無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的路由技術(shù)相關(guān)問(wèn)題研究.pdf

1、未來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò)除了以低成本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸外，還要求網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活，具有適應(yīng)性和生存能力。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是一種無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施依托，可自組織重構(gòu)的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。與其他傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同的是，它具有臨時(shí)組建、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化、節(jié)點(diǎn)能力有限等特點(diǎn)，可用于為地理上相鄰但散布區(qū)域超過(guò)單個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)線傳輸范圍的一組節(jié)點(diǎn)之間提供信息傳遞服務(wù)。在無(wú)線自組網(wǎng)中，由于通信半徑的限制，節(jié)點(diǎn)之間是通過(guò)多跳轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的，因而路由協(xié)議是其重要的組成部分。然而，由于無(wú)線自組

2、織網(wǎng)絡(luò)的上述特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的路由協(xié)議不能有效地應(yīng)用，故其路由傳輸技術(shù)成為了該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)與難點(diǎn)?，F(xiàn)今已取得了這方面的一些初步的研究成果，但現(xiàn)有的這些研究成果大多針對(duì)各自的應(yīng)用場(chǎng)景，這就為無(wú)線自組網(wǎng)中的路由技術(shù)研究留下了非常廣闊的空間。
　　 本文針對(duì)無(wú)線自組網(wǎng)中具有代表性的靜態(tài)部署傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)、移動(dòng)車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)以及近年來(lái)由移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(MANET)發(fā)展演化出的機(jī)會(huì)型網(wǎng)絡(luò)（Opportunistic N

3、etworks）進(jìn)行了系統(tǒng)、全面地分析和總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合無(wú)線自組網(wǎng)在上述三方面的不同特征，深入細(xì)致地研究了相關(guān)的路由傳輸策略，取得了若干創(chuàng)新和成果。本文的主要貢獻(xiàn)包括：
　　 1．針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集，提出了一種結(jié)合自組織映射(SOM)與免疫克隆選擇算法的分簇路由策略SICR(SOM and Immune Clonal Selection Based Clustering Routing Scheme for Wir

4、eless Sensor Networks)。不同于以往的研究，SICR在分簇聚類時(shí)，充分考慮了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度、剩余能量以及與匯聚點(diǎn)間距離等因素，采用一種基于自組織映射原理的簇頭競(jìng)爭(zhēng)算法，構(gòu)建了能量消耗均衡的分簇結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以有效的應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)能量異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。同時(shí)，為了減少簇重構(gòu)次數(shù)，降低重構(gòu)開(kāi)銷，在維護(hù)階段引入了一種自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制，簇首可根據(jù)簇內(nèi)各成員的剩余能量估算當(dāng)前簇的穩(wěn)定性，并據(jù)此調(diào)整簇規(guī)模，以維持簇的穩(wěn)定。路由的組織則分為簇

5、內(nèi)通信和簇間通信兩部分：簇內(nèi)通信基于建立的簇內(nèi)拓?fù)渎窂郊M(jìn)行；簇間通信則通過(guò)基于克隆選擇算法建立的最小匯集樹(shù)進(jìn)行。模擬實(shí)驗(yàn)表明，與現(xiàn)有的幾種算法相比，SICR能更好均衡節(jié)點(diǎn)的能量消耗和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　 2．針對(duì)車載自組網(wǎng)的數(shù)據(jù)分發(fā)，提出了一種面向發(fā)布/訂閱系統(tǒng)基于車輛移動(dòng)分布感知的事件分發(fā)策略MDA(Mobile Distribution-Aware Data Dissemination)。基于車流的自組織性及自穩(wěn)性的特點(diǎn)，

6、建立VANET下的發(fā)布/訂閱模型，通過(guò)計(jì)算車輛與移動(dòng)訂閱者的相遇概率，預(yù)測(cè)訂閱者的移動(dòng)分布，并以此為依據(jù)實(shí)時(shí)部署和調(diào)度廣播令牌在網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)，從而有效的控制事件代理的分布，保證了數(shù)據(jù)傳遞的有效性。與以前的相關(guān)研究相比，MDA采用的啟發(fā)式算法，能夠使事件代理的分布更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。此外，MDA采用了一種基于概率預(yù)測(cè)密度的令牌控制算法，通過(guò)實(shí)時(shí)的調(diào)整令牌的數(shù)量，進(jìn)而控制事件代理的數(shù)量，降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。仿真實(shí)驗(yàn)表明，與現(xiàn)有的

7、幾種消息分發(fā)算法相比，MDA能以較低的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和傳輸延遲獲得較高的數(shù)據(jù)傳輸成功率。
　　 3．針對(duì)具有周期性社會(huì)移動(dòng)軌跡的機(jī)會(huì)型網(wǎng)絡(luò)，提出了一種基于周期性間歇連通的數(shù)據(jù)傳輸策略PICD(Periodic Intermittently Connected-Based DataDelivery in Opportunistic Networks)。通過(guò)有效利用節(jié)點(diǎn)間存在的周期間歇連通性來(lái)改善數(shù)據(jù)傳輸性能。節(jié)點(diǎn)傳輸概率的計(jì)算則充分考慮

8、了其與匯聚點(diǎn)間存在的間歇多跳路徑，并將其與消息容忍的傳輸延遲相結(jié)合，首先采用隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法來(lái)建立與延遲相關(guān)的傳輸概率模型，然后通過(guò)基于多跳的函數(shù)空間迭代法求出一個(gè)周期內(nèi)的與延遲相關(guān)的傳輸概率分布矩陣，節(jié)點(diǎn)面向不同消息延遲的傳輸概率則基于分布矩陣計(jì)算獲得，以此作為選擇下一跳的依據(jù)。與延遲相關(guān)的概率轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制提高了消息在容忍的延遲內(nèi)被成功遞交的可能。仿真實(shí)驗(yàn)表明，與現(xiàn)有的幾種數(shù)據(jù)傳輸算法相比，在節(jié)點(diǎn)具有循環(huán)運(yùn)動(dòng)特征的環(huán)境下，PICD具有較