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《兰州大学》 2011年
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机会网络中转发机制的理论研究与应用

邓毓博  
【摘要】:Ad hoc网络自上世纪诞生以来,虽然研究成果丰硕,却一直难以在实际应用中大量普及。其中一个重要的原因便是这类网络要求内在连通性,即假设网络是全连通的,节点可通过中间节点的转发以多跳的方式实现数据传输。然而在实际应用中往往会因为节点移动、物体阻挡、信号干扰、节点失效或能量受限等多种原因,使得节点之间常会由于断线而无法通信,进而导致网络被划分成若干个彼此无法通信的内连通区域。 针对这一情况,机会网络的概念被提了出来。在机会网络中,网络节点因为各种原因被分割成多个孤立的连通区域,源节点和目的节点之间可能不存在一条端到端的路径,节点通过移动与其它节点相遇形成通信机会,并利用这种通信机会以节点之间的转发形式实现数据的传输。作为一种更为自然的组网方式,机会网络十分适合各种具备短距离通信能力的移动设备如无线传感器、车载智能设备和手持设备等的组网与应用。 由机会网络的定义可知转发机制是机会网络的核心问题之一,即如何确定最为合适的下一跳节点。本文围绕这一问题主要开展了以下工作: 1、提出了一种基于机会网络的分布式计算环境架构ON-DEC,描述了其工作流程,对其中的转发机制展开了详细探讨。首先分析了下行阶段的任务分发机制,提出了两种分发算法DWOF和DWF并进行了比较,证明了DWF算法更为高效。在此基础上,通过仿真实验进一步分析了DWF算法中消息拷贝数k与节点密度和网络迟延之间的关系。 2、在ON-DEC的上行阶段,提出了一种基于路径预测的路由转发机制TPFA。通过采集分析节点移动的历史轨迹数据,建立二阶一步马尔科夫概率转移矩阵对节点在每个路口处的路径选择进行预测,同时建立了容错机制以确保当路径预测出现错误时数据仍然能够被及时转发至其它合适的节点。通过分析美国Dartmouth大学在校学生160天的实际移动轨迹,验证了采用二阶一步马尔科夫概率转移矩阵可以较为准确的预测行人的移动轨迹。 3、针对ON-DEC讨论了如何设计支持实现这一应用的通信中间件MCSOP。由于当前手持设备存在多个操作系统和工作环境,提出了一种支持垮平台的通信服务中间件的设计原则与架构,并着手予以具体开发实现。 4、针对当前风沙环境中近地数据监测技术的不足,提出一种基于机会网络的监测系统。通过该系统可以有效采集大面积风沙区域中的相关数据,并能较好的描绘风场特征。首先设计了系统框架,并讨论了基站和可移动的无线传感器这两类节点的部署问题,同时计算出了要有效采集数据并上传至基站所需要的移动节点的数量取值下界。 5、针对风沙监测系统的节点部署特点,提出了一种位移估计定位算法DELA,该算法基于节点移动过程中经过各个基站覆盖区所获取的位置信息,综合节点位移与移动状态计算节点的实际位置,最后通过户外无线传感器节点实验证明了该算法相对于三边定位算法可以获得更为准确的定位精度。 6、最后根据上述定位算法,进一步提出了基于与基站相遇时长估算的转发机制CTFM,使得节点在不同相遇时长条件下判断是否需要与基站建立连接进行数据上传,若条件不符合则停止节点广播,从而有效降低节点能耗。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN929.5

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