基于MIMO技术的无线传感器网络路由算法设计与改进

摘要

21世纪以来,计算机、通信等领域科学技术得到了飞速的发展,而作为一种多学科高度交叉融合技术的无线传感器网络( Wireless Sensor Networks, WSN)技术也已经得到了前所未有的发展。但是由于传感器网络其自身的一些特点或者限制,目前已有的一些有关无线网络的研究成果并不完全适合于传感器网络。路由技术在通信网络中起着举足轻重的作用,鉴于传感器网络中节点的处理、存储能力以及能量等资源有限,路由协议的设计应力求简单,尽量减少节点需要维护的信息量,并且控制各种信息的传播范围,以及减少不必要的通信,以期合理地利用网络中节点的能量,并延长网络的寿命。最小跳路由协议基于节点的通信范围建立节点之间的通信路径,整个协议实现简单,并且对节点各方面的要求也比较小。此外多进多出( Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)技术由于其在系统的信道容量以及频谱利用率方面拥有着独特的优势,所以开始被逐渐地应用到无线网络中来。目前,许多优秀的基于MIMO技术的MAC协议已经提出,例如 MIMA( Mitigating Interference using Multiple Antennas)协议、PRP(Parallel RTS Processing)协议以及DACW(Dynamic Adjust CTS Waiting time protocol)协议,这些协议都很好地解决了无线网络中数据并行传输的问题,并且进一步提高了网络的吞吐量。本文将基于以上提出的要求和技术提出一种新的路由协议—MCOR(MIMO and Communication-region based On-demand Routing),该协议主要从以下几个方面做了适当的改进:
　　(1)针对最小跳路由中存在的节点转发路径单一,流量集中的问题以及RREQ发送策略中存在的不足做出了改进,提高了网络的整体性能。
　　(2)针对链路层使用的 MIMO技术做出路径选择的优化,以减少链路层协议协商过程中控制包的交换,优化网络中节点能量的使用,提高网络的性能。
　　论文最后在 QualNet仿真平台上对 MCOR协议进行了仿真实验,并与AODV(Ad-Hoc On-Demand Distance Vector)协议进行了性能方面的比较, MCOR协议在数据包平均传输时延方面较AODV协议有明显地降低,但是随着网络中布置的节点的密度逐渐增加,在数据包的交付方面,MCOR协议还是略显不足。此外论文还验证了基于MIMO技术所做的路径选择方面的优化,可以在一定程度上减少网络中控制信息的传递,优化节点能量的使用。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 主要研究内容及内容的组织安排

第2章 最小跳路由及按需距离矢量路由协议介绍

2.1 引言

2.2 拥有最小跳数的路由协议介绍

2.3 按需距离矢量路由协议介绍

2.4 本章小结

第3章 基于MIMO技术的MAC协议介绍

3.1 MIMO技术简介

3.2 MAC协议介绍

3.3 本章小结

第4章 基于MIMO技术的路由协议设计

4.1 基于最小跳路由协议的改进

4.2 基于MIMO技术的路由策略分析与改进

4.3 本章小结

第5章 仿真实验与性能分析

5.1 QualNet仿真环境介绍

5.2 MCOR与AODV仿真比较及性能分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

声明

致谢