交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)路由研究.pdf

1、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)(自組織網(wǎng)絡(luò))能夠在缺少基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境下動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，同其它有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。依據(jù)實(shí)際部署環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B通性，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)可分為完全連接網(wǎng)絡(luò)和部分連接網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有的Ad hoc路由協(xié)議大多數(shù)是針對(duì)完全連接網(wǎng)絡(luò)的，在部分連接網(wǎng)絡(luò)中效率較低。部分連接網(wǎng)絡(luò)路由研究致力于解決在端到端的完全連接路徑不存在的情況下如何完成通信的問(wèn)題，該研究對(duì)于擴(kuò)展Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍具有重要意義。 在某些

2、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景中(如土壤監(jiān)測(cè)、煤礦監(jiān)測(cè)等)，節(jié)點(diǎn)較少移動(dòng)，通常交替地處于休眠／活躍工作模式，以節(jié)省功耗。節(jié)點(diǎn)休眠會(huì)打破網(wǎng)絡(luò)的連通性，從而使之成為部分連接網(wǎng)絡(luò)，本文稱這種網(wǎng)絡(luò)為交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有的部分連接網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議大多針對(duì)移動(dòng)的部分連接網(wǎng)絡(luò)，而針對(duì)交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究十分缺乏。 本文以交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議為研究對(duì)象，在網(wǎng)絡(luò)模型理論分析、路由協(xié)議設(shè)計(jì)和優(yōu)化等方面進(jìn)行了深入

3、研究。建立了交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)模型，定量分析了節(jié)點(diǎn)休眠參數(shù)對(duì)路由協(xié)議的性能和功耗的影響，從而為交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)；基于網(wǎng)絡(luò)模型，提出了一種交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，該協(xié)議能夠在具有較高休眠程度的網(wǎng)絡(luò)中提供可靠路由功能；基于網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)果，在包處理、包調(diào)度和休眠調(diào)度等方面對(duì)路由協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)、理論分析等方法驗(yàn)證了研究結(jié)果的有效性。 本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新性體現(xiàn)在以

4、下三個(gè)方面： (1)建立了交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)模型 利用交替活躍模型模擬了節(jié)點(diǎn)的休眠過(guò)程，建立了交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)模型，推導(dǎo)出了交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)中多跳“存儲(chǔ)—等待—轉(zhuǎn)發(fā)”路由方式的包遞交率函數(shù)，為路由協(xié)議的設(shè)計(jì)和性能評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。分析了主要的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與包遞交率、端到端延遲、節(jié)點(diǎn)功耗的相互關(guān)系，并給出了滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的參數(shù)調(diào)節(jié)方法。該網(wǎng)絡(luò)模型可以作為獨(dú)立的計(jì)算工具，被運(yùn)用到路由協(xié)議的優(yōu)化以及網(wǎng)

5、絡(luò)參數(shù)配置等方面，顯著降低了仿真實(shí)驗(yàn)的工作負(fù)荷，為具有休眠模式的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的部署提供了有效的理論依據(jù)。 (2)提出了一種針對(duì)交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議：組關(guān)系路由協(xié)議 提出了以組序列為度量的路由選擇機(jī)制，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了組關(guān)系路由協(xié)議。該協(xié)議在可容忍的延遲時(shí)問(wèn)內(nèi)將數(shù)據(jù)包沿著組關(guān)系規(guī)定的方向轉(zhuǎn)發(fā)，能夠顯著降低路由失效的概率并提高包遞交率，從而適用于具有較高休眠程度的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)引入基于組序列的異步轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，縮

6、短了逐跳等待時(shí)間，降低了端到端延遲。在一個(gè)由多種無(wú)線嵌入式終端組成的部分連接網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了本文提出的路由協(xié)議，并加載了遠(yuǎn)程家電控制等相關(guān)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)的可靠傳輸。 (3)設(shè)計(jì)了組關(guān)系路由協(xié)議的優(yōu)化機(jī)制 以交替活躍模式的部分連接網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)，本文對(duì)組關(guān)系路由協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化。提出了多水位線數(shù)據(jù)包拼接算法，該算法利用路由選擇過(guò)程中的等待時(shí)間片段對(duì)緩存數(shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)化處理，顯著降低了碎片包的數(shù)量和傳輸功耗；給出了合