矿井移动自组织网络智能优化路由研究
发布时间：2020-12-18 20:57
在煤矿井下安全监测和生产作业过程中,数据传输需要通信基础设施的支撑,这些基础设施在恶劣的井下环境中可能会被破坏,导致数据无法传输,存在安全隐患。移动自组织网络可以通过矿工携带的智能移动终端构建,不依赖于任何基础设施,为矿井安全监测数据的无线传输提供一种新方法。基于移动自组织网络的动态性,本文利用变形虫模型自适应行为,设计了自主优化路由算法来适应井下无线网络拓扑的动态变化。该算法将移动自组织网络参数引入变形虫模型中的泊松方程,利用变形虫模型的微分进化方程对参数进行优化,降低算法的复杂度,并提出一种分布式路由决策方法,构建数据传输的优化路径,提高数据传输的服务质量。本文基于NS2平台进行了仿真实验,并与GPSR、PIMAR和P-IRP路由算法进行了比较。结果表明,基于变形虫模型的矿井移动自组织网络自主优化路由算法在平均端到端延迟、投递率、吞吐量和网络生存时间等方面都体现出了良好的性能,实现了能量消耗和网络负载的均衡,延长了网络生存时间。为了自组网能在矿井等实际环境中得到更好的应用,需要在真实的网络环境中测试路由协议的性能。目前,移动自组织网络的研究大多是基于模拟器的,而模拟环境与真实的移动...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MANET网络通信模式示意
转发工作。同时，由于节点的移动性，传统的基于因特网的静态路由协议不能很好地完全适应基于MANET网络节点发展的需要，从而根据需要设计和提供适用于MANET的动态网络路由架构和协议。基于复杂的实际环境，MANET网络的路由协议设计目标主要是是安全高效、良好的可扩展性和节约能量，尽可能地满足各类网络应用的需求。移动自组织网络的最大挑战在于路由算法的研究，到目前为止，许多研究者在路由协议的研究方面取得了巨大的收获。现有的路由协议大致分为三类：主动路由协议、按需路由协议和混合路由协议，如图2-2所示。图2-2MANET网络路由协议Figure2-2MANETnetworkroutingprotocol（1）主动路由协议主动路由协议又称为表驱动路由协议或者先验式路由协议[24]。网络中运行主动路由协议时，节点需要向其它节点周期性的广播路由分组，互相交换数据信息更新路由表，维护整个网络路由信息的准确性。从而在有数据发送时，可以从路由表中立即获取到目的节点的路由，减少传输延时。但是，当路由表因拓扑结构的变化频繁更新时，容易造成带宽资源和网络资源的大量占用，网络数据吞吐量的下降。目的序列距离矢量路由协议（DestinationDistanceVector，DSDV[25]）是一种典型的表驱动路由协议。DSDV为防止网络环路的发生，因而为每条路由都添加了目的节点序列号。由于DSDV要维护整个网络的路由信息，确保网络节点中路由表数据的一致性，每个表驱动节点都要周期性地广播分组信息，在路由表中都要存储到其它节点的所有路由信息，这样会浪费大量的带宽资源，因此DSDV不能应用于网络拓扑频繁变化的动态网络以及规模较大的网络。WRP[26]
2相关工作11域，有些网络节点可能在多个区域范围内。同一区域内的节点采用表驱动路由协议，来维护网络节点路由信息的一致性，区域外的路由信息使用反应式路由协议获取，此时维护了整个网络的路由。2.3矿井移动自组织网络（MineMobileAdHocNetwork）2.3.1矿井移动自组织网络拓扑结构MANET网络拓扑是非固定的，它的网络拓扑会随着节点的增加、减少或移动而发生变化。本文的应用场景是在矿井中，井下多为狭而窄的巷道，所以井下MANET网络拓扑多为长链状，如图2-3所示。同一区域内的相邻节点可以通过蓝牙互相传送消息，每个节点都具有报文转发功能，多跳转发到无线覆盖区域，传输到地面控制中心。当中间节点遭到毁坏，无法通信时，节点会立刻选取其他有效节点构建网络传输数据，这无疑大大提高了传输效率。图2-3MANET网络拓扑Figure2-3MANETnetworktopology2.3.2矿井移动自组织网络节点能量在实际的矿井中，由于部分节点可以随意的移动，从源节点到目的节点的通信连接不能连续的保持，端到端的路径断续存在，影响通信质量。传统网络大多是通过有线电源供电的，而在矿井这种恶劣的环境下，架构有线网难以实现，并且井下智能终端是移动的，因此井下智能终端采用电池供电。节点能量的消耗主要在节点无线收发数据以及处理路由方面。因此在保证每个节点能准确接收并转发数据的前提下，需要考虑减少节点能量消耗的问题。在减少能量消耗的同时会带来一些负面影响，如延时增加，吞吐量下降等，降低网络的整体性能。在数据链路层的MAC层引入智能休眠机制，在有数据通过时，让节点处于活动状态，用于处理数据，在没有数据通过时，使节点处于睡眠状态。由于活动状态和休眠
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿井下安全监控无线通信技术研究[J]. 陶岗. 无线互联科技. 2017(21)
