基于网络编码的无线传感器网络能量有效多径路由协议

摘要

无线传感器网络是当前一个热门的研究领域，已被广泛应用到各种领域。在无线传感器网络中，传感器节点的主要任务是收集、保存数据，并通过多跳方式将数据传输到汇聚节点。然而传感器节点能量有限和无线链路的不可靠性给数据传输带来巨大的挑战。因此，高效、可靠的路由协议是无线传感器网络中关键技术之一。
　　本文设计了一个基于网络编码与蚁群算法的无线传感器网络多径路由协议(NCA_BMR)，提高了网络能量使用效率，均衡了网络能量负载，同时提高了数据传输过程可靠性。
　　首先，建立了不相交多径路由模型与相交多径路由模型，再将网络编码应用到这两种路由模型中，建立了基于网络编码的不相交多径路由和基于网络编码相交多径路由模型，通过对它们的仿真分析计算可以得到:网络编码的使用使数据传输成功率有较大幅度的提升，并且在信道误码率较高的网络环境中冗余度也得到了较好的控制。然后在上述基于网络编码多径路由模型基础上，引入蚁群算法，建立了基于网络编码与蚁群好的算法的多径路由协议，改进了传统的蚁群算法信息素更新方式，在多路径路由寻找时综合考虑到路径上的能量消耗、延迟、拥塞等情况，使得网络能量使用更加有效，负载更加均衡。此外还给出了节点的线性网络编码过程和汇聚节点的解码过程。
　　最后通过在NS2和Matlab仿真对NCA_BMR路由模型进行了仿真，验证了它的能量有效性和数据传输可靠性。

目录

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摘要

图表目录

1 绪论

1．1 无线传感网络概述

1．2 无线传感器网络特点

1．3 无线传感器网络的种类

1．4 无传感器网络路由协议

1．5 本文主要内容和结构安排

2 相关工作

2．1 多路径路由协议

2．2 网络编码

2．3 蚁群算法

2．4 本章小结

3 基于网络编码与蚁群算法的多径路由模型

3．1 系统模型与评价指标

3．1．1 网络模型

3．1．2 模型评价指标

3．2 传统多径路由模型分析

3．2．1 单路径网络模型

3．2．2 不相交多径路由模型

3．2．3 相交多径路由模型

3．3 基于网络编码的多径路由模型分析

3．3．1 基于网络编码的不相交多路径模型

3．3．2 基于网络编码的相交多路径模型

3．4 使用网络编码前后性能分析

3．5 网络编码多路径模型参数的影响

3．5．1 跳数的影响

3．5．2 簇中节点数的影响

3．5 本章小结

4 基于网络编码与蚁群算法多路径路由设计与实现

4．1 方法概述

4．2 系统能量模型

4．3 簇的建立与重构

4．3．1 簇首选举及簇生成

4．3．2 簇的重构

4．4 多路径的形成

4．4．1 路由发现

4．4．2 支路径优化

4．5 数据编码与数据发送

4．4．1 源节点编码

4．4．2 中间节点再编码

4．4．3 数据传输

4．4．4 汇聚节点解码

4．6 路由维护和链路故障处理

4．7 本章小结

5 仿真与性能分析

5．1 NS2简介

5．2 仿真流程

5．3 仿真环境和参数设置

5．4 性能分析

5．4．1 成功交付率

5．4．2 冗余度

5．4．3 网络生存时间

5．4．4 网络中节点存活数

5．5 本章小结

6 结论与展望

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和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况