主動隊列管理及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)若干問題研究.pdf

1、主動隊列管理算法是因特網(wǎng)擁塞控制機制的鏈路算法，通過對路由器隊列中分組的主動丟棄或標記等處理，來向TCP端系統(tǒng)通知網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，使TCP源端提前對網(wǎng)絡(luò)即將發(fā)生的擁塞進行響應(yīng)，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生，提高端到端的分組轉(zhuǎn)發(fā)性能。成簇算法將傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點組織成簇結(jié)構(gòu)的形式，實現(xiàn)分層路由和拓撲控制，使節(jié)點均勻的消耗能量并盡可能同時失效，以延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。 在主動隊列管理算法的研究中，對RED算法的改進主要基于經(jīng)驗和仿真實驗的研究方法，存在

2、著對算法性能缺乏全面理解和整體認識的缺陷。而研究表明，RED的參數(shù)設(shè)置困難，參數(shù)的細微變化都將對算法性能產(chǎn)生極大的影響。此外，當(dāng)前大多數(shù)的主動隊列管理方案的參數(shù)都是靜態(tài)配置，對網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)、鏈路帶寬和往返時延等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)非常敏感，不正確的參數(shù)設(shè)置會引起隊列震蕩、吞吐量降低和時延抖動加劇等問題。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成簇算法的研究中，多數(shù)的成簇算法都是同構(gòu)類型的，即假定傳感器節(jié)點具有相同的初始能量，并且沒有根據(jù)節(jié)點的剩余能量來選擇簇頭節(jié)點

3、。這使得低能量節(jié)點早于高能量節(jié)點而失效，結(jié)果是帶來區(qū)域監(jiān)測的盲點，降低了傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。特別是在異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，現(xiàn)有的同構(gòu)類型成簇算法無法充分利用節(jié)點的能量差異，不能夠為不同初始能量的傳感器節(jié)點分配合理的成為簇頭的機會，使節(jié)點難以在時間和空間上做到均勻消耗能量。 本文針對上述問題，在深入分析了現(xiàn)有主要主動隊列管理算法和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成簇算法產(chǎn)生以上問題的原因基礎(chǔ)上，引入最優(yōu)控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等理論工具，通過理論分析和

4、仿真實驗等研究手段，對鏈路參與擁塞控制問題和異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的成簇問題進行了創(chuàng)新性和探索性的研究，設(shè)計了具有良好性能的自適應(yīng)主動隊列管理算法和能量有效的成簇算法。主要內(nèi)容為： 1．從優(yōu)化的角度出發(fā)，以RED為主動隊列管理算法的范本，得到了主動隊列管理的數(shù)學(xué)模型，在一定目標函數(shù)下，以分組丟棄概率為控制變量，將主動隊列管理的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為動態(tài)規(guī)劃問題，給出理論的優(yōu)化策略。 2．研究了自適應(yīng)的主動隊列管理算法的設(shè)計。為了克服非響

5、應(yīng)流的干擾，引入頻域下的優(yōu)化控制理論，設(shè)計了一種新的魯棒控制器，以最小化由擾動引起的系統(tǒng)輸出。引入自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，使控制器適應(yīng)動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 3．引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論，利用神經(jīng)元自學(xué)習(xí)的特點，設(shè)計基于單神經(jīng)元的有自適應(yīng)能力的主動隊列管理算法，增加了控制器對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化的適應(yīng)性。 4．分析了異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有效算法研究的必要性，并對異構(gòu)環(huán)境做了一定的界定。提出一種適應(yīng)異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的新的能量有效成簇協(xié)議，簇頭節(jié)點的選舉