基于跨層的無線移動多媒體傳感器網絡路由研究.pdf

1、無線移動多媒體傳感器網絡(Wireless Mobile Media Sensor Networks WMMSNs)是以音視頻捕捉設備為傳感器，節(jié)點附在移動對象上進行信息采集的新型無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks WSNs)。WMMSNs信息采集的內容主要包括視頻、音頻、圖像等多媒體信息，其節(jié)點在特定的監(jiān)測區(qū)域內隨機移動，節(jié)點的移動能夠拓寬信息采集區(qū)域，豐富信息采集對象（如:移動目標）。但節(jié)點的移動會引起

2、網絡的拓撲結構動態(tài)改變、無線信道質量不夠穩(wěn)定等問題，此外，WMMSNs具有網絡通信量大、傳輸能耗高、端到端時延和包丟失率要求嚴格等特點，這些特點增加了WMMSNs路由協(xié)議研究難度，影響了WMMSNs的進一步推廣。
　　國內外學者針對WMMSNs路由協(xié)議進行了大量的研究，他們發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)的分層協(xié)議結構進行路由協(xié)議設計將很難從整體上優(yōu)化網絡的性能。首先，傳統(tǒng)的分層結構是面向有線固定網絡設計的，有線固定網絡節(jié)點靜止、網絡拓撲相對固定、鏈

3、路質量比較穩(wěn)定，而WMMSNs信道不可靠、網絡拓撲經常變化、節(jié)點在特定區(qū)域內移動的同時進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸，采用分層結構會嚴重影響WMMSNs的性能;其次，在WMMSNs中，為了優(yōu)化性能、提高網絡效率，節(jié)點常常需要利用多個層的相關參數(shù)，這就要求不同層之間存在參數(shù)交流的通道。為解決這個問題，研究者們在設計WMMSNs路由協(xié)議時采用跨層的方法，加強不同層之間的信息交互，進而優(yōu)化網絡的整體性能。但當前基于跨層的路由協(xié)議仍然存在一些不足:在數(shù)據(jù)

4、傳輸時采用單路徑傳輸，單路徑傳輸會增加網絡的端到端時延、降低網絡的吞吐量、加重路徑節(jié)點上的負載;在選擇路由判據(jù)時較少使用鏈路質量和剩余能量作為路由判據(jù)，這將會降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?，增加?shù)據(jù)包重傳次數(shù);多媒體網絡通信數(shù)據(jù)流較大，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中存在大量的編碼機會，而現(xiàn)有的協(xié)議很少對網絡編碼機會進行檢測。本文針對WMMSNs路由協(xié)議研究中存在的問題，所做的研究工作主要如下:
　　(1)介紹了WMMSNs的網絡概念及特點，指出在研究W

5、MMSNs路由協(xié)議時面臨的挑戰(zhàn)，如:拓撲動態(tài)變化、鏈路質量不穩(wěn)定、時延敏感等;總結了WMMSNs在進行路由協(xié)議設計時應遵循可靠性、實時性、能量高效性的原則;綜述了當前針對于WMMSNs提出的幾種路由協(xié)議，分析并指出這些協(xié)議的優(yōu)缺點，說明了WMMSNs跨層設計的必要性。
　　(2)對跨層設計的概念和特點進行了介紹，分析了跨層設計的模型及其原理，著重介紹了幾種基于跨層的路由協(xié)議，并對這幾種跨層協(xié)議的工作原理、工作流程進行了分析，指出了

6、協(xié)議中存在的不足。
　　(3)設計了RCLF跨層模型。RCLF跨層模型分為路由構建RC組件和鏈路層反饋LF組件。RC組件一方面為節(jié)點接入控制提供參數(shù)，另一方面在路徑構建時根據(jù)網絡層的時延、鏈路層的鏈路質量、物理層的節(jié)點剩余能量計算鏈路權值并反饋給網絡層。在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中當路徑出現(xiàn)鏈路中斷或者鏈路遷移時，LF組件提高物理層發(fā)送功率或者通知網絡層路由失效，減少路由重構次數(shù)。
　　(4)提出基于跨層的編碼感知多路徑路由協(xié)議(MRC

7、C)。MRCC協(xié)議采用了RCLF跨層模型來優(yōu)化路由構建。MRCC協(xié)議的工作流程大致為:在節(jié)點需要進行路徑構建時，源節(jié)點廣播RREQ報文，收到RREQ報文的節(jié)點依據(jù)RC組件中的節(jié)點剩余能量決定是否加入到路徑構建（即接入控制），如果滿足接入條件，RC組件依據(jù)網絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的相關參數(shù)計算鏈路權值，并反饋給網絡層作為路由構建的判據(jù)，否則直接丟棄RREQ報文;目的節(jié)點接收到RREQ后通過單播回復RREP報文，進而在源、目節(jié)點之間建立多

8、條鏈路不相交路徑，節(jié)點將數(shù)據(jù)流分割到多條路徑上傳輸;在數(shù)據(jù)傳輸過程中，節(jié)點進行編碼機會的檢測，一旦檢測到編碼機會，則將數(shù)據(jù)通過編碼進行傳輸。
　　為了驗證本文提出的路由協(xié)議，本文在OMNeT++網絡模擬平臺對MRCC協(xié)議進行模擬仿真，在仿真過程中通過設置不同的參數(shù)觀察網絡的性能表現(xiàn)，同時選取兩個現(xiàn)有的路由算法與本文提出的路由協(xié)議進行比較，驗證本文路由協(xié)議的有效性。仿真實驗表明，MRCC協(xié)議能夠降低網絡路由開銷、保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸、