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《电子科技大学》 2010年
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无线自组织网络中的路由技术相关问题研究

吴磊  
【摘要】:未来的通信网络除了以低成本实现数据的高速传输外,还要求网络组网灵活,具有适应性和生存能力。无线自组织网络是一种无基础设施依托,可自组织重构的多跳无线网络。与其他传统无线网络不同的是,它具有临时组建、拓扑动态变化、节点能力有限等特点,可用于为地理上相邻但散布区域超过单个节点无线传输范围的一组节点之间提供信息传递服务。在无线自组网中,由于通信半径的限制,节点之间是通过多跳转发进行数据交互的,因而路由协议是其重要的组成部分。然而,由于无线自组织网络的上述特点,使得传统的路由协议不能有效地应用,故其路由传输技术成为了该领域的研究重点与难点。现今已取得了这方面的一些初步的研究成果,但现有的这些研究成果大多针对各自的应用场景,这就为无线自组网中的路由技术研究留下了非常广阔的空间。 本文针对无线自组网中具有代表性的静态部署传感器网络(WSN)、移动车载自组织网络(VANET)以及近年来由移动自组织网络(MANET)发展演化出的机会型网络(Opportunistic Networks)进行了系统、全面地分析和总结,并在此基础上,结合无线自组网在上述三方面的不同特征,深入细致地研究了相关的路由传输策略,取得了若干创新和成果。本文的主要贡献包括: 1.针对传感器网络的数据收集,提出了一种结合自组织映射(SOM)与免疫克隆选择算法的分簇路由策略SICR(SOM and Immune Clonal Selection Based Clustering Routing Scheme for Wireless Sensor Networks)。不同于以往的研究,SICR在分簇聚类时,充分考虑了网络节点密度、剩余能量以及与汇聚点间距离等因素,采用一种基于自组织映射原理的簇头竞争算法,构建了能量消耗均衡的分簇结构。该结构可以有效的应用于节点能量异构的网络场景。同时,为了减少簇重构次数,降低重构开销,在维护阶段引入了一种自适应调整机制,簇首可根据簇内各成员的剩余能量估算当前簇的稳定性,并据此调整簇规模,以维持簇的稳定。路由的组织则分为簇内通信和簇间通信两部分:簇内通信基于建立的簇内拓扑路径集进行;簇间通信则通过基于克隆选择算法建立的最小汇集树进行。模拟实验表明,与现有的几种算法相比,SICR能更好均衡节点的能量消耗和延长网络寿命。 2.针对车载自组网的数据分发,提出了一种面向发布/订阅系统基于车辆移动分布感知的事件分发策略MDA (Mobile Distribution-Aware Data Dissemination)。基于车流的自组织性及自稳性的特点,建立VANET下的发布/订阅模型,通过计算车辆与移动订阅者的相遇概率,预测订阅者的移动分布,并以此为依据实时部署和调度广播令牌在网络中的转发,从而有效的控制事件代理的分布,保证了数据传递的有效性。与以前的相关研究相比,MDA采用的启发式算法,能够使事件代理的分布更好地适应网络环境的动态变化。此外,MDA采用了一种基于概率预测密度的令牌控制算法,通过实时的调整令牌的数量,进而控制事件代理的数量,降低了整个网络的负载。仿真实验表明,与现有的几种消息分发算法相比,MDA能以较低的网络负载和传输延迟获得较高的数据传输成功率。 3.针对具有周期性社会移动轨迹的机会型网络,提出了一种基于周期性间歇连通的数据传输策略PICD (Periodic Intermittently Connected-Based Data Delivery in Opportunistic Networks)。通过有效利用节点间存在的周期间歇连通性来改善数据传输性能。节点传输概率的计算则充分考虑了其与汇聚点间存在的间歇多跳路径,并将其与消息容忍的传输延迟相结合,首先采用随机动态规划的方法来建立与延迟相关的传输概率模型,然后通过基于多跳的函数空间迭代法求出一个周期内的与延迟相关的传输概率分布矩阵,节点面向不同消息延迟的传输概率则基于分布矩阵计算获得,以此作为选择下一跳的依据。与延迟相关的概率转发机制提高了消息在容忍的延迟内被成功递交的可能。仿真实验表明,与现有的几种数据传输算法相比,在节点具有循环运动特征的环境下,PICD具有较高的数据传输成功率和较低的递交延迟。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN929.5

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