无线传感器网络中基于能量感知的选播路由算法设计

论文摘要

无线传感器网络是目前计算机网络的一个新研究领域,具有广阔的应用前景。通常,无线传感器网络是由许多传感器节点构成的,节点与节点之间通过无线信号互相通信传递信息。传感器节点的发送信号传播范围有限,因此需要通过多个传感器节点,以多跳转发的方式将数据传送到目的节点。因为无线传感器网络有能量约束、冗余高的低数据率数据和多对一的数据流等特点,同时,由于传感器网络的应用需要,设计网络的时候需要充分保证网络的生存期。因此,能量消耗的优化与延长网络生存期成为无线传感器网络算法和协议的中心问题。本文首先对无线传感器网络的概念、特点、性能指标的相关理论等问题进行了介绍,然后对无线传感器网络广播、组播路由算法的研究成果及其所面临的问题进行了探讨。基于选播算法的优点,本文将其应用于无线传感器网络的路由算法研究。本研究利用无线传感器中的选播机制,解决多汇聚节点时候的路由问题,并通过仿真实验将新算法同以往算法进行了性能比较。实验结果表明,对于基于选播的路由算法,在解决多汇聚节点传感器网络中的路由问题时,较以往的算法更加节约能量,极大地延长了网络的生命周期。文章还提出了一种轻量级的基于选播MAC机制。它利用选播机制针对无线传感器网络MAC层避退机制的问题,选择最近的节点进行发送,同时采用一种根据汇聚节点的编号方式,节约节点存储开销与路由开销。实验证明,该MAC机制比单播MAC机制有明显的优势。最后,总结了本文的研究结果,并给出了下一步的研究计划。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线传感器网络的概念和应用
• 1.3 研究现状
• 1.4 无线传感器网络的特点
• 1.5 无线传感器网络的能耗模型
• 1.5.1 无线传感器网络网络层协议的能源消耗影响因素
• 1.5.2 节能协议设计的关键原则
• 1.6 本章小结
• 第2章 无线传感器网络中的路由算法
• 2.1 面向广播的路由算法
• 2.1.1 扩散法及其改进算法
• 2.1.2 基于生成树的广播算法
• 2.1.3 基于线性链的广播算法
• 2.2 面向组播的路由算法
• 2.2.1 组播路由协议分类
• 2.2.2 经典组播算法介绍
• 2.3 本章小结
• 第3章 无线传感器网络仿真研究
• 3.1 无线传感器仿真
• 3.2 传感网络仿真工具的比较
• 3.2.1 OMNET++仿真器
• 3.2.2 Network Simulator（NS2）仿真器
• 3.2.3 OPNET 仿真器
• 3.2.4 主要仿真软件比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于能量感知的选播路由算法设计
• 4.1 引言
• 4.2 选播的服务模型
• 4.2.1 选播服务的基本模型
• 4.2.2 相关定理
• 4.2.3 选播路由算法的描述
• 4.3 算法的复杂度分析
• 4.4 模拟与仿真
• 4.4.1 仿真参数设置
• 4.4.2 模拟结果
• 4.5 本章小结
• 第5 章 轻量级的基于选播机制的 MAC 层实现
• 5.1 引言
• 5.2 相关背景
• 5.3 基于选播的MAC 机制
• 5.4 仿真实验
• 5.5 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录