无线传感器网络路由协议与应用软件的设计与实现

论文摘要

本文以国家发改委项目——IPv6无线传感器网络节点为基础,围绕无线传感器网络节点路由协议和应用软件的设计与实现展开。在深入研究了无线传感器网络结构、特点及应用的基础上,讨论了无线传感器网络路由协议设计的要求,研究了几种经典的无线传感器网络路由协议,探讨了基于TinyOS无线传感器节点应用程序的开发技术。设计、开发了Sink节点无线单元的软件,设计、实现了普通传感器节点上的应用程序和树状路由协议TREES。在Mica2dot节点上完成了Sink节点无线单元应用程序、串口通信模块、普通传感器节点应用程序和路由协议TREES的测试。在各层完成自测的基础上,在自主开发的物理平台上完成了Sink节点无线单元各层间的接口调试和系统联调,完成了普通传感器节点各层间的接口调试和系统联调,完成了Sink节点有线单元、Sink节点无线单元和普通传感器节点的系统联调,完成了IPv6 Web服务器、Sink节点有线单元、Sink节点无线单元和普通传感器节点的系统联调,并完成了整个系统的性能测试。针对测试中出现的问题,提出了解决方法,提高了整个系统的性能。针对节点可移动、多Sink节点、具有不对称、不可靠链路的无线传感器网络模型和所有普通传感器节点都具有周期性业务的应用背景,设计了一种简单树状路由协议MSUTR。仿真结果表明:MSUTR控制开销小,时延小,具有良好的分组递交率,对节点移动性的支持较好,其性能优于AODV。

论文目录

• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络的起源与发展
• 1.1.2 无线传感器网络结构
• 1.1.3 无线传感器网络的通信协议栈
• 1.1.4 无线传感器网络的特点
• 1.1.5 无线传感器网络的应用
• 1.2 无线传感器网络路由协议的研究
• 1.2.1 无线传感器网络路由协议设计的要求
• 1.2.2 无线传感器网络路由协议的分类
• 1.2.3 典型的无线传感器网络路由协议介绍
• 1.3 基于TinyOS的应用程序开发
• 1.3.1 TinyOS和nesC语言简介
• 1.3.2 应用程序设计
• 1.3.3 定制运行环境
• 1.3.4 仿真调试
• 1.4 课题的背景和主要工作
• 第二章 传感器节点应用软件的设计与开发
• 2.1 Sink节点无线单元软件的设计
• 2.1.1 Sink节点无线单元软件的总体结构
• 2.1.2 Sink节点无线单元的工作过程
• 2.1.3 应用模块的设计
• 2.1.4 串口通信模块的设计
• 2.1.5 无线通信模块的设计
• 2.1.6 物理层模块的设计
• 2.2 Sink节点无线单元软件的开发
• 2.2.1 基于TinyOS Sink节点无线单元软件的开发
• 2.2.2 Sink节点无线单元各模块间的接口关系
• 2.3 普通传感器节点应用模块的设计
• 2.3.1 普通传感器节点的协议栈结构及层间接口
• 2.3.2 普通传感器节点应用模块的总体结构
• 2.4 普通传感器节点应用模块的实现
• 2.4.1 状态报告模块的实现
• 2.4.2 查询采样模块的实现
• 2.4.3 休眠处理模块的实现
• 2.4.4 应用模块与其它模块间的接口关系
• 2.5 小结
• 第三章 路由协议TREES的设计与实现
• 3.1 TREES协议的设计
• 3.1.1 协议栈结构及层间接口
• 3.1.2 路由模块的总体结构
• 3.2 TREES协议的实现
• 3.2.1 基本的数据结构
• 3.2.2 路由的建立
• 3.2.3 路由的维护
• 3.2.4 节点的休眠调度
• 3.2.5 数据分组的转发
• 3.2.6 定时器的设置
• 3.2.7 路由层与其它各层间的接口
• 3.3 小结
• 第四章 路由协议与应用软件的调试与测试
• 4.1 各模块的自测
• 4.1.1 Sink节点无线单元应用程序的自测
• 4.1.2 串口通信模块的自测
• 4.1.3 普通传感器节点应用程序的自测
• 4.1.4 路由协议TREES的自测
• 4.2 系统联调
• 4.2.1 系统联调方案
• 4.2.2 层间接口调试
• 4.2.3 普通传感器节点各层间的系统联调
• 4.2.4 Sink节点无线单元各层间的系统联调
• 4.2.5 Sink节点有线单元、Sink节点无线单元和普通传感器节点的系统联调
• 4.2.6 IPv6 Web服务器、Sink节点和普通传感器节点的系统联调
• 4.3 系统性能测试
• 4.3.1 测试方案
• 4.3.2 小规模网络的性能测试
• 4.3.3 大规模网络的性能测试
• 4.4 小结
• 第五章 测试过程中出现的问题及其解决
• 5.1 路由协议覆盖性和系统的分组递交率性能的改善
• 5.1.1 查询命令的可靠传输问题
• 5.1.2 分组的转发问题
• 5.1.3 链路不对称、不可靠问题
• 5.1.4 性能比较
• 5.2 分组传输效率的提高
• 5.3 通信层次的简化
• 5.4 其它问题及其解决
• 5.4.1 MAC层序列号机制与路由层休眠调度的冲突问题
• 5.4.2 系统时间特性的改善
• 5.5 小结
• 第六章 MSUTR协议
• 6.1 MSUTR协议的基本思想
• 6.2 MSUTR协议的描述
• 6.2.1 链路检测算法
• 6.2.2 父亲选择算法
• 6.2.3 路由建立的触发原则
• 6.2.4 其它问题
• 6.3 仿真结果和性能分析
• 6.4 小结
• 结束语
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