基于SimpliciTI的无线传感器网络拓扑控制算法的研究与实现

摘要

无线传感器网络的节点使用电池作为电源，有限的节点能量会导致网络生存时间受限，故通过多种手段优化无线传感器网络，使其尽可能的延长生存时间成为无线传感器网络的一个最重要的研究方向。本文研究工作隶属于国家自然科学基金项目“无线传感器网络中基于时间序列相关性的低能耗数据获取方法研究（60970112）”主要研究内容包括两大部分：1）基于备份节点的组网算法。基于备份节点的组网算法是在SimpliciTI协议栈的基础上进行二次开发实现的一种高可靠性，具有自愈特性的组网算法。主流的树形拓扑的中继节点一旦出现失效，就必然破坏网络的连通性，故在着手进行网络吞吐量、节点覆盖率等研究之前，提高网络可靠性更为重要。2）多路径分成组网优化。该算法是在通过备份节点组网算法建立多个上行连接的基础上，通过建立数学模型给出了各层节点平均网络负载和节点层数的关系，并证明在了一定约束下，单协调器节点的网络无法通过优化组网同时实现能耗均衡和网络生存时间的最大化。在此基础上针对非均衡的通信需求的应用，提出了一个多路径分层的组网算法，给出了一个优化单协调器节点的次优方案。本文算法在CC2530和SimpliciTI协议栈的基础上进行了二次开发，实验并验证了基于备份节点的组网算法的高可靠性和多路径分层网络优化所带来的数据采集可靠性提升，未上层应用提供可靠的网络服务。

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第1章 绪 论

1.1无线传感器网络的背景知识介绍

1.2开发平台软硬件的选择

1.3本论文的内容与结构

第2章 基于SimpliciTI组网的实现及改进

2.1 基本通信方式

2.2建立连接及组网

2.3 SimpliciTI建立连接方式的不足及对应改进

2.4 本章小结

第3章 备份节点组网策略

3.1备份节点策略基本流程

3.2 备份节点策略的节点状态和数据包类型

3.3网络拓扑在节点失效时的自愈方式

3.4 自愈过程中的非单身节点

3.5本章小结

第4章 分层多路径组网以及能量洞问题

4.1 K重路径与能耗的不均衡问题

4.2能量洞问题的解

4.3 新方案

4.4 本章小结

第五章 仿真与实现

5.1 仿真与实验平台

5.2备份节点策略组网实验

5.3 多路径分层组网仿真实验

5.4 本章小结

结束语

参考文献

致谢

个人简历及在学期间的研究成果和发表的学术论文

附录 多路径分层组网仿真数据记录