最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡若干問題研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡作為人類主觀世界與物理世界的聯(lián)系紐帶,具有廣泛的應用前景,引起全世界各行業(yè)的普遍關注,是目前信息技術領域的研究熱點之一。無線傳感器網(wǎng)絡是一類測控網(wǎng)絡,數(shù)據(jù)采集和任務分發(fā)是網(wǎng)絡的主要任務,路由技術是無線傳感器網(wǎng)絡研究的關鍵技術之一。無線傳感器網(wǎng)絡的路由技術依賴于網(wǎng)絡邏輯拓撲結構,綜合已有研究成果,無線傳感器網(wǎng)絡的邏輯拓撲結構主要有分層邏輯拓撲結構和平面邏輯拓撲結構兩大類,分層邏輯拓撲結構的維護較為復雜,適用于物理拓撲結構相對

2、穩(wěn)定的網(wǎng)絡;平面邏輯拓撲結構維護簡單,不僅適用于物理拓撲結構相對穩(wěn)定的網(wǎng)絡,也適用于物理拓撲結構動態(tài)變化的網(wǎng)絡。最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡是平面邏輯拓撲結構無線傳感器網(wǎng)絡的典型代表之一,其數(shù)據(jù)匯聚依賴的邏輯拓撲結構主要是最小跳數(shù)梯度場,不僅能反映無線傳感器網(wǎng)絡中信息傳送普遍存在的方向性,且具有路徑最短、時延最小、能耗最少的潛在優(yōu)勢,但傳統(tǒng)最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡中存在一些缺陷,使其潛在優(yōu)勢難以充分發(fā)揮,影響其實際應用。本文以完善傳統(tǒng)最

3、小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡為目的,對最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡做進一步研究,主要研究內容和成果如下:
　　 1)通過對最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡運行模式的幾何結構學分析,得出最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡邏輯拓撲結構、查詢分組傳播模型、數(shù)據(jù)分組傳播模型等在幾何結構上的特點,以及數(shù)據(jù)分組匯聚路由重復程度的分布特點,初步揭示最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡的行為特點。
　　 2)在幾何結構學分析的基礎上,通過仿真分析,進一步揭示傳統(tǒng)最小

4、跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡的行為特點,提出梯度化鄰居節(jié)點的概念,發(fā)現(xiàn)節(jié)點的梯度化鄰居節(jié)點數(shù)、節(jié)點的精細化梯度值與節(jié)點在最小跳數(shù)梯度場梯度層次中的位置的聯(lián)系,進一步揭示最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡中查詢分組和數(shù)據(jù)分組的傳播特征,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡運行過程中存在最小跳數(shù)梯度場穩(wěn)定周期短、匯聚數(shù)據(jù)流不均勻、轉發(fā)負載不均衡等缺陷,并討論了基于“捎帶”的廉價信息提取,為傳統(tǒng)最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡的改進提供了方向。
　　 3)

5、提出基于梯度化鄰居節(jié)點信息的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點距離測量方法DV-GNN和基于精細化梯度的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點距離測量方法DV-FGI。在不對傳感器網(wǎng)絡節(jié)點提出任何額外要求的前提下,將傳感器網(wǎng)絡節(jié)點距離測量精度從DV-hop算法的節(jié)點有效半徑提高到節(jié)點間距,不僅提高了節(jié)點距離測量精度,而且在一定程度上賦予節(jié)點彼此區(qū)別的能力。與DV-hop算法相比,DV-GNN方法需增加少量的查詢開銷,而DV-FGI方法通過對最小跳數(shù)梯度場梯度層次邊界的精細化梯度值

6、的估計,不需增加查詢開銷,只增加一定的計算開銷,有利于維持DV-hop算法的能量有效性水平。
　　 4)提出最小跳數(shù)梯度場的梯度層次寬度控制策略。利用最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡的最小跳數(shù)梯度場中節(jié)點的梯度化鄰居節(jié)點數(shù)與梯度層次邊界距離的關系,利用節(jié)點的梯度化鄰居節(jié)點信息控制最小跳數(shù)梯度場的梯度層次寬度,使實際梯度層次寬度小于節(jié)點有效通信半徑,達到延長最小跳數(shù)梯度場穩(wěn)定周期、提高數(shù)據(jù)匯聚可靠性、均衡數(shù)據(jù)匯聚流的目的。
　　

7、 5)提出一種最小跳數(shù)路由梯度場的動態(tài)調整策略。根據(jù)節(jié)點通信半徑覆蓋范圍內的源端/目的端鄰居節(jié)點數(shù)和隔跳源端/目的端鄰居節(jié)點數(shù)對節(jié)點在最小跳數(shù)梯度場中所處梯度層次即節(jié)點的最小跳數(shù)值進行動態(tài)調整,能在一定程度上延長最小跳數(shù)梯度場的穩(wěn)定周期、提高數(shù)據(jù)匯聚可靠性,避免全新重建最小跳數(shù)梯度場所需的巨大能量開銷和時間開銷。該基于梯度化鄰居節(jié)點信息的最小跳數(shù)梯度場動態(tài)調整策略在物理拓撲結構非快速變化的無線傳感器網(wǎng)絡中具有良好的效果。
　　

8、6)提出一種基于預測的最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分組副本自適應控制策略。最小跳數(shù)路由無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)分組沿多路徑重復傳送,存在數(shù)據(jù)分組的多個副本,多副本有利于數(shù)據(jù)匯聚的可靠性,但副本過多不僅導致能耗大,甚至可能會使數(shù)據(jù)匯聚性能因碰撞而下降。通過對網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)分組副本的自適應控制,保證數(shù)據(jù)分組副本維持在某個必要的最低水平,同時考慮匯聚數(shù)據(jù)流的均勻和節(jié)點轉發(fā)負載的均衡,達到優(yōu)化網(wǎng)絡綜合性能的目的。
　　 本文主要研究了最小跳