基于多摆渡节点的矿井机会路由研究

摘要

煤矿井下频繁的微震活动、人为因素以及传感器节点能量不足等会影响通信节点的正常工作，进而导致无线通信网络中完整的链路发生中断形成区域性或者局部性连通。本文针对部署在巷道和工作面的普通传感器节点或者簇首节点与巷道中的无线接入点出现区域性连通的问题，提出了通过携带通信装置的人和机车来中继转发消息的机会网络通信方法。本文主要研究了煤矿井下机会路由问题，包括以下内容：
　　(1)结合井下人员和机车的移动特点，提出了煤矿井下机会网络模型和基于多摆渡节点的组网方式。其中，传感器节点产生消息，不参与路由，人和机车作为摆渡节点负责消息的转发。该组网方式是设计井下机会路由的基础。
　　(2)针对在煤矿井下摆渡节点密集区域中，喷射聚焦路由（Spray and Focus， SAF）不能有效的散发转发令牌的问题，提出一种基于节点活跃度的消息冗余摆渡路由算法（Message Redundancy and Ferrying Based on Node Activeness， MRFBNA）。该算法选择节点活跃度作为转发指标，并根据节点活跃度分配转发令牌。仿真分析表明，在摆渡节点数量和缓存大小变化的情况下，MRFBNA算法的性能优于传染路由Epidemic、喷射等待路由（Spray and Wait，SAW）和Spray and Focus路由。
　　(3)根据煤矿井下摆渡节点相遇的特点，提出了一种基于传递预测概率的消息冗余摆渡路由算法（Message Redundancy and Ferrying Based on Delivery Predictability，MRFBDP），并针对MRFBDP路由算法提出了基于转发令牌的缓存管理策略（Scheduling Policy Based on Forward Token，SPFT）。该算法根据摆渡节点相遇和消息传输的特点，选取传递预测概率作为转发指标，将链路的连接间断性融入转发指标的更新过程中，并在算法中加入消息冗余控制机制以及SPFT和基于传递预测概率的缓存管理策略。仿真表明，摆渡节点数量变化时， MRFBDP算法的性能优于MRFBNA算法；摆渡节点缓存变化时，MRFBDP算法的平均延迟时间高于MRFBNA算法，但传输成功率和开销比例均有所提升。在煤矿井下机会网络中MRFBNA算法和MRFBDP算法比经典算法适用性更强。

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缩略语对照表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及主要工作

1.4 论文组织结构

2 机会网络关键技术

2.1 机会网络概述

2.2 机会网络路由算法

2.3 机会网络节点移动模型

2.4 本章小结

3 煤矿井下机会网络组网模型

3.1 煤矿井下机会网络模型

3.2 基于多摆渡节点的组网方式

3.3 本章小结

4 一种基于节点活跃度的消息冗余摆渡路由算法

4.1 算法提出

4.2 算法设计

4.3 算法性能仿真及分析

4.4 本章小结

5 一种基于传递预测概率的消息冗余摆渡路由算法

5.1算法设计过程

5.2 MRFBDP算法的缓存管理策略

5.3 算法性能仿真及分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

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