无线传感器网络确保QoS的路由算法研究

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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QoS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(Minimum Path-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。
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