低占空比無線傳感網(wǎng)絡(luò)廣播與機(jī)會(huì)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(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)或者將傳感器節(jié)點(diǎn)收集到的信息傳遞到基站節(jié)點(diǎn)，因此，需要設(shè)計(jì)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)挠绊懀沟脽o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(duì)廣播過程的動(dòng)態(tài)性適應(yīng)能力差以及對(duì)于偵聽到的信息利用不充分等問題。傳統(tǒng)的機(jī)會(huì)路由策略中忽略了節(jié)點(diǎn)獨(dú)立睡眠調(diào)度為網(wǎng)絡(luò)帶來的動(dòng)態(tài)

2、性，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)面對(duì)不同的鄰居節(jié)點(diǎn)喚醒次序時(shí)，需要對(duì)路由策略進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
　　本文重點(diǎn)研究了如何處理網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)變化的因素，為低占空比無線傳感網(wǎng)設(shè)計(jì)出高效、快速的廣播與機(jī)會(huì)路由協(xié)議。主要內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)高效的偵聽機(jī)制，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(duì)速度與效率進(jìn)行權(quán)衡。實(shí)驗(yàn)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(diǎn)的節(jié)點(diǎn)同時(shí)被喚醒，從而利用無線信道的廣播特性。節(jié)點(diǎn)間交互網(wǎng)絡(luò)編碼

4、包數(shù)信息，基于實(shí)時(shí)的包數(shù)信息，接收節(jié)點(diǎn)決定哪些鄰居節(jié)點(diǎn)能夠提供額外的編碼包。為了保證低占空比，接收節(jié)點(diǎn)限制可偵聽節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。提出一個(gè)多項(xiàng)式級(jí)別時(shí)間復(fù)雜度的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法確定一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)目固定的最優(yōu)偵聽節(jié)點(diǎn)集合，從而最大化一個(gè)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(shí)延與能耗。
　　3.提出了基于網(wǎng)絡(luò)編碼與移動(dòng)基站節(jié)點(diǎn)的廣播協(xié)議:傳統(tǒng)廣播機(jī)制通常由一個(gè)靜止的基站作為廣播源?；谝苿?dòng)基站，當(dāng)其移

5、動(dòng)到某個(gè)位置，可以作為新的廣播源。多個(gè)廣播源同時(shí)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(diǎn)傳輸多個(gè)編碼包到某個(gè)節(jié)點(diǎn)的過程建模成一個(gè)Markov過程，分析并估計(jì)從廣播源到節(jié)點(diǎn)的期望時(shí)延。廣播樹被劃分成多個(gè)分支，基站可以沿著某條分支移動(dòng)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(gè)最優(yōu)的能夠最小化廣播時(shí)延的移動(dòng)路徑。仿真結(jié)果表明在移動(dòng)基站的協(xié)助下可以顯著的降低廣播時(shí)延。
　　4.提出了考慮獨(dú)立睡眠調(diào)度的最小化時(shí)延的機(jī)

6、會(huì)路由協(xié)議:在機(jī)會(huì)路由中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)依據(jù)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀況動(dòng)態(tài)的從候選節(jié)點(diǎn)集合中選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。由于獨(dú)立睡眠調(diào)度的影響，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，有可能面對(duì)不同的候選節(jié)點(diǎn)喚醒序列。傳統(tǒng)的機(jī)會(huì)路由協(xié)議忽略了候選節(jié)點(diǎn)喚醒序列的時(shí)變特性。本文研究了喚醒序列的動(dòng)態(tài)特性，從理論上分析如何為節(jié)點(diǎn)確定能夠最小化端到端時(shí)延的候選節(jié)點(diǎn)集合。考慮到機(jī)會(huì)路由協(xié)議實(shí)際部署時(shí)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(huì)路由策略。依據(jù)相對(duì)靜態(tài)的全局信息（如網(wǎng)絡(luò)