[2]井下无线技术在煤矿安全生产中的应用[J]. 詹明忠. 中国高新技术企业. 2014(06)
[3]漏泄电缆无线通信系统在地下矿山的应用与研究[J]. 张涛. 现代矿业. 2009(03)
[4]ZRP区域路由协议分析[J]. 李琳,武穆清. 数字通信世界. 2007(11)
[5]移动自组网中基于路径稳定性的QoS路由协议[J]. 彭革刚,杨疆湖,高传善. 计算机研究与发展. 2004(06)
硕士论文
[1]车载网络路由协议设计与优化[D]. 林磊.国防科学技术大学 2010
本文编号：2924599
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MANET网络通信模式示意
转发工作。同时，由于节点的移动性，传统的基于因特网的静态路由协议不能很好地完全适应基于MANET网络节点发展的需要，从而根据需要设计和提供适用于MANET的动态网络路由架构和协议。基于复杂的实际环境，MANET网络的路由协议设计目标主要是是安全高效、良好的可扩展性和节约能量，尽可能地满足各类网络应用的需求。移动自组织网络的最大挑战在于路由算法的研究，到目前为止，许多研究者在路由协议的研究方面取得了巨大的收获。现有的路由协议大致分为三类：主动路由协议、按需路由协议和混合路由协议，如图2-2所示。图2-2MANET网络路由协议Figure2-2MANETnetworkroutingprotocol（1）主动路由协议主动路由协议又称为表驱动路由协议或者先验式路由协议[24]。网络中运行主动路由协议时，节点需要向其它节点周期性的广播路由分组，互相交换数据信息更新路由表，维护整个网络路由信息的准确性。从而在有数据发送时，可以从路由表中立即获取到目的节点的路由，减少传输延时。但是，当路由表因拓扑结构的变化频繁更新时，容易造成带宽资源和网络资源的大量占用，网络数据吞吐量的下降。目的序列距离矢量路由协议（DestinationDistanceVector，DSDV[25]）是一种典型的表驱动路由协议。DSDV为防止网络环路的发生，因而为每条路由都添加了目的节点序列号。由于DSDV要维护整个网络的路由信息，确保网络节点中路由表数据的一致性，每个表驱动节点都要周期性地广播分组信息，在路由表中都要存储到其它节点的所有路由信息，这样会浪费大量的带宽资源，因此DSDV不能应用于网络拓扑频繁变化的动态网络以及规模较大的网络。WRP[26]
2相关工作11域，有些网络节点可能在多个区域范围内。同一区域内的节点采用表驱动路由协议，来维护网络节点路由信息的一致性，区域外的路由信息使用反应式路由协议获取，此时维护了整个网络的路由。2.3矿井移动自组织网络（MineMobileAdHocNetwork）2.3.1矿井移动自组织网络拓扑结构MANET网络拓扑是非固定的，它的网络拓扑会随着节点的增加、减少或移动而发生变化。本文的应用场景是在矿井中，井下多为狭而窄的巷道，所以井下MANET网络拓扑多为长链状，如图2-3所示。同一区域内的相邻节点可以通过蓝牙互相传送消息，每个节点都具有报文转发功能，多跳转发到无线覆盖区域，传输到地面控制中心。当中间节点遭到毁坏，无法通信时，节点会立刻选取其他有效节点构建网络传输数据，这无疑大大提高了传输效率。图2-3MANET网络拓扑Figure2-3MANETnetworktopology2.3.2矿井移动自组织网络节点能量在实际的矿井中，由于部分节点可以随意的移动，从源节点到目的节点的通信连接不能连续的保持，端到端的路径断续存在，影响通信质量。传统网络大多是通过有线电源供电的，而在矿井这种恶劣的环境下，架构有线网难以实现，并且井下智能终端是移动的，因此井下智能终端采用电池供电。节点能量的消耗主要在节点无线收发数据以及处理路由方面。因此在保证每个节点能准确接收并转发数据的前提下，需要考虑减少节点能量消耗的问题。在减少能量消耗的同时会带来一些负面影响，如延时增加，吞吐量下降等，降低网络的整体性能。在数据链路层的MAC层引入智能休眠机制，在有数据通过时，让节点处于活动状态，用于处理数据，在没有数据通过时，使节点处于睡眠状态。由于活动状态和休眠
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿井下安全监控无线通信技术研究[J]. 陶岗. 无线互联科技. 2017(21)
[2]井下无线技术在煤矿安全生产中的应用[J]. 詹明忠. 中国高新技术企业. 2014(06)
[3]漏泄电缆无线通信系统在地下矿山的应用与研究[J]. 张涛. 现代矿业. 2009(03)
[4]ZRP区域路由协议分析[J]. 李琳,武穆清. 数字通信世界. 2007(11)
[5]移动自组网中基于路径稳定性的QoS路由协议[J]. 彭革刚,杨疆湖,高传善. 计算机研究与发展. 2004(06)
硕士论文
[1]车载网络路由协议设计与优化[D]. 林磊.国防科学技术大学 2010
本文编号：2924599
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