基于节点移动性的传感器网络多路径路由算法的研究

摘要

随着通信技术、嵌入式技术、微型传感器技术、无线网络技术的迅速发展，无线传感器网络因其巨大的应用前景而受到了广泛的关注。通过部署在监测区域内的大量无线传感器网络节点之间的协作，无线传感器网络可采集、监控各种数据，在环境保护、民用、军事等领域都有广泛的应用。 在无线传感器网络中，汇聚节点将用户发出的查询请求转化为兴趣消息，传感器网络中的各个节点相互协作，通过特定的路由算法，将兴趣消息转发到其指定的目标区域。目标区域内的节点也通过路由算法，将监测数据发送到汇聚节点。 路由是无线传感器网络的关键技术之一。在节点移动的网络中，路由技术面临新问题。静态网络中的路由算法若直接运用到节点移动的网络中，存在维护代价高以及传输可靠性降低的问题。本文针对节点移动的无线传感器网络设计了新的路由算法，通过引入多路径机制，提高了节点移动环境下路由的可靠性。在兴趣消息目标区域内，采用了受限扩散方法，使区域内的每一个节点只需转发一次数据。 节点在移动的过程中，需要及时更新当前区域内的兴趣消息。本文设计了基于触发更新、延迟响应与响应抑制、增量更新的兴趣消息更新协议（TURIR），提高了兴趣消息更新的效率。 为验证多路径路由算法和TURIR的性能，实现了专为节点移动环境设计的仿真平台，并在该平台上对上述算法进行了仿真实验，测试了算法性能，分析了参数对算法性能的影响。同时设计并实现了MobiSens原型系统，验证了算法的可行性。在MobiSens原型系统中专门设计了节点移动引擎模块，为节点提供虚拟的移动能力，解决了实验室环境下节点无法自行移动的问题。

目录

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论文说明：图表目录

声明

第一章 引言

1.1 无线传感器网络介绍

1.1.1 无线传感器网络体系结构

1.1.2 无线传感器网络的应用

1.1.3 本文的研究背景及相关技术

1.2 无线传感器网络路由协议

1.2.1 无线传感器网络路由协议的特点

1.2.2 无线传感器网络路由协议的研究内容

1.3 移动无线传感器网络路由协议面临的新问题

1.4 研究目标及内容

1.5 本文的主要贡献

1.6 本文的组织安排

第二章 研究基础

2.1 静态无线传感器网络路由协议

2.1.1 平面型路由协议

2.1.2 分层型路由协议

2.2 移动无线传感器网络路由协议

2.2.1 现有移动无线传感器网络路由协议

2.2.2 节点移动性对能量消耗的影响

2.3 移动模型

2.4 小结

第三章 基于节点移动性的多路径路由算法

3.1 系统模型

3.2 邻居节点的发现和邻居表的更新

3.2.1 邻居通告的触发机制

3.2.2 HELLO消息与邻居关系的建立

3.2.3 邻居关系的解除

3.3 区域外多路径路由

3.3.1 候选下一跳节点的选择

3.3.2 最佳下一跳节点的选择

3.3.3 可靠路由

3.3.4 路由空洞的处理

3.3.5 监测数据回传

3.4 区域内受限扩散

3.5 仿真实验与分析

3.5.1 实验环境及参数

3.5.2 实验与分析

3.6 小结

第四章 移动环境下的兴趣消息更新协议TURIR

4.1 设计思想

4.2 触发更新

4.2.1 兴趣消息更新与定时更新方法的缺陷

4.2.2 触发更新

4.2.3 更新性能评价方法

4.3 延迟响应与响应抑制

4.3.1 延迟响应

4.3.2 响应抑制

4.3.3 迟响应与响应抑制对消息数量的影响

4.4 增量更新

4.4.1 增量更新的过程

4.4.2 增量更新对数据量的影响

4.5 仿真实验与分析

4.5.1 实验环境及参数

4.5.2 实验与分析

4.6 小结

第五章 MobiSens原型系统设计及实现

5.1 MobiSens原型系统介绍

5.1.1 GANIZ开发平台

5.1.2 Mobisens介绍

5.2 MobiSens的设计与实现

5.2.1 传感器节点

5.2.2 汇聚节点

5.2.3 网络监控平台

5.2.4 通信格式

5.3 MobiSens原型系统测试

5.3.1 测试环境介绍

5.3.2 节点初始配置

5.3.3 节点状态监控

5.3.4 路由算法及兴趣消息更新协议的验证

5.4 小结

第六章 论文总结及未来工作

6.1 论文总结

6.2 未来工作

致谢

参考文献

硕士阶段完成的工作