资源受限的无线自组织网络路由算法研究

发布时间：2017-04-11 19:08

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【摘要】：无线自组织网络(Ad Hoc Network)是一种无中心、多跳、无基础设施的分布式网络,可以广泛应用于有线网络无法覆盖的边远区域,特别适合应用在各种商业、军事和灾害场景。无线自组织网络的深入研究和广泛应用为移动环境下数据传输提供了技术支持。然而,由于节点的移动性、覆盖密度的可变性、能量和缓冲区资源的有限性、通信干扰导致的传输距离不确定性等因素会导致网络大部分时间不连通。为确保无线自组织网络信息的可靠传输,应从两方面进行移动无线环境下的路由研究,即路由协议的设计和高效的缓冲区管理策略,同时应当考虑到无线自组织网络中节点传输带宽、节点能量和缓冲区缓存资源的有限性。本文结合无线自组织网络数据传输特点,针对资源受限这一问题展开无线自组织网络的路由算法研究,主要研究内容和成果概况如下：(1)针对无线传感器网络多QoS和多路径需求,提出一种面向无线传感器网络的代价感知多路径路由(Cost-aware MultiPath Routing, CMPR)算法。基于MP-OLSR路由算法,CMPR路由决策时放弃人为预设节点代价值的方法,将节点实时剩余能量、节点实时队列长度等路由指标作为参数纳入路由决策,通过改进的Dijkstra路由决策模型获取多条代价最小的节点不相交路径,提出基于优先级的多媒体数据流数据调度策略。描述了CMPR路由算法,分析了算法的正确性与时空复杂度。利用Qualnet仿真器获得的实验结果表明CMPR路由算法能够有效均衡网络节点能量消耗,提高节点的收包率,降低端到端的传输时延和时延抖动。(2)针对传统WiFi技术无法支持多个终端(第三方)间“断点续传”文件的不足,提出一种机会网络环境下基于WiFi的按需视频流共享系统(Shared Video on-demand Streaming System, SVSS)。SVSS路由算法可以从数据的“断点”处继续上传或下载后面的数据,而且接收的数据可以源自不同发送源。描述了SVSS路由算法,分析了算法的正确性与时空复杂度。对比分析了真实场景下SVSS路由算法与目前仅支持“双方断点续传”机制的WiFi技术在信息扩散方面的性能差异。研究结果表明SVSS路由算法能有效提高网络数据转发量,降低数据传输过程中移动节点的能耗和网络负载,增强机会网络下数据传输的有效性。(3)针对机会网络中移动节点能量和缓冲区资源受限,提出一种机会网络环境下基于WiFi的路由(Opportunistic Networks Routing protocol based on WiFi, ONRWF)算法。ONRWF路由决策时,通过比较邻居节点中与目标节点接触的历史时间记录,采用相遇概率计算公式来选择信息传输的下一跳节点；数据发送时,通过获取缓冲区数据不同的信息属性,设计调度规则发送不同级别的数据；针对节点缓冲区存储空间不足,结合RWP移动模型和多级别数据的特点,提出优化的丢包策略来提高缓冲区使用率。描述了ONRWF路由算法,分析了算法的正确性和时空复杂度。对比分析了真实场景下ONRWF路由算法、WiFi和SVSS路由算法在信息扩散方面的性能差异,研究结果表明了所提出路由算法在数据发送率、节点平均能量消耗和剩余节点平均队列长度三个性能指标上具有更好的性能表现。(4)为了验证所提出的机会网络环境下基于WiFi的SVSS路由算法和ONRWF路由算法的正确性,基于安卓(Android)智能手机操作系统平台,利用JAVA程序设计语言设计并实现了以上两个路由协议的原型系统,描述了SVSS和ONRWF系统的体系结构,分析了软件系统的运行流程,基于真实校园环境测试了SVSS和ONRWF原形系统的正确性和有效性。本研究在国家自然科学基金“移动无线传感网中恶意代码传播的时空动力学理论和方法研究”(编号：61173094)支持下,针对无线自组织网络资源受限展开路由算法研究,提出三个路由算法,实现了路由算法原型软件,为无线自组织网络路由研究提供了理论和技术支撑,研究结果具有一定实用价值。
【关键词】：无线自组织网络 无线传感器网络 机会网络 资源受限 缓冲区管理 路由 算法 多路径路由 代价感知 WiFi 断点续传
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 路由技术研究进展13-16
• 1.2.1 无线传感器网络路由算法13-14
• 1.2.2 车载自组织网络路由算法14-15
• 1.2.3 机会网络路由算法15-16
• 1.3 本文研究的主要内容与研究意义16-18
• 1.3.1 主要研究内容16-17
• 1.3.2 研究意义17-18
• 1.4 论文组织结构18-21
• 第2章 应用场景与路由算法相关问题21-33
• 2.1 灾难监测处理应用21-23
• 2.2 路由算法相关问题23-31
• 2.2.1 多约束路由与QoS要求23-24
• 2.2.2 多路径路由24-27
• 2.2.3 路由算法与移动环境27-28
• 2.2.4 数据转发机制28-31
• 2.3 本章小结31-33
• 第3章 面向移动无线传感器网络的代价感知多路径路由算法33-49
• 3.1 引言33-34
• 3.2 CMPR网络模型34-35
• 3.3 CMPR路由过程描述35-36
• 3.4 代价函数与调度机制36-38
• 3.5 CMPR路由算法描述38-39
• 3.6 算法正确性及复杂度分析39-40
• 3.7 仿真实验40-46
• 3.7.1 仿真环境设置40-42
• 3.7.2 仿真结果与分析42-46
• 3.8 本章小结46-49
• 第4章 机会网络环境下基于WiFi的视频流共享系统研究49-69
• 4.1 引言49-50
• 4.2 SVSS体系结构50-52
• 4.3 数据转发新机制52-54
• 4.4 SVSS调度机制54-58
• 4.5 SVSS路由算法描述与分析58-61
• 4.6 仿真实验61-66
• 4.6.1 实验配置61-63
• 4.6.2 实验结果分析63-66
• 4.7 本章小结66-69
• 第5章 机会网络环境下基于WiFi的能量受限路由算法69-87
• 5.1 引言69-70
• 5.2 系统模型70-71
• 5.3 路由决策模型71-72
• 5.4 缓冲区管理策略72-75
• 5.4.1 调度规则73-74
• 5.4.2 丢包规则74-75
• 5.5 ONRWF路由算法描述与分析75-78
• 5.6 仿真实验78-85
• 5.6.1 实验配置79-81
• 5.6.2 实验结果分析81-85
• 5.7 本章小结85-87
• 第6章 结束语87-91
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 研究展望88-91
• 参考文献91-107
• 致谢107-109
• 攻读学位期间的研究成果109-110

  本文关键词：资源受限的无线自组织网络路由算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：299760