和暴露终端问题。因此有必要设计一个MAC协议更多的考虑。介绍了一个基于移动代理的MAC[2]在网络上漫游,收集信息动态变化的环境。本文的主要目的是缓解隐藏和暴露终端问题。ack和利用链接相关性估计发现节点的预期而ACD依赖nak(即。,请求消息)和链路质量估计发现接收器的数量除外。第三,这两个协议的依赖退下定时器优先传输。在CF退下时期只是一个计算的相互影响。儿童早期开发,更仔细地退下周期优化通过最小化的概率和传输碰撞“优先级反转”。 |
| 链接发送者选择的评估是很重要的。之[7]是一个被动的链路评估协议,它可以调用在积极的品质协议更新邻居的联系。例如,则可以建立在一个广播服务。则协议高度之头(包括数据包序列号)广播信标。当一个节点接收到信标,它可以估计入站链接(即质量。,the link quality from the current node to its neighbour) by inferring the number of missing packets. LEEP also attaches a LEEP footer (including inbound link qualities) to the broadcast beacon, so that each node can obtain the outbound link quality (i.e., the link quality from a neighbour to the current node) from the received beacon. |
| CF[6]是一个最近的研究,利用空间链接相关性来减轻ACK开销。ACD CF在三个方面不同。首先,CF用于洪水一个数据包在ACD用于传播大型代码对象组成的多个页面和数据包。CF并不能保证100%可靠性而ACD雇佣握手和谈判可靠性达到100%。第二,发送者选择的基本意图是相同的两个协议,即。,选择发送方可以覆盖最多的发现(即。未收到)接收器在附近。采用的技术这两个协议,然而,是不同的。CF依靠ack和利用链接相关性估计发现节点的预期而ACD依赖nak(即。,请求消息)和链路质量估计的预期数量发现了接收器。第三,这两个协议的依赖退下计时器优先传输。在CF退下时期仅仅是计算的相互影响。更仔细地在ACD,退下周期优化通过最小化的概率和传输碰撞“优先级反转”。 |
算法 |
| 答:自适应代码分发协议: |
| 在本文中,我们目前的ACD,无线传感器网络的自适应代码分发协议。与之前的作品相比,ACD有四个特征。首先,它支持动态可配置包的大小。通过增加PHY率高的数据包大小收音机,它大大提高了传输效率。第二,它雇佣了一个准确的发送方选择算法减轻传输碰撞和传输可怜的链接。第三,它使用一个简单的基于影响退下定时器设计做空所花费的时间在协调多个合格的发送方,发送方的最大影响是最容易传播。第四,它采用算法来处理卧底节点来解决隐藏终端问题。所有这一切都显著增加了信道质量。我们实现广泛ACD和评价其性能。结果表明,ACD优于将最新协议,洪水和MNP的完成时间和数据流量。 |
| ACD有效地提高性能的完成时间和数据传输开销。我们启用动态可配置的数据包大小来支持一个大的数据包来提高传播性能。我们雇佣一个准确和快速的发送方选择算法缓解并发传输和传输可怜的链接。我们使用一个同步算法将提供解决隐藏终端问题发生在卧底节点。 |
| b发送方选择算法: |
| 发送方选择是一个学习技术来减少争用和碰撞在广播协议。也是采用之前的代码分发协议MNP改善性能[5]。这些算法的基本原理是选择最好的发送者转发数据,同时避免与其他相邻的节点同时传输。 |
| 这涉及到两个主要方面;首先,准确度量应该设计估计发送者的影响。其次,设计高效的机制应该协调传输发送方发送者的资格,这样最大的影响是最容易传播。发送方选择广播协议是一种特殊情况下的发送方选择代码分发协议(即。,一个页面,一个包)。发送方选择代码分发协议更为复杂。 |
| 特别是代码传播应该100%可靠,所以发送方执行传输后接收ACK /纳;邻近的节点应该确定一个页面传输是在附近的,因为包传输在一个页面并不是连续的。MNP是一种代码分发协议,包含发送者的选择。发送者选择的度量它使用收到不同的请求数量。更适合传输发送者有更多的请求,因为它传播可以覆盖大量的接收器。通过多次选择最好的发送者。最好的节点的存在使其他邻近节点不活跃;然后从主动发送方接收请求的代码。其中的问题是,它可能导致偏见的估计节点的实际影响。导致不必要的数据包传输。 |
| c .架构图: |
| 步骤1:发送方选择: |
| 发送方选择一种技术来减少争用和碰撞在广播协议。它是用于选择最佳的转发数据发送方避免与其他邻近节点同时传输。这涉及到两个主要方面。首先,准确度量应该设计估计发送者的影响。其次,设计高效的机制应该协调传输发送方合格发送者,最大的影响是最容易传播。 |
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| 步骤2:影响评估: |
