本文選題：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) + 低占空比��； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：大量的無(wú)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(wú)線傳輸?shù)挠绊?使得無(wú)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(wú)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(guò)程的動(dòng)態(tài)性適應(yīng)能力差以及對(duì)于偵聽(tīng)到的信息利用不充分等問(wèn)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(lái)的動(dòng)態(tài)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(wú)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(tīng)機(jī)制,節(jié)點(diǎn)能夠獲得更加準(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?wèn)題,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(shù)的廣播協(xié)議:在基于調(diào)度生成樹(shù)的廣播中,樹(shù)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(wú)線信道的廣播特性。節(jié)點(diǎn)間交互網(wǎng)絡(luò)編碼包數(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(tīng)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(tīng)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(guò)程建模成一個(gè)Markov過(guò)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(shù)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(wèn)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)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?jī)?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)拓?fù)渑c節(jié)點(diǎn)調(diào)度周期信息)建立初始候選節(jié)點(diǎn)集合,然后在局部逐跳考慮動(dòng)態(tài)因素(如實(shí)時(shí)的鏈路質(zhì)量與節(jié)點(diǎn)喚醒序列)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的算法能顯著的提升機(jī)會(huì)路由的性能。
[Abstract]:A large number of wireless sensor networks need to distribute packets from the base station to each sensor node in the network or transmit the information collected by the sensor nodes to the base station nodes. Therefore, it is necessary to design efficient broadcast and routing protocols. The wireless sensor network is made due to the influence of low duty cycle sleep scheduling and unreliable wireless transmission. The broadcast and routing protocols in the radio and routing protocols are different from those in other types of networks. The traditional broadcasting protocol in wireless sensor networks has the problems of incomplete broadcast progress information collection, poor dynamic adaptability to the broadcast process and insufficient use of the detected information. The traditional opportunity routing strategy ignores the independent sleep of nodes. It is necessary to adjust the routing strategy dynamically when the sending node faces different neighbor nodes. This paper focuses on how to deal with the dynamic changes in the network and design a high efficient, fast broadcast and opportunity routing protocol for the low duty wireless sensor network. The innovation points include: 1. proposed a state based efficient broadcasting protocol considering the cooperation between the forced sender: the traditional state based broadcasting has reduced the efficiency of broadcasting due to the introduction of a large number of conflicting and redundant transmission due to the inefficient cooperative mechanism between the potential sending nodes. The effective interception mechanism allows the nodes to obtain more accurate broadcast progress information, thus making the sending nodes better cooperative and improving the speed and efficiency of the broadcast without introducing additional loads. The proposed protocol can solve the quadrangular topology problem in sparse networks without introducing additional delay, and can also solve the problem of the quadrangular topology in the sparse network. The experimental results show that the performance of the proposed protocol is better than that of the traditional state based broadcast protocol (.2.). The broadcast protocol based on the network coding and scheduling spanning tree is proposed. In the broadcast based on the scheduling spanning tree, the node with the same father node is awakened at the same time. The broadcast characteristics of a wireless channel. The number of packets between the nodes and the number of packets, based on the real-time packet number information, the receiving node determines which neighbor nodes can provide additional coding packets. In order to ensure the low duty ratio, the receiving node limits the number of the nodes to be listener. A dynamic programming algorithm with multiple level time complexity is proposed. Determine a set of optimal number of nodes with fixed number of nodes to maximize the number of coded packets expected in a sleep scheduling cycle. The simulation results show that the proposed protocol can effectively reduce the time delay and energy consumption of traditional broadcast protocols..3. proposed a broadcast protocol based on network coding and mobile base station nodes: traditional broadcasting. A mechanism usually consists of a stationary base station as a broadcast source. Based on a mobile base station, when it moves to a certain location, it can be used as a new broadcast source. Multiple broadcast sources can forward packets at the same time, which can greatly improve the broadcast speed. This paper will model a Markov process from a source node to a node. The expected delay from the broadcast source to the node is estimated. The broadcast tree is divided into multiple branches, the base station can move along a branch or transfer between the branches. After considering all the branch access order, the base station can determine an optimal mobile path to minimize the broadcast delay. A significant reduction in broadcast delay.4. presents an opportunistic routing protocol that considers the minimum delay of independent sleep scheduling: in an opportunistic routing, the sending node selects the forwarding node from the candidate node set according to the real-time network status. Due to the influence of the independent sleep scheduling, when the sending node sends packets at different times, the node has a data packet. It is possible to face different candidate node wake-up sequences. The traditional opportunistic routing protocol ignores the time-varying characteristics of the candidate node wake-up sequence. This paper studies the dynamic characteristics of the wake-up sequence and theoretically analyzes how to determine the candidate node convergence to minimize the end to end delay for the nodes. The opportunity routing strategy combined with global optimization and local optimization is proposed. The initial candidate node set is established based on the relative static global information (such as network topology and node scheduling cycle information), and then the effect of dynamic factors (such as real-time link quality and node wake-up sequence) is considered in the local hop by hop. It shows that the proposed algorithm can significantly improve the performance of opportunistic routing.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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本文編號(hào)：1877772