高等計算機網(wǎng)絡(luò)論文正稿(編輯修改稿)
2025-07-21 03:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)節(jié)點位于水面之上，水下傳感器節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)最終要被轉(zhuǎn)發(fā)到水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點， 所示。隨著數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，其所經(jīng)過的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的深度將越來越小，直至到達水面，相比水下三維位置信息，水下傳感器節(jié)點深度信息的獲取極為簡單，只需要在節(jié)點上安裝價格低廉的深度傳感器即可?；诖爽F(xiàn)象，本文提出一種基于水下深度信息的路由協(xié)議，該協(xié)議的基本思想是數(shù)據(jù)分組同時存儲有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的深度信息，并且隨著每一跳進行更新。當(dāng)節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后，將其攜帶的深度信息與自身的深度進行對比，如果其來自更深節(jié)點則結(jié)合自身剩余能量的多少來決定是否轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)， 否則將其拋棄， 以此類推并輔以相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)策略，直至將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。為解決水下轉(zhuǎn)發(fā)方向的不確定性，可以設(shè)置多個水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，每個水面節(jié)點配備有無線收發(fā)裝置和水聲調(diào)制解調(diào)器，只要數(shù)據(jù)到達任意一個水面轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點都可以發(fā)送到最終目的節(jié)點。和現(xiàn)有水下傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議相比，該方法不需要節(jié)點知道其自身以及其他節(jié)點的三維位置信息，因此節(jié)點間信息交換量極少，可以顯著減少通信量，能有效應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)拓撲的動態(tài)變化， 進而達到節(jié)省能量、延長網(wǎng)絡(luò)生存時間的目的。圖 協(xié)議的分析MAC 協(xié)議決定信道的使用方式, 在通信節(jié)點之間分配有限的通信資源, 是保證網(wǎng)絡(luò)高效通信的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一。 在傳統(tǒng)的Ad Ho c 網(wǎng)絡(luò)中, 吞吐量是MAC 協(xié)議首要考慮的目標(biāo). Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中有些MAC 協(xié)議也考慮了節(jié)能, 如文獻中提出的BLAM 協(xié)議考慮使全網(wǎng)負載均衡, 延長網(wǎng)絡(luò)的生存期. 但是BLAM 協(xié)議是基于IEEE 802. 11DCF 協(xié)議的, 節(jié)點空閑偵聽消耗的能量很大, 所以節(jié)能的效果很差, 不適合用于WSN MAC 協(xié)議目前得到了廣泛的研究。 在WSN 研究中所提出的MAC 協(xié)議主要分為兩類: 固定分配和隨機競爭。固定分配常用的是T DMA方式, 給每個傳感器節(jié)點分配固定的無線信道使用時段。 TRAMA 協(xié)議是基于TDMA 的MAC協(xié)議, 根據(jù)局部兩跳內(nèi)的鄰居節(jié)點信息, 采用分布式選舉機制確定每個時槽的無沖突發(fā)送者. 基于T DMA的固定分配MAC 協(xié)議的缺點是需要較高的時間同步, 協(xié)議中, SMAC是WSN具有代表性的MAC 協(xié)議之一, 它采用周期性的睡眠喚醒機制, 把時間軸分成固定長度的周期, 每個周期由固定的偵聽時間和睡眠時間組成, 并且采用了虛擬簇的概念, 同一個簇內(nèi)的節(jié)點保持相同的時間調(diào)度. SMAC 比傳統(tǒng)的IEEE802. 11DCF 協(xié)議節(jié)省了很多能量, 但仍存在不足: 1) SMAC 采用固定的競爭窗口, 在競爭頻繁時發(fā)生沖突的概率較大2) SMAC采用固定的占空比, 不適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量的變化。 T MA C也是將時間軸分成固定長度的周期, 但是每個周期內(nèi)節(jié)點活躍的時間是可變的。TMAC 的缺點是引入了”早睡”問題。SMAC TMAC 都采用固定的競爭窗口, 當(dāng)競爭頻繁時發(fā)生沖突的概率較大, 而當(dāng)競爭很小時則引入較大的等待時延。 REAMAC 改進了SMAC的競爭退避機制, 動態(tài)調(diào)整競爭窗口的大小, 并考慮了節(jié)點的剩余能量, 讓剩余能量大的節(jié)點以更大的概率接入信道, 減小了沖突, 并達到了負載均衡。在REAMAC 中, tBF從一個正態(tài)分布的隨機變量X 中選取, 正態(tài)分布的均值和當(dāng)前競爭窗口大小以及節(jié)點剩余能量有關(guān), 方差和當(dāng)前競爭窗口大小有關(guān), 關(guān)系如下:式中: Enow 是節(jié)點的當(dāng)前剩余能量。 Emax 是節(jié)點的初始最大能量. tBF 由正態(tài)分布函數(shù)產(chǎn)生, 并且向下取整為整數(shù)個時隙. 正態(tài)分布的范圍為( ∞, +∞ ) , 而REAMAC中的t BF 要滿足:從式中可以看出, 剩余能量大的節(jié)點, 正態(tài)分布的均值比較小, 所以會以較大的概率選擇較小的tBF 。 而剩余能量小的節(jié)點, 分布的均值比較大, 相應(yīng)會以較大的概率選擇較大的tBF 。D(X ) 的選擇和CW 有關(guān), 當(dāng)發(fā)生沖突時CW 會增大, CW 變大時隨機變量X 分布的方差變大, 趨向于均勻分布, 這樣有利于減小沖突。 t BF 的上下限是隨著當(dāng)前節(jié)點的剩余能量動態(tài)變化的, 剩余能量大則上下限都比較小, 剩余能量小則上下限都比較大, 目的是讓能量大的節(jié)點以較大的概率取得較小的tBF , 而讓能量小的節(jié)點以較大的概率取得較大的tBF 。 給剩余能量大的節(jié)點以優(yōu)先權(quán)接入信道, 就可以使這些節(jié)點承擔(dān)更多的數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù), 從而平衡了網(wǎng)絡(luò)中能量的分布. 在路由發(fā)現(xiàn)的過程中, 剩余能量較小的節(jié)點接入信道的概率較小, 從而使路由選擇以較大的概率避開這些能量較小的節(jié)點, 這些節(jié)點就可以盡量不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù), 而只是發(fā)送自己采集的數(shù)據(jù), 所示, 由于節(jié)點3 相對于節(jié)點2 和4 具有較大的剩余能量, 故節(jié)點3 , 從源節(jié)點到匯聚節(jié)點選擇的路由是1 → 3 → 6 → 7→ 8, 這樣就防止節(jié)點2 和4 把能量消耗在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)上, 從而達到網(wǎng)絡(luò)能量均衡. 節(jié)點2 和4 就可以利用有限的能量來發(fā)送自己采集的數(shù)據(jù)。 路由選擇 VBF路由協(xié)議VBF協(xié)議假定網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點均知道自己的位置信息，同時，每個數(shù)據(jù)包中都會有三個字段，分別記錄源節(jié)點、目標(biāo)節(jié)點（Sink節(jié)點）和中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的位置坐標(biāo)。，如果
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