基于節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)

【摘要】： 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,傳感器節(jié)點的電源能量、計算處理能力、存儲能力和通信能力等十分有限,而且傳感器節(jié)點數(shù)目很大,每個傳感器節(jié)點只能獲取局部網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu),再加上傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)經(jīng)常由于節(jié)點的移動,節(jié)點的故障或失效,無線通信鏈路帶寬的時斷時通而動態(tài)的發(fā)生變化,導(dǎo)致傳統(tǒng)的無線adhoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議已經(jīng)不能直接用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。 在這篇報告中首先設(shè)計了一個基于節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)式路由協(xié)議(ESR)。它不僅有效的減少傳感器節(jié)點能量的消耗,降低路由計算的復(fù)雜度和存儲有限的路由消息,而且與低層MAC協(xié)議相互協(xié)作,獲取網(wǎng)絡(luò)中局部的拓撲結(jié)構(gòu)信息,能夠及時有效的修復(fù)殘破的連接,實現(xiàn)路由的優(yōu)化,并降低重建路由過程高額的能源消耗。然后在OMNeT++的仿真環(huán)境下實現(xiàn)了ESR路由協(xié)議,并與傳統(tǒng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議(DSR)進行了性能比較。接著嘗試在AmbientRT操作系統(tǒng)的環(huán)境下編程實現(xiàn)了ESR路由協(xié)議,使其與低層MAC協(xié)議(LMAC)緊密合作。最后把ESR程序移植入12個無線傳感器節(jié)點原型中,在現(xiàn)實的環(huán)境下對ESR的性能進行測試,并再次與傳統(tǒng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議(AODV)進行了性能比較,測試結(jié)果顯示ESR更好的減少了路由消息的開銷,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省? 論文的主要貢獻點在于: 1.設(shè)計了一個基于節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)式路由協(xié)議(ESR)。其中,一個快速有效的恢復(fù)機制,依靠低層MAC協(xié)議所提供的網(wǎng)絡(luò)局部拓撲結(jié)構(gòu)信息,能夠處理因節(jié)點的移動或故障而引起的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化;在路由重建過程,一個有效的廣播路由請求消息的方式縮小了尋找目的節(jié)點的范圍,避免了高額的能源消耗。 2.在仿真環(huán)境下和現(xiàn)實無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下分別實現(xiàn)了ESR路由協(xié)議,進行了與傳統(tǒng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的性能比較。結(jié)果證明,ESR算法明顯減少了路由消息的開銷,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省２⑶?隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)目和節(jié)點密度增加時,這些性能將更加的顯著。 【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議 媒體存取控制協(xié)議 拓撲結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述9-11
• 1.1.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)9-10
• 1.1.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點結(jié)構(gòu)10
• 1.1.3 與無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相比10-11
• 1.1.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用11
• 1.2 路由問題的提出11-12
• 1.3 研究目的12
• 1.4 研究方法12-13
• 1.5 本文研究的內(nèi)容及論文組織13-16
• 第2章 傳統(tǒng)的無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議16-21
• 2.1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中路由協(xié)議的分類16-17
• 2.1.1 先驗式路由協(xié)議16
• 2.1.2 反應(yīng)式路由協(xié)議16-17
• 2.1.3 混合式路由協(xié)議17
• 2.2 典型的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法17-19
• 2.2.1 目的序列距離矢量路由協(xié)議(DSDV)17
• 2.2.2 動態(tài)源路由路由協(xié)議(DSR)17-18
• 2.2.3 Ad Hoc按需距離矢量路由協(xié)議(AODV)18-19
• 2.2.4 臨時按序路由算法(TORA)19
• 2.3 性能比較19-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第3章 基于節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)式路由協(xié)議(ESR)21-31
• 3.1 ESR概述21-22
• 3.2 路由發(fā)現(xiàn)22-23
• 3.3 路由維護23-26
• 3.3.1 路由修復(fù)24-25
• 3.3.2 路由優(yōu)化25-26
• 3.4 路由重建26-28
• 3.5 仿真結(jié)果與分析28-29
• 3.5.1 仿真環(huán)境28
• 3.5.2 仿真結(jié)果與分析28-29
• 3.6 本章小結(jié)29-31
• 第4章 ESR實現(xiàn)環(huán)境31-37
• 4.1 AmbientRT操作系統(tǒng)31-32
• 4.2 LMAC算法32-35
• 4.2.1 LMAC產(chǎn)生動機32-33
• 4.2.2 LMAC概述33
• 4.2.3 LMAC時間槽33-34
• 4.2.4 LMAC操作過程34-35
• 4.2.5 LMAC的簡單路由功能35
• 4.3 傳感器節(jié)點原型35-36
• 4.4 其他相關(guān)軟件36
• 4.5 本章小結(jié)36-37
• 第5章 ESR的實現(xiàn)過程37-58
• 5.1 用DSF語言描述實時任務(wù)37-38
• 5.1.1 數(shù)據(jù)類型37
• 5.1.2 實時任務(wù)37-38
• 5.2 LMAC的實現(xiàn)38-44
• 5.2.1 總體設(shè)計39-43
• 5.2.2 重要改進43-44
• 5.3 ESR的實現(xiàn)44-55
• 5.3.1 總體設(shè)計44-46
• 5.3.2 實現(xiàn)路由搜尋46-48
• 5.3.3 實現(xiàn)路由應(yīng)答48-49
• 5.3.4 實現(xiàn)對故障節(jié)點的路由維護49-51
• 5.3.5 實現(xiàn)對移動節(jié)點的路由維護51-54
• 5.3.6 實現(xiàn)路由失敗54
• 5.3.7 實現(xiàn)路由重建54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-58
• 第6章 ESR實驗結(jié)果與分析58-72
• 6.1 性能評估指標和環(huán)境參量58
• 6.2 實驗準備58-60
• 6.3 實驗環(huán)境建立60-62
• 6.4 實驗結(jié)果與分析62-71
• 6.4.1 路由修復(fù)和路由重建的成功率63-65
• 6.4.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量65-67
• 6.4.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)延時67-69
• 6.4.4 路由消息的發(fā)送數(shù)量69-71
• 6.5 本章小結(jié)71-72
• 第7章 總結(jié)與展望72-73
• 7.1 總結(jié)72
• 7.2 進一步的工作72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-76
• 碩士期間發(fā)表論文76

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