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【党校论文】试探基于无线Mesh网络的多目标TDMA调度算法(论文题目)

星级: ★★★★ 期刊: 国家级期刊作者:左芸,王宇颖浏览量:3803 论文级别:推荐本章主题:节点和算法原创论文: 5156论文网更新时间:10-29审核稿件编辑:Stan本文版权归属:www.5156chinese.cn 分享次数:1873 评论次数: 1325

导读:基于无线Mesh网络的多目标TDMA调度算法是一篇关于节点和算法方面的论文内容提纲,适用于本专业专科生和本科生以及硕士研究生在撰写毕业论文时阅读参考借鉴,希望对学生们的论文写作启到帮助。

左芸 王宇颖

(上海华谊信息技术有限公司 上海200025)

摘要无线mesh网络的迅速发展使其得到了广泛的应用,此类网络的研究中,MAC层的资源优化问题备受关注.本文就无线mesh网络MAC层的时槽分配调度问题,提出了基于NSGA-II算法的CNSGA-II算法.理论分析和仿真结果表明该算法所得到的Pareto解集具有较好的相对覆盖率和整体前沿扩辰性能,能在能耗和时延两个目标参数之间达到较好的平衡状态.

关键词无线mesh网络,多目标优化,TDMA调度

中图分类号:TN92 文献标志码:A

doi:10。3969/j。issn。1674-7933。2016。06。11

0引言

无线mesh网络,也被称为无线网状网.它是一种新型的网络结构,提供多信道多链路的数据传输方式,采用低成本、高带宽和易架设的组网方式,提高了数据传输的可靠性以及网络系

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统整体带宽容量【1】.正是由于无线mesh网络的这些特点,引起研究者的广泛关注.在对于此类网络的研究中,尤其以媒体访问控制子层(MediumAccess Control,MAC)的研究为主.根据信道的共享和分配机制,MAC协议可分为:基于竞争机制的MAC协议,基于调度方式的MAC协议以及混合型MAC协议.

在基于调度机制的MAC协议中,每个节点发送、接收的时间是由调度算法计算后决定的,所以多个互不冲突的节点能同时地发送信号而不互相干扰.此类协议需要 控制室对所有节点集中控制.常用的基于调度机制的无冲突MAC协议为时分多址访问技术TDMA (Time DMsion Multiple Access).TDMA机制的工作原理是将网络运行时间划分成若干周期性的帧,每一个帧再细分成若干个时槽(slot),在满足定时和同步的条件下,将这些时槽分配给各个节点,保证任何时刻只有一个节点使用共享信道【2】.

对于无线传感器网络而言,TDMA方案的优点在于:可避免信道的冲突,以及冲突引起的丢包和能量损耗;节点处于非工作状态时即进入睡眠状态,可以减少能耗;通过调度可保证数据传输的实时性、确定性和可靠性.然而,在以数据采集和收集为任务的无线mesh网络中,TDMA时槽调度优化方案针对时槽数目、能耗和时延分别进行了优化,但是较少综合进行考虑.在工业应用中,能耗和时延这两个性能参数—直备受大家关注,在应用中往往既希望能量消耗最小,同时又希望端对端的时延最短.但是由于这两个参数之间存在相互制约的关系,本文根据实际需求将多目标优化也引入到TDMA调度方案中.

一般说来,现实世界中的优化问题大多是多目标优化问题(Multiple Optimization Problem,MOP).多目标智能算法的核心就是协调各目标函数之间的关系,找出使各目标函数能尽量达到比较大(或比较小)的最优解集.1989年Goldberg首先提出了基于Pareto最优解的概念计算个体适应度的方法,借助非劣解等级的和相应的选择算子使种群在优化过程中朝Pareto最优解的方向进化【3].这种思想已产生了多种基于Pareto最优解的多目标遗传算法,其中NSGA算法是最直接体现Goldberg思想的方法.印度科学家Deb于2000年在NSGA的基础上提出了NSGA-.在本文中,我们将利用改进型NSGA-II对基于无线mesh网络的TDMA调度问题进行求解.

