无线传感网中数据传输延时优化的路由协议的研究

发布时间：2021-07-02 07:14

　　由一组具有采集数据以及传输数据等功能的节点组成的分布式网络称为无线传感器网络。无线传感器网络被设计并广泛应用于农业监测、桥梁监测、海洋监测、太空探索等领域。路由协议是为了保证节点在网络环境频繁变化的各种场景中均能实现有效的通信,因此,其设计务必要符合实际应用的特点,包括节点配置、部署环境以及用户需求等。本文针对无线传感器网络中存在的数据传输延时较高的问题,提出了一种数据传输延时优化的路由协议。该协议由低延时高可靠的路由算法以及延时优化策略两部分内容组成。本文的主要内容如下:首先,叙述了无线传感器网络及其路由协议的相关内容,包括无线传感器网络的体系结构、特点以及实际应用,介绍了路由协议的特点以及设计原则,并对当前的路由协议进行分类、分析与总结。其次,提出了低延时高可靠的路由算法。该算法首先根据数据包的传输结果对节点的信道探测类型进行区分,使用有效探测占比以及数据传输效率的复合计算作为度量节点间链路质量的标准;然后,通过在网络中转发最佳下一跳节点的链路信息,构造一棵以Sink节点为根的数据传输路径树;最后,提出适用于候选路由节点表的差异更新方式以及适用于路径树的局部更新策略。再次,提出了延... 

【文章来源】：辽宁大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

权重系数取值与平均端到端延时比较图

第3章低延时高可靠的路由算法31由图3-7可知，三种协议的数据包在具有相同跳数的路径上传输的端到端延时曲线差别很小，而LHRA算法则略有优势。当产生数据包到接收器的距离只有一跳时，数据包的端到端延时几乎相等，这是由于Sink的一跳邻节点产生的数据包采用单跳传输的方式直接发送到Sink节点，几乎不存在传输路径的差别。当数据包传输路径的跳数逐渐增加时，三种协议的端到端延时的差别也逐渐增大，此时LHRA的优势逐渐显露。ComLob采用预期传输计数以及延时的平均值来衡量节点间的链路质量，该值易受极端值的影响，使得路由节点的选择存在偏差。同时，由于节点每次传输数据时均在路由表中随机选择路由节点，难以保证选择的链路质量最优。DEEP没有考虑到节点间链路质量对于传输延时的影响。而LHRA使用有效探测占比以及传输效率评估路由节点对数据传输延时的影响，且每次数据传输时均选择链路质量最优的节点，因此，LHRA网络中数据传输的时效性更优。图3-7端到端延时对比图（2）网络可靠性在网络的运行过程中，若网络中因数据包碰撞或缓冲区溢出而导致传输的数据包丢失过多，则表示当前网络的性能较差，可靠性不高。本节采用不同网

第3章低延时高可靠的路由算法32络节点密度下节点的丢包率来评价网络的可靠性。节点的丢包率表示为数据包在节点传输的过程中丢失的数量与总的发送数量之比。如图3-8所示为网络节点数目不同的条件下，节点丢包率的变化曲线。由图3-8可知，当网络中节点密度逐渐增加时，LHRA、ComLoB以及DEEP协议节点的丢包率上升明显。这是由于网络中出现了越来越多的数据包传输冲突，导致数据包因碰撞丢失的情况频繁发生；同时，网络中节点数目的增加也伴随着数据包产生个数的增加，易发生数据包队列溢出情况。但是，LHRA的丢包率均小于ComLoB以及DEEP协议。ComLoB对链路值的更新过程使得有效数据包在缓冲队列中溢出，增加节点的丢包率。DEEP没有考虑数据包碰撞等情况对于网络传输的影响。而LHRA对候选路由节点信息表的更新操作有效地减少了网络中数据探测包的数量，降低了数据包在拥塞链路相互碰撞的概率，从而增加了链路传输的可靠性。图3-8节点丢包率对比图（3）网络能耗性本节采用网络中节点的平均剩余能量的变化情况来评估网络的能耗性。如图3-9所示，随着网络运作时间的增加，节点的平均剩余能量也在不断减少，相比于DEEP以及ComLoB，LHRA的平均节点剩余能量减少的速度较为平缓。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3260012