面向气象观测的传感器网络CTP路由协议的研究与改进

摘要

近几年，传感器技术和无线通信技术的高速发展推动了微型传感器的发展，传感器具备了无线通信、数据处理和信息采集等多种能力。待监测区域内的大量廉价节点，通过无线通信的方式形成自组织多跳网络，组成了无线传感器网络系统。近几年，已经在许多实际场景中得到了广泛的应用。由于无线传感器网络具有可以快速部署，不需要基础设施等优势，将无线传感器网络与气象观测相结合，可以弥补传统气象观测站的不足。
　　在面向气象观测的应用场景中，一个非常重要的研究方向是无线传感器网络中路由协议的研究，因为路由协议的合理设计可以避免整个无线传感器网络的低效率传输。基于此，本文所开展的主要研究内容如下:
　　首先，完成了ACTP(An Advanced Data Collection Protocol based on CTP)路由协议算法的设计，提出了基于CTP(Collection Tree Protocol)的能量均衡和数据投递率优化协议ACTP。通过在节点的链路选择策略中加入节点自身的剩余能量和出包率这两个因素，不在单一依靠ETX值，同时加入了概率选择机制，实现延长整个网络的生命周期并进一步提高数据的投递率。
　　其次，本文提出了节点采集的温度数据的异常检测算法，通过设计适合在性能十分有限的节点上运行的算法，来规避异常数据的大量传输，从而节省整个网络有限的能量。异常检测算法利用数据的空间相关性，根据邻居节点采集的温度数据，判断自身采集的数据是否合理。
　　实验结果证明，本文提出的ACTP路由协议延长了网络寿命，进一步提高了数据投递率。异常检测算法成功避免了异常数据的传输。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景

1．3 研究的目的与意义

1．4 国内外研究现状

1．5 研究的主要内容及论文结构

1．6 本章小结

第二章 无线传感器网络概述

2．1 传感器网络体系架构

2．2 面向气象观测的传感器网络关键技术

2．3 无线传感器网络路由协议分析

2．4 CTP路由协议

2．4．1 链路质量估计器

2．4．2 路由引擎

2．4．3 转发引擎

2．5 异常检测算法基本概念

2．6 本章小结

第三章 基于CTP的能量数据优化协议的设计与验证

3．1 引言

3．2 ACTP的主要工作

3．2．1 ACTP的基本概念

3．2．2 ACTP算法设计

3．2．3 ACTP算法整体流程

3．3 实验结果分析

3．4 ACTP待改进的地方

3．5 本章小结

第四章 异常节点检测算法的设计与验证

4．1 引言

4．2 基于CTP的异常节点检测算法

4．2．1 无线传感器网络异常数据情况分析

4．2．2 异常检测算法流程

4．3 实验结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 工作展望

参考文献

作者简介

致谢