| 影响评估是用来估计发现节点的数量和出站链接的品质。估计发现节点的数量,我们使用了节点发送的请求消息时丢失的数据包检测。多个合格的发送方听到请求消息和可能负责发送请求包的请求消息,并不是注定。这种扩大合格发送方的集合,这样我们选择最好的一个。 |
| 步骤3:传输优先级: |
| 无意中听到的所有节点请求消息和发送者所请求的页面有资格。从这些合格的发送方,我们要选择最好的发送者。ACD使用隐式退下机制可以显著减少所花费的时间在协调多个合格的发送方,发送方的最大影响是最容易传播。 |
| 步骤4:节点同步: |
| 在发送方选择过程中,我们隐式同步(对齐)评估期间被估计的影响。否则,会有隐藏终端问题。 |
| 第五步:嗅探器: |
| 嗅探器组件安装到一个单独的节点称为嗅探器节点。它能够听到广播范围内传播。在传播过程中,所有其他节点报告统计的最大传输功率的嗅探器节点可以听到和转移的结果。 |
仿真结果 |
| 仿真研究涉及到确定性小与5节点网络拓扑结构,如图1所示。提出的节能算法是用MATLAB实现。我们传播同样大小的数据包从源节点1到目标节点5。算法比较两个指标总传输能量和最大跳数的数据包总数的基础上传播,网络的生命周期,每个节点能耗。我们认为仿真时间作为一个网络寿命和网络生命周期是没有路线可用传输数据包。仿真计算时间通过CPUTIME MATLAB的函数。我们的结果表明,该指标总传输能量执行比的最大跳数的网络寿命、能耗和总数量的数据包通过网络传播。 |
| 网络显示在图1可以传输22包如果使用总传输能量指标和17包如果使用最大跳数指标。和网络的生命周期也更总传输能量。它清楚地显示在图2指标总传输能量消耗更少的能量比最大跳数。随着网络是马奈节点移动和他们改变他们的位置。后节点已经改变了他们的位置Fig。3所示的新拓扑结构和能源消费的每个节点图4所示。我们的结果表明,该指标总传输能量执行比的最大跳数的网络寿命、能耗和总数量的数据包通过网络传播。 |
结论和未来的工作 |
| 在本文中,我们目前的ACD,无线传感器网络的自适应代码分发协议。与之前的作品相比,ACD有四个特征。首先,它支持动态可配置包的大小。通过增加PHY率高的数据包大小收音机,它大大提高了传输效率。第二,它雇佣了一个准确的发送方选择算法减轻传输碰撞和传输在可怜的链接。第三,它使用了一个简单的impact-based关闭定时器设计缩短时间在协调多个合格的发送方,发送方的最大影响是最容易传播。第四,它采用算法来处理卧底节点来解决隐藏终端问题。所有这一切都显著增加了信道质量。我们实现广泛ACD和评价其性能。结果表明,ACD优于最先进的协议; Deluge and MNP, in terms of completion time and data traffic and also solves the hidden terminal problems. In future we would like to examine effectiveness of our design in large scale Wireless Sensor Networks systems. |
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数据乍一看 |
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| 图1 |
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引用 |
- Leijun黄,(Sanjeev Setia绳:节能可靠批量数据传感器网络的传播,国际研讨会论文集,1997
- Priyadharsini r·约瑟夫K.S.处理隐藏和暴露终端问题使用基于代理访问scheman’,学报》国际会议上智能代理和多代理系统,页面:1 - 6,2009年7月。
- c . w .咚,x Liu陈,他y, y . Liu g . Chen和j·布鲁里溃疡,DPLC:动态包长度控制在无线SensorNetworks’, IEEE INFOCOM学报》,1 - 9,2010页。
- J.W.回族和d·卡勒的数据传播协议的动态行为对大规模网络编程,在Procedings ACM传感器系统中,81 - 94年,2004页。
- Kulkarni和l . Wang为传感器网络节能的多次反射重组,ACM传输传感器网络,5卷,没有。2,p。16日,2009年3月。
- t·朱z中,t .他和Z.-L。张,有效的利用链接相关性洪水在无线传感器网络,在诉讼。USENIX协会。NSDI, p . 2010。
- 蒂诺斯TEP 124:评估的链接交换协议(之)。(在线)。可用:http://www.tinyos.net/tinyos- 2. x / doc / html / tep124.html。
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