具有能量有效的多路径梯度路由研究

论文摘要

无线传感器网络是当今国内外上高度重视、有很多技术结合在一起的重点研究对象之一。无线传感器网络结合了无线通信技术、分布式信息处理技术、嵌入式计算技术、微电子技术和传感器技术,其目的是相互协作的实时监测、感知、采集以及处理网络所覆盖的区域之内的各种被监测或被感知的对象的信息,并且能够及时发送给收集这些数据的基站来为某项具体任务提供支持。无线传感器网络连接着传感器节点、基站和处理器,是一种新型的无线自组织网络。而无线传感器网络又不同于传统的无线自组织网络,传统无线自组织网络以传输数据为主要目的,而数据管理与处理才是无线传感器网络的核心技术。无线传感器网络具有传感器节点体积小、成本低、计算能力有限、数量大、易失效、具有自适应性;大多数处于静止状态;通信半径小,带宽很低;节点能量无法再生等一系列的特点。而无线传感器网络的特点和制约因素为无线传感器网络的研究提出了新的技术问题和研究方向,其中,对于路由协议的研究与设计引起了国内外研究学者的重视。本文首先介绍传感器网络的组成结构和特点,说明了设计无线传感器网络路由协议的必要性;然后着重分析了现有的几种典型的路由协议的核心路由机制及各自的优缺点。之后,设计和研究了多路径梯度路由协议,提出了以多路径为主要思想的以梯度形成为算法的适用于无线传感器网络的路由协议。该算法通过梯度的概念来建立路由信息,同时采用以多路径的方式传输数据,从而达到减少能量消耗以及减少发送任务的完成时间的目的。最后,利用仿真工具NS2软件,在20种拓扑下将多路径梯度路由协议与AODV、DSR协议进行了对比仿真模拟,从完成时间、能量消耗、分组投递率以及最大节点能量消耗等方面观察协议的效果。结果显示,多路径梯度路由从所关注的四个方面都有相当大的提高,实现了能量有效性以及时间有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国外的发展现状
• 1.3.1 军事应用
• 1.3.2 工业应用
• 1.3.3 学术研究
• 1.4 国内的发展现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 引言
• 2.2 无线传感器网络概述
• 2.2.1 无线传感器网络结构
• 2.2.2 传感器节点的结构
• 2.3 无线传感器网络的特点
• 2.4 无线传感器网络的协议栈结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 无线传感器网络的路由协议
• 3.1 引言
• 3.2 路由协议的分类
• 3.3 基于层次的路由协议
• 3.4 能量感知的路由协议
• 3.5 以数据为中心的路由协议
• 3.6 基于地理位置的路由协议
• 3.7 基于 QoS 的路由协议
• 3.8 本章小结
• 第4章 多路径梯度路由的设计
• 4.1 引言
• 4.2 定向扩散的梯度算法
• 4.3 多路径路由
• 4.4 多路径梯度路由的提出
• 4.5 多路径梯度协议的定义
• 4.5.1 分组头结构
• 4.5.2 序号生成
• 4.5.3 节点代价
• 4.5.4 路由发现
• 4.5.5 主动路由发现
• 4.5.6 被动路由发现
• 4.5.7 路由转发
• 4.5.8 路由失效
• 4.5.9 路由维护
• 4.6 多路径梯度路由的分析
• 4.6.1 减少洪泛的优化
• 4.6.2 路由负载平衡
• 4.6.3 可靠性
• 4.6.4 能量有效性和鲁棒性
• 4.6.5 多路径梯度路由的适用环境
• 4.7 本章小结
• 第5章 仿真结果与分析
• 5.1 引言
• 5.2 仿真工具介绍
• 5.3 仿真环境
• 5.4 仿真结果文件
• 5.5 性能指标
• 5.5.1 完成时间
• 5.5.2 能量消耗
• 5.5.3 分组投递率
• 5.5.4 最大的节点能量消耗
• 5.6 仿真结果的分析方法
• 5.7 路由协议评价结果
• 5.7.1 完成时间
• 5.7.2 能量消耗
• 5.7.3 分组投递率
• 5.7.4 最大节点能量消耗
• 5.7.5 梯度与完成时间的关系
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历