低占空比無線傳感網(wǎng)絡(luò)廣播與機(jī)會路由協(xié)議的研究.pdf

1、大量的無線傳感網(wǎng)應(yīng)用需要將數(shù)據(jù)包從基站分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中的每個傳感器節(jié)點或者將傳感器節(jié)點收集到的信息傳遞到基站節(jié)點，因此，需要設(shè)計高效的廣播與路由協(xié)議。由于低占空比睡眠調(diào)度與不可靠無線傳輸?shù)挠绊?，使得無線傳感網(wǎng)中的廣播與路由協(xié)議不同于其他類型網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議。
　　無線傳感網(wǎng)中傳統(tǒng)的廣播協(xié)議存在廣播進(jìn)度信息收集不完整、對廣播過程的動態(tài)性適應(yīng)能力差以及對于偵聽到的信息利用不充分等問題。傳統(tǒng)的機(jī)會路由策略中忽略了節(jié)點獨立睡眠調(diào)度為網(wǎng)絡(luò)帶來的動態(tài)

2、性，當(dāng)發(fā)送節(jié)點面對不同的鄰居節(jié)點喚醒次序時，需要對路由策略進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。
　　本文重點研究了如何處理網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)變化的因素，為低占空比無線傳感網(wǎng)設(shè)計出高效、快速的廣播與機(jī)會路由協(xié)議。主要內(nèi)容與創(chuàng)新點包括:
　　1.提出了考慮強(qiáng)制發(fā)送方之間合作的基于狀態(tài)的高效廣播協(xié)議:傳統(tǒng)的基于狀態(tài)的廣播由于潛在的發(fā)送節(jié)點間低效的合作機(jī)制引入大量的沖突與冗余傳輸，降低了廣播的效率。本文基于提出的信息編碼與解析方案實現(xiàn)高效的偵聽機(jī)制，節(jié)點能夠獲得

3、更加準(zhǔn)確的廣播進(jìn)度信息，從而在不引入額外負(fù)載的前提下使得發(fā)送節(jié)點之間能更好的合作，提升廣播的速度與效率。提出的協(xié)議能夠在不引入額外時延的條件下解決稀疏網(wǎng)絡(luò)中的四邊形拓?fù)鋯栴}，并且能夠依據(jù)應(yīng)用需求對速度與效率進(jìn)行權(quán)衡。實驗結(jié)果表明提出協(xié)議的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的基于狀態(tài)的廣播協(xié)議。
　　2.提出了基于網(wǎng)絡(luò)編碼與調(diào)度生成樹的廣播協(xié)議:在基于調(diào)度生成樹的廣播中，樹中擁有相同父親節(jié)點的節(jié)點同時被喚醒，從而利用無線信道的廣播特性。節(jié)點間交互網(wǎng)絡(luò)編碼

4、包數(shù)信息，基于實時的包數(shù)信息，接收節(jié)點決定哪些鄰居節(jié)點能夠提供額外的編碼包。為了保證低占空比，接收節(jié)點限制可偵聽節(jié)點的數(shù)目。提出一個多項式級別時間復(fù)雜度的動態(tài)規(guī)劃算法確定一個節(jié)點數(shù)目固定的最優(yōu)偵聽節(jié)點集合，從而最大化一個睡眠調(diào)度周期內(nèi)期望收到的編碼包數(shù)。仿真結(jié)果表明提出的協(xié)議能夠有效的降低傳統(tǒng)廣播協(xié)議的時延與能耗。
　　3.提出了基于網(wǎng)絡(luò)編碼與移動基站節(jié)點的廣播協(xié)議:傳統(tǒng)廣播機(jī)制通常由一個靜止的基站作為廣播源?；谝苿踊?，當(dāng)其移

5、動到某個位置，可以作為新的廣播源。多個廣播源同時轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，可以極大提升廣播速度。本文將從源節(jié)點傳輸多個編碼包到某個節(jié)點的過程建模成一個Markov過程，分析并估計從廣播源到節(jié)點的期望時延。廣播樹被劃分成多個分支，基站可以沿著某條分支移動或者在分支間轉(zhuǎn)移?？紤]所有的分支訪問順序后，為基站確定一個最優(yōu)的能夠最小化廣播時延的移動路徑。仿真結(jié)果表明在移動基站的協(xié)助下可以顯著的降低廣播時延。
　　4.提出了考慮獨立睡眠調(diào)度的最小化時延的機(jī)

6、會路由協(xié)議:在機(jī)會路由中，發(fā)送節(jié)點依據(jù)實時的網(wǎng)絡(luò)狀況動態(tài)的從候選節(jié)點集合中選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。由于獨立睡眠調(diào)度的影響，當(dāng)發(fā)送節(jié)點在不同時刻發(fā)送數(shù)據(jù)包時，有可能面對不同的候選節(jié)點喚醒序列。傳統(tǒng)的機(jī)會路由協(xié)議忽略了候選節(jié)點喚醒序列的時變特性。本文研究了喚醒序列的動態(tài)特性，從理論上分析如何為節(jié)點確定能夠最小化端到端時延的候選節(jié)點集合?？紤]到機(jī)會路由協(xié)議實際部署時面臨的挑戰(zhàn)，提出了全局優(yōu)化與局部優(yōu)化相結(jié)合的機(jī)會路由策略。依據(jù)相對靜態(tài)的全局信息（如網(wǎng)絡(luò)