无线传感器网络QOS路由博弈算法的研究

无线传感器网络QOS路由博弈算法的研究

论文摘要

随着网络多媒体技术的发展,Internet已成为数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网,它对于网络中带宽、时延、和分组丢失率等传输质量参数提出了不同的要求。Internet需要提供出相应的机制来满足这些应用对服务质量(QoS,quality of service)的要求。无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Networks)由大量低成本的微型节点组成,其带宽、计算能力、存储空间等资源非常有限。合理地管理和使用这些资源,尽可能的延长网络寿命,以获取更长时间跨度内的有效数据,是WSN面临的主要任务。目前低功耗作为WSN研究的核心,不仅在操作系统中被强调,还逐渐扩展到MAC协议、路由协议和传输协议。有时候无限传感器网络环境条件苛刻,这时降低系统功耗,尽量延长网络的生命周期成了关键问题。然而并非在所有环境下,功耗问题都是WSN研究的首要优化目标。当网络节点接近电源系统时,或节点可充电的情况下,对于低功耗的要求便没有那么强烈。拓扑控制等用于减小系统功耗的方案并非最重要的,但是从理论研究的角度出发,考虑最极端的条件,研究确立最理想的方案是最终目的。无线传感器网络中无线链路的带宽相对较低,移动节点的内存、能源等资源相对受限,单个节点能量过度消耗会导致网络拓扑结构的变化,而每个节点都趋向于支付最低的费用而获得整个网络的最大效益,这就存在基于路由问题的博弈。本文首先介绍了国内外对于无线传感器网络QOS的研究,以及无线传感器网络的概念、特点及其应用。然后结合无线传感器网络路由协议的特性,与传统网络路由协议相比较,阐述路由算法的度量标准、基于QOS的路由优化原则以及博弈路由策略。引入路由博弈算法,通过对边的模糊综合评判,进行博弈分析,最终确定网络提供商和用户在边上的效用是否能达到Nash均衡;并通过路由树建立算法,达到在建立的路由树上不仅满足了用户的QOS要求,而且网络提供商效用和用户效用达到或着接近Nash均衡下的Pareto最优。最后运用NS2仿真工具,模拟传感器节点以及设定相关参数进行仿真实验,通过理论与实验结果证明在网络状态难以准确描述的情况下,使用找到的路由树满足用户QOS要求,实现单节点能耗和网络整体效益最优,并从路由角度支持网络提供商和用户效用达到双赢。仿真结果表明,该机制是有效的。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 引言
  • 1.1 选题的背景和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 论文的主要研究内容与组织结构
  • 第2章 无线传感器网络概述
  • 2.1 无线传感器网络的概念
  • 2.2 无线传感器网络的特点
  • 2.3 无线传感器网络的应用
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 QOS 路由协议
  • 3.1 WSN 路由协议的特点
  • 3.2 WSN 路由协议的分类
  • 3.3 WSN 路由协议的设计目标
  • 3.4 基本路由算法
  • 3.4.1 路由算法的度量标准
  • 3.4.2 以数据为中心的路由协议
  • 3.4.3 集群结构的路由协议
  • 3.5 WSN 服务质量保证
  • 3.6 基于QOS 的路由
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 博弈论和路由博弈模型
  • 4.1 博弈论概述
  • 4.1.1 博弈的策略式
  • 4.1.2 纳什均衡
  • 4.2 博弈论与路由策略
  • 4.2.1 博弈论与路由策略
  • 4.2.2 无线传感器网络路由策略
  • 4.2.3 基于价格机制的路由博弈模型
  • 4.2.4 自发合作的路由博弈模型
  • 4.3 QOS 路由博弈算法
  • 4.3.1 问题描述
  • 4.3.2 边评判
  • 4.3.3 博弈分析
  • 4.3.4 组播树建立
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 仿真实验和分析
  • 5.1 仿真工具简介
  • 5.2 参数设置
  • 5.3 结果分析
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 总结与展望
  • 6.1 论文工作总结
  • 6.2 未来工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录
  • 相关论文文献

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