负载均衡的传感器网络能量有效路由研究

论文摘要

微电子技术﹑计算技术和无线通信技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展。路由协议的研究作为传感器网络的重要组成部分,已受到越来越多的重视。路由技术的进步将促进传感器网络的应用,对于传感器网络路由协议的研究具有非常重要的意义。当前对于路由协议的研究还处于一个理论探索阶段,需要对现有协议不断的改进完善,使其更加符合实际需要。本文对传感器网络能量有效的路由协议进行了研究,提出了基于距离成本的能量有效的路由协议,主要的工作和贡献包括以下两个方面:1.研究了目前已存在的路由协议在解决负载均衡问题的思路,设计了一种基于距离成本的能量有效的路由协议(Distance Cost Energy Efficient Routing Protocol,DCEP),传感器节点利用接受信号的强度计算出信号源到本节点间的距离,进而通过距离累加的方式计算出节点到sink节点的最小距离。每一个节点利用它获知的邻居节点信息选择合适的节点作为下一跳。DCEP协议使网络在不需要传感器节点位置信息的情况下,有效利用网络资源,将数据发送到信息汇集点,并能保证网络节点间的负载平衡。2.结合传统路由协议在节点发生故障时所采取的恢复路径策略,提出了一种适用于传感器网络路由协议的基于计时器的故障恢复算法(Timer Based Algorithm,TBA)。该算法在节点中设置计时器。如果在规定时间内未收到邻居节点发来的信息,则将增加计时器的值,利用这种方式来记录邻居节点信息更新延迟,并将其做为选择下一跳节点的信息参与路径选择,从而让处于忙状态或者损坏的节点有越来越低的概率被选为下一跳节点。最后,利用OPNET软件在不同网络规模的环境中对DCEP协议进行了仿真。仿真结果表明,与DD、GPSR协议相比,DCEP协议在负载平衡和延长网络寿命方面有显著的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 传感器网络的起源和发展
• 1.2 传感器网络体系结构
• 1.2.1 传感器网络模型
• 1.2.2 传感器网络节点结构和协议栈
• 1.3 传感器网络关键技术
• 1.4 传感器网络与 Ad Hoc 网络的区别
• 1.5 传感器网络的研究意义
• 1.6 论文内容及结构
• 第二章 传感器网络路由协议
• 2.1 路由协议设计分析
• 2.1.1 路由协议设计目标
• 2.1.2 路由协议设计挑战
• 2.1.3 路由协议的特点
• 2.1.4 路由协议设计分析
• 2.1.5 路由协议分类
• 2.2 经典路由协议
• 2.2.1 FLOODING
• 2.2.2 DD
• 2.2.3 LEACH
• 2.2.4 TTDD
• 2.2.5 GPSR
• 2.2.6 Random Walking
• 2.2.7 TEEN
• 2.2.8 小结
• 第三章 能量有效的路由协议设计分析
• 3.1 传感器网络中能量有效路由分析
• 3.1.1 节点能耗
• 3.1.2 路由协议能耗
• 3.2 全局属性与局部属性分析
• 3.3 负载均衡分析
• 3.3.1 负载均衡与最佳路径
• 3.3.2 实现负载均衡的方式——多路径传输
• 3.4 地理位置意识路由分析
• 第四章 基于距离成本的能量有效的路由协议
• 4.1 协议运行环境分析
• 4.1.1 前提条件
• 4.1.2 网络模型
• 4.1.3 相关定义
• 4.2 协议实现
• 4.2.1 兴趣广播
• 4.2.2 数据发送
• 4.2.3 DCEP 协议的优势
• 第五章 基于计时器的路由恢复技术与仿真
• 5.1 路径维护分析
• 5.2 故障节点监测
• 5.2.1 现有监测方式
• 5.2.2 计时器监测-TBA
• 5.3 路径维护
• 5.4 仿真与分析
• 5.4.1 仿真模型与仿真环境
• 5.4.2 仿真结果与分析
• 第六章 结束语
• 6.1 本文主要贡献
• 6.2 有待进一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果