无线移动传感器网络的拥塞控制的研究

VIP免费
3.0 高德中 2024-11-19 5 4 519.13KB 54 页 15积分
侵权投诉
摘要
由于具有方便、快捷、廉价等优势,无线传感器网络在人们生活中的应用越来
越广泛。然而,随着网络负荷的增加,网络会出现局部拥塞。如果不采取任何措施
来限制网络中的通讯量,在瓶颈链路的队列长度将会增加而导致数据包延迟增
而且,随着队列大小的无限增加,在某些节点上的缓存空间可能会被耗尽,造
数据分组丢失。选择合适的拥塞制机制,防止网络内部的严重拥塞,络性
能的改善和网络服务质量(QoS)的提高起到了至关重要的作用。如今,拥塞控制
已成为网络研究的热点领域之一。
本文首先介绍了传感器网络及其 QoS 的相关概念及无线 QoS 目前所面临的问
题。接着分析了影响 QoS 的网络拥塞所产生的原因及对网络的意义;然后提出了
控制拥塞的主要措施:流量控制和多路径分流。
由于无线移动传感器网络的移动性以及能量的有限,网络的拓扑结构处于
断的变化之中,因此,对于网络拥塞控制来说,节点对拥塞判断的及时性就显
十分重要。基于单跳的流量控制很好的解决了这个问题:拥塞节点仅将拥塞信
传送到它的前一跳节点,通过前一跳节点对数据分组的发送速度的控制以调节
络的流量;同时,由于前一跳节点的拥塞状况不尽相同,如果将拥塞信息直接
送给这些节点,则其中的一些节点将会因为流量的控制而很快的耗尽资源,而
些节点却相对的空闲,因此,本文在前述思想的基础上,又采用了一种比例,
据前一跳节点的拥塞状况,以确定发送流量的比例,保证拥塞节点内部的流量
衡。
虽然流量控制能很好的解决了网络的拥塞状况,但是却是以降低网络吞吐
为代价的。为了尽可能的提高网络的吞吐量,在结合前面的流量控制的基础上
又提出了多路径分流策略:以最短路径为基础,当最短路径发生拥塞时,采用
的倒叙找直至用路径的节点,然后通用路流,以提
网络吞吐量。最后本文通过仿真,证拥塞控制模型的可性。
键字:无线移动传感器网络 QoS 网络拥塞 流量控制 多路径分流
1
ABSTRACT
As advantages of convenience, fast and cheapness, WSN is applied widely in people's
lives. However, with increasing of networks load, a partial congestion will occur in
networks. If nothing is done to restrict traffic in networks, length of queues in
bottleneck link will increase, which results in packet delay. Moreover, with the
increasing of queue length, cache of some nodes may be exhausted, causing data group
loss. Choosing appropriate flow control scheme can reduce congestion to an extent,
having an important effect on improvement of networks performance and QoS. Now, it
has become one hot area on networks study to control flow.
Firstly, this paper introduced concepts on sensor networks and quality of service and
some question that faced. Then reasons of networks congestion affected QoS and
signification generated was analyzed. Finaly, main measure controlling congestion was
brought forward: flow control and multi-path flow distribution.
Because of Topology structure of networks varies from time to time for move of WSN
and limitation of energy. Therefore, as for networks congestion control, judging
congestion in time is very important. Based on single-hop flow control solves the
problem greatly: a congestion node only sends the congestion information to its former
hop nodes, and then sending rate of data groups is controlled by the former nodes to
adjust networks flow. At the same time, because congestion status of the former nodes is
not uniform with each other, resource in some of these nodes will be exhausted soon for
controlling flow if sending congestion information to these nodes directly, while others
free possibly. So this paper introduces a proportion based on the idea above: the
proportion will be calculated according to congestion status of the former hop nodes to
confirm and flow will be kept balance in congestion nodes finally.
However, flow control can alleviate congestion at the cost of through-put. Therefore
multi-path flow distribution is put forward based on flow control, which increases
networks through-put as much as possible. At last, the congestion control module is
confirmed feasible by emulation.
Key Words: wireless mobile sensor networks, QoS, congestion control,
flow control, multi-path flow distribution
目 录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论.....................................................................................................................1
§1.1 课背景........................................................................................................1
§1.2 国研究现状............................................................................................2
§1.3 本文研究的出发点及核心思想....................................................................3
§1.4 本文的主要............................................................................................4
第二章 传感器网络及其服务质量.................................................................................6
§2.1 无线移动传感器网络概述............................................................................6
§2.1.1 传感器网络的概念.............................................................................6
§2.1.2 传感器网络的.............................................................................6
§2.1.3 传感器网络的拓扑结构.....................................................................7
§2.1.4 传感器网络的应用...........................................................................10
§2.2 无线移动传感器网络中的 QoS...................................................................12
§2.2.1 服务质量...................................................................................12
§2.2.2 移动传感器网络提供 QoS 支持所面临的问题和困难...................14
第三章 网络拥塞与拥塞控制.......................................................................................16
§3.1 网络拥塞拥塞控制的背景知识..............................................................16
§3.1.1 网络拥塞的...............................................................................16
§3.1.2 拥塞产生的原因...............................................................................17
§3.2 拥塞控制的意义..........................................................................................18
§3.3 拥塞控制的措施..........................................................................................19
§3.4 拥塞控制的目..........................................................................................20
§3.5 拥塞控制的主要问题..................................................................................21
