无线线状mesh网络路由协议可靠性研究

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传统无线mesh网络大都假定网络节点在二维或三维空间随机分布,然而有大量应用具有特殊的网络拓扑结构:线状拓扑,如高压输电线路在线监控系统,路灯节能控制系统等。线状mesh网络的数据往往需要经过多跳才能传送到汇集节点。一旦中间节点失效,容易导致网络不再连通,因此数据的可靠高效传输是线状无线网络面临的关键问题之一。本文从功率调整和网络编码两个角度出发,提出基于功率调整的路由协议PAR和基于网络编码的路由协议NCR。两个协议较好地解决了无线线状mesh网络场景中数据可靠传输的问题。基于功率调整的路由协议PAR采用了跨层设计方法。邻居节点通过MAC层驱动获取与当前节点对应链路的链路质量,反馈给当前节点。当前节点通过邻居节点反馈的链路质量进行路由决策、路径恢复、功率调整。本文发现链路RSSI超过一定阈值后,该链路吞吐率趋于稳定(达到最大),不再随RSSI的增大而提高。所以PAR协议通过RSSI阈值选取邻居节点路由和功率调整。当邻居节点中没有节点满足RSSI阈值的时候,当前节点提高发送功率,提高了网络可靠性;当邻居节点中有多个节点满足RSSI阈值要求,当前节点降低发送功率,节约能耗。网络编码改变了传统的“存储-转发”模式,使用的是“存储-编码-转发”方式,能够提高网络容量,增强鲁棒性。NCR利用了随机线性网络编码,提高了编码的多样性,能够提升解码成功概率。本文使用发送冗余包的方法提高数据流性能可靠性,提高了网络流的投递率和吞吐率。由于本文针对的是节点固定的线状拓扑,NCR利用节点拓扑特点进行条件广播,很好地解决了广播风暴问题。本文在WiZiTJU实验床实现并验证了PAR协议和NCR协议。实验结果表明PAR协议能够对线状网络提供较好好的可靠性;NCR协议较广播树路由协议在吞吐率、丢包率等可靠性指标上有明显提升。
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