WSN中基于节点优先级的拥塞控制技术研究

摘要

无线传感器网络作为二十一世纪的一项新型网络技术能够实现自动采集数据、自组织成网络,并将感知的数据通过无线方式传送给观测者,它将会在国防军事、环境监测、交通管理、反恐和抗灾等各个领域得到广泛地应用。无线传感器网络的发展,向全世界的研究者提出了大量的新课题。由于无线传感器网络的多跳多对一的数据通信方式、网络节点能力受限、网络能量受限以及网络的“以数据为中心”等特点,使得无线传感器网络的拥塞控制技术与传统的有线网络的拥塞控制技术存在着一定的差异。
　　 目前,在无线传感器网络拥塞控制技术的研究中,针对节点感知数据的突变性差异、节点传输流量差异和节点重传能量差异等因素的研究还较少。本文针对这些差异,研究如何在网络发生拥塞时,综合利用数据聚集和节点速率调控的方法进行拥塞缓解。研究的思路是:一是利用数据聚集预处理方法对节点感知的数据进行相似度的约简,减轻网络的通信压力并节约传输能量;二是针对节点传输流量和重传能量开销的差异,对节点在发生拥塞时的速率进行逐跳而精细的控制,从而减少网络的丢包数,并减少网络的重传能量开销。
　　 本文主要完成了以下的研究工作:
　　 (1)在对大量的国内外有关无线传感器网络拥塞控制技术学习的基础上,对该技术的研究现状和区分式拥塞控制技术进行了分析与研究。
　　 (2)针对目前无线传感器网络拥塞控制研究中没有综合考虑节点感知数据突变性差异、节点流量差异和节点重传能量差异等问题,提出了利用数据聚集预处理算法和逐跳的速率调控方法进行拥塞缓解的技术,实验证明,该技术可以减少对节点缓存的压力,减少网络的丢包数和节约网络的重传能量开销。
　　 (3)针对无线传感器网络“以数据为中心”的特点和感知数据的突变性差异,提出了基于相似度约简的传感器节点数据聚集预处理算法。该算法采用对传感器节点采样感知的数据进行相似度的约简,减少了发往下游节点的数据量。实验结果表明,该算法可以利用同一聚集周期的其他数据对被约简掉的数据进行近似估计,达到了减轻节点缓存压力的目的。
　　 (4)对拥塞区域节点的接收速率和发送速率进行了数学推导,并针对路由形成的逻辑树状拓扑网络,提出了基于节点优先级的令牌桶速率调控机制。该机制通过为网络中的每个节点分配一个与节点自身所获得的吞吐量有关的有权令牌桶,使该令牌桶为节点分配速率,优先级权重高的节点在拥塞发生时所获得的吞吐量较高。实验结果证明,该机制可以减少网络丢包数,减少网络用于重传的能量开销。