無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)多播、路由與位置管理研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算技術(shù)，它可以將客觀世界中不斷變化的信息持續(xù)高效地傳遞給人們，為人們提供各種形式的數(shù)據(jù)與服務(wù)。這種網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)性、抗毀性、易部署性和低成本，使得它在環(huán)境監(jiān)測(cè)、多媒體服務(wù)、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。而隨著應(yīng)用的深入，如何提高無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的多播路由的性能，保證網(wǎng)絡(luò)的可用性和對(duì)故障的容錯(cuò)性以提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能是一個(gè)重要的研究課題，本文圍繞這一主題展開了研究。同時(shí)針對(duì)間歇性連接移動(dòng)傳感

2、網(wǎng)絡(luò)的路由問題也提出了自己的思考。本文的側(cè)重點(diǎn)在共享樹多播算法、間歇性連接移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)路由算法、位置管理和與其相關(guān)的Quorum構(gòu)造算法。
　　 論文的主要貢獻(xiàn)包括：
　　 （1）基于雙向篩選的共享樹多播路由研究
　　 提出了一種在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)下的基于MAODV算法的雙向篩選多播路由算法。首先，在源節(jié)點(diǎn)路由的過程中，通過對(duì)請(qǐng)求報(bào)文（RREQ）的篩選和反饋報(bào)文（RREP）的優(yōu)化選擇，只對(duì)滿足業(yè)務(wù)需求、性能較好的鏈路

3、進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，這種方法減少了請(qǐng)求報(bào)文和反饋報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)量，降低了通信代價(jià)；第二，在報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)和路由建立過程中，考慮鏈路的穩(wěn)定性因素，把鄰居節(jié)點(diǎn)變化率作為路徑穩(wěn)定因素加以考慮，增加了動(dòng)態(tài)環(huán)境中多播路由的穩(wěn)定性和路由成功率。
　　 （2）基于QUORUM系統(tǒng)的多播共享樹路由修復(fù)機(jī)制研究
　　 多播過程中由于接收節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，容易造成鏈路中斷而脫離多播樹，而一些實(shí)時(shí)應(yīng)用則要求能夠馬上修復(fù)并重新建立到多播樹的路由。本文提出了一種基于Qu

4、orum系統(tǒng)的多播共享樹路由修復(fù)機(jī)制。這種機(jī)制下Quorum系統(tǒng)能夠?yàn)橐苿?dòng)節(jié)點(diǎn)快速查詢可用匯合節(jié)點(diǎn)，并為其選擇合適的匯合節(jié)點(diǎn)，建立到多播樹的路由以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)提供。本算法首先建立一個(gè)遍布于網(wǎng)絡(luò)中的虛擬骨干網(wǎng)絡(luò)，并在每個(gè)虛擬骨干節(jié)點(diǎn)建立位置數(shù)據(jù)庫(kù)，這些位置數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了匯合節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置信息。然后將骨干節(jié)點(diǎn)上的位置數(shù)據(jù)庫(kù)組建成兩兩相交的Quorum系統(tǒng)。接收節(jié)點(diǎn)通過查詢Quorum系統(tǒng)內(nèi)的位置數(shù)據(jù)庫(kù)能夠快速知道匯合節(jié)點(diǎn)的位置信息并與之建立

5、路由。仿真結(jié)果顯示，該算法在切換時(shí)間和耗費(fèi)代價(jià)上均比同類算法有明顯提高，同時(shí)還具有一定的冗余容錯(cuò)特性。
　　 （3）基于非規(guī)則網(wǎng)格Quorum的位置管理
　　 位置管理是移動(dòng)環(huán)境下無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中需要解決的一個(gè)重要問題，它能為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)提供快速的路由選擇。建立在虛擬骨干網(wǎng)上Quorum系統(tǒng)能為WSN環(huán)境下的位置管理提供了良好的解決辦法。本文提出的非規(guī)則網(wǎng)格Quorum構(gòu)建算法，將虛擬骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)組織在非規(guī)則網(wǎng)格中，按照一定的規(guī)

6、律構(gòu)成Quorum，并使得Quorum系統(tǒng)的規(guī)模最小，效率最高，提高了位置管理的效率。通過仿真對(duì)比，非規(guī)則網(wǎng)格Quorum的位置管理算法在切換時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)耗費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性上比同類的算法均有明顯提高。
　　 （4）基于K任播的對(duì)數(shù)網(wǎng)格Quorum系統(tǒng)的位置管理及優(yōu)化
　　 基于Quourm的位置管理系統(tǒng)要求在系統(tǒng)的建立初期就形成固定關(guān)系的Quorum。位置更新和位置調(diào)度的報(bào)文必須轉(zhuǎn)發(fā)給Quorum預(yù)先定義的節(jié)點(diǎn)。這種預(yù)定對(duì)象

7、的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制在移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)和不穩(wěn)定的鏈路環(huán)境下常常會(huì)效率低下甚至不能執(zhí)行。本文提出的基于K任播非規(guī)則網(wǎng)格Quorum系統(tǒng)不需要維護(hù)固定結(jié)構(gòu)的Quorum，而是以K任播的方式按照非規(guī)則網(wǎng)格Quorum的規(guī)則從不同組中選擇最快響應(yīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新或調(diào)度。仿真結(jié)果顯示比固定Quorum系統(tǒng)性能上有較大提高。另外本文也對(duì)非規(guī)則網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，提出了一種對(duì)數(shù)網(wǎng)格以滿足K任播機(jī)制。
　　 （5）間歇性連接移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)中的基于興趣域的消息轉(zhuǎn)發(fā)模