延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(luò)性能研究.pdf

1、以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)為代表的新興無線通信網(wǎng)絡(luò)因其架設(shè)方便，通信靈活等特點(diǎn)被首先應(yīng)用到傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋或難以適用的具有挑戰(zhàn)性、應(yīng)急性的特殊環(huán)境通信領(lǐng)域。特殊通信網(wǎng)絡(luò)的研究區(qū)別于傳統(tǒng)有線和民用無線網(wǎng)絡(luò)，具有通信難度大，通信環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)通信協(xié)議無法適用的特點(diǎn)，具有一定的戰(zhàn)略性和前瞻性。延遲容忍網(wǎng)絡(luò)正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。從最初的有線跨區(qū)域通信到衛(wèi)星通信、星際網(wǎng)絡(luò)及各種無線特殊環(huán)境通信，無線鏈路的時(shí)變性，資源的有限性都加強(qiáng)

2、了對(duì)通信的挑戰(zhàn)。
　　 而同時(shí)隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器開始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)，由這些微型傳感器構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。無線傳感器節(jié)點(diǎn)這些“智能灰塵”，將通信網(wǎng)絡(luò)的泛在性發(fā)揮到極致，能夠被廣泛應(yīng)用在空間、陸地、地下、水下等各類特殊環(huán)境，提供無人職守的信息感知、收集

3、、監(jiān)測(cè)、處理等一系列信息服務(wù)。
　　 本文將延遲容忍網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，形成延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(luò)，并通過三個(gè)方面對(duì)延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行性能研究。首先本文研究了移動(dòng)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響和移動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)原則。然后綜合考慮無線資源的權(quán)衡關(guān)系和設(shè)計(jì)空間。對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行綜合評(píng)估，整體協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)衡關(guān)系，并通過合理調(diào)整參數(shù)以達(dá)到整體性能的最優(yōu)化。最后綜述了現(xiàn)階段支持移動(dòng)性的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法和延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中的主要路由方法。研究適合具

4、有移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由策略，即在保證節(jié)能特性的同時(shí)盡量提高路由協(xié)議的容錯(cuò)性和時(shí)效性。
　　 本文主要取得如下研究成果：
　　 (1)通過理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證，定量分析了移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的提升。指出了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)軌跡設(shè)計(jì)的重要性，給出了圓形和矩形的軌跡設(shè)計(jì)方法并根據(jù)相應(yīng)結(jié)論提出了軌跡設(shè)計(jì)的原則和考慮因素。
　　 (2)通過對(duì)延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行理論建模，研究各個(gè)性能指標(biāo)之間的權(quán)衡關(guān)系和指標(biāo)、參數(shù)

5、空間。提出了碰面延遲和單跳內(nèi)平均處理延遲的計(jì)算方法。
　　 (3)針對(duì)Sink做隨機(jī)移動(dòng)的情況，圍繞隨機(jī)移動(dòng)模型展開了對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的分析。通過對(duì)隨機(jī)方向模型和隨機(jī)路點(diǎn)模型的移動(dòng)特性的研究，分別針對(duì)單跳和多跳兩種通信方式提出了數(shù)據(jù)平均遞交延遲、數(shù)據(jù)備份數(shù)、節(jié)點(diǎn)緩存和能量等多項(xiàng)性能指標(biāo)的計(jì)算方法，指出了延遲和能量、備份數(shù)之間的權(quán)衡關(guān)系，評(píng)估了各主要通信參數(shù)的影響，并通過仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　 (4)針對(duì)Sink移動(dòng)

6、軌跡固定的情況，提出了單跳情況下數(shù)據(jù)平均遞交延遲和能量消耗的計(jì)算方法，并通過仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)對(duì)于多跳通信方式下網(wǎng)絡(luò)的性能研究，通過考慮延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中的四種典型路由策略，提出了針對(duì)每種路由的延遲和能量計(jì)算方法，指出了延遲和能量的權(quán)衡關(guān)系，并通過仿真驗(yàn)證了理論分析的有效性，同時(shí)對(duì)多種參數(shù)的變化進(jìn)行了性能評(píng)估。
　　 (5)研究現(xiàn)階段支持移動(dòng)性的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法和延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中的主要路由方法。提出了一種適合具有移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的延遲

7、容忍傳感器網(wǎng)絡(luò)路由策略。并將該路由算法與現(xiàn)有支持移動(dòng)性的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法進(jìn)行了理論比較，并通過仿真與現(xiàn)有的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行了性能比較，驗(yàn)證了基于Tree的動(dòng)態(tài)優(yōu)化數(shù)據(jù)分發(fā)策略在數(shù)據(jù)遞交延遲和應(yīng)對(duì)惡劣鏈路環(huán)境上的性能優(yōu)勢(shì)。
　　 本文研究延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(luò)在間歇性連接特性及節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)性能，關(guān)注于如何有效利用有限的通信資源和知識(shí)信息，在設(shè)計(jì)空間、參數(shù)空間等諸多因素影響下，獲得整體通信性能的平衡和提升。論文的研