多場(chǎng)景無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種融合了信息感知、信息處理和信息傳輸?shù)裙δ転橐惑w的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制負(fù)責(zé)將傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由低功耗、功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間采用無(wú)線多跳的方式進(jìn)行通信，其數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量易受網(wǎng)絡(luò)流量變化、無(wú)線鏈路干擾、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不確定因素的影響。因此，數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是提升無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)整體性能的關(guān)鍵，它決定了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的有效性、可靠性和傳輸開(kāi)銷。

2、r>　　本文研究不同場(chǎng)景下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。在事件驅(qū)動(dòng)型應(yīng)用場(chǎng)景中，由于網(wǎng)絡(luò)流量具有突發(fā)性，需要及時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)變化、創(chuàng)建擁塞避免的路徑和尋求合適的可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?在面向網(wǎng)絡(luò)鏈路間斷連通的容遲類應(yīng)用場(chǎng)景中，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)使得難以維護(hù)端到端的傳輸路徑，需要及時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)鏈路在時(shí)間和空間維度的變化、預(yù)測(cè)可靠的傳輸路徑以及尋求建立可靠的數(shù)據(jù)傳輸方法。因此，這些問(wèn)題的解決是確保可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。本文研究的總體目標(biāo)是在保障可靠性

3、的同時(shí)降低傳輸時(shí)延和傳輸開(kāi)銷，圍繞靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種場(chǎng)景的核心問(wèn)題展開(kāi)深入研究，主要工作和研究成果如下:
　　(1)面向事件驅(qū)動(dòng)型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸成功率模型，系統(tǒng)地比較了逐跳重傳、冗余多路徑和網(wǎng)絡(luò)編碼多路徑三種可靠數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的可靠性;提出了一種以鄰居節(jié)點(diǎn)擁塞度量化表示區(qū)域擁塞程度的方法，能夠較快的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)局部區(qū)域的擁塞狀態(tài)，降低網(wǎng)絡(luò)流量突發(fā)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?在此基礎(chǔ)上，將擁塞感知的路由機(jī)制與網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法相結(jié)

4、合，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的擁塞感知可靠路由協(xié)議(NCCAR)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，NCCAR根據(jù)區(qū)域擁塞度避免了擁塞區(qū)域，并根據(jù)鏈路的可靠度估計(jì)數(shù)據(jù)源需要發(fā)送的編碼包數(shù)量，提高了事件驅(qū)動(dòng)型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br>　　(2)根據(jù)容遲移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)消息狀態(tài)轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)，提出了一種基于半馬爾可夫過(guò)程的消息狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型。在該模型下，建立傳輸機(jī)制的性能分析框架。在節(jié)點(diǎn)間相遇間隔時(shí)間分布服從指數(shù)分布的條件下，對(duì)四種基本數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的消息轉(zhuǎn)

5、發(fā)時(shí)延及轉(zhuǎn)移概率進(jìn)行了理論推導(dǎo)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了不同參數(shù)對(duì)消息轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延和轉(zhuǎn)移成功率的影響。
　　(3)面向人攜帶傳感器節(jié)點(diǎn)的容遲移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，在分析移動(dòng)軌跡社團(tuán)特征的基礎(chǔ)上，建立異構(gòu)社團(tuán)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型。在該模型下，構(gòu)建社團(tuán)間多副本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略的傳輸概率模型，提出了一種基于社團(tuán)結(jié)構(gòu)的多副本數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制(CMDD)。CMDD策略動(dòng)態(tài)計(jì)算社團(tuán)間移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的平均相遇間隔時(shí)間，并根據(jù)傳輸概率模型估算借助該社團(tuán)分發(fā)副本可獲得的成功傳輸概率。仿真

6、實(shí)驗(yàn)表明，CMDD策略能以較低的傳輸延遲和傳輸開(kāi)銷獲得較高的數(shù)據(jù)傳輸成功率。
　　(4)在對(duì)人類移動(dòng)軌跡的時(shí)空特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種面向容遲移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)感知模型和節(jié)點(diǎn)接觸預(yù)測(cè)方法。在節(jié)點(diǎn)相遇歷史記錄時(shí)空信息不夠充分的場(chǎng)景下，根據(jù)區(qū)間數(shù)的不確定性理論對(duì)節(jié)點(diǎn)間接觸的不確定性進(jìn)行描述，并提出了一種改進(jìn)的基于可能度區(qū)間數(shù)比較方法。在此基礎(chǔ)上，提出一種預(yù)測(cè)輔助的動(dòng)態(tài)多副本數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制(PADMD)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，PADMD