电子围界无线传感器网络路由协议研究

论文摘要

无线传感器网络是由数目众多资源有限的传感器节点自组织构成的多跳无线网络。它具有十分广阔的应用前景。路由协议是无线传感器网络层的核心技术,负责管理与维护传感器节点与sink之间信息传递的路径,对传感器网络中信息的高效传递起着至关重要的作用。传感网路由协议要保证高连通性和较低的能量消耗,以延长网络的生存时间。论文首先介绍了无线传感器网络路由协议的特点,对现有的主流路由协议进行了总结、分类,并对典型路由协议进行了性能分析和比较。论文分析研究了TinyOS中自带的路出协议MintRoute,针对其节点能量和流量不均衡的缺陷,提出了一种能量优化路由协议MintRouteEO。仿真结果表示:在不影响路由性能的基础下MintRouteEO比MintRoute表现出了良好的节能性。针对“电子围界”监控系统的应用需求,论文设计实现了一种新的路由协议——GTCR。GTCR根据节点距sink的跳步数将网络划分成不同的层次,层内没有调度管理者,每个节点独立完成数据接收与转发。GTCR提供了轮发、最优路径两种机制应对节点失效带来的路由更新、路径变化等问题。节点轮发的方式能够在网络内均衡流量分布,延长网络生命周期,最优路径优先进一步提高了数据的回馈速度。实验表明,与MintRouteEO相比较,GTCR设计的路由建立和维护、轮发机制在节能及延长网络生命周期上有良好表现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 课题研究主要内容
• 1.3 论文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络系统
• 2.1 无线传感器网络的硬件体系结构
• 2.1.1 节点组成
• 2.1.2 网络体系结构
• 2.1.3 无线传感网络协议结构
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络的应用
• 2.3.1 军事领域
• 2.3.2 环境科学
• 2.3.3 医疗健康领域
• 2.3.4 生物学研究
• 2.3.5 建筑和城市管理
• 2.3.6 其它用途
• 2.4 小结
• 第三章 无线传感器网络路由协议分析
• 3.1 无线传感器网络路由协议特点
• 3.1.1 能量优先
• 3.1.2 基于局部拓扑信息
• 3.1.3 以数据为中心
• 3.1.4 应用相关
• 3.2 无线传感器网络路由协议分类
• 3.2.1 主动路由
• 3.2.2 被动路由
• 3.2.3 平面路由
• 3.2.4 分层路由
• 3.3 无线传感器网络典型路由协议分析
• 3.3.1 定向扩散路由（DD）
• 3.3.2 SPIN
• 3.3.3 LEACH
• 3.3.4 TEEN
• 3.3.5 PEGASIS
• 3.3.6 SPEED协议
• 3.3.7 GEAR
• 3.4 路由协议性能比较
• 3.5 小结
• 第四章 MintRoute协议的能量优化改进
• 4.1 电子围界监控系统
• 4.2 面向电子围界系统的路由分析
• 4.3 系统的工作流程
• 4.4 MintRoute协议分析
• 4.4.1 组件结构
• 4.4.2 路由策略
• 4.4.3 存在的缺陷
• 4.5 MintRoute算法的能量优化改进
• 4.5.1 选择性周期发送
• 4.5.2 等代价父节点轮选
• 4.6 MintRoute与MintRouteEO仿真对比
• 4.7 小结
• 第五章 基于位置的流量控制路由协议设计与实现
• 5.1 GTCR协议
• 5.1.1 MintRouteEO对GTCR的启示
• 5.1.2 GTCR路由协议设计
• 5.2 GTCR协议主要数据结构
• 5.2.1 报文结构
• 5.2.2 邻居表结构
• 5.2.3 数据组织结构
• 5.3 GTCR协议路由机制与工作流程
• 5.3.1 路由的建立和维护
• 5.3.2 GTCR的数据路由策略
• 5.4 GTCR协议的实现
• 5.4.1 实验平台
• 5.4.2 GTCR算法的实现
• 5.5 GTCR性能测试
• 5.5.1 路由的建立和维护测试
• 5.5.2 轮发机制验证
• 5.6 性能比较
• 5.6.1 路由收敛速度对比
• 5.6.2 拓扑变化响应速度对比
• 5.6.3 平均能耗对比
• 5.7 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果