星型网络下无线传感器网络拥塞控制机制的设计与研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:yeyuan1985
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无线传感器网络技术在近年来有了飞速的发展,应用前景也越来越广阔。无线传感器网络是应用性很强的网络,网络的拥塞会严重影响QoS性能,阻碍数据传输的正常进行。因此,拥塞控制成为了无线传感器网络的关键技术。星型网络是无线传感器网络的一种常用拓扑结构,它是树型网络、网状网络和分簇网络等其他拓扑结构的末端组成部分。在星型网络中,子节点负责事件信息的采集,并传输至汇聚节点。当感知区域有未知突发事件发生时,传感器信息采集频率增加,大量数据流在短时间内涌入网络,节点缓存队列迅速增长并溢出,导致网络丢包率、时延增加,吞吐量下降。这种节点级的拥塞,对星型网络的具体应用危害很大。本文针对星型网络下由缓存队列溢出造成的节点级拥塞,设计了一种新的拥塞控制机制。在该机制中,节点进行周期性的拥塞检测、通告和解除。拥塞的检测是采用缓存队列长度与队列拥塞指数相结合的方式,并以此把节点划分为了五种拥塞状态,每个周期中协调器和子节点分别检测自身的拥塞状态。拥塞的解除是在子节点端进行的,当网络拥塞时,子节点根据自身拥塞状态,以降低队列拥塞指数为目的,采用迭代的方法逐步降低传感器采集速率;并根据协调器和子节点拥塞程度的严重性,逐步提升或降低发送速率。本文对协调器服务速率大于或小于子节点最大发送速率这两种情况分别进行建模和理论推导,计算每种状态下子节点的发送速率和采集速率。仿真结果表明本文所提拥塞控制机制可以在网络拥塞时有效的减缓缓存队列的增长速率,阻止队列溢出,并在网络拥塞时能通过提高吞吐量的方式解除拥塞。为了更好的验证本文设计的拥塞控制机制的实用性。在实际星型网络平台中对拥塞控制机制进行了实现,并对其性能进行了测试。实验平台使用IEEE802.15.4标准协议栈组建星型信标网络。实现过程中,本文在具体协议栈的MAC层加入了拥塞控制模块,其中包括缓存队列模块、拥塞检测模块、速率调节模块等。测试过程中,本文测试了当拥塞发生时不同输入速率下缓存队列的变化情况,与相对应的仿真结果进行了比对。测试结果表明本文所提拥塞控制机制在该实验平台中对解除节点级拥塞具有良好的效果,测试结果与仿真结果相比吻合度较高,很好的验证了本机制在实验平台下的实用性。
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