无线传感器网络定向扩散技术研究与模拟

论文摘要

普适计算是适应计算机及相关技术发展的新型计算模式，它使人们能够随时随地地使用计算资源和信息服务。无线传感器网络是普适计算的重要研究领域。集成了传感器、微机电系统和网络三大技术而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。目前无线传感器网络已逐渐成为工业界和学术界的一个研究热点，在军事和民用领域具有非常广阔的应用前景。无线传感器网络是一种以数据为中心的网络，而网络数据传输离不开路由协议。在分析无线传感器网络路由协议特点的基础上，本文对泛洪、组播和定向扩散这三种方案进行了理论分析和比较。为了更加形象地说明定向扩散协议的路由建立过程，作者采用流程图的方式对传感器节点接收到兴趣后的处理流程和传感器节点接收到数据后的处理流程进行深入的理论分析。本文重点阐述了定向扩散协议的工作原理和传播机制，并在网络模拟器NS2中建立了模拟模型，从而对定向扩散协议进行了计算机模拟。本文采用平均消耗能量和平均时间延迟这两个性能参数作为性能评价的技术指标。通过采用对比的分析方法，本文在改变各个参数(这些参数包括网络节点数目、源节点数目、汇聚节点数目、网络规模)的情况下，分别对泛洪、组播和定向扩散协议进行一系列的模拟实验。实验数据结果说明了在能量消耗方面和时间延迟方面定向扩散协议要比泛洪和组播有优势，从而会增加整个网络的生存时间。在分析本文一系列模拟实验的基础上，作者提出了采用有效控制传输能量的改进方案来改进定向扩散路由算法的构想。结合有效控制传输能量的改进方案的原理和定向扩散协议路由机制的特点，作者对所提出构想的应用和将会出现的问题进行定性分析。在本文定向扩散协议模拟实现的基础上，作者给出了这个构想的模拟设计，这对将来的工作具有一定的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络路由协议研究
• 2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.1.1 传感器节点结构
• 2.1.2 无线传感器网络结构
• 2.1.3 无线传感器网络协议体系结构
• 2.2 无线传感器网络特点
• 2.3 无线传感器网络的关键技术
• 2.3.1 网络协议
• 2.3.2 数据融合
• 2.3.3 定位技术
• 2.3.4 网络安全
• 2.3.5 嵌入式操作系统
• 2.4 适合无线传感器网络的路由协议分析
• 2.4.1 路由协议特点
• 2.4.2 路由协议分类方法
• 2.4.3 路由协议分析
• 第三章 定向扩散协议的理论分析
• 3.1 定向扩散协议的基本概念
• 3.1.1 兴趣消息
• 3.1.2 数据消息
• 3.1.3 梯度
• 3.1.4 加强
• 3.1.5 数据命名机制
• 3.2 定向扩散协议的工作原理
• 3.3 定向扩散协议路由机制的特点
• 3.4 定向扩散协议的路由建立过程
• 3.4.1 兴趣传播
• 3.4.2 梯度建立
• 3.4.3 数据传播
• 3.4.4 路径建立和加强
• 3.5 泛洪、组播和定向扩散的理论分析与对比
• 3.5.1 泛洪
• 3.5.2 组播
• 3.5.3 定向扩散
• 3.5.4 对比
• 第四章 定向扩散协议的模拟实现
• 4.1 网络模拟器NS2介绍
• 4.1.1 原理和结构
• 4.1.2 NS2工作机制
• 4.2 定向扩散协议的模拟实现
• 4.2.1 创建节点
• 4.2.2 产生节点运动场景
• 4.2.3 设置数据源和接收节点
• 4.2.4 模拟数据文件
• 4.2.5 模拟过程可视化
• 4.2.6 模拟数据的计算方法
• 第五章 实验设计和结果分析
• 5.1 移动网络模型和参数设计
• 5.2 能量消耗方面的研究
• 5.3 时间延迟方面的研究
• 5.4 实验结论
• 第六章 定向扩散算法的改进工作
• 6.1 有效控制传输能量的改进方案
• 6.2 定向扩散算法相关应用问题的定性分析
• 6.3 模拟设计
• 6.3.1 消息处理
• 6.3.2 代表节点的选择规则
• 6.3.3 代表节点接收到数据后的处理
• 第七章 结论
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