多媒体传感器网络QoS传输控制算法研究

论文摘要

廉价的CMOS微型摄像头及麦克风的出现和传感器网络技术的发展为多媒体传感器网络的发展奠定了基础。多媒体传感器网络具有感知媒体丰富、数据量大、处理任务复杂等显著特点,能实现细粒度、精准信息的环境监测,但其通信环境和多媒体应用的特点给传感器网络带来了巨大的挑战。首先,多媒体传感器网络必须保证多媒体数据的实时传输;其次,必须提供有QoS保障的区分服务;再者,必须改善现有机制应用于传感器网络面临的传输性能的降低和吞吐量的下降。本文针对上述问题,研究适于多媒体传感器网络的QoS传输控制算法。本文的研究从三个方面展开:（1）基于能量均衡的实时路由协议的研究;（2）最大化网络吞吐量的拥塞控制机制的研究;（3）基于流量预测的公平性业务调度算法的研究。这些工作得到了广西研究生教育创新计划项目“无线多媒体传感器网络QoS路由协议研究与实现”（2008106020812M257）的支持和资助。本文取得的研究成果包括如下几个方面:（1）基于能量均衡的实时路由协议:充分考虑节点的可靠性和剩余能量,提出基于地理位置路由的软实时协议,利用MAC层设计的指导作用,保证数据传输的实时性,并尽量减少控制消息和数据重传的开销,以实现节点资源的充分有效使用。仿真试验证明该路由算法很好地保证了数据实时传输,降低了通信能量的开销。（2）网络吞吐量最大化的拥塞控制机制:与现有工作不同,采用基于节点的缓存队列长度并结合拥塞增长系数来判断拥塞的变化趋势,以ACK确认消息的捎带方式进行拥塞反馈和基于拥塞增长系数的带宽分配进行拥塞解除,并使用基于剩余价值的丢包策略来保证重要数据的可靠传输。仿真结果表明,该拥塞控制机制明显降低了通信能耗,提高了网络的价值吞吐量。（3）服务感知的公平性业务调度算法:针对多媒体传感器网络中的两种服务模式:基于异常事件驱动的服务模式和基于用户查询驱动的服务模式,分析了不同服务的流量模式,进而提出了基于流量预测的业务调度策略,采用流量预测的动态公平缓冲共享机制和速率控制算法实现两类数据QoS的公平保障。仿真实验表明,该算法在传输延迟和成功到达率方面充分实现了公平性目标。（4）基于OMNeT++的传感器网络仿真:采用基于OMNeT++的Mobility Framework框架来仿真本文提出的协议及算法,使用blackboard module来实现跨层信息交互,验证协议及算法的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 多媒体传感器网络概述
• 1.2.1 多媒体传感器网络结构
• 1.2.2 多媒体传感器节点结构
• 1.2.3 多媒体传感器网络协议体系结构
• 1.2.4 多媒体传感器网络研究的关键技术
• 1.2.5 多媒体传感器网络的应用
• 1.2.6 MSNs 中QoS 保障研究的挑战
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的组织
• 第2章 能量均衡的实时路由协议
• 2.1 研究背景与相关工作
• 2.2 能量均衡的实时路由协议RTEB
• 2.2.1 网络模型
• 2.2.2 路由转发策略
• 2.2.3 MAC 层和路由层协同设计
• 2.3 基于 OMNeT++的仿真实现
• 2.3.1 OMNeT++仿真器的设计原理
• 2.3.2 仿真场景介绍
• 2.3.3 跨层信息交互的实现
• 2.3.4 仿真结果及性能比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 多媒体传感器网络中的拥塞控制算法
• 3.1 研究背景与相关工作
• 3.1.1 问题背景
• 3.1.2 传感器网络的拥塞检测
• 3.1.3 CODA 拥塞控制策略
• 3.2 CMCS 拥塞控制算法
• 3.2.1 拥塞检测
• 3.2.2 拥塞区域反馈及带宽分配
• 3.2.3 丢包策略
• 3.3 实验仿真与比较
• 3.3.1 网络的吞吐量
• 3.3.2 平均丢包价值
• 3.3.3 通信能耗
• 3.4 本章小结
• 第4章 服务感知的公平调度算法
• 4.1 研究背景与相关工作
• 4.1.1 传感器网络中的公平调度算法
• 4.1.2 传感器网络中基于区分服务的调度算法
• 4.2 服务区分的流量预测
• 4.2.1 基本服务模式
• 4.2.2 时间序列预测技术
• 4.3 公平调度算法
• 4.3.1 队列缓冲管理机制
• 4.3.2 公平部分缓冲共享算法
• 4.4 实验仿真与比较
• 4.4.1 端到端的平均传输延迟
• 4.4.2 数据分组传输的成功到达率
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间的科研成果
• 致谢