§3.6 拥塞控制的有..............................................................................22
第四章 基于单跳的流量控制.......................................................................................25
§4.1 引言..............................................................................................................25
§4.2 网络流量的计算..........................................................................................26
§4.2.1 基于 AVQ 的流量预测.......................................................................26
§4.2.2 虚拟代价的计算...............................................................................27
§4.2.3 比例的计算...............................................................................28
§3.2.4 流量的计算.......................................................................................29
§4.2.5 队列长度的计算...............................................................................30
§4.2.6 态阀值计算...............................................................................31
§4.3 冲管理的研究..............................................................................................32
§4.3.1 冲管理与调度算法...............................................................32
§4.3.2 与分组调度相结合融入带宽...................................................33
§4.3.3 队列长度的控制与维护...................................................................34
§4.4 小结..................................................................................................................34
第五章 基于最短路径的分流策略...............................................................................35
§5.1 最短路径的选择..........................................................................................35
§5.2 多径路由的选择..........................................................................................36
§5.2.1 多径路由的概念..................................................................................36
§5.2.2 多径路由的选择..........................................................................37
§5.2.3 多径按需源动路由协议..................................................................39
§5.2.4 最大节点不相多径路由协议..........................................................39
§5.3 多径路由在流量分中的使..................................................................40
§5.3.1 流量在路径之间的分原则...........................................................40
§5.3.2 路径之间流量大小的分...............................................................42
§5.4 路由的建立与维护........................................................................................43
第六章 仿真与试验.......................................................................................................45
§6.1 NS2 仿真软件简.........................................................................................45
§6.2 模型建立....................................................................................................46
§6.3 实验及结果分析....................................................................................48
第七章 结束语...............................................................................................................54
参考文献.........................................................................................................................55
5
绪论
第一章 绪论
§1.1 课背景
近年来在微电子械系统(MEMS)无线通讯、字电子方面取得的大成就
使得发低成本、耗、体积短通信距离的多能传感器成为可能。无线传感
(Wireless Sensor Networks)是在技术之上现的事物随着
计算[1]研究的深入,而越来越多地受到人们的重无线传感器网络是由大量
体较小、能源配置计算和无线通信能的传感器节点组
成的无结构网络,了传感器系统和网络等技术其目的是
、采和处网络盖地理区域中信息送给观察,它
数据采、数据处、数据传于一复杂系统
的传网络系统相比,WSN的主要点有:
节点数量大、度高;
节点有一定的故障率
以数据为中心(Data Centric)
拓扑结构变化很快;
节点在电池能量、计算和存储容量等方面有限制。
WSN为是21最重要的技术之一,它将会对人来的生活方产生
深远影响。20032月份美国Technology Review》杂志评出对人类未来生活产生
深远影响的十大新兴技术,无线传感器网络被列为一。WSN军事工业医疗
环境监测管理抢险救灾用等领域的大应用价在应用前
军事工业界学术界的广泛关[2-4]
传感器节点由源、嵌入式器、器、通信部软件
分构成。源为传感器节点提供正常工作所必需的能源。用于感
外界的信息,。处节点部分作,
对感件获取的信息进行的处保存,控制感
等。通信部责与传感器或观察者的通信。个节点运行在其上
软件,为传感器提件支入式系统嵌入库系
等。
然而,随着网络结构的复杂化,网络拥塞不可。在网络增加时,
络时延和数据包丢失率迅速增加[5,6],网络接的发送不能检测到网络拥塞
而不断重发数据包,而路由续转被丢的数据包大量
网络带宽。对于无线移动传感器网络来说,由于其的移动性和不断变化的拓扑
构,现有拥塞控制策略适用于传感器网络,以保证网络
运行
因此对以上问题,一种最直接方使网络具有尽可能高的网带宽
然而,仅仅提高网虽然时缓解部分问题,但随后的一些网络
用会更迅地占网络带宽使所有网络的性降。另外使络内
1
无线移动传感器网络的拥塞控制的研究
了大量网由于网络不可,网络拥塞现象还是可能在
边缘结点上产生。因此,要想解决这些问题,适合传感器网络的拥塞控制
模型还需要研究一为有的和优化的方是在这个基础上提
来的。
§1.2 国研究现状
目前对网络拥塞的研究主要中在InternetNagle1984表第
关于拥塞控制方面的文[7],随后,Von Jacobson学者便投入到网络拥塞控制
的研究中[7-12]。时至今,网络拥塞控制的研究已经涵盖计算机网络面 。
TCP/IPATMFrame-Relay, IP Multicast及拥塞控制的问题。面就
介绍这种网络的拥塞控制。
(1) TCP拥塞控制
TCP拥塞控制是一种的控制机制,它是通过改变一些现的,目
TCP拥塞控制的基本方1988年Van Jacobson提出的“慢启
(slow start)算法拥塞避免”(congestion avoidance)算法[7-12]1990出现的TCP
Reno增加速重(fast retransmit)算法快速恢复(fast recovery)
算法避免了网络拥塞不严重时采“慢算法而造成过地减发送
口尺的现,这TCP的拥塞控制就由这4核心部分组成;近几年又出现TCP
的改进版本如New Reno[12], SACK[13-14]等。TCP基于窗口的拥塞控制对于
Internet鲁棒性起到了作用。然而,随着Internet木身速发,其网络
越来,结复杂。仅的拥塞控制是的,事实上在
Internet复杂系统中,不能指望所有用Internet应用中这种
的拥塞控制。网络现在参与资源的控制作。
(2) IP拥塞控制
目前Internet使控制TCP上的IP
的拥塞控制比,但这方面的研究在增多。目前 IP塞的
下几种:先出(FIFO);随检测算法(Random Early Detection,
RED)[10](Explicit Congestion Notification, ECN)[11]
(Fair Queuing, FQ)[15](Weighted Fair Queuing, WFQ)[16]
和随机算法(Random Exponential Marking, REM)[17]这些算法的重点是对
在路由器队等数据队列的处略和数据包的弃标其目的是
使拥塞可以避免快速,同时保证对的服务质量和性。对于 IP
拥塞控制,目前虽然已出了扩充路由拥塞控制的方
Internet塞控主要依赖TCP拥塞控制机制确保鲁棒性。路由
IP协掌握Internet网络的信息,所以IP
现拥塞控制可能是解决拥塞问题的,这是目前研究的热点之一。
(3) 其它网络的拥塞控制
其它网络的拥塞控制包ATM网络的拥塞控制,Frame-relay网络的拥塞控制
IP multicast网络的拥塞控制等。Yang提出了拥塞控制的一[18]
据是拥塞控制采取环协源节使
监管或是定长窗口重传策略。机制在任何节点可以使用优先服务(例如加
服务、优先队列以及选择性丢弃)网中使用的一种定的控制方
2
摘要:

