层次无线传感器网络的多路径容错研究

论文摘要

无线传感器网络(WSN)将大量传感器节点随机布设到某一目标区域,以无线方式进行通信,自组织成网,协同感知目标对象的多维信息。可在国防科技、反恐抗灾、环境监测及医疗卫生领域得到广泛应用。由于传感器节点自身硬件条件的限制和外部环境的影响,导致其易受网络故障的影响。容错能力成为衡量网络性能的一个重要指标,对其网络容错性的研究很有现实意义。容错设计集中在硬件容错、容错覆盖与容错拓扑控制、容错路由、故障检测与隔离以及数据融合几方面。多路径容错作为路由容错的一种方式,目前在层次无线传感器网络中研究仍较少。论文工作主要包括以下几点：(1)针对LEACH协议中成簇和簇间通信间存在的一些问题,提出一种基于距离的改进算法。该协议优化了LEACH协议中随机按轮选取簇头的分簇算法,同时协议结合MTE算法的思想,实现簇间多跳通信,经实验证明得到的分簇更合理,通信能耗更小。(2)通过对现有无线传感器网络的容错技术的归纳与总结,提出一种适合层次传感器网络的多路径容错方法。为了提高数据传输的可靠性,在生成的分簇WSN中引入多路径方法。通过生成冗余路径,预先增加可选路径应对链路失效的情况,给出备用路径的选择策略,提高网络的容错能力。并在理论上分析其可行性。(3)在上述研究工作的基础上,在OPNET仿真平台上完成无线传感器网络多路径路由模型的构建。通过三层建模方式,完成对TDMR路由协议的仿真模拟。通过实验验证该协议能在优化无线传感器网络节点资源使用率的基础上有效改善网络容错能力,提高数据传输的可靠性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状与应用仿真
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 无线传感器网络的应用领域
• 1.2.3 性能评估软件
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 无线传感器网络的相关技术
• 2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.1.1 传感器节点的结构
• 2.1.2 无线传感器网络系统结构
• 2.1.3 无线传感器网络协议栈
• 2.2 无线传感器网络的关键技术
• 2.2.1 路由协议
• 2.2.2 MAC协议
• 2.2.3 定位技术
• 2.2.4 安全技术
• 2.3 无线传感器网络容错技术
• 2.3.1 无线传感器网络容错技术概述
• 2.3.2 无线传感器网络的多路径容错路由协议
• 2.4 本章小结
• 第三章 能量均衡的LEACH-MinD协议
• 3.1 分簇路由
• 3.2 LEACH协议
• 3.2.1 LEACH协议概述
• 3.2.2 LEACH协议的优劣性
• 3.3 改进的LEACH-MinD协议
• 3.3.1 LEACH-MinD协议的设计思想
• 3.3.2 簇头选举
• 3.3.3 簇间路由
• 3.4 仿真实验与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 层次WSN中具有容错能力的多路径路由
• 4.1 多路径路由协议
• 4.2 层次网络的多路径容错路由
• 4.2.1 层次WSN的多路径容错思想
• 4.2.2 层次型多路径路由协议
• 4.3 TDMR协议的设计
• 4.3.1 簇结构的生成
• 4.3.2 多路径路由的构建
• 4.4 TDMR协议的容错处理
• 4.4.1 路径可靠性分析
• 4.4.2 容错处理方式
• 4.5 本章小结
• 第五章 层次多路径路由在OPNET平台上的仿真
• 5.1 OPNET Modeler的建模机制
• 5.2 仿真模型的建立
• 5.2.1 传感器网络的节点模型
• 5.2.2 进程模型
• 5.2.3 网络模型
• 5.3 项目仿真模拟
• 5.3.1 性能评价标准
• 5.3.2 仿真结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文及参与的科研项目
• 致谢