基于QoS的无线传感器网络可信路由协议设计与实现

摘要

无线传感器网络是由部署于被检测区域中的大量微型传感器节点组成，以无线通信的方式组成了一种多跳的自组织网络系统。其目的是为了协作地感知、采集并处理网络覆盖区域内的被感知对象的相关信息，进而发送给观察者。传感器、感知对象和观察者三者共同组成了无线传感器网络中的三要素。由于无线传感器网络自身的特点，其在诸多民用和军事领域都有着巨大的应用价值，受到了广泛的关注。对于无线传感器网络安全性与服务质量(QoS)方面的研究也成为学术界的研究重点之一。
　　目前，许多路由协议在设计时很少考虑甚至没有考虑到路由的安全性和服务质量。因此，本文在研究了无线传感器网络体系结构与网络特点的基础上，对无线传感器网络的TEEN协议进行了深入研究，详细分析了其自身所具备优点与缺点，结合可信评估机制与QoS控制，设计出了加入可信及QoS机制的TEEN_TQ路由协议。TEEN_TQ路由协议与TEEN协议相比有了以下几方面提升:本文使用全新设计出的动态多行为信任管理模型来管理节点的信任值;在簇首选择时提升了剩余能量大且可信度高的节点当选簇首的概率;簇首节点与基站的通信以及簇内非簇首节点与簇首节点的通信也不再是简单的单跳通信;加入了计数器，使得系统可以定时向监控中心传回系统数据。
　　本文将加入可信及QoS机制的TEEN_TQ协议与TEEN协议进行了仿真对比实现，在网络环境中加入恶意节点，比较两种路由算法在丢包率、分组投递率、网络生存期、节点总能耗等参数上的变化。通过仿真结果我们可以看到出，TEEN_TQ协议与TEEN协议相比，加入可信机制后，网络丢包率有所下降，分组投递率有所提高;加入QoS机制后，网络的生命周期得到了延长，网络总能耗有所降低。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状与意义

1．2．1 国内外研究现状简介

1．2．2 研究目的和意义

1．3 研究内容及主要工作

1．4 论文组织结构安排

第2章 无线传感器网络路由协议

2．1 无线传感器网络体系结构简介

2．1．1 无线传感器网络节点

2．1．2 无线传感器网络拓扑结构

2．1．3 无线传感器网络路由协议特点

2．2 无线传感器路由协议分类

2．2．1 以数据为中心的路由协议

2．2．2 基于位置信息的路由协议

2．2．3 分层型路由协议

2．2．4 QoS路由协议

2．3 无线传感器网络路由协议综合比较

2．4 本章小结

第3章 无线传感器网络可信性及QoS研究

3．1 无线传感器网络可信性分析

3．1．1 网络中的信任和安全

3．1．2 无线传感器网络信任机制

3．1．3 信任模型简介

3．1．4 动态多行为信任模型设计

3．2 无线传感器网络QoS研究

3．2．1 QoS概述

3．2．2 QoS路由机制分析

3．2．3 QoS度量参数的选择

3．3 本章小结

第4章 可信QoS路由协议的设计

4．1 TEEN协议分析

4．2 TEEN_TQ路由协议的可信性设计

4．3 TEEN_TQ路由协议的QoS设计

4．3．1 簇首节点选举算法

4．3．2 簇首与基站间多跳路径建立

4．3．3 簇内多跳路径建立

4．3．4 节点周期性数据采集与监控

4．4 TEEN_TQ协议与TEEN协议的比较与分析

4．5 本章小结

第5章 仿真实现与结果分析

5．1 仿真平台简介

5．1．1 NS2功能模块

5．1．2 NS2仿真元素

5．1．3 NS2仿真过程

5．2 仿真参数设置与性能评价参数

5．2．1 仿真参数设置

5．2．2 性能评价参数介绍

5．3 实验结果与分析

5．3．1 丢包率比较

5．3．2 分组投递率比较

5．3．3 网络生存期比较

5．3．4 网络总能耗比较

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 进一步的工作

参考文献

致谢