無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN, wireless sensor network)節(jié)點(diǎn)的計(jì)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(jìn)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(jī)制的，擁塞控制操作往往能耗過高，擁塞控制機(jī)制本身也都很少考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓叫院蛯?shí)時(shí)性等重要的

2、網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。本文致力于WSN擁塞控制中的兩個(gè)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(diǎn)分組產(chǎn)生率的臨界值，超過此值，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(shí)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(diǎn)負(fù)載進(jìn)行描述，在理論上對

3、擁塞閾值進(jìn)行了研究，并給出其漸進(jìn)意義下的上界。在對最大傳輸能力進(jìn)行分析的過程中可以看出，無線信道的干擾、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的分布、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)最大傳輸能力的上界，同時(shí)對如何設(shè)計(jì)有效的擁塞控制機(jī)制提供了啟示。
　　(2)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于速率調(diào)節(jié)的擁塞控制機(jī)制RbCC。其中，提出了一種能有效檢測WSN擁塞的能量有效性機(jī)制—基于緩存速率變化率的擁塞檢測；同時(shí)提出了一個(gè)新的雙向擴(kuò)展擁塞反饋機(jī)制，令擁塞節(jié)點(diǎn)局部上、下游節(jié)點(diǎn)能同時(shí)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(diǎn)反饋擁塞。RbCC還包含了一個(gè)局部速率調(diào)節(jié)算法和基于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用準(zhǔn)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(gè)穩(wěn)定的水平，保持了網(wǎng)絡(luò)吞吐量的穩(wěn)定性，同時(shí)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(shí)時(shí)性和可靠性要求較高的WSN應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于發(fā)送窗口分配的擁塞控制機(jī)制WbCC。WbCC不用檢測節(jié)點(diǎn)的

5、擁塞與否，它要求上一跳節(jié)點(diǎn)只有在下一跳節(jié)點(diǎn)具有可用緩存空間時(shí)才向其發(fā)送數(shù)據(jù)。為了保證網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)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(shí)間設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單有效的面向?qū)崟r(shí)性的隊(duì)列調(diào)度機(jī)制和一個(gè)發(fā)送窗口分配策略，它不需要為每個(gè)源節(jié)點(diǎn)維護(hù)流的信息并且只需執(zhí)行簡單的計(jì)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(jī)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(zhǔn)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(gè)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(diǎn)的剩余能量水平對這些節(jié)點(diǎn)的源流量負(fù)載進(jìn)行分配，使其滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用準(zhǔn)確性要求，并且通過均衡使用相關(guān)源節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(gè)具有擁塞感知特點(diǎn)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(fù)載為初衷，并充分考慮無線通信環(huán)境的干擾和剩余