無線移動自組織及傳感器網(wǎng)絡中若干問題的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，人們對網(wǎng)絡通信技術的需求也不斷提升，新的應用不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡已經(jīng)不能滿足社會的需求，從而促進了無線網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展。無線自組織網(wǎng)絡由于其具有自組織、自愈合、快速反應等特性，在各行各業(yè)中的應用日益廣泛。特別是近來人們關注較多的車載移動自組織網(wǎng)絡、無人機載自組織網(wǎng)絡等，有重大的理論和現(xiàn)實意義。無線傳感器網(wǎng)絡作為一種特殊的自組織網(wǎng)絡，已經(jīng)在軍事、交通監(jiān)控、安全敏感區(qū)域監(jiān)控、智能家居和目標跟蹤、公共安全檢測等領域

2、有廣泛的應用前景。因此無線移動組織網(wǎng)絡及傳感器網(wǎng)絡成為了無線自組織網(wǎng)絡技術研究中的熱點問題，由于其特殊性，因此具有一定的研究挑戰(zhàn)。本文在對無線自組織及傳感器網(wǎng)絡進行了系統(tǒng)全面的分析和總結基礎上，對研究熱點問題中的延遲容忍移動傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸策略、有向無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋問題及移動自組織網(wǎng)絡路由等幾個方面的內容深入細致地開展了相關研究工作，并取得了若干的創(chuàng)新與成果。本文的主要貢獻包括：
　　 ⑴針對延遲容忍移動傳感器網(wǎng)絡的特點，對

3、其現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸策略進行了深入的研究，并在經(jīng)典延遲容忍移動傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸策略FAD以及MPAD策略的基礎上先后提出了一種基于優(yōu)先度復制的數(shù)據(jù)傳輸策略PRD用于空間中間斷連通的延遲容忍移動傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸以及一種基于數(shù)據(jù)融合的適配數(shù)據(jù)復制傳輸策略DAAD，該傳輸策略主要用于采集監(jiān)控環(huán)境數(shù)據(jù)的延遲容忍移動傳感器網(wǎng)絡。PRD由選擇復制策略和隊列管理組成，前者根據(jù)節(jié)點將消息傳遞給匯聚點的可能性，選擇下一跳進行復制傳輸；隊列管理則利用引入傳

4、輸優(yōu)先度及復制數(shù)的消息生存時間決定隊列中消息丟棄原則。DAAD由選擇復制策略和具有數(shù)據(jù)融合功能的隊列管理組成，前者適應性的選擇下一跳傳輸?shù)墓?jié)點，復制消息進行數(shù)據(jù)傳輸；隊列管理則決定隊列中消息的生存與否等，同時利用數(shù)據(jù)融合，產(chǎn)生新消息，減少網(wǎng)絡中多余數(shù)據(jù)消息的傳輸。仿真分析表明，PRD以及DAAD均能夠有效提高數(shù)據(jù)交付率，同時具有較低的數(shù)據(jù)復制數(shù)以及傳輸延遲。
　　 ⑵針對有向傳感器網(wǎng)絡覆蓋增強問題，提出了基于人工魚群優(yōu)化的有向傳

5、感網(wǎng)絡覆蓋增強算法AFCEA以及基于遺傳模擬退火算法的有向傳感器網(wǎng)絡覆蓋增強算法GSACEA。在AFCEA中，將針對性改進的人工魚群優(yōu)化引入可轉動模型下有向傳感器網(wǎng)絡覆蓋增強問題最優(yōu)解的求解，通過多條人工魚的一系列行為，逐步接近網(wǎng)絡覆蓋的最大值。通過理論研究以及仿真實驗分析，與其他典型的有向傳感器網(wǎng)絡覆蓋增強算法相比，AFCEA算法可以以較少的迭代計算次數(shù)有效提高有向傳感器網(wǎng)絡的監(jiān)測覆蓋率。GSACEA算法則將遺傳算法與模擬退火算法相結

6、合并作了一定的改變，通過遺傳的進化作用與模擬退火的作用逐步接近最優(yōu)解，解決有向傳感器網(wǎng)絡覆蓋增強問題。仿真驗證表明，與其他經(jīng)典的同類研究算法相比，GSACEA可以以較少的迭代次數(shù)有效提高有向傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測覆蓋率。
　　 ⑶在人工魚群算法的基礎上，創(chuàng)新性地提出了虛擬水流的概念，分析了虛擬水流對人工魚群算法的影響，進而提出了一種基于虛擬水流人工魚群優(yōu)化的有向傳感網(wǎng)絡覆蓋增強算法VSAFCEA。在VSAFCEA中，將引入虛擬水流并重新

7、定義行為模式的人工魚群優(yōu)化引入可轉動模型下有向傳感器網(wǎng)絡覆蓋增強問題最優(yōu)解的求解，通過多條人工魚在虛擬水流下的一系列行為，逐步接近網(wǎng)絡覆蓋的最大值。通過理論研究以及仿真實驗分析，與其他有向傳感器網(wǎng)絡覆蓋增強算法，包括AFCEA相比，VSAFCEA算法可以以較少的迭代計算次數(shù)有效提高有向傳感器網(wǎng)絡的監(jiān)測覆蓋率。
　　 ⑷對無人機自組織網(wǎng)絡等高速移動環(huán)境下的無線移動自組織網(wǎng)絡特性進行了相關分析，針對節(jié)點移動快速、網(wǎng)絡拓撲變化劇烈等特

8、性，提出了一種上下文感知優(yōu)化鏈路狀態(tài)協(xié)議CAOLSR，采用了一種上下文信息機制，引入了節(jié)點地理信息位置等信息，并綜合多個網(wǎng)絡上下文影響參數(shù)，將節(jié)點間相對移動預測、前后訪問時間以及節(jié)點連接度情況引入MPR選擇，并設計了CAOLSR-MPR算法流程。此外，CAOLSR還通過引入Fisheye技術，分層次對傳輸控制消息的發(fā)送頻率進行了控制，減少了移動性對路由精度的影響。最后通過多組仿真實驗表明，在節(jié)點快速移動與拓撲快速變化環(huán)境下與HOLSR、