1 TDMA调度问题描述

无线mesh网络中,终端节点采集数据,并定期通过网关向网络管理者发送包含采集数据的数据包.在本调度问题中,忽略网关与网络管理者之间的通信,所有的通信均在终端节点与网关之间完成.TDMA调度算法由网络管理者执行,最终将分配方案发送至每个终端节点.在本算法中,在一次调度周期内,假设

基于无线Mesh网络的多目标TDMA调度算法
节点和算法论文内容提纲

节点非移动.

1。1网络模型

一个无线mesh网络可简化表达

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为一个连通图G=(V,E),V表示网络中所有节点的集合,EcVxV表示网络中节点间链路的集合.在网络中,互在通信范围内的两节点可以互相通信,也就意味着这两个节点之间存在一条链路.由于网络中节点间通信的特殊性,节点间的传输可能会引起对彼此的干扰.无线mesh网络中节点的通信干扰关系定义如下:对于网络中的两节点f和『,d(I,J)定义为两节点之间的距离,也就是从节点到所需的最小跳数.若节点f和j互在通信范围之内,表明这两点可连接且互为邻居,那么两节点间距离d(/I,J)=1.在TDMA调度中,若d(/I,J)≤2,就意味着两节点间存在干扰,记为Cij =1;否则两节点互不干扰,记为CU =0,cr表两节点间的冲突关系.也就是说节点的一跳邻居相两跳邻居均与其本身在数据传输时存在相互干扰.

在无线mesh网络中,终端节点将采集到的数据通过多跳传输至网关,其中传输过程中的每一跳需占用一个时槽.TDMA时槽分配的基本原则是若两节点在传输时互不干扰,即C,j =0,那么这两个节点可在同一个时槽内进行数据包的发送,接收工作.

1。2调度目标

正如—直所强调的,在无线mesh网络中,TDMA诃度算法需要满足工业应用中的确定性和实时性传输的要求.同时还要考虑到网络的可靠性和生命周期的可扩展性.因此在TDMA调度算法旨在降低能耗和缩短端对端时延.

1)节点能耗.在工业无线mesh网络中,节点可处于以下几种不同的模式:发送、接

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收、空闲或休眠,每一种模式都对应着不同的功率.根据文献,全网节点的能耗表示如下:

对覆盖率上,不同网络规模下SC (CNSGA-II, NSGA-II)均大于SC( NSGA-II, CNSGA-II),说明CNSGA-II算法得到的解集能以较大的比例支配NSGA-II算法得到的解集.在整体前沿扩展性能上,不同网络规模下CNSGA-II稍优于原NSGA-II算法.针对这两个指标的比较结果可以看出,本研究就NSGA-II算法在拥挤距离的计算以及精英控制机制这点上做出的改进,取得了一定的效果,有效增加了Pareto解集的多样性,并使得解集向更优的方向发展.

综上,根据无线mesh网络中对于能耗和时延的均衡需求,本文提出了基于NSGA-II算法的多目标TDMA调度算法.仿真结果显示,该算法得出的Pareto解集在相对覆盖率和整体前沿性扩展性能上都优于NSGA-II算法.该优化算法可根据实际需求灵活设定优化目标,并且算法得出的Pareto解集能同时满足用户的多种需求.

[ 参考文献 ]

1、无线传感器网络定位技术的研究 文/吴艳红 概述了传感器网络节点定位的基本途径和定位模型,对无线传感器网络定位的几种算法做了介绍,以及对其性能做了相关比较。 关键词:无线传感器网络,节点定位技术,定位算法

2、无线传感器网络分布式定位算法研究与仿真【摘 要】论文深入分析并比较了在无线传感器网络领域中有代表性的三种分布式定位算法(Bounding box、Euclidean和Robust position),并在OMNET++平台上做了性能的仿真

3、ZigBee网络的路由算法分析 王惠清1,周 雷2,王静1 Wang Huiqing´,Zhou Lej2,Wang Jingl (1.泸州医学院现代教育技术中心泸州646000;2中南大学信息科学与工程

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