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移动无线传感器网络中机会主义路由研究

作　者: 霍广城
导　师: 王晓东
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 移动无线传感器网络机会主义路由 RSSI 网络编码
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 184次
引　用: 2次
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内容摘要

作为21世纪重要的技术之一,无线传感器网络受到了广大研究者的关注,并得到了广泛应用。其中,野生动物监控成为热点应用之一。野生动物监控网属于移动无线传感器网络,其路由面临着众多挑战。相比于传统无线路由算法,机会主义路由充分利用了无线信道质量时变性以及广播特性,行之有效的提高了无线网络性能。作为一种新型的后择路由,机会主义路由目前受到了广泛的关注,并成为无线领域研究的热点之一。但机会主义路由仍面临众多急需解决的问题,如转发候选集选取问题、空间重用问题等。针对这些问题,本文重点研究和设计符合移动无线传感器网络特性的机会主义路由。针对转发候选集选取问题,本文提出了移动无线传感器网络中基于RSSI的机会主义路由OR-RSSI。目前存在的机会主义路由算法或需要大量能耗以交互路由报文,或需要昂贵设备的支持,而且这些算法均不能反映节点移动性,因此不适合于移动无线传感器网络。OR-RSSI思想来源于蜜蜂寻蜜行为,通过功率较大的Sink节点周期广播Beacon报文,其他传感节点通过获取RSSI信息建立并更新机会概率值,以机会概率值为准则选择转发候选节点集,对报文实施机会主义路由。OR-RSSI不需要大量的路由交互报文,同时又能一定程度上体现无线信道质量;不需要昂贵设备的支持,符合传感器网络低成本的特性;引入移动方向矢量mv ,反映节点移动性对机会主义路由的影响。文中在NS2下实现并模拟了OR-RSSI,模拟实验表明:与传统的TinyAODV相比,OR-RSSI具有报文成功传输率高、网络有效吞吐量大以及能耗低等优点,适合于移动无线传感器网络。针对空间重用、重复冗余报文问题,目前学者们提出了基于网络编码的机会主义路由OR-NC。但是,这些路由算法均采用完全网络编码方式实现,使得目标节点必须等到K个线性无关的编码报文后才能同时解码得到K个原始报文,增加了报文平均延迟,而且报文到达不均衡,不利于目标节点的处理。针对于此,本文提出基于部分网络编码的机会主义路由OR-PNC,以期改进OR-NC的不足。OR-PNC中,转发候选节点对接收到的报文进行任意长度的部分编码转发,目标节点处能均衡的解码原始报文,因此降低了报文平均延迟。本文在Eclipse 3.0下设计并实现了OR-PNC。测试实验表明:对于不同的K值,OR-PNC的报文延迟一般比OR-NC小,当K=6时,延迟降低可达26.489%。总之,我们为移动无线传感器网络提出了两种机会主义路由OR-RSSI和OR-PNC,并且做了大量实验。研究结果具有较好的理论和实践价值。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-22
  1.1 研究背景  13-16
    1.1.1 无线传感器网络  13-15
    1.1.2 无线传感器网络路由技术面临的挑战  15-16
  1.2 无线网络中路由技术  16-19
    1.2.1 传统最短路径路由  16-17
    1.2.2 Ad-Hoc 网络路由  17-18
    1.2.3 机会主义路由OR  18-19
  1.3 课题主要研究内容  19-21
  1.4 论文结构  21-22
第二章机会主义路由  22-35
  2.1 系统模型及相关概念  22-23
  2.2 机会主义路由提出的依据  23-26
    2.2.1 无线信道质量的时变性  23-24
    2.2.2 变化的多接收集  24-26
    2.2.3 先决路由到后择路由  26
  2.3 机会主义路由研究现状  26-32
    2.3.1 机会主义路由分类  26-27
    2.3.2 基于ETX 的机会主义路由  27-30
    2.3.3 基于EAX 的机会主义路由  30-31
    2.3.4 基于地理位置信息的机会主义路由  31-32
  2.4 机会主义路由面临的主要挑战  32-34
    2.4.1 转发候选集的选择问题  32-33
    2.4.2 重复冗余报文、空间重用问题  33
    2.4.3 多路径干扰冲突问题  33
    2.4.4 其他一些开放性主题  33-34
  2.5 小结  34-35
第三章移动传感器网络中机会路由OR-RSSI  35-52
  3.1 问题的提出  35-37
  3.2 RSSI 信息与无线信道模型简介  37-40
    3.2.1 接收信号强度指示值RSSI  37-39
    3.2.2 无线信道模型  39-40
  3.3 OR-RSSI 基本思想  40-42
    3.3.1 思想来源  40-41
    3.3.2 OR-RSSI 协议机会概率值建立  41-42
  3.4 OR-RSSI 基本过程  42-45
    3.4.1 机会概率值更新  43
    3.4.2 发送  43-44
    3.4.3 存储转发  44-45
  3.5 相关问题的进一步讨论  45-50
    3.5.1 延迟问题  46-47
    3.5.2 节点转发次数与能耗问题  47-48
    3.5.3 路由空洞问题  48-50
  3.6 小结  50-52
第四章 OR-RSSI 模拟与评测  52-62
  4.1 NS-2 介绍  52-54
  4.2 OR-RSSI 实现与实验环境设置  54-56
    4.2.1 OR-RSSI 实现  54-55
    4.2.2 实验环境参数设置  55-56
  4.3 简单场景模拟与结果分析  56-58
    4.3.1 报文传输成功率  56-57
    4.3.2 端到端延迟  57-58
  4.4 复杂场景模拟与结果分析  58-61
    4.4.1 报文传输成功率  58-59
    4.4.2 报文延迟  59
    4.4.3 有效吞吐量  59-60
    4.4.4 能耗  60-61
  4.5 小结  61-62
第五章基于部分网络编码的机会主义路由OR-PNC  62-74
  5.1 问题描述  62-66
    5.1.1 网络编码在无线网络中的应用  62-63
    5.1.2 网络编码在机会主义路由中的使用  63-65
    5.1.3 部分网络编码的引入  65-66
  5.2 基于部分网络编码的机会主义路由OR-PNC  66-69
    5.2.1 基本思想  66-67
    5.2.2 基本过程  67-69
  5.3 实验测试与结果分析  69-73
    5.3.1 OR-PNC 设计与实现  69-71
    5.3.2 测试实验与结果分析  71-73
  5.4 小结  73-74
第六章结束语  74-76
  6.1 工作总结  74-75
  6.2 工作展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-81
作者在学期间取得的学术成果  81

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