基于网络编码的ZigBee路由策略研究.doc

学位论文作者签名：豇弦霞签字日期：学位论文版权使用授权书矽降年；月多日日 策略首先将方案应用到的数据转发过程中，形成基于网络关键词：；路由策略；网络编码；节能；能量均衡 基于网络编码的路由策略研究 瑆 琣， 基于网络编码的路由策略研究目豸乏无线网络简介协议栈结构无线网络的形成无线网络中的路由算法路由算法无线网络路由策略的基本思想一方案的设计考虑能耗的路由度量 改进的单播路由策略广播路由随机线性网络编码基本思想攻读硕士学位期间发表的论文一 基于网络编码的路由策略研究 基于网络编码的路由策略研究功能器件，只需要支持个基本参数的最小配置。全功能器件不仅可以与简化协调器、器件或协调器。简化功能器件却只可以响应全功能器件，且仅适用于很协议组成。底层给上层提供相应的支持，为上一层提供的接口是所有服务实体通和应用框架就是在此基础上完成的。应用框架由三部分组成，分别为：应用支持子层璞付韵和制造商制定的应用对象。有两个物理层，分别运行在如图所示的两个不同的频率。制来控制的，该子层的功能包括信标帧的同步、传输和为上层提供可靠的传输信 口接入点猄安全服务协议结构的应用网络具有冗余、自愈和自组织的能力，这些能力使其适合各种各样的备，提供家居生活智能化和网络化。 基于网络编码的路由策略研究止事故的发生。 为模型，阐述网络编码的基图“蝴蝶网络”模型通过链路和分别到达信宿蚘。盏絘 基于网络编码的路由策略研究解决有线环境下的组播最大流问题是提出网络编码最初的目的。与传统的通信网络相比，通过允许中间节点对信息进行处理，网络编码可以获得更高的组播容量。在无线单播应用中，针对不同接收节点接收数据包的差异，中间节点将不同的丢失数据包进行编码并组播，接收节点通过与保存的数据包进行异或获取其所需要的数据包，减少了传输次数，从而提高系统吞吐量。在无线组播应用中，源节点同样将发往不同接收节点的不同数据包进行异或，通过源节点的一次传输，使得多个接收节点受益。是一种新兴的无线网络技术，它具有低功耗、短距离、低速度、低消耗、 基于编码的路由技术，在吞吐量的提升和节能上有显著的效果。本文研究的出改进方案，从而提高网络吞吐量、减少网络能量消耗、实现网络生存时间的增无线网络是一种新兴的无线技术，低功耗是其应用的显著优势。针对传统路由策略的不足，在近年来国内外学者对能量优化的做出的成果的基础上，论文内容和结构的安排 基于网络编码的路由策略研究 无线网络组成结构无线网络的愫蚆层是由小组制定的】，和精简功能设备有足够的存储空间和计算能力，它能实现协议的所逻辑上的中间节点和终端节点，可以接收和转发分组。它自己的数据也只能请求父节点代发。节点：的节点，它能选择一个信道和一个网络号 基于网络编码的路由策略研究星型拓扑结构由一个协调器和多个从设备构成，协调器负责发射和维护网络，必须是全功能设备。从设备可以是部梢允荝。从设备之间通信通过协调器转发。这种网络结构的是有局限性，因为网络的覆盖面积有限，而且协调器的负载太大，所以这种类型网络只适用于通信节点数比较小的特定应用【】，如家庭自动化、外部设备、玩具和个人监控等方面。 据包，因此可以实现多跳转发功能，提供多条可行的路径。网状型，、，、藿端设备问确瞳接通无线网络的形成过程中各节点之间的关系构成一个树型结构。首先部 基于网络编码的路由策略研究那么就会给新网络选择一个晔斗记为甀，并且通过网络的启动状态。图显示了新网络的建立过程。 图新网络建立过程 基于网络编码的路由策略研究网络中父节点可以拥有子节点的最大数量； 终端荽颉如：埽疉蹺无线网络中的路由算法 基于网络编码的路由策略研究域名目的地址大小定义状态下一跳节点地址其中路由的状态取值如下表所示：包含的信息如表所示。路由发现表域名路由请求序列号源地址大小定义发起路由请求的节点产生的序列号，启动一次请发起路由请求的节点的网络地址路径建立过程的有效时间 无线网络中，所有分类的节点都保存和维护，一张记录其通信覆盖范围内的邻居节点相关信息的表，该表就被称作邻居节点信息表。邻居节点信息表表邻居节点信息表域名大小定义关系控制分组区分符选项路由请求序列号 基于网络编码的路由策略研究控制分组区分符命令选项：说明该路由请求分组是不是路由修复时生成的：路由开销：记录从源节点到当前节点所经过的路径的累积代价。分组中的控制分组区分符和命令选项的功能与分组中的这两个 控制分组区分符目的地址点或子节点下，从而确定数据包的下一跳节点。路由节点在收到数据包后，先要判断数据包中的目的地址和自己的地址是否相符，如果是，接收此数据包，不再转发；否则，通过计算分析目的地址是不是自己的某个子节点地址。