传感器网络中容错路由算法研究

论文摘要

集数据采集、处理及通信于一体的无线集成传感器网络具有潜在的广泛应用领域,这使得其成为一个新的研究热点。但传感节点低廉的价格使得构造其的部件可靠性不高,而恶劣的工作环境也使得节点具有很高的失效概率。尤其是当考虑到路由等方面时,容错性成为一个不可避免的课题,本文着重于传感器网络中容错路由算法方面的研究。 本文对比较常见的路由算法进行了分类,对算法的容错性进行了分析,将这些路由算法按照其容错的性能分为4类,并根据一些相应的比较指标对各类路由算法的特点进行了定性分析,比较了各自的优缺点,为设计更有效的路由算法提供一定的依据。基于洪泛算法较低的复杂度和转发报文时的无目的性,本文提出了一种基于洪泛的多路径容错路由算法,算法将报文的转发限制在一个有限的区域内,在转发的过程中记录经过的节点序列,最后由目的节点选择最优的几条路径作为报文转发路径,分析表明:算法具有较低的复杂度和较好的性能。但洪泛的无目的性转发也使得对其性能进一步改进非常困难,为了克服这种缺点,本文提出了一种带有负载平衡性能的容错路由算法,算法首先使得每个节点都发送其位置信息给目的节点,目的节点得到所有的网络拓扑信息,进而利用启发式的算法构造多路径,并由目的节点选择合适的报文转发路径,具有平衡节点负载的性能,模拟实验表明算法具有较强的容错能力。基于Mesh概念,本文提出了一种子Mesh连通前提下的容错路由算法,算法根据节点的位置信息,分布式地构造一个覆盖整个网络的并且相互之间邻接的子Mesh结构,算法具有线性复杂度,而且路由寻找方便,模拟实验表明算法具有较好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 传感器网络定义及其结构
• 1.3 研究内容
• 1.4 本文所做的主要工作
• 第2章 容错路由算法分类研究
• 2.1 引言
• 2.2 失效模型
• 2.3 容错路由算法研究分类
• 2.3.1 基于平面洪泛的容错路由算法
• 2.3.2 基于梯度思想的容错路由算法
• 2.3.3 基于层次思想的容错路由算法
• 2.3.4 基于多路径的容错路由算法
• 2.4 容错路由算法性能比较研究
• 2.5 小结
• 第3章 基于受限洪泛的容错路由算法
• 3.1 引言
• 3.2 传统洪泛模型
• 3.3 有向受限洪泛模型
• 3.3.1 位置信息
• 3.3.2 基于受限洪泛的路由算法
• 3.4 性能分析
• 3.4.1 性能衡量指标
• 3.4.2 理论分析
• 3.4.3 模拟实验
• 3.5 小结
• 第4章 带有负载平衡的容错路由算法
• 4.1 引言
• 4.2 算法描述
• 4.2.1 兴趣散布阶段（DIS）
• 4.2.2 拓扑建立阶段（BTS）
• 4.2.3 多路径建立阶段（CMS）
• 4.2.4 路由维护阶段（MPS）
• 4.3 性能分析
• 4.4 小结
• 第5章 基于Mesh的容错路由算法
• 5.1 引言
• 5.2 背景知识
• 5.3 算法描述
• 5.3.1 信息散布阶段（IDS）
• 5.3.2 局部拓扑发现阶段（LTS）
• 5.3.3 Mesh建立阶段（MCS）
• 5.3.4 数据转发阶段（DFS）
• 5.4 性能分析
• 5.4.1 复杂度分析
• 5.4.2 模拟实验
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间完成的论文和项目参与情况
• 附录 B 攻读硕士学位期间参与的科研课题