本文關(guān)鍵詞：異步無線傳感網(wǎng)絡(luò)廣播效率的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：廣播路由將廣播包分發(fā)至全網(wǎng)節(jié)點(diǎn),在無線傳感網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用,可以為諸如網(wǎng)絡(luò)配置、代碼更新、路由發(fā)現(xiàn)等一系列上層服務(wù)提供支持。為了減少能耗,傳感器節(jié)點(diǎn)普遍采用異步的睡眠調(diào)度機(jī)制(即節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地進(jìn)行睡眠調(diào)度),而且無線鏈路具有不可靠性,這就使得傳統(tǒng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)一直處于工作狀態(tài)以及有線網(wǎng)絡(luò)中鏈路可靠場景下的廣播協(xié)議不能被應(yīng)用于異步無線傳感網(wǎng)絡(luò)。在異步無線傳感網(wǎng)絡(luò)高效廣播協(xié)議的設(shè)計(jì)中,需要考慮異步的睡眠調(diào)度、無線鏈路不可靠性兩個(gè)重要因素來優(yōu)化廣播協(xié)議的性能。在靜止匯聚節(jié)點(diǎn)場景的廣播協(xié)議中,已有的研究工作通�？紤]鏈路質(zhì)量、節(jié)點(diǎn)覆蓋次序、睡眠調(diào)度等因素針對廣播時(shí)延、傳輸次數(shù)、廣播能耗等性能進(jìn)行優(yōu)化,在廣播的時(shí)延效率和能耗效率之間進(jìn)行權(quán)衡。其中一種主流的思想是利用局部一跳或兩跳信息進(jìn)行狀態(tài)標(biāo)記的廣播,這種類型的協(xié)議能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化,但是由于基于不完整的信息做決策,使得廣播過程中會(huì)引發(fā)低效傳輸和沖突問題。在移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)場景的信息分發(fā)策略中,已有的研究工作不是針對將一個(gè)廣播包分發(fā)至全網(wǎng)的廣播協(xié)議設(shè)計(jì),而是普通傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸信息至匯聚節(jié)點(diǎn)的信息匯報(bào),或者移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)通過洪泛實(shí)時(shí)分發(fā)自己的位置信息至全網(wǎng)。主流的思路包括基于虛擬網(wǎng)格的分發(fā)和基于簇的方法,但是這些策略不適用于異步無線傳感網(wǎng)絡(luò)中考慮移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)場景中的廣播。在綜合分析考慮異步無線傳感網(wǎng)中異步睡眠調(diào)度、無線鏈路不可靠性、節(jié)點(diǎn)位置信息、鄰居節(jié)點(diǎn)覆蓋次序信息等因素的基礎(chǔ)上,本文分別針對靜止匯聚節(jié)點(diǎn)場景和移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)場景設(shè)計(jì)了高效的廣播協(xié)議：(1)靜止匯聚節(jié)點(diǎn)場景：異步無線傳感網(wǎng)中,代理(delegation)指的是一個(gè)節(jié)點(diǎn)將未覆蓋的鄰居節(jié)點(diǎn)委托給已經(jīng)收到廣播包的鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的代理機(jī)制基于不完整的信息做代理決策,當(dāng)更好的代理節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)不再改變已經(jīng)做出的決策,并且有時(shí)將一個(gè)未覆蓋節(jié)點(diǎn)委托給了多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn),從而引發(fā)了低效傳輸和代理沖突問題。本文提出了異步無線傳感網(wǎng)中基于動(dòng)態(tài)代理的高效廣播協(xié)議(Dynamic Delegation based Efficient Broadcast, DDEB), DDEB綜合考慮鏈路質(zhì)量信息和廣播的實(shí)時(shí)進(jìn)度來從發(fā)送方和接收方的角度將一個(gè)未覆蓋節(jié)點(diǎn)代理給目前為止最好的已覆蓋節(jié)點(diǎn)。當(dāng)更好的代理者(delegater)出現(xiàn)時(shí),則改變原有的代理,通過動(dòng)態(tài)代理避免了在鏈路質(zhì)量差的鏈路上傳輸,同時(shí)利用較早被覆蓋的節(jié)點(diǎn)的嘗試機(jī)會(huì)加快廣播的進(jìn)度,從而提高了廣播的時(shí)延效率和能耗效率。(2)移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)場景：本文提出了匯聚節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中邊運(yùn)動(dòng)邊廣播數(shù)據(jù)包的場景下的廣播協(xié)議,匯聚節(jié)點(diǎn)以合適的運(yùn)動(dòng)模式和速度在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)能夠延長網(wǎng)絡(luò)生存期,并進(jìn)一步降低廣播時(shí)延。但是匯聚節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)起來會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)廣播區(qū)域的不平衡問題,這使得靜止匯聚節(jié)點(diǎn)場景中的廣播協(xié)議不能直接被應(yīng)用于該場景或者協(xié)議的效率會(huì)被降低。