【摘要】：可充電無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Energy Harvesting Wireless Sensor Networks,EH-WSNs)是由大量的可充電節(jié)點(diǎn)組成的,通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。EH-WSNs可以動(dòng)態(tài)地從外界獲取能量,因此它解除了有限電池能量的限制,網(wǎng)絡(luò)性能較好,適用范圍較廣。機(jī)會(huì)路由協(xié)議充分利用了無(wú)線信道的廣播性和時(shí)變性,通過(guò)選擇轉(zhuǎn)發(fā)集進(jìn)行機(jī)會(huì)性的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā),可以有效降低網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延和丟包率。本文主要研究EH-WSNs中的機(jī)會(huì)路由協(xié)議。在EH-WSNs中,為了利用從外界獲取的能量,節(jié)點(diǎn)可以自主地調(diào)節(jié)占空比或傳輸功率,適當(dāng)?shù)卦黾有褋?lái)的時(shí)間或提高相關(guān)鏈路質(zhì)量,以求在數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)能降低時(shí)延,提高成功率。然而,為了適應(yīng)這種網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn),機(jī)會(huì)路由協(xié)議需要進(jìn)行一些調(diào)整:在轉(zhuǎn)發(fā)集選擇環(huán)節(jié),機(jī)會(huì)路由協(xié)議需要考慮到鄰居節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的變化,動(dòng)態(tài)地更新轉(zhuǎn)發(fā)集中的成員和優(yōu)先級(jí)。在能量管理環(huán)節(jié),機(jī)會(huì)路由協(xié)議需要合理地利用能量,準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)占空比或傳輸功率。本文設(shè)計(jì)出兩種EH-WSNs中新型的機(jī)會(huì)路由協(xié)議,分別適用于動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)占空比和動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)傳輸功率的場(chǎng)景:(1)本文設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)占空比場(chǎng)景下的機(jī)會(huì)路由協(xié)議(Opportunistic Routing in EH-WSNs with Dynamic Duty Cycle,ORDDC)。在本場(chǎng)景中,為了合理地利用從外界獲取的能量,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以自主地調(diào)節(jié)占空比。因此,對(duì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō),處于醒來(lái)狀態(tài)的鄰居節(jié)點(diǎn)的成員及數(shù)量可能隨時(shí)變化,并且很難通過(guò)計(jì)算得知其規(guī)律。ORDDC可以幫助發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)信息交互的方式獲取鄰居節(jié)點(diǎn)的占空比信息,并且動(dòng)態(tài)地更新轉(zhuǎn)發(fā)集中的成員和優(yōu)先級(jí),保證參與轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)都處于醒來(lái)狀態(tài),降低了時(shí)延和丟包率。同時(shí),ORDDC在調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的占空比時(shí),綜合考慮了當(dāng)前的能量狀態(tài)和未來(lái)的趨勢(shì),能平衡節(jié)點(diǎn)能量的獲取與消耗。仿真結(jié)果表明,ORDDC可以有效地降低時(shí)延,提高傳輸成功率。(2)本文設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)傳輸功率場(chǎng)景下的機(jī)會(huì)路由協(xié)議(Opportunistic Routing in EH-WSNs with Dynamic Transmission Power,ORDTP)。在本場(chǎng)景中,為了合理地利用從外界獲取的能量,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以自主地調(diào)節(jié)傳輸功率,而傳輸功率會(huì)影響相關(guān)的鏈路質(zhì)量,進(jìn)而影響傳輸代價(jià)。因此,對(duì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō),選擇相同節(jié)點(diǎn)作為下一跳的傳輸代價(jià)可能隨時(shí)變化,并且很難計(jì)算出其規(guī)律。ORDTP可以幫助發(fā)送節(jié)點(diǎn)在及時(shí)收集鄰居節(jié)點(diǎn)的信息,準(zhǔn)確估算傳輸代價(jià),動(dòng)態(tài)地更新轉(zhuǎn)發(fā)集中的成員和優(yōu)先級(jí)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)策略設(shè)計(jì)時(shí),ORDTP還考慮到了轉(zhuǎn)發(fā)集中成員數(shù)量可能過(guò)多或過(guò)少的問(wèn)題,穩(wěn)定了實(shí)際參與轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量,并優(yōu)先選擇傳輸代價(jià)小的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí),ORDTP綜合考慮了節(jié)點(diǎn)能量的當(dāng)前狀態(tài)和未來(lái)趨勢(shì),可以更準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)傳輸功率。仿真結(jié)果表明,ORDTP可以有效地降低時(shí)延,提高傳輸成功率,降低數(shù)據(jù)包冗余率。兩種協(xié)議在設(shè)計(jì)上的共性如下所示:兩種協(xié)議都可以高效地利用節(jié)點(diǎn)從外界獲取的能量,動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)(如:占空比和傳輸功率)。兩種協(xié)議都可以動(dòng)態(tài)地更新每個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)發(fā)集的成員和優(yōu)先級(jí)。兩種協(xié)議都采用相似的傳輸模型和信息交互機(jī)制。兩種協(xié)議在設(shè)計(jì)上的差異如下所示:兩種協(xié)議可以調(diào)節(jié)的節(jié)點(diǎn)參數(shù)不同(一種是占空比,一種是傳輸功率),相應(yīng)的調(diào)節(jié)策略也不同。兩種協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)集的選擇策略不同,相應(yīng)度量標(biāo)準(zhǔn)也不同。兩種協(xié)議采用的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)策略不同,適用場(chǎng)景也不同。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212.9;TN915.04
【圖文】：

