面向快速采集树应用的无线传感网络路由协议设计与实现

摘要

随着无线传感器技术深入发展，负责图像和声音等重负载处理的快速采集树场景日渐成为业界研究主流。该场景往往需要处理大量数据，在保证数据采集快速和数据传输高效的同时，也需要保证节点能量的优化利用。由于现有的WSN路由协议多采用类最短路径的算法，在此场景中转发节点能量消耗过快，容易死亡导致网络割裂。因此设计面向快速采集树场景的路由协议具有十分重要的研究意义。
　　基于随机网络理论，本文设计了一种面向快速采集树应用的路由协议---BPSP路由协议。根据ETX(expected transmission count)，发送队列长度以及节点剩余能量三种路由指标建立了一种复合虚拟势能域。基于此复合虚拟势能域，路由算法能够动态的调整路由路径中的转发节点，避免了单个转发节点能量消耗过快而死亡，从而均衡了整个网络的能量分布，延长了应用网络的寿命。除了核心算法之外，本文还设计了路由环路检测消除机制和虚拟发送队列机制，以进一步提升BPSP路由协议的可靠性。
　　本文TinyOS平台上进行测试，实验数据表明，在不同的数据负载下，与目前最新的权威无线传感网路由协议CTP路由协议对比，网络寿命的性能指标提升了8％，并且保持同等效率的数据包接收率和数据包延时。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 快速采集场景路由协议基础研究阶段

1．2．2 快速采集场景路由协议性能优化研究阶段

1．3 研究内容与设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文的主要内容与结构

第二章 快速采集树应用下现有路由协议概述

2．1 WSN路由协议的性能指标

2．2 CTP路由协议

2．3 BCP路由协议

2．4 ORW路由协议

2．5 快速采集树场景性能需求

2．6 本章小结

第三章 BPSP协议设计

3．1 BPSP协议概述

3．2 BPSP路由算法设计

3．2．1 ETX势能域

3．2．2 发送队列势能域

3．2．3 剩余能量势能域

3．2．4 BPSP路由协议路径选择复合域

3．3 BPSP协议其他机制

3．3．1 路由环路检测机制

3．3．2 虚拟队列机制

3．4 本章小结

第四章 BPSP协议的实现

4．1 开发平台简介

4．1．1 软件平台

4．1．2 硬件平台

4．2 BPSP协议架构和流程

4．2．1 BPSP协议架构模块

4．2．2 BPSP协议初始化

4．2．3 BPSP帧格式

4．3 BPSP协议算法模块

4．3．1 LinkEstimator模块

4．3．2 RoutingEngine模块

4．3．3 ForwardingEngine模块

4．4 数据收发流程分析

4．4．1 数据发送流程

4．4．2 数据包接收流程

4．5 本章小结

第五章 实验评估

5．1 Telosb节点实测实验

5．1．1 实验指标

5．1．2 实验设置

5．1．3 实验结果

5．2 Tossim仿真平台测试实验

5．2．1 实验目的

5．2．2 实验设置

5．2．3 实验结果

5．3 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文