本文提出了快速高效的廣播協(xié)議(Fast and Efficient Broadcast Protocol, FEBP), FEBP分析了引入移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)后廣播的挑戰(zhàn)以及匯聚節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的模式和速度問題,并綜合考慮廣播進(jìn)度、節(jié)點(diǎn)所在位置、鄰居覆蓋信息等因素提出了節(jié)點(diǎn)密度自適應(yīng)的概率轉(zhuǎn)發(fā)、廣播進(jìn)度自適應(yīng)的推遲轉(zhuǎn)發(fā)、根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)覆蓋情況確定的推遲轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間三個(gè)機(jī)制,解決了廣播區(qū)域的不平衡性問題并減少了廣播傳輸次數(shù)和能耗,提高了廣播能耗效率。從而達(dá)到了時(shí)延效率和能耗效率的統(tǒng)一優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：動(dòng)態(tài)代理 高效廣播 靜態(tài)匯聚節(jié)點(diǎn) 異步無線傳感網(wǎng)絡(luò) 移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 本文研究的背景和意義11-14
• 1.2 異步睡眠調(diào)度WSNs中高效廣播協(xié)議設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)14-16
• 1.2.1 異步睡眠調(diào)度帶來的挑戰(zhàn)14-15
• 1.2.2 無線鏈路不可靠性的挑戰(zhàn)15
• 1.2.3 引入移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)后帶來的挑戰(zhàn)15-16
• 1.3 本文研究內(nèi)容16-18
• 1.3.1 靜止匯聚節(jié)點(diǎn)場景中的高效廣播16-17
• 1.3.2 移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)場景中的高效廣播17-18
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)18-19
• 第2章 異步無線傳感網(wǎng)中廣播協(xié)議的相關(guān)研究19-27
• 2.1 靜止匯聚節(jié)點(diǎn)場景的廣播19-22
• 2.2 移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)場景的廣播22-27
• 第3章 異步無線傳感網(wǎng)中基于動(dòng)態(tài)代理的高效廣播協(xié)議27-39
• 3.1 問題介紹和分析27-28
• 3.2 基于動(dòng)態(tài)代理的高效廣播協(xié)議的詳細(xì)設(shè)計(jì)28-33
• 3.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型和假設(shè)28-29
• 3.2.2 動(dòng)態(tài)代理的優(yōu)勢29-30
• 3.2.3 基于動(dòng)態(tài)代理的廣播機(jī)制30-32
• 3.2.4 overhearing機(jī)制和沖突的減少32-33
• 3.3 性能評估33-37
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)及評估指標(biāo)33-34
• 3.3.2 節(jié)點(diǎn)密度對廣播性能的影響34-36
• 3.3.3 睡眠周期對廣播性能的影響36-37
• 3.4 本章小結(jié)37-39
• 第4章 異步無線傳感網(wǎng)中移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)場景中快速高效的廣播協(xié)議39-55
• 4.1 問題介紹和分析39-40
• 4.2 網(wǎng)絡(luò)模型和假設(shè)40-41
• 4.3 快速高效廣播協(xié)議的設(shè)計(jì)41-48
• 4.3.1 廣播時(shí)延效率的提高41-44
• 4.3.2 廣播能耗的降低44-47
• 4.3.2.1 節(jié)點(diǎn)密度自適應(yīng)的概率廣播44
• 4.3.2.2 不同的廣播進(jìn)程下不同的推遲轉(zhuǎn)發(fā)概率44-46
• 4.3.2.3 不同鄰居節(jié)點(diǎn)覆蓋情況下的不同推遲轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間46-47
• 4.3.3 沖突的解決和重傳47-48
• 4.5 性能評估48-54
• 4.5.1 仿真環(huán)境48-50
• 4.5.2 移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度對廣播性能的影響50-51
• 4.5.3 節(jié)點(diǎn)數(shù)目變化對廣播性能的影響51-53
• 4.5.4 睡眠周期變化對廣播性能的影響53-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第5章 總結(jié)與展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-63
• 致謝63-65
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果65

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