基于TinyOS的无线传感器网络分簇路由协议的设计与实现

论文摘要

在无线传感器网络日益广泛的应用中,如何在保证通信质量的前提下,降低节点的能量消耗,提高网络的工作寿命是一个非常重要的问题。路由协议是无线传感器网络的关键技术,对提高整个网络的能效性有重要意义。本文在分析了现有路由协议的基础上,设计并实现了一种新颖的分簇路由协议—TBC。论文首先论述了无线传感器网络的国内外研究现状背景、无线传感器网络的特点、应用领域和协议体系结构,并按网络拓扑结构的不同分别介绍了现有几种平面路由和分层路由协议以及它们各自的优缺点。然后本文详细介绍了TBC协议的设计细节。其核心思想包括通过灵活的查询策略控制组簇的范围,减少不必要的数据和控制信号的能量开销;采用均匀分布的簇头选举算法,减少簇之间的重叠,降低相邻簇中节点间通信发生碰撞的可能性;使用网关节点转发簇头的数据,可以在簇头和簇成员使用同一个能量级别通信的情况下,将数据路由回基站。接着我们对TBC协议做了性能上的仿真比较,仿真结果表明,在相同的查询条件下,TBC协议能够获得较好的能量节省和性能上的提升。最后,我们将TBC协议烧制到节点上,测试所设计协议组簇和路由的能力。实验结果显示,TBC协议能够合理的选择簇头和父节点,成功的完成组簇和采集查询区域数据的任务,显示了较好的扩展性和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的研究目的和意义
• 1.4 论文的内容安排
• 第2章 无线传感器网络协议概述
• 2.1 无线传感器网络简介
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络协议体系结构
• 2.3.1 通信平面协议
• 2.3.2 管理平面协议
• 2.4 无线传感器网络的路由技术特点
• 2.5 无线传感器网络路由协议的分类
• 2.5.1 MHRA
• 2.5.2 LEACH
• 2.5.3 HEED
• 2.6 本章小结
• 第3章 TBC协议设计与实现
• 3.1 无线传感器网络的应用类型
• 3.2 查询流程
• 3.3 TBC协议的设计
• 3.3.1 TBC协议节点参数
• 3.3.2 TBC协议描述
• 3.3.3 网络初始化
• 3.3.4 簇头选举
• 3.3.5 数据收集
• 3.4 TBC协议仿真与性能分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 TBC协议测试
• 4.1 无线传感器网络实验平台
• 4.1.1 硬件平台
• 4.1.2 软件平台
• 4.2 实验结果分析
• 4.2.1 网络初始化实验现象
• 4.2.2 组簇和多跳路由实验现象
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 进一步的工作和建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研成果