无线传感器网络中背压路由算法的研究与改进

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1、暨南大学硕士学位论文题名：无线传感器网络中背压路由算法的研究与改进ResearchandImprovementofBackpressureRoutingAlgorithminWirelessSensorNetworks作者姓名：王彬彬指导教师姓名及学位、职称：周继鹏博士教授学科、专业名称：计算机科学与技术计算机应用技术学位类型：学术学位论文提交日期：2018年6月28日论文答辩日期：2018年6月2日答辩委员会主席：黄琼论文评阅人：盲审学位授予单位和日期：暨南大学2018年7月摘要近年来，伴随着无线传感器网络的迅猛发展

2、，传感器网络已成熟应用于各种行业、组织以及人们的日常生活中。常见的传感器节点主要由电池供电，并且在能源方面受到高度限制。传感器网络发展的同时，节点之间交互流量需求的增加致使网络带宽资源出现匮乏，这就需要一个合适的路由算法能够有效地利用资源支持高吞吐量和高质量的通信。以往的许多工作已经证明了基于背压的路由算法在无线传感器网络中能够实现卓越的性能，如吞吐量最优化，但是延迟性能不佳，并且在资源受限时没有考虑能量利用效率问题。为此，本文针对无线传感器网络提出两个改进的背压路由算法。本文主要工作与创新如下：首先，本文提出一个基于

3、延迟与能量的背压路由的改进算法（DE-BP），研究如何提高背压算法的能量利用效率。因为没有考虑能量利用效率的背压算法很难部署到资源受限的无线传感器网络中。与以前的背压算法不同，该算法设计了一个新的链路权值计算公式。除队列长度外，数据包最近一次访问节点的记录和邻居节点的能量状态同样作为背压路由和调度决策的主要因素。在DE-BP算法中，数据包更倾向于去往尚未访问过且剩余能量多的邻居节点。同时，算法仍然保持吞吐量最优化。仿真结果表明，DE-BP算法与现存的一些工作相比较在剩余能量率，网络吞吐量和延迟性能上都有提升。其次，本文

4、提出一个基于延迟与距离的背压路由的改进算法（DD-BP），研究如何有效降低传感器网络中基于背压路由的平均端到端的数据包延迟。因为背压算法中最后数据包问题、数据包饥饿问题与初始数据包问题都会导致较大的数据包端到端延迟。该算法设计了一个新的链路权值计算方法。算法作出背压路由和调度决策时综合考虑队头数据包在节点中的逗留时间与节点之间的相互位置关系以及队列长度三个因素。DD-BP算法使得队首数据包积压时间长的节点具有数据包传输的优先权，且距离目的节点更近的节点被选择作为下一跳的概率更大。该算法同样能保持吞吐量最优化。仿真结果表

5、明，DD-BP算法与以往的一些工作相比较在吞吐量与延迟性能以及数据包成功传递率性能上都有提升。关键字：无线传感器网络；背压路由；吞吐量；延迟；能量IAbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofwirelesssensornetworks,sensornetworkshavebeenmaturelyappliedinvariousindustries,organizations,andpeople'sdailylives.Commonsensornodesaremainl

6、ypoweredbybatteriesandarehighlylimitedinenergy.Simultaneously,asthedevelopmentofsensornetworks,theincreaseinthedemandforinteractivetrafficbetweennodeshasledtoalackofnetworkbandwidthresources,whichrequiresanappropriateroutingalgorithmtoeffectivelyuseresourcestosu

7、pporthighthroughputandhighqualitycommunications.Muchpreviousworkhasdemonstratedthatbackpressurebasedroutingalgorithmscanachievesuperiorperformanceinwirelesssensornetworks,suchasthroughputoptimization,butdelayperformanceispoor.Andbackpressuredoesnottakeintoaccoun

8、tissuesaboutenergy-efficientwhenresourcesareconstrained.Forthisreason,thisthesisproposestwoimprovedbackpressureroutingalgorithmsforwirelesssensornetworks.Themainworka