本文關(guān)鍵詞：醫(yī)療無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)是由大量小型、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)所形成的多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。隨著無線傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展,WSNs得到廣泛的應(yīng)用,尤其是在醫(yī)療領(lǐng)域方面。醫(yī)療無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Healthcare Wireless Sensor Networks, HWSNs)是WSNs的一個(gè)特殊的范疇[l],主要作用是采集數(shù)據(jù)用于醫(yī)療診斷和持續(xù)地健康評(píng)估。HWSNs在醫(yī)療監(jiān)護(hù)上起著重要的作用,可靠、實(shí)時(shí)地傳輸數(shù)據(jù)對(duì)于HWSNs來說至關(guān)重要,然而緊急的醫(yī)療突發(fā)事件將會(huì)產(chǎn)生大量的突然流,網(wǎng)絡(luò)將遭受不可預(yù)測(cè)的負(fù)載,從而引發(fā)網(wǎng)絡(luò)的擁塞。不同于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò),由于WSNs多到一的通信方式、無線鏈路的互相干擾、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化以及網(wǎng)絡(luò)資源受限等特性,使得WSNs更容易出現(xiàn)擁塞。擁塞將導(dǎo)致分組丟失,增加端到端的時(shí)延,而且還會(huì)因重傳丟失分組而過多消耗網(wǎng)絡(luò)的寶貴能量,然而在醫(yī)療無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵信息的丟失、延遲或是節(jié)點(diǎn)死亡將直接影響患者的生命安全。因此,對(duì)擁塞進(jìn)行處理是節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的能量、提升網(wǎng)絡(luò)QoS的必要手段,同時(shí)也是WSNs的重要挑戰(zhàn)。由于WSNs的固有特性,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制機(jī)制不能直接適用于WSNs。隨著WSNs研究的深入,應(yīng)用于不同場(chǎng)景的WSNs的擁塞控制算法也越來越多。目前WSNs擁塞控制一般包括擁塞檢測(cè)、擁塞反饋、擁塞處理這幾個(gè)環(huán)節(jié)。雖然目前在WSNs的擁塞控制方面已有一些研究成果,但是大部分的擁塞控制算法都是通過簡(jiǎn)單的擁塞檢測(cè)與速率調(diào)節(jié)機(jī)制來處理擁塞�，F(xiàn)有的擁塞檢測(cè)方法大部分都是基于緩存隊(duì)列長(zhǎng)度、信道采樣、分組服務(wù)時(shí)間與到達(dá)間隔時(shí)間的比值等單一度量,沒有考慮到流量的變化趨勢(shì)以及擁塞的漸變過程。擁塞處理大部分是通過速率調(diào)整或是流量調(diào)度,很少考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓叫�、可靠性與實(shí)時(shí)性等重要網(wǎng)絡(luò)性能,特別是在HWSNs中,這些網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)尤為重要。針對(duì)這些問題,本文提出了一種基于虛擬隊(duì)列的擁塞控制算法(Congestion Control Algorithm Based on Virtual Queue, CCVQ)。具體的研究?jī)?nèi)容與研究成果如下：首先,本文介紹了HWSNs的研究背景及意義、WSNs擁塞控制研究的現(xiàn)狀,闡述了WSNs擁塞的原因、種類,分析了WSNs擁塞控制的難點(diǎn),介紹了目前擁塞控制的關(guān)鍵技術(shù)以及工作流程,接著對(duì)目前常用的擁塞控制策略進(jìn)行分析與深入研究,并總結(jié)了其優(yōu)缺點(diǎn)和HWSNs的擁塞控制需要解決的問題。其次,針對(duì)現(xiàn)有WSNs擁塞控制算法的存在問題以及在HWSNs中數(shù)據(jù)的可靠性傳輸、時(shí)延、公平性要求高的特點(diǎn),本文提出了CCVQ算法。該算法包含擁塞避免與擁塞消除兩個(gè)步驟。本文首先通過構(gòu)建多路徑和QOS感知路由進(jìn)行避免擁塞,從而提高了關(guān)鍵信息的傳輸可靠性與實(shí)時(shí)性,同時(shí)還達(dá)到了能耗均衡的目的。然而,由于WSNs多到一的通信方式,靠近Sink附近依然會(huì)出現(xiàn)擁塞,為此本文采用速率調(diào)整機(jī)制與主動(dòng)丟包策略進(jìn)行擁塞處理,從而保證低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的可靠性、減少端到端的時(shí)延、提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。CCVQ根據(jù)隊(duì)列的變化率與緩存的占用情況進(jìn)行擁塞檢測(cè)。