性的數(shù)據(jù)包傳輸策略。逡逑本節(jié)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)包傳輸策略采用一種轉(zhuǎn)發(fā)集多層優(yōu)化的機(jī)制，來(lái)確定最終的逡逑轉(zhuǎn)發(fā)集，其主要流程如下所示：如圖３．２，首先，ＯＲＤＤＣ通過(guò)一種成熟的Ｍｅｔｒｉｃ逡逑（ＥＤＣ［４６］），為每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立一個(gè)候選轉(zhuǎn)發(fā)集（ｃａｎｄｉｄａｔｅ邋ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ邋ｓｅｔ）邋５＾。逡逑接著，根據(jù)Ｖ中候選節(jié)點(diǎn)的占空比信息，并為每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立一個(gè)實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)集逡逑（ａｃｔｕａｌ邋ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ邋ｓｅｔ）邋５＂＂。＞Ｓａ是義的一個(gè)子集，但中的所有成員都處于醒逡逑來(lái)狀態(tài)。最后，本節(jié)設(shè)計(jì)一個(gè)新型的Ｍｅｔｒｉｃ，動(dòng)態(tài)期望傳輸代價(jià)（ｅｘｐｅｃｔｅｄ邋ｄｙｎａｍｉｃ逡逑ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｃｏｓｔ，邋ＥＤＴＣ）。ＯＲＤＤＣ將Ｖ中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)ＥＤＴＣ劃分優(yōu)先級(jí)，并且逡逑建立一個(gè)實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)列表（ａｃｔｕａｌ邋ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ邋ｌｉｓｔ）邋Ｃ，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都根據(jù)它的轉(zhuǎn)發(fā)逡逑數(shù)據(jù)包。通過(guò)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)可以及時(shí)地知道那些候選節(jié)點(diǎn)處于醒來(lái)狀態(tài)，以及逡逑選擇哪些候選節(jié)點(diǎn)的傳輸代價(jià)較小。逡逑２５逡逑

—邐傳輸代價(jià)逡逑圖３．１傳輸模型和信息交互機(jī)制示例逡逑本節(jié)采用的信息交互機(jī)制省去了詢問(wèn)數(shù)據(jù)包，而在ｂｅａｃｏｎ包中包含信息，逡逑可以有效降低網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包冗余。另一方面，發(fā)送節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)本機(jī)制及時(shí)地逡逑獲取鄰居節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，并基于這些信息做出準(zhǔn)確的路由決策。逡逑３．邋２．邋２機(jī)會(huì)性的數(shù)據(jù)包傳輸策略逡逑在本場(chǎng)景中，節(jié)點(diǎn)的占空比是動(dòng)態(tài)和異構(gòu)的，機(jī)會(huì)路由協(xié)議必須及時(shí)更新轉(zhuǎn)逡逑發(fā)集中的成員和優(yōu)先級(jí)。為了解決上述問(wèn)題，我們?cè)冢希遥模模弥性O(shè)計(jì)了一種機(jī)會(huì)逡逑性的數(shù)據(jù)包傳輸策略。逡逑本節(jié)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)包傳輸策略采用一種轉(zhuǎn)發(fā)集多層優(yōu)化的機(jī)制，來(lái)確定最終的逡逑轉(zhuǎn)發(fā)集，其主要流程如下所示：如圖３．２，首先，ＯＲＤＤＣ通過(guò)一種成熟的Ｍｅｔｒｉｃ逡逑（ＥＤＣ［４６］）

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本文編號(hào)：2724602