无线传感器网络管理与故障检测的设计与实现

论文摘要

无线传感器网络（Wireless sensor networks）是由大量资源受限的传感器节点组成,通过自组织方式形成的具有特定应用背景的网络。随着现代微电子技术、无线通信技术和网络技术的快速发展,无线传感器网络已经成为信息获取最重要和最基本的技术之一,在各个领域得到广泛应用。然而,由于自身运行环境的限制,传感器网络的应用面临移动性、干扰性以及故障易发性等考验。因此,一个良好的网络管理系统是保障无线传感器网络稳定、可靠、高效运行的重要条件。无线传感器网络的管理被很多相互关联的重要因素所影响,如网络流量、网络拓扑以及通信协议等,这些因素使得无线传感器网络的网络管理比传统网络更加复杂。论文首先深入研究和分析了现有的无线传感器网络管理架构及其典型应用系统,包括集中式、分布式和层次式。其次从网络管理的能量有效性、稳定性和可扩展性等因素进行考虑,提出适用于无线传感器网络的轻量级简单网络管理协议（Lightweight Wireless sensor networks Simple Network Management Protocol, LW-SNMP）,详细描述了其网络模型、报文格式、管理结构及管理信息库设计。然后在LW-SNMP基础上,设计并建立了轻量级层次式无线传感器网络管理系统（Lightweight Hierarchical Wireless sensor networks Management System, LHWMS）,包括服务器管理子系统、簇委托代理子系统和节点代理子系统。接着,给出该系统的具体设计方案、功能模块划分及关键机制实现方法。随后,在北京交通大学下一代互联网互联设备国家工程实验室自主研发的微型传感路由器MSR6680上成功实现了LHWMS,并在室内小型网络规模下进行性能测试和分析。实验结果表明,本论文所设计的LHWMS可以满足无线传感器网络的需要,并在稳定性、内存有效性、可扩展性、与传统网络的融合性等方面具有优势。最后,对论文所做工作进行总结,并对下一步工作提出改进意见。论文的工作得到国家发展改革委项目（No.CNGI-09-03-05）及国家863计划（No.2007AA01Z241）的支持。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 无线传感器网络及其管理技术概述
• 1.2.1 无线传感器网络国内外研究状况
• 1.2.2 无线传感器网络管理的主要内容
• 1.2.3 无线传感器网络管理的研究现状
• 1.3 选题意义与目的
• 1.4 论文主要工作及结构
• 2 无线传感器网络管理技术研究
• 2.1 集中式无线传感器网络管理
• 2.1.1 BOSS[10]
• 2.1.2 Sympathy[12]
• 2.2 分布式无线传感器网络管理
• 2.2.1 基于移动agent的数据管理
• 2.2.2 Agilla[16]
• 2.3 层次式无线传感器网络管理
• 2.3.1 RRP[23]
• 2.3.2 sNMP[21]
• 2.4 管理架构的比较和分析
• 2.5 本章小结
• 3 管理协议LW-SNMP的设计与说明
• 3.1 LW-SNMP参考模型
• 3.2 LW-SNMP网络管理实体
• 3.2.1 服务器管理站
• 3.2.2 簇委托代理站
• 3.2.3 节点代理站
• 3.3 LW-SNMP网络管理协议
• 3.3.1 LW-SNMP对象数据及操作类型
• 3.3.2 LW-SNMP报文格式
• 3.4 LW-SNMP管理信息结构与管理信息库
• 3.4.1 LW-SNMP管理信息库
• 3.4.2 LW-SNMP管理信息结构
• 3.5 LW-SNMP特点分析
• 3.6 本章小结
• 4 管理系统LHWMS的设计与实现
• 4.1 系统功能结构划分
• 4.1.1 簇委托代理子系统
• 4.1.2 节点代理子系统
• 4.1.3 服务器管理子系统
• 4.2 系统关键机制的设计与实现
• 4.2.1 簇委托代理的注册机制
• 4.2.2 簇外报文的解析和构造机制
• 4.2.3 MIB的存储、查找和映射机制
• 4.2.4 故障检测机制
• 4.3 本章小结
• 5 方案验证与性能分析
• 5.1 编译调试及测试环境
• 5.1.1 测试环境
• 5.1.2 编译调试环境
• 5.2 系统功能验证
• 5.2.1 簇委托代理注册及节点信息表的建立
• 5.2.2 服务器对节点信息的获取和配置
• 5.2.3 故障的检测与处理
• 5.3 性能测试与分析
• 5.3.1 性能分析
• 5.3.2 与同类系统比较
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集