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无线传感器网络中支持实时查询的实时路由协议

作　者: 陈权
导　师: 高宏
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无线传感器网络 实时路由 转发可靠性 不可靠链路 实时查询
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


无线传感器网络中的许多应用都需要实时通信，但是由于无线传感器网络的动态性和不可靠性，导致端到端之间的延迟是不确定的，这给实时路由的设计提出了严峻的挑战。特别是在周围环境的干扰和噪声很严重的情况下，无线信道的质量还会激烈的波动。但是，到目前为止，还没有一种分布式的路由协议考虑由于链路的不可靠性，导致重传次数影响单跳的延迟和包传输成功的概率，造成端到端之间延迟的不确定性，从而影响路由协议的实时性和可靠性。因此，本文主要从链路不可靠性的角度对无线传感器网络中的实时路由进行了研究。首先，基于不可靠的链路，本文综合考虑了链路的质量与链路的延时，提出了一种新的转发可靠性概念，并在此基础上，设计了一种新的实时路由协议RSPEED。在RSPEED中，利用转发可靠性表示节点在给定的延迟阈值下成功将数据包转发到邻居节点的概率，并以此保证路由的实时性和可靠性，提供一定的QoS服务。另外，当环境中链路质量比较差时，还能在满足实时性的基础上通过权衡传输延时与传输可靠性，从而获得更高的传输成功率。实验结果表明，我们的方法能够显著的提高包的传输成功率和减少包超过deadline的数量，特别是当信道非常差时，我们的方法在性能上比SPEED高出20%左右。其次，考虑到无线传感器网络中能量是受限的，本文提出了一种通过限制重传来达到能量高效的可靠实时路由。本文提出的算法能够在给定一条已知的路径时，通过确定每跳链路的重传次数，使最大化路径在满足实时性前提下包发送成功的概率。另外，通过理论分析证明，本文提出的算法能够在多项式的时间内得到最优解。最后，实验结果表明本文提出的算法的优越性，能在满足实时性的前提下优化路径上的包发送成功的概率，进一步提高实时路由的实时性和可靠性。最后，根据本文提出的实时路由算法，设计了一套单点实时查询系统。该系统能够支持用户对特定节点的实时查询请求。该实时查询系统，能够根据用户给定的查询请求，保证数据在一定的延迟阈值和可靠性要求内将数据返回给用户。实验结果也表明了我们设计的系统在实时性和可靠性两方面优越的性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 研究背景与研究意义  9-10
  1.2 无线传感器网络及实时查询和路由简介  10-13
    1.2.1 无线传感器网络  10-12
    1.2.2 无线传感器网络中的实时查询  12-13
    1.2.3 无线传感器网络中的实时路由协议  13
  1.3 国内外研究现状综述  13-16
    1.3.1 实时查询  14-15
    1.3.2 实时路由  15-16
  1.4 本文主要的研究工作  16-17
  1.5 本文的结构  17-18
第2章 RSPEED：无线传感器网络中基于不确定延迟的可靠实时路由  18-34
  2.1 引言  18-19
  2.2 相关工作与问题定义  19-20
  2.3 路由算法设计  20-27
    2.3.1 延迟估计  20-21
    2.3.2 链路质量估计  21-22
    2.3.3 转发策略  22-26
    2.3.4 邻居管理  26-27
  2.4 实验与分析  27-33
    2.4.1 实验环境设置  27-28
    2.4.2 实时性分析  28-30
    2.4.3 可靠性分析  30-32
    2.4.4 不同负载下的影响  32-33
  2.5 本章小结  33-34
第3章 无线传感器网络中限制重传的可靠实时路由  34-50
  3.1 引言  34-35
  3.2 问题定义  35-38
    3.2.1 网络模型  36
    3.2.2 成功到达的概率与传输时间  36-37
    3.2.3 问题形式化定义  37-38
  3.3 算法设计  38-45
    3.3.1 拉格朗日方法  38-39
    3.3.2 启发式算法  39-45
  3.4 实验结果与评价  45-49
    3.4.1 实验环境设置  45-46
    3.4.2 实时性分析  46-47
    3.4.3 不同跳数下的影响  47-48
    3.4.4 能量分析  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章 无线传感器网络中的单点实时查询  50-60
  4.1 引言  50
  4.2 无线传感器网络中的查询模型  50-53
    4.2.1 节点组成  51
    4.2.2 感知数据  51
    4.2.3 查询请求  51-52
    4.2.4 查询语言  52-53
  4.3 无线传感器网络中单点实时查询系统  53-57
    4.3.1 单点实时查询系统架构  53-54
    4.3.2 单点实时查询 query 模型  54-55
    4.3.3 单点实时查询设计  55-57
  4.4 实验结果与评价  57-59
    4.4.1 实验环境设置  57
    4.4.2 查询请求下发  57-58
    4.4.3 数据收集  58-59
  4.5 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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