一种基于地理位置信息的WSAN路由设计（GPSA）

论文摘要

近年来,无线通信技术和电子技术的进步促使了无线传感器网[1]（WirelessSensor Network,WSN）的发展,使得无线传感器网络的实际应用变为可能。无线传感器网络可以应用在军事领域[2-5]、紧急服务、灾难恢复和环境科学等方面。无线传感器网络是Ad Hoc网络应用在传感器技术中的一种具有动态拓扑结构的自组织网络,它是由大量散布在某区域的微小传感器节点组成,这些节点的部署可以通过飞机撒播、人工布置或者火箭弹等方式完成。与蜂窝移动通信系统、蓝牙技术、无线局域网等无线通信网络相比,无线传感器网络和传统Ad Hoc网络都没有基站设备支持,所有节点分布式运行,能够向相邻节点发送和接收数据,具有发现和维护到其他节点路由的功能,是自创造、自组织和自管理的多跳网络。在此基础上lan F.Akyildiz等人提出了带执行器节点的无线传感器网络（Wireless Sensor and Actor Network,WSAN）的概念。在此之后,研究人员逐渐取得了一些研究成果[7-10]WSAN指的是由一组无线电中介链接在一起,进行分布式信息探测和任务执行的传感器节点和执行器节点所组成的网络。在这种网络中传感器主要用来感知物理世界中发生的事件,而执行器则基于所发生的事件做出决策,完成相应的任务。为了有效的进行探测和执行任务,传感器和执行器之间需要一种分布式的局部网络协调机制。另外,为了执行器能够有效地工作,传感器探测到的数据必须能够及时地传递给执行器。所以WSANs所面对的一个主要的问题就是如何缩短网络内信息传输的延时。本文主要内容包括了对WSN和WSAN的介绍,和一种应用于WSAN的基于地理位置信息的路由协议的设计和仿真。传统的应用于ad-hoc网络的路由协议[11,12]已经可以基本解决了传感器之间或者执行器之间的通信问题。本文所提出的协议主要侧重于解决:执行器通过传感器中继和执行器通信的问题,并且降低网络内的通信延时。由于WSAN的特殊性,执行器节点的能力和移动性远远高于传感器节点,所以在通信时本文所提出的协议会尽量使用执行器节点进行数据转发。由于本文所针对的WSAN相对于WSN网络的特殊性,直接在WSAN中套用WSN网络的路由协议[13,14]是不合适的。后者网络中除sink节点外所有传感器节点基本是一致的,设计的大部分精力都集中在如何延长网络的寿命而不是信息传递的及时性,并且其sink节点相对固定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 WSN与WSAN介绍
• 1.1 WSN介绍
• 1.1.1 WSN体系结构
• 1.1.2 无线传感器节点结构
• 1.1.3 WSN通信协议
• 1.1.4 传感器网络管理技术
• 1.2 WSAN介绍
• 1.2.1 WSAN体系结构
• 1.2.2 WSAN的实时性要求
• 1.2.3 移动性
• 1.2.4 Sensor-Actor协调
• 1.2.5 Actor-Actor协调
• 第二章 GPSA设计
• 2.1 运行场景假定
• 2.2 几种不同的节点间协调样式
• 2.2.1 Sensor-Sensor
• 2.2.2 Sensor-Actor
• 2.2.3 Actor-Actor
• 2.2.4 Actor-Sensor-Actor
• 2.3 路由的发现与维护
• 2.3.1 Hello消息
• 2.3.2 Sensor的邻居发现过程
• 2.3.3 Actor的邻居发现过程
• 2.4 通信过程
• 2.4.1 Sensor-Actor通信
• 2.4.2 Actor-Actor通信
• 第三章 仿真设计
• 3.1 仿真软件Omnet++介绍
• 3.1.1 什么是Omnet++?
• 3.1.2 Omnet++的运行原理简介
• 3.1.3 层次化模型
• 3.1.4 消息的发送
• 3.1.5 Message队列处理
• 3.1.6 INET Framework[42]
• 3.2 两种节点的架构设计
• 3.3 应用层设计
• 3.3.1 UDPAppBase类
• 3.3.2 udpActor类
• 3.3.3 udpSensor类
• 3.4 运输层
• 3.5 网络层
• 3.6 GPSA类
• 第四章 仿真结果和分析
• 4.1 参数
• 4.2 仿真结果与分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要贡献
• 5.2 未来工作
• 参考文献:
• 附录:源代码
• 硕士期间编写的论文和已申请的专利