容迟移动传感器网络中数据传输与数据管理机制的研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论文容迟移动传感器网络中数据传输与数据管理机制的研究姓名：黎洁申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：屈玉贵2011-04-26 UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’sdegreeResearchonDataTransmissionandDataManagementforDelay-TolerantMobileSensorNetworksAuthor’sName：JieLIspeci

2、ality：CommunicationandInformationSystemSupervisor：Prof.YuguiQuMay26th,2011Finishedtime： 中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：___________签字日期：_______________中国科学技

3、术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。□公开□保密（____年）作者签名：_______________签字日期：_______________导师签名：_____

4、__________签字日期：_______________ 摘要摘要容迟移动传感器网络是在特殊的网络应用环境下诞生的一种新型的无线传感器网络，这类网络节点密度低，网络非常稀疏，传感器节点在网络中不再拘泥于静态的分发到环境中采样数据，而是布置在移动的载体上并随之不断运动，导致网络拓扑结构高动态变化，网络呈现弱状态连接，从而造成节点间通信时断时续，数据传输成功率降低，容易引起数据无效传输和重传风暴；此外，容迟移动传感器网络具有数据容迟性的特点，节点采集的数据不再需要完全实时地发送至后台控制端，旨在收集大

5、量的数据做出统计意义上的分析，即对数据的实时性要求降低。但也造成了数据堆积，节点缓冲局限性和数据的大量累积带来了数据管理的问题。针对上述网络特点带来的数据传输和数据管理方面的问题，本文从网络的弱状态连接、网络的能量有效性、数据的高效传输以及数据队列管理入手，对容迟移动传感器网络模型的建立、MAC层节能协议设计、数据队列的动态管理和网络的跨层优化设计进行了深入的研究，主要的研究内容如下：1.节能高效的数据传输机制针对容迟移动传感器网络拓扑结构高动态且稀疏的网络特点，提出了一种节能且实现简单高效的容迟MAC

6、协议（Delay-TolerantMAC，DT-MAC），采用免前导码的异步占空比机制和接收方发起传输的工作方式，并引入具有邻居更新、发起传输、竞争控制和拓扑维护等多重功能的初始感知帧（InitialAwareFrame，IAF），通过降低报文重传率和控制报文开销，有效控制了网络能耗，延长了网络生命期。在移动传感器网络实验平台上的实验表明，在恶劣的高动态拓扑环境中，DT-MAC在发送节点和接收节点双方皆能达到极高的能量利用率，对一跳传输延时和网络吞吐量也有显著改善。2.基于优先级的动态数据管理策略针对数

7、据的容迟性和节点的存储空间局限性会导致数据堆积和有时数据无法及时有效到达的问题，本文在自适应有效数据发起方式的基础上引入了基于优先级的动态队列管理策略，利用数据到达和服务过程为马尔科夫过程，建立基于优先级的混合式抢占型队列管理模型进行分析，以多维优先级数据管理方式对数据队列进行智能管理，大大降低丢包率同时提高数据传输的有效性，缓解了DT-MSN中节点缓冲有限性的问题。其次，通过分层次区分数据信息的优先发送顺序，使得突发数据信息可以优先到达监控端，对应急状况做到及时有I 摘要效的处理，进一步的实验验证了该

8、协议在DT-MSN中的高动态变化和稀疏的网络环境中，能有效提高数据传输效率，降低丢包率，同时对一跳平均延时也有显著改善。3.多层融合的跨层优化设计：本文对容迟移动传感器网络引入跨层优化的设计思想，分别从路由层，MAC层和应用层对网络协议设计进行了多层融合的跨层优化设计，并提出了容迟移动传感器网络跨层优化模型，用以提高数据传输的节能性和有效性，并解决数据队列管理问题。在路由层和MAC层跨层优化设计中，针对DT-MSN网络拓扑结构高动态变化，网