Ad Hoc网络路由协议在微震监测系统中的应用研究

摘要

微震监测系统能够利用系统节点采集的地震波数据，通过反演算法定位微震事件，因而有诸多的应用场景。但现有的微震监测系统都以有线方式进行数据传输，在矿区等环境中具体实施时，存在着成本高、布置难的缺点。针对这样的问题，Ad Hoc网络被引入到了微震监测系统中。但为了使整个基于Ad Hoc网络的微震监测系统高效、长时间地正常工作，还需要选择或设计合适的Ad Hoc网络路由协议应用到微震监测系统中。 针对微震监测系统带宽和能量均有限的情况，本文设计了一种基于位置信息和能量感知改进的AODV(Improved AODV，Im-AODV)路由协议来减少路由开销和延长网络寿命。首先，Im-AODV路由协议重新构造了 AODV路由协议的 RREQ和 RREP消息，使其能够在网络中扩散节点的位置信息和传递节点的剩余能量信息。然后，修改了中间节点处理 RREQ消息的流程：在无到达目的节点路由的中间节点收到有效的RREQ消息后，Im-AODV路由协议先按照AODV路由协议的流程处理RREQ消息，再利用 RREQ消息中的源节点和目的节点的位置信息来禁止请求域之外的节点转发该 RREQ消息，以达到减少路由开销的目的；然后根据节点剩余能量情况，为在请求域之内的节点转发 RREQ消息制定不同的转发策略：一、若节点剩余能量充足，那么直接转发RREQ消息；二、若节点剩余能量在中等水平，将根据RREQ所历节点的平均剩余能量与本节点剩余能量的比值大小，设定不同的延时，再转发RREQ消息。延时的设定会保证协议优先选择节点能量更加均衡的链路作为路由，从而避免过度使用部分节点，使节点能量消耗得到均衡。三、若节点剩余能量很低，只利用现有路由发送数据，而不再参与路由发现，RREQ消息将被直接丢弃。 论文在NS2中实现了Im-AODV路由协议，并和AODV路由协议进行了对比仿真。仿真结果表明，Im-AODV路由协议通过限制请求域外的节点和剩余能量过低的节点转发 RREQ消息，有效降低了协议的路由开销，并提高了高负荷网络中的分组投递率；同时，通过均衡各节点能量消耗达到了延长网络寿命的目的。论文最后采用C语言在Linux环境下实现了Im-AODV路由协议，并在微震监测系统上进行了实际的组网测试。测试结果表明，Im-AODV路由协议有效地延长了系统的生存时间。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 Ad Hoc网络的发展历史及现状

1.3 Ad Hoc网络路由协议的国内外研究现状

1.4 本课题研究的意义及主要内容

第二章 适用于微震监测系统的Im-AODV路由协议设计

2.1 相关路由协议分析

2.2 适用于微震监测系统的Im-AODV路由协议设计

2.3 本章小结

第三章 Im-AODV路由协议在NS2中的实现与仿真

3.1 NS2简介

3.2 Im-AODV路由协议在NS2中的实现

3.3 Im-AODV路由协议在NS2中的仿真

3.4 仿真结果分析

3.5 本章小结

第四章 Im-AODV路由协议在微震监测系统中的实现与测试

4.1基于Ad Hoc网络的微震监测系统方案设计

4.2基于Ad Hoc网络的微震监测系统的节点设计

4.3 Im-AODV路由协议在Linux平台上的实现

4.4 Im-AODV路由协议在微监测系统中的运行与测试

4.5 本章小结

第五章 工作总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果