具有休眠的完全服务轮询系统性能分析及应用

作     者：吴章勇 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何敏

授予年度：2018年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：轮询机制 概率母函数 马尔可夫链 无线传感器网络 MAC协议 

摘      要：信息技术等领域的飞速发展,使得人们致力于寻求更多的计算能力,更多的存储能力和更快的处理速度,但小型自动化设备却在日常生活中占据了越来越多的部分。具有数据处理,数据存储,环境感知和相互通信能力的单元几乎进入了人类活动的全部范围。这些小型的通信单元构成的网络加快了人们收集信息的能力范围。在由数千个实体组成的庞大无线传感器网络中,每个节点要求其检测位置并与他人共享的能力正变得越来越多,这就要求了节点具有长时间工作的能力。然而无线传感网络节点的寿命通常由一次电池充电的寿命来定义,由于传感器能量有限,在大规模的无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)应用中,对节点充电或更换电池比较困难。因此,避免不必要的能耗和优化每个传感器节点内的能量消耗以延长网络的生命周期就显得至关重要。本文主要从降低无线传感网络的介质访问控制MAC(Media Access Control)层节点的空闲能耗出发,在完全服务轮询系统中引入休眠状态,采用马尔可夫链和概率母函数的分析方法进行建模分析,推导了平均排队队长、平均查询周期、平均等待时间等一阶和高阶特性量,仿真实验验证了理论解析的正确性,且与经典完全服务系统相比,计算精度得到了较大提升。在此基础上,本文提出了一种适用于WSN的具有休眠的完全服务轮询控制方式S-EPC(Sleeping Exhaust Polling Control),分析了接入控制过程,并在IEEE802.11PCF帧结构的基础上,设计了S-EPC的帧结构,最后对节点的能耗进行了分析。仿真实验表明,在兼顾服务性能的同时,系统能耗得到了有效降低,能够满足WSN的应用需求。