面向多移动Sink的无线传感器网络数据分发协议的研究

论文摘要

随着传感器技术、无线通信技术和计算机技术的进步,无线传感器网络近年来得到了大力发展。无线传感器网络是由大量的具有通信和计算能力的低功耗微小传感器节点组成,通常以自组织的形式被部署在无人值守的监控区。在工业应用、军事侦查等环境中,无线传感器网络的汇聚节点通常具有移动性。移动性增强了汇聚节点的紧急反应能力,但同时也增加了数据收集的难度和无线传感器网络的能量开销。由于传感器节点自身携带的能量非常有限,补充能量又相对困难,因此,在保证数据收集成功率的前提下,降低传感器节点在数据收集过程中的能量消耗就成为无线传感器网络的一个重要课题。本文以工业环境为背景,对面向应急应用、使用移动汇聚节点的无线传感器网络的数据分发协议进行了研究,归纳了该方向相关的现有工作,并对一些重要的数据分发协议进行了分类和对比。在此基础上,本文提出了一种基于组播查询的数据分发协议——MQDD（Multicast-Query-based Data Dissemination）。MQDD充分利用了无线通信的广播优势,通过结合使用单播（Unicast）传输和组播（Multicast）传输的方式实现事件的通知和事件的查询:侦测到事件的传感器节点使用单播方式分发事件的状态数据;需要数据的移动汇聚节点使用组播方式查询事件信息。MQDD协议具有可扩展性强、可靠性高、能量消耗低和参与数据分发过程的传感器节点数量少等特点。本文对MQDD协议的性能进行了理论分析和基于NS2平台的仿真实验。理论分析和实验结果表明,MQDD协议是一种能够支持多源节点、多汇聚节点的低能耗、高可靠、低时延的数据分发协议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 课题研究的目的与意义
• 1.3 本文的主要贡献
• 1.4 各章节安排
• 第二章 无线传感器网络的概述及数据分发协议的研究背景
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 传感器节点的结构
• 2.1.2 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.3 无线传感器网络的特点
• 2.2 无线传感器网络的数据分发及其路由基础
• 2.2.1 数据分发过程的相关内容
• 2.2.2 数据分发过程的路由基础
• 2.3 无线传感器网络数据分发协议的研究现状
• 2.3.1 GHT 协议简介
• 2.3.2 TTDD 协议简介
• 2.3.3 LBDD 协议简介
• 2.3.4 其他数据分发协议
• 2.4 无线传感器网络数据分发协议的分析
• 2.4.1 数据分发协议的分类
• 2.4.2 数据分发协议的性能分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于组播查询的无线传感器网络的数据分发协议MQDD
• 3.1 无线传感器网络的能耗分析
• 3.2 MQDD 协议的设计动机
• 3.3 MQDD 协议描述
• 3.3.1 协议的设计目标与假设
• 3.3.2 状态数据分发
• 3.3.3 数据查询
• 3.3.4 数据传送
• 3.4 MQDD 协议中的若干问题
• 3.4.1 Sink 的移动管理
• 3.4.2 盲区问题对于DN 选取的影响
• 3.4.3 DN 选取的方向性问题
• 3.5 本章小结
• 第四章 MQDD 协议的性能分析和仿真实验
• 4.1 无线传感器网络模型
• 4.1.1 无线信道模型
• 4.1.2 无线传感器节点的能耗模型
• 4.2 MQDD 能耗的理论分析
• 4.2.1 网络假设
• 4.2.2 数据传输能耗分析
• 4.2.3 路径建立能耗分析
• 4.3 MQDD 协议的实验准备
• 4.3.1 仿真工具N52 简介
• 4.3.2 仿真的参数设置
• 4.4 MQDD 协议的实验结果
• 4.4.1 多Sink 情形下的仿真研究
• 4.4.2 多Source 情形下的仿真研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参与的项目
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书