无线传感器网络确保QoS的路由算法研究

摘要

目前提出的无线传感器网络的路由算法，大部分都是针对单一服务的尽力而为模型，但是随着应用的不断深入和拓展，不同的业务对网络的服务质量(QoS)提出了不同的要求，比如，非实时数据(如温度、湿度参数)要求传输可靠，分组丢失率低，而实时数据(如图象、声音等)对延迟比较敏感。因此，要求无线传感器网络能够提供针对不同业务的OoS保证，以满足不同业务的需求无线传感器网络QoS路由机制的设计和实施不仅需要解决传统网络QoS已经面临的问题，如度量选择NPc问题的求解、多业务并存节点状态信息存储与实时更新等，还须考虑网络特有的节点部署、资源限制和数据分发模式等问题，可归纳如下：(1)资源严重受限(2)以数据为中心、非端到端的通信模式(3)数据高度冗余，流量非均匀分布(4)节点密集分布的无线多跳传输(5)多用户、多任务的并发操作，多类别数据流量(6)可扩展性。 本文首先提出了一种基于最小跳数的无线传感器能量有效性路由(Minimum Hops Energy-adapted Protocol，MHEP)算法，该算法在最小跳数场(Minimum Hop count，MHC)的基础上构建路径节点最小能量场(Minimum Path-node Energy，MPE)传感节点不需要保存路由表，只需要记忆下一跳节点信息，实现无路由表路由；算法在每个节点保存一个最小跳的Next-hop可用节点集，并在Next-hop可用节点集中记录以每个可用节点为下一跳节点的对应路径的最优剩余节点能量信息(MinimumPath-node Energy，MPE)，作为路由选择的依据；算法同时引入了一种基于通信量的Sink节点发起的路径节点能量更新策略，使得MPE信息更理想地反映网络的能量状况。然后，针对已有QoS路由算法的缺点，在上述算法的基础上，扩展Next-hop可用节点集为整个邻居节点，并增加了一种可同时支持实时业务和非实时业务的QoS保证机制；信息包路由时以QoS参数和剩余节点能量作为路径选择依据，采用按业务类型处理的策略，既能满足实时数据的QoS要求，又可以保证非实时数据的吞吐量。仿真实验表明，该路由算法在提高网络生存期和提供差别服务方面表现出很好的性能。MHEP算法以及在此基础上的QoS保证机制的也是本文的创新点。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和关于学位论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1无线传感器网络简介

1.2无线传感器网络的应用及研究现状

1.3本文的主要工作

1.4本文的章节安排

第2章无线传感器网络QoS(服务质量)机制研究

2.1现有网络的QoS机制

2.1.1传统网络的QoS机制

2.1.2 Ad Hoc网络的QoS机制

2.2无线传感器网络QoS机制分析

2.2.1应用需求

2.2.2网络需求

2.2.3与现有网络QoS机制的区别

2.2.4无线传感器网络QoS研究面临的问题

2.3无线传感器网络确保QoS的路由算法介绍和分析

2.3.1 SAR算法

2.3.2 EQR算法

2.3.3 SPEED算法

2.3.4其它研究成果

第3章基于最小跳数的能量自适应路由(MHEP)算法

3.1基于最小代价的路由算法的不足和新算法的提出

3.2算法的详细描述

3.2.1算法的初始化工作

3.2.2算法的路由策略

3.2.3算法的运行和维护

3.3算法性能分析

3.4算法仿真实验

3.4.1仿真工具OMNET++介绍

3.4.2仿真通信协议模块

3.4.3算法关键控制消息处理

3.4.4仿真实验结果

3.5算法小结

第4章面向差别业务QoS保证的EBQoS算法

4.1算法的提出背景

4.2 EBQoS算法设计

4.2.1算法的初始化

4.2.2算法的QoS路由过程

4.2.3节点维护机制

4.3算法性能分析

4.4仿真实验结果

4.5算法小结

第5章结束语与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

参加的科研项目

攻读硕士学位期间获得的奖励