题目：无线传感器网络数据传输控制技术研究

近年来，随着微机电系统技术、嵌入式计算技术、无线通信技术和信息处理技术的快速发展，新兴的无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）应运而生，将真实的物理世界和逻辑的信息世界融合在一起，深刻地改变了人与自然的交互方式。和其它传统的网络系统不同，无线传感器网络具有资源受限、应用相关和以数据为中心等特点，这些特点给无线传感器网络的设计和实现带来了很多挑战性问题。数据传输控制是无线传感器网络服务质量研究中的一个基本和关键的问题，它决定了感知数据如何经由无线网络成功地传输到基站，对网络的工作性能和能量的利用效率有着直接的影响。针对无线传感器网络自身特性，研究高效的数据传输控制技术，在实际应用中具有非常重要的意义。本文以提供可靠高效的传输服务为目标，围绕无线传感器网络中分簇式网络结构下的数据传输控制、节点无地址网络中的数据传输控制、基于相邻节点协作的可靠数据传输以及保证监测信息质量的网络拥塞控制等关键技术进行了深入地研究，取得的主要研究成果及创新点如下：1. 根据当前传感器节点的通信能力，提出了一种面向大规模分簇无线传感器网络的传输控制方法REDD。首先设计了一种基于节点动态竞争的成簇算法，以高效的方式形成分布良好的分簇网络结构。在此基础上，采用多信道通信方式解决簇内通信时由边界节点引发的相邻簇间的通信干扰问题，保证簇内数据传输的可靠性；同时，通过理论分析给出一定的节点密度下达到簇首间覆盖网络连通的条件，并基于此建立簇首间数据转发的生成树结构。实验结果表明，较之已有的研究，REDD能够以更少的开销达到更优的分簇性能，并且在保证可靠传输的同时有效地降低传输时延。2. 针对节点无地址的无线传感器网络对单播数据传输和网络节点控制的实际需求，提出了一种数据传输控制方法EDDS。首先设计了一种基于回退机制的算法，以建立传输代价梯度场，使节点明确数据的传输方向。在此基础上，采用跨层设计的方法对基于CSMA/CA的MAC协议的传输机制进行扩展，实现基于节点转发机会竞争的单播数据传输。此外，设计了一种面向网络数据流的标识方法，以便于网络能够根据需要向节点发布命令进行控制。理论分析和实验结果表明，EDDS降低了传统编址方式带来的传输开销，具有良好的传输性能，并且能有效地保证网络的连通性。3. 针对无线传感器网络中不可靠的通信链路引发传输效率下降的问题，提出了一种基于相邻节点协作的可靠数据传输机制NNCS。通过对无线链路可靠性模型及无线传输广播特性的分析，设计了单跳数据传输过程中的节点协作规则，以选择成功监听数据传输的相邻节点来承担协作任务（重传或转发）。在此基础上，对MAC协议中的反馈应答部分进行扩展设计，实现了基于节点协作机会竞争的协作传输机制。理论分析和实验结果表明，较之传统的解决方法，NNCS能够以更少的传输开销达到更高的数据传输成功率，同时有效地降低了端到端的传输时延。4. 在分析感知数据重要特性的基础上，针对无线传感器网络中出现的典型拥塞场景提出了一种尽力保证监测信息质量的拥塞控制策略CADA。CADA主要包含避免、检测和缓解三大控制机制：首先，使用分布式选举算法选择代表性数据源节点报告数据，以减少低精度或高冗余数据的传输，积极地避免网络拥塞的发生。当拥塞不可避免地发生时，节点将利用缓存监控和信道采样来分别检测节点级拥塞和链路级拥塞。针对不同的拥塞拓扑场景，分别提出了多路径分流和源速率调整两种策略来缓解拥塞，并使用分段线性近似技术尽力降低流量控制对数据精度的影响。实验结果表明，CADA能够在有效控制拥塞的同时尽力满足应用对监测信息质量的要求，并且显著地提高了数据传输的可靠性、实时性和能量的利用效率。