如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞,為了解除擁塞,本文則根據(jù)擁塞程度和子節(jié)點(diǎn)與自身源流的優(yōu)先級(jí)來降低子節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率與節(jié)點(diǎn)的采樣速率；如果網(wǎng)絡(luò)將要發(fā)生擁塞,說明此時(shí)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率小于接收速率,為了降低節(jié)點(diǎn)的接收速率,本文根據(jù)虛擬隊(duì)列的變化率來調(diào)整子節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率與節(jié)點(diǎn)的采樣速率：如果緩存區(qū)的利用率降低時(shí),說明網(wǎng)絡(luò)資源利用率較低,為增加網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,本文根據(jù)隊(duì)列長(zhǎng)度還有子節(jié)點(diǎn)與自身源流的優(yōu)先級(jí)增加子節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率與節(jié)點(diǎn)的采樣速率。同時(shí)為了防止因擁塞而導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出,本文采用主動(dòng)丟包策略管理機(jī)制,當(dāng)丟包概率大于閾值時(shí),丟棄緩存中剩余價(jià)值最小的分組,從而節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的能耗、提升網(wǎng)絡(luò)的QoS。最后,本文通過仿真實(shí)驗(yàn),對(duì)CCVQ算法以及對(duì)比HOCA、REEP算法在NS2仿真平臺(tái)下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明本文所提出的CCVQ算法在丟包率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量、端到端的時(shí)延以及網(wǎng)絡(luò)能耗均衡性等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：醫(yī)療無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 擁塞控制 路由算法 虛擬隊(duì)列
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 就緒10-15
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 論文的組織14-15
• 第2章 擁塞控制算法研究15-26
• 2.1 網(wǎng)絡(luò)擁塞分析15-18
• 2.1.0 WSNs擁塞定義15
• 2.1.1 WSNs擁塞原因15-16
• 2.1.2 WSNs擁塞分類16-17
• 2.1.3 WSNs擁塞控制的難點(diǎn)17-18
• 2.1.4 WSNs擁塞控制的關(guān)鍵技術(shù)18
• 2.2 WSNs擁塞檢測(cè)18-19
• 2.3 WSNs擁塞反饋19
• 2.4 WSNs擁塞處理19-25
• 2.4.1 基于速率調(diào)整的WSNs擁塞控制20-22
• 2.4.2 基于流量調(diào)度的WSNs擁塞控制22-24
• 2.4.3 基于速率預(yù)先分配的WSNs擁塞控制24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 基于虛擬隊(duì)列擁塞控制算法26-44
• 3.1 CCVQ算法的提出26-28
• 3.2 CCVQ算法中的網(wǎng)絡(luò)模型28-29
• 3.3 CCVQ算法的節(jié)點(diǎn)模型29-30
• 3.4 擁塞避免30-36
• 3.4.1 任務(wù)請(qǐng)求階段30-31
• 3.4.2 請(qǐng)求報(bào)告事件階段31
• 3.4.3 路由建立階段31-33
• 3.4.4 數(shù)據(jù)發(fā)送階段33-34
• 3.4.5 擁塞避免工作流程34-36
• 3.5 擁塞解除36-43
• 3.5.1 虛擬隊(duì)列的提出36-37
• 3.5.2 節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)定義37-38
• 3.5.3 擁塞檢測(cè)38-39
• 3.5.4 擁塞反饋39
• 3.5.5 速率調(diào)整39-41
• 3.5.6 主動(dòng)隊(duì)列管理41-42
• 3.5.7 擁塞解除工作流程42-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第4章 仿真實(shí)驗(yàn)與性能分析44-51
• 4.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的仿真平臺(tái)44-46
• 4.1.1 NS2仿真平臺(tái)介紹44-45
• 4.1.2 NS2的仿真過程45-46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境與參數(shù)設(shè)置46-47
• 4.3 仿真結(jié)果與分析47-50
• 4.3.1 性能指標(biāo)47-48
• 4.3.2 算法性能分析48-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第5章 總結(jié)與展望51-53
• 5.1 總結(jié)51
• 5.2 展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 致謝57-58

  本文關(guān)鍵詞：醫(yī)療無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：298182