无线传感器网络中基于被动监测的协议性能评估技术研究

摘要

目前无线传感器网络协议性能评估多采用基于网络协议仿真系统或者定制开发的网络模拟程序，而网络被动监测系统大多仅用于网络数据抓包和协议解析，协议性能分析功能较弱。本文所做的工作是实现对无线传感网络运行过程的被动协议监测和性能分析系统，更有效地利用被动监测工具采集的协议数据包信息，对协议性能进行深入分析，实现了实时的WSN协议性能评估方法，具有较好的实际应用价值。
　　本文对无线传感器网络的协议性能评估技术进行了研究和分析，分析了传统协议性能评估策略以及优缺点，设计了基于被动监测的协议性能评估解决方案，开发了无线传感器网络协议性能评估系统WSNPPA，对TinyOS中的汇聚树协议(CTP，Collection Tree Protocol)进行了协议监测和性能评估。本文主要研究工作包括以下内容：
　　(1)分析了基于TinyOS的汇聚树协议CTP，设计了基于TeloSB无线传感器模块的协议数据包监听和抓包程序。针对CTP协议特性，提出了CTP协议性能评估的主要性能指标--DCHDCT。
　　(2)分析研究了无线传感器网络中的被动监测技术，设计了针对协议数据采集的分布式多点监测策略，提高了CTP协议数据被动采集的完整性。根据监测记录深入分析数据包之间的关系，基于数理推断构建有限自动状态机实现CTP协议性能评估算法。提出了适用于轻载数据采集的微主动监测策略。
　　(3)开发了协议数据监测工具，实现了基于监测记录的协议性能评估系统WSNPPA，可以实时监测和分析协议性能，实现数据包解析和协议性能的可视化展示。利用WSNPPA系统对CTP网络进行了协议监测和性能分析评估，实验结果说明本文设计实现的基于被动监测的WSN协议性能评估方法有较好的监测性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.3 研究动机

1.4 研究内容和论文结构

第二章 相关技术研究

2.1 无线传感器网络数据监测技术

2.1.1 被动监测

2.1.2 主动监测

2.1.3 主被动结合监测

2.2 软硬件环境

2.2.1 软件平台 TinyOS

2.2.2硬件平台 TesloB

2.2.3 IEEE 802.15.4协议标准

2.2.4 CC2420协议栈

2.2.5 汇聚树协议分析

2.3 本章小结

第三章 CTP协议性能评估算法及实验设计

3.1 协议性能指标DCHDCT

3.1.1 参数定义

3.2 协议性能评估策略及算法设计

3.2.1 基于被动推断的协议性能评估算法

3.2.2 基于轻载数据的微主动监测方法

3.2.3 误差对比分析

3.3 CTP性能评估实验结果

3.3.1 可靠性分析

3.3.2 有效性分析

3.3.3 稳定性分析

3.4 本章小结

第四章 协议性能评估系统WSNPPA的设计与开发

4.1 网络部署

4.1.1 数据生成

4.1.2 数据采集

4.1.3 数据存储

4.2 系统设计

4.2.1 系统模块设计

4.2.2 协议解析器

4.3 数理推断在系统中的应用

4.4 性能指标计算模块

4.5 性能分析视图展示

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致 谢

参考文献

附 录