無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN, wireless sensor network)節(jié)點的計算能力、能量、通信能力都十分有限,而且WSN固有的多到一、多跳通信的模式使得WSN經(jīng)常發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。對網(wǎng)絡(luò)擁塞進行有效控制是節(jié)省WSN網(wǎng)絡(luò)能量、改善網(wǎng)絡(luò)QoS性能的關(guān)鍵手段。盡管在WSN擁塞控制方面已有一些研究成果,但是絕大多數(shù)成果都是基于簡單的擁塞反饋和速率調(diào)節(jié)機制的,擁塞控制操作往往能耗過高,擁塞控制機制本身也都很少考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓叫院蛯崟r性等重要的

2、網(wǎng)絡(luò)性能指標。本文致力于WSN擁塞控制中的兩個基本課題:WSN擁塞產(chǎn)生原因的研究、擁塞控制技術(shù)的研究,主要的研究內(nèi)容具體如下:
  (1)本文使用了“擁塞閾值”的概念,擁塞閾值是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分組產(chǎn)生率的臨界值,超過此值,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的緩存就要溢出而發(fā)生擁塞,擁塞閾值的概念把WSN傳輸能力的分析和擁塞狀態(tài)的分析聯(lián)系在一起,擁塞閾值同時表示了WSN最大的傳輸能力和抵御網(wǎng)絡(luò)擁塞的最大能力。通過引入“介數(shù)”的定義對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點負載進行描述,在理論上對

3、擁塞閾值進行了研究,并給出其漸進意義下的上界。在對最大傳輸能力進行分析的過程中可以看出,無線信道的干擾、網(wǎng)絡(luò)負載的分布、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等嚴重影響了網(wǎng)絡(luò)最大傳輸能力的上界,同時對如何設(shè)計有效的擁塞控制機制提供了啟示。
  (2)設(shè)計了一個基于速率調(diào)節(jié)的擁塞控制機制RbCC。其中,提出了一種能有效檢測WSN擁塞的能量有效性機制—基于緩存速率變化率的擁塞檢測;同時提出了一個新的雙向擴展擁塞反饋機制,令擁塞節(jié)點局部上、下游節(jié)點能同時參與擁塞控制

4、以更有效地的控制擁塞并能快速地向相關(guān)的源節(jié)點反饋擁塞。RbCC還包含了一個局部速率調(diào)節(jié)算法和基于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用準確性的閉環(huán)速率調(diào)節(jié)算法,使源速率能較快地收斂到一個穩(wěn)定的水平,保持了網(wǎng)絡(luò)吞吐量的穩(wěn)定性,同時降低了網(wǎng)絡(luò)分組丟棄的數(shù)量并改善了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓叫浴?br>  (3)基于速率調(diào)節(jié)的擁塞控制比較適合流數(shù)據(jù)的WSN應(yīng)用,但很難適應(yīng)對實時性和可靠性要求較高的WSN應(yīng)用。本文設(shè)計了一個基于發(fā)送窗口分配的擁塞控制機制WbCC。WbCC不用檢測節(jié)點的

5、擁塞與否,它要求上一跳節(jié)點只有在下一跳節(jié)點具有可用緩存空間時才向其發(fā)送數(shù)據(jù)。為了保證網(wǎng)絡(luò)實時性的要求和傳輸公平性的要求,本文根據(jù)分組產(chǎn)生的時間設(shè)計了一個簡單有效的面向?qū)崟r性的隊列調(diào)度機制和一個發(fā)送窗口分配策略,它不需要為每個源節(jié)點維護流的信息并且只需執(zhí)行簡單的計算就能保證網(wǎng)絡(luò)中早產(chǎn)生的分組被早發(fā)送到sink。
  (4)采用擁塞控制機制不是緩解和避免WSN擁塞的唯一手段。針對分組產(chǎn)生率低、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用準確性要求不高、偶爾出現(xiàn)短暫突發(fā)數(shù)

6、據(jù)流的WSN應(yīng)用,提出了一個源流量控制算法STC,根據(jù)監(jiān)測到同一事件的不同源節(jié)點的剩余能量水平對這些節(jié)點的源流量負載進行分配,使其滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用準確性要求,并且通過均衡使用相關(guān)源節(jié)點的能量來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)生命周期。分組的傳輸消耗了WSN節(jié)點的大部分能量,本文在路由過程中考慮了擁塞控制問題,提出了一個具有擁塞感知特點的節(jié)能路由算法CsEeR。借鑒前面對WSN傳輸能力上界分析的結(jié)論,CsEeR以均衡網(wǎng)絡(luò)負載為初衷,并充分考慮無線通信環(huán)境的干擾和剩余

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