交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡路由研究.pdf

1、Ad hoc網(wǎng)絡(自組織網(wǎng)絡)能夠在缺少基礎設施的環(huán)境下動態(tài)組網(wǎng)，同其它有基礎設施網(wǎng)絡相比具有明顯優(yōu)勢，應用前景廣闊。依據(jù)實際部署環(huán)境中網(wǎng)絡拓撲的連通性，Ad hoc網(wǎng)絡可分為完全連接網(wǎng)絡和部分連接網(wǎng)絡?，F(xiàn)有的Ad hoc路由協(xié)議大多數(shù)是針對完全連接網(wǎng)絡的，在部分連接網(wǎng)絡中效率較低。部分連接網(wǎng)絡路由研究致力于解決在端到端的完全連接路徑不存在的情況下如何完成通信的問題，該研究對于擴展Ad hoc網(wǎng)絡的應用范圍具有重要意義。 在某些

2、Ad hoc網(wǎng)絡應用場景中(如土壤監(jiān)測、煤礦監(jiān)測等)，節(jié)點較少移動，通常交替地處于休眠／活躍工作模式，以節(jié)省功耗。節(jié)點休眠會打破網(wǎng)絡的連通性，從而使之成為部分連接網(wǎng)絡，本文稱這種網(wǎng)絡為交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡?，F(xiàn)有的部分連接網(wǎng)絡路由協(xié)議大多針對移動的部分連接網(wǎng)絡，而針對交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡的路由協(xié)議研究十分缺乏。 本文以交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡路由協(xié)議為研究對象，在網(wǎng)絡模型理論分析、路由協(xié)議設計和優(yōu)化等方面進行了深入

3、研究。建立了交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡模型，定量分析了節(jié)點休眠參數(shù)對路由協(xié)議的性能和功耗的影響，從而為交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡路由協(xié)議設計和評價奠定了基礎；基于網(wǎng)絡模型，提出了一種交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡路由協(xié)議，該協(xié)議能夠在具有較高休眠程度的網(wǎng)絡中提供可靠路由功能；基于網(wǎng)絡模型計算結果，在包處理、包調度和休眠調度等方面對路由協(xié)議進行了優(yōu)化。通過仿真實驗、理論分析等方法驗證了研究結果的有效性。 本文的主要貢獻和創(chuàng)新性體現(xiàn)在以

4、下三個方面： (1)建立了交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡模型 利用交替活躍模型模擬了節(jié)點的休眠過程，建立了交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡模型，推導出了交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡中多跳“存儲—等待—轉發(fā)”路由方式的包遞交率函數(shù)，為路由協(xié)議的設計和性能評價提供理論依據(jù)。分析了主要的網(wǎng)絡參數(shù)與包遞交率、端到端延遲、節(jié)點功耗的相互關系，并給出了滿足網(wǎng)絡應用需求的參數(shù)調節(jié)方法。該網(wǎng)絡模型可以作為獨立的計算工具，被運用到路由協(xié)議的優(yōu)化以及網(wǎng)

5、絡參數(shù)配置等方面，顯著降低了仿真實驗的工作負荷，為具有休眠模式的Ad hoc網(wǎng)絡的部署提供了有效的理論依據(jù)。 (2)提出了一種針對交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡的路由協(xié)議：組關系路由協(xié)議 提出了以組序列為度量的路由選擇機制，在此基礎上設計了組關系路由協(xié)議。該協(xié)議在可容忍的延遲時問內(nèi)將數(shù)據(jù)包沿著組關系規(guī)定的方向轉發(fā)，能夠顯著降低路由失效的概率并提高包遞交率，從而適用于具有較高休眠程度的網(wǎng)絡。通過引入基于組序列的異步轉發(fā)過程，縮

6、短了逐跳等待時間，降低了端到端延遲。在一個由多種無線嵌入式終端組成的部分連接網(wǎng)絡環(huán)境中，實現(xiàn)了本文提出的路由協(xié)議，并加載了遠程家電控制等相關應用，實現(xiàn)了控制信號的可靠傳輸。 (3)設計了組關系路由協(xié)議的優(yōu)化機制 以交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡模型為基礎，本文對組關系路由協(xié)議進行了改進優(yōu)化。提出了多水位線數(shù)據(jù)包拼接算法，該算法利用路由選擇過程中的等待時間片段對緩存數(shù)據(jù)包進行優(yōu)化處理，顯著降低了碎片包的數(shù)量和傳輸功耗；給出了合