体域无线传感器网络路由算法研究

摘要

因为体域无线传感器网络(Wireless Body Area Sensor Network,WBASN)在医疗场景的良好适用性，对WBASN的研究逐渐成为一大热点。作为无线传感器网络的支撑技术，路由协议在WBASN的实现和应用过程中起着至关重要的作用。在大量WBASN路由算法研究中，保证数据的可靠传输和延长系统的使用寿命两者是算法的核心。WBASN节点的能耗速度不同容易造成某一节点率先耗尽能量而死亡，通信信道的不确定性容易导致通信中断问题。为此，本文提出了一种基于中继节点选择函数的路由算法，并且设计了中断处理过程应对通信中断。本文的研究工作主要包括以下几个方面： （1）介绍了WBASN的系统结构，包括传感器节点的硬件结构和能耗计算；总结了WBASN相关的通信标准、信道模型和路由模型，这是本文设计路由方案和建立仿真模型的基础；介绍了几种WBASN路由算法，包括CLDO、EERP和JRP算法，总结了这三种算法的核心思想，分析了它们的优缺点，它们使用中继方式来进行数据传输，设计了各不相同的中继选择方式，但是没有设计有效的措施应对通信中断问题。 （2）分析了在WBASN中独特的节点通信中断问题，介绍了路由算法相关基础，提出了RSIP算法，算法的目标是延长系统寿命、确保可靠的数据传输并有效处理中断问题。RSIP算法建立了一个中继选择函数，选择剩余能量较高，具有更好通信质量的节点作为中继节点以平均每个节点的能耗，并尽可能地减轻连接中断问题。RSIP算法通过存储数据，延迟后再转发数据，超时则执行数据压缩手段以及寻找更可靠的中继节点来解决连接中断问题。 （3）建立仿真模型，验证RSIP算法的可行性，评估其性能。本文使用MATLAB仿真软件对RSIP算法进行仿真，并通过与CLDO、EERP和JRP算法进行对比，对RSIP算法的性能进行分析和评价。仿真结果表明：RSIP算法在网络的系统寿命和网络总吞吐率方面都优于CLDO、EERP和JRP算法。就网络生命周期而言，与CLDO、EERP和JRP算法相比，RSIP算法可以将网络寿命延长大约12.4％，20.8％和35.5％。RSIP算法有效减少了节点通信中断带来的损害。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 WBASN路由协议研究现状

1.2.1 QoS 感知路由协议

1.2.2热感知路由协议

1.2.3基于群集的路由协议

1.2.4基于姿态运动的路由协议

1.2.5跨层路由协议

1.3 WBASN与WSN异同

1.4 WBASN面临的挑战

1.5 课题研究意义

1.6 论文组织结构

第二章 WBASN设计基础

2.1系统结构

2.1.1 节点分布

2.1.2传感器节点硬件结构

2.1.3 传感器节点的能耗组成

2.1.4 几种典型的人体传感器

2.2通信模型

2.2.1 WBASN 相关通信标准

2.2.2 信道模型

2.2.3 通信信道的统计分布

2.2.4通信衰落

2.3 路由模型

2.3.1 星型路由

2.3.2 中继路由

2.3.3 网状网络

2.4 几种中继选择路由算法

2.4.1 跨层设计优化方案

2.4.2 节能路由协议

2.4.3 联合中继选择和功率控制方案

2.5 评价标准

2.6 本章小结

第三章 中继选择和中断处理（RSIP）方案

3.1 WBASN面临的问题

3.2 算法基础

3.2.1 基本假设

3.2.2 系统结构模型

3.2.3 能量模型

3.2.4 信道衰落模型

3.3.1 定义

3.3.2 中继的选择策略

3.3.3 算法流程

3.4 本章小结

第四章 MATLAB仿真与结果分析

4.1 模拟环境

4.2 参数讨论

4.2.1 α 和β 的值

4.2.2 T和TR的值

4.3 系统性能对比

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

在校期间的研究成果