摘要由于具有方便、快捷、廉价等优势,无线传感器网络在人们生活中的应用越来越广泛。然而,随着网络负荷的增加,网络会出现局部拥塞。如果不采取任何措施来限制网络中的通讯量,在瓶颈链路的队列长度将会增加而导致数据包延迟增大而且,随着队列大小的无限增加,在某些节点上的缓存空间可能会被耗尽,造成数据分组丢失。选择合适的拥塞控制机制,防止网络内部的严重拥塞,对网络性能的改善和网络服务质量(QoS)的提高起到了至关重要的作用。如今,拥塞控制已成为网络研究的热点领域之一。本文首先介绍了传感器网络及其QoS的相关概念及无线QoS目前所面临的问题。接着分析了影响QoS的网络拥塞所产生的原因及对网络的意义;然后提出了...

展开>> 收起<<
无线移动传感器网络的拥塞控制的研究.doc

共54页,预览6页

还剩页未读, 继续阅读

作者:高德中 分类:高等教育资料 价格:15积分 属性:54 页 大小:519.13KB 格式:DOC 时间:2024-11-19

开通VIP享超值会员特权

  • 多端同步记录
  • 高速下载文档
  • 免费文档工具
  • 分享文档赚钱
  • 每日登录抽奖
  • 优质衍生服务
/ 54
客服
关注