容延迟移动传感器网络中基于热点的路由协议研究

Delay Tolerant Mobile Sensor Networks (DTMSN) can perform data transmission services in no-connectivity / partially connectivity environment with node mobility，which expands the application scenarios of conventional WSN DTMSN distinguish itself from WSN by the following characteristics: nodal mobility, limited contact between node, unstable link status, intermittent connectivity, delay and fault tolerance for packet, and limited nodal buffer. These characteristics make routing in DTMSN becoming a very challenging problem. This research is planning to study the routing in DTMSN. Aiming to address the hot-nodes problem in existing routing schemes in DTMSN and guarantee to adapt the changing of node mobility pattern effectively, the popular areas that nodes visit frequently, named hotspots, are abstracted based on nodes trajectory and classified dynamically. A mobile-assisted carrier is introduced and assigned to each class to rely the data transmission between mobile sensor nodes and sink by visiting hotspots. Finally, an adaptive routing protocol for various node mobility pattern in DTMSN will proposed and evaluated by simulation program, testbed, and theory analysis.

容延迟移动传感器网络能够利用节点的移动性在不连通/部分连通的网络环境中完成数据的传输，能够支持很多传统无线传感器网络难以支持的应用场景。相较于传统无线传感器网络，容延迟移动传感器网络具有节点移动，节点间连接有限，通信链路不稳定，网络间歇性连通，数据分组传输容延迟性和节点缓冲有限性的特点。这些特点使得容延迟移动传感器网络中的路由变成了一个挑战性的问题。课题拟针对容延迟移动传感器网络中的路由问题展开研究，以克服现有路由协议带来的热节点问题和保证自动对节点移动模式的变化做出及时有效地响应为目标，根据网络中节点移动的规律提出热点提取算法，进而对选取出的热点进行实时分类，引入中继节点按特定的轨迹周期性地访问网络中的热点，实现移动传感器节点和汇聚节点间的中继，最终，完成一套适用于容延迟移动传感器网络，自动适应不同节点移动模式的路由协议及其实现算法，并通过仿真试验和理论分析评价所提出的路由协议

课题针对容延迟移动传感器网络中的路由问题展开研究，为了克服传统路由协议热节点问题和保证自动对节点移动模式的变化做出及时有效地响应，引入移动可控的中继节点来实现移动传感器节点与汇聚节点数据传输的中继。本课题首先通过对真实移动轨迹数据集进行整理分析，通过实验验证了热点的存在。研究了热点提取算法，首先利用一个贪婪算法根据采集到的移动传感器节点的位置信息生成候选热点的集合，然后通过对带权重的集合覆盖问题的经典算法进行修改，在该集合中选出合适的热点。通过对移动传感器节点的位置信息设置生存期保证了我们热点选取算法对移动节点移动模式变化的适应性，同时引入一个简单修复机制来提高部分传感器节点被热点覆盖的概率。然后，我们设计了一个启发式算法来解决热点分类问题。利用热点覆盖的传感器节点产生数据的总和，移动中继节点在热点的等待时间，和当前分类中加入热点后路径的长度等三个指标集成作为分类指标来完成热点的分类。对于中继节点的移动控制，我们发现移动节点到达热点是一个泊松过程，由此确定了移动中继节点在热点处的等待时间，然后将移动路径规划作为一个旅行商问题，利用旅行商问题的经典算法来优化中继节点的移动轨迹。集成上述研究成果最终提出了我们的路由协议。为了更好地分析提出协议的性能，我们建立了一个模型对网络中数据分组的投递延迟进行了分析。仿真结果表明我们提出路由协议较已有的容延迟移动传感器网络的路由协议表现出了更好的性能。我们对容延迟移动传感器网络技术在城市环境中的应用进行了探索，针对城市环境中网络的特点设计并提出了两种路由协议。此外我们将我们的研究成果应用到无线传感器网络的sweep coverage问题和行人定位等领域，取得了一定的研究成果