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多業(yè)務多維度高速率E+E傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化
無線E+E傳感器網(wǎng)絡是當前的研究熱點,廣泛地應用于軍事、工業(yè)控制、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等諸多領域。隨著E+E傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展和多媒體應用需求的增長,高速率無線E+E傳感器網(wǎng)絡應運而生,該網(wǎng)絡能夠處理數(shù)據(jù)、圖形圖像、音頻、視頻等多種業(yè)務,同時提供相應的服務質(zhì)量保障,實現(xiàn)高質(zhì)量的視頻監(jiān)控、多元化信息采集和處理、復雜任務的調(diào)度與處理、高精度的跟蹤定位等應用。與傳統(tǒng)的E+E傳感器網(wǎng)絡相比,高速率E+E傳感器網(wǎng)絡具有感知信息豐富、傳輸速度快、處理能力強、能量約束更為嚴重等特點。

多業(yè)務多維度高速率E+E傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化
高速率E+E傳感器網(wǎng)絡中帶寬波動頻繁以及無線傳輸介質(zhì)的不穩(wěn)定性引起信號的衰落,帶寬和能量受到極大限制,傳統(tǒng)的分層暴露出巨大的弊端,跨層設計與聯(lián)合優(yōu)化應運而生。高速率E+E傳感器網(wǎng)絡跨層機制將協(xié)議層的狀態(tài)參數(shù)和QOS參數(shù)在不同協(xié)議層中傳遞,實現(xiàn)協(xié)議在系統(tǒng)整體約束和整體性能要求下聯(lián)合優(yōu)化,達到充分利用系統(tǒng)資源和提高E+E傳感器網(wǎng)絡總體性能的目的,可有效提高能量效率和提供多業(yè)務QoS。高速率E+E傳感器網(wǎng)絡將邏輯上的信息世界與真實物理世界融合在一起,是由E+E傳感器網(wǎng)絡到物聯(lián)網(wǎng)的關鍵環(huán)節(jié),物聯(lián)網(wǎng)目前已被正式列為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。圍繞高速率E+E傳感器網(wǎng)絡中的能量受限和多業(yè)務QoS保障問題,采用跨層設計與聯(lián)合優(yōu)化的方法研究高速率E+E傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)多業(yè)務跨層調(diào)度與資源分配算法、異構(gòu)高速E+E傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中實時任務多維度聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度算法、高速率E+E傳感器網(wǎng)絡中跨層自適應MAC協(xié)議、高速率E+E傳感器網(wǎng)絡多業(yè)務的跨層混合MAC協(xié)議。主要內(nèi)容及創(chuàng)新點包括以下三個方面：針對高速率E+E傳感器網(wǎng)絡中多種業(yè)務對QoS的不同要求,考慮物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層參數(shù),提出了一種適合多業(yè)務的跨層調(diào)度與資源分配算法AM-LWDF。該算法在滿足實時業(yè)務QoS約束的前提下,以zui大化系統(tǒng)吞吐量為目標建立了相應的優(yōu)化模型,可以靈活地在系統(tǒng)能效、實時業(yè)務的時延和非實時業(yè)務吞吐量之間取得折中,并保證不同類型業(yè)務間的公平性。針對異構(gòu)高速E+E傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中實時任務調(diào)度的特殊要求,提出了包括任務的截止時間、服務質(zhì)量、吞吐量、QoS公平和負載均衡的多維度調(diào)度算法MDSA,通過大量的仿真實驗比較MDSA,DASAP和DALAP三種不同的調(diào)度策略,MDSA在調(diào)度成功率、QoS收益均值、調(diào)度跨度、負載均衡性方面均明顯優(yōu)于DASAP和DALAP,實現(xiàn)異構(gòu)高速率E+E傳感器網(wǎng)絡實時任務的多維度聯(lián)合優(yōu)化。針對SMAC協(xié)議中固定占空比不能適應高速率E+E傳感器網(wǎng)絡多種速率多業(yè)務傳輸?shù)奶攸c,提出一種適用于高速率E+E傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集型應用的速率自適應的AMAC協(xié)議。AMAC協(xié)議采用占空比自適應機制、競爭窗口自適應機制和交錯喚醒機制,在多種速率任務突發(fā)的E+E傳感器網(wǎng)絡中,能有效提高系統(tǒng)能效、吞吐量并降低時延；針對高速率E+E傳感器網(wǎng)絡中需為多種業(yè)務提供相應的QoS保障,提出基于跨層的速率自適應的混合MAC協(xié)議RHMAC,該協(xié)議可根據(jù)業(yè)務需要以及網(wǎng)絡負載,在CSMA和TDMA自動切換。

多業(yè)務多維度高速率E+E傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化
在高速率E+E傳感器網(wǎng)絡中,RHMAC協(xié)議比BMAC協(xié)議能達到更高的吞吐量和較高的能效。zui后,針對應急醫(yī)院中傳輸多種混合實時業(yè)務的應用需求,設計了一系列高速率E+E傳感器網(wǎng)絡智能節(jié)點,采用跨層設計與聯(lián)合優(yōu)化的技術保證多種業(yè)務QoS需求,實現(xiàn)應急醫(yī)院人員、物資、設備快速準確的定位、追蹤與管理。