提供QoS保障的无线多媒体传感器网络路由协议研究

摘要

无线多媒体传感器网络(WMSNs)是在无线传感器网络(WSNs)基础上发展起来的一种新型网络，由部署在监测区域的大量微型传感器节点组成，并通过无线通信方式形成的一种多跳自组织的网络系统，它能够采集监测区域数据，并通过汇聚节点将数据传送至客户端，从而达到对目标区域监测的目的。多媒体信息在无线多媒体传感器网络传输一般都需要网络提供一定服务质量(QoS)保证，路由协议解决的是网络中数据传输的关键问题，其设计的好坏直接影响到业务的传输质量和网络的整体性能，是WMSNs中的核心技术之一，得到国内外学者的广泛研究。 本文针对无线多媒体传感器网络路由协议展开深入的研究，在分析了现有路由算法优缺点的基础上，针对QoS保障和网络能耗不均衡的问题，从平面网络和分层网络路由两个方向出发，分别提出了有效的路由协议: (1)从平面网络方向出发，通过对已有的蚁群优化算法进行分析，针对QoS保障和网络能耗不均衡，提出基于蚁群算法的多QoS参数多路径路由算法ACMR。该算法在蚂蚁寻径阶段，对算法中的状态转移概率函数和信息素值函数进行改进，采用队列模型提高网络带宽，并解决环路问题;在数据传输阶段，使用能量更均衡的传输机制，使部分簇头能够继续监测数据。 (2)从分层网络方向出发，通过对博弈理论进行分析，针对平面网络扩展性缺陷，提出了一种基于博弈论的无线多媒体传感器网络路由算法GHCR。该算法主要分为簇头博弈选举和路径博弈选择两个阶段。在簇头博弈选举阶段，通过多媒体传感器节点和其邻居节点之间的博弈来声明簇头，最终选出满足纳什均衡的解;在路径博弈阶段，将邻居路由表信息作为已知知识，将满足纳什均衡的节点作为下一跳，通过簇头节点之间的博弈选择出保障QoS约束、能耗均衡的最优路径。 仿真结果表明，本文提出的无线多媒体传感器网络路由协议都能为数据的传输提供QoS保障，同时在不同程度上均衡网络能耗。其中，无线多媒体传感器分层网络还能够提供更好的路由扩展性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2无线多媒体传感器网络研究现状

1．3本文的主要研究内容及组织结构

1．3．1本文的主要研究内容

1．3．2本文的组织结构

第2章无线多媒体传感器网络理论基础

2．1无线多媒体传感器网络体系结构

2．1．1无线传感器节点的结构及特点

2．1．2无线多媒体传感器网络体系及特点

2．1．3传感器节点通信模型

2．2无线多媒体传感器网络QoS约束

2．2．1 WMSNs中的QoS参数

2．2．2 WMSNs中的QoS模型

2．3无线多媒体传感器网络路由协议的设计

2．3．1 WMSNs路由设计原则与策略

2．3．2 WMSNs路由协议评价指标

2．4本章小结

第3章基于蚁群算法的多路径路由算法

3．1蚁群算法

3．1．1蚁群算法基本理论和数学模型

3．1．2蚁群路由优化算法的相关研究

3．2对比算法分析

3．3改进的蚁群路由算法ACMR

3．3．1路由模型

3．3．2蚂蚁寻径阶段

3．3．3数据传输阶段

3．4仿真结果与分析

3．4．1仿真参数设置

3．4．2网络总能耗仿真

3．4．3网络生存周期仿真

3．4．4网络时延仿真

3．4．5数据传输可靠性仿真

3．4．6算法可扩展性仿真

3．5本章小结

第4章基于博弈论的分层网络路由算法

4．1博弈理论

4．1．1博弈论基本要素

4．1．2纳什均衡

4．1．3博弈路由算法的相关研究

4．2 QoS路由博弈模型

4．2．1节点分析

4．2．2分层网络分析

4．2．3 QoS路由博弈模型分析

4．3基于博弈论的GHCR路由算法

4．3．1簇头博弈选举

4．3．2路径博弈选择

4．3．3算法实现流程

4．4仿真结果与分析

4．4．1仿真参数设置

4．4．2网络总能耗仿真

4．4．3网络生存周期仿真

4．4．4网络时延仿真

4．4．5数据传输可靠性仿真

4．4．6算法可扩展性仿真

4．5本章小结

第5章总结与展望

5．1总结

5．2展望

参考文献

致谢