现设路由节点在网络中的深度为宜耐绲刂肺狝，数据包中目的地址为。，首先根据下面的公式判断。是否为其子节点地址： 基于网络编码的路由策略研究计算得到。就发起一个路由请求； 无线网络路由策略路由策略要解决的问题就是，节点在需要发送或者转发数据包时，采 基于网络编码的路由策略研究包做不同的处理。其中路由建立过程如下： 基于网络编码的路由策略研究机会主义网络编码的单播节能路由策略有效提高了单播吞吐量，减少了数据转发次数，降低了传输的能耗。目前，的基本思想 范围内发送的数据包的机会，不管这些数据包发给该节点的。如图说明了什图无线信道广播特性点要转发的所有原始数据包。当节点要转发数据包时，首先从缓存区中取出一个数据包，然后在整个缓存区选择能够和该数据包一起编码转发的数据包，最后将这些数据包异或编码后广播出去。节点选择编码的数据包的原则是：编码的原始数据包越多越好；进行编码的原始数据包的下一跳节点以最大的概率解码。 基于网络编码的路由策略研究前面介绍的是机制的基本思路，要将协议应用到无线 或数据包 饴氤鯬鳤不能解码出，所以将数据包和自所需的数据包，所以它是一个最佳的编码方案。数据包下一跳 基于网络编码的路由策略研究呵指檬莅窃际莅故潜嗦氚羝渲滴，节点解码过程的具体步骤如下：正确解码，解码失败。 点地址康慕诘愕刂穌，下一跳地址本章常用到的一些符号表示如表所示。表符号表示符号从源节点到目的节点的所有可由于相邻节点间的传输能耗不是固定的，因此，传统路由以最小跳数作为度传送数据到目的节点所消耗的最小总能量作为衡量标准。目前典型的基于最小能量消耗的路由协议有以下几种： 基于网络编码的路由策略研究矢兄N恢寐酚尚镻目前典型的最小剩余能量路由协议有以下两种：函数，那么，路径哪芰靠O鷗：余能量最多，即最大能量开销最小的路径作为最优路径。其路由度量如下公式所 兄三商艘 基于网络编码的路由策略研究节点对原始数据分组进行异或运算，可以看成是将多个原始数据分组组合成，欢逦狿。则可 为：为： 基于网络编码的路由策略研究通过算法进行转发。绻蔷哂新酚晒艿腎矾诘悖W7莸酵缰械慕诘鉊，并且 至源节点。以下是网络中改进后的单播数据传输过程： 基于网络编码的路由策略研究图单播数据传输流程仿真分析 表实验参数设置图描绘了使用三种不同的路由策略时网络总能量损耗的对比情况。从图 基于网络编码的路由策略研究死亡节点数个 图网络总能量损耗随时间的变化对比图描绘了使用三种不同路由策略时产生死亡节点数随时问的变化情况。 基于网络编码的路由策略研究没有考虑节点的剩余能量，所以出现死亡节点的时间比路由策略要早。基于网络编码在提高吞吐量和节省能耗方面的突出优势，本章尝试将近年来 广播路由 组就向其所有邻居节点转发该分组，例如在进行路由发现时就是采用泛洪的方式广播分组。这种方法实现起来简单，但是显然也使网络中的信息循环冗余，同时造成节点的能量大量消耗，影响了网络中节点的生存时间。因此，如何利用现有的网络资源，减少广播开销，降低节点能量的消耗成为当前国内外学者研究的重要目标。 基于网络编码的路由策略研究区豇圃睦盟剑图随机线性网络编码示例图中节点丁接收到信息蚥后，随机选择系数西和而进行线性组合得到如图所示的编码包，然后广播出去。其中，包头存放编码向量，其余部 我们把节点收到的编码包整合用公式表示：为：但实际应用中有限域的增大也会带来计算的压力。文献【谢怪赋鰍时，即 基于网络编码的路由策略研究下面给出定理的证明： 范德蒙行列式的性质：当仅，均互不相等时，行列式。所以， 基于网络编码的路由策略研究当目的节点侦听到源节点发送的的任意霰嗦氚螅涂梢酝频匠鰇个编基于邻居状态的能量感知褰诘憧诘氖嗄芰考衔狢，口识，其中硎窘诘鉈的剩余能量，逡惶段诘淖畲笫嗄芰恐滴猂瓯戡， 一个关于自身剩余能量的感知，海骸!#基于能量感知的转发概率计算节点网络中能量因素对转发概率影响的权重值，可以根据具体的网络情况进行调 基于网络编码的路由策略研究字段侈随机方式产生 图分组递交率随数据发送速率的变化对比图描绘了网络总能量损耗随时问变化的对比情况。从图中可以看出，随着网络运行时间的推移，网络中总能量的消耗越来越多。但在同一时刻，广播策略的总体能耗明显低于泛洪的广播策略。这是因为，广播策略采用了随机线性网络编码的方案，减少了数据的传输次数，减少了节点的能量消耗。 基于网络编码的路由策略研究图网络总能量损耗随时间变化的对比圭蒜哑图节点死亡数量随时间变化的对比 基于网络编码的路由策略研究编码机制的方案。简单介绍了传统机制的原理，针对网络 基于网络编码的路由策略研究参考文献】张新程，付航，李天璞，徐露物联网关键技术【浚本喝嗣裼实绯霭嫔