基于距离能量感知的多路径路由协议研究

摘要

随着计算机网络、无线通信、嵌入式等技术的不断发展，无线传感器网络技术目前有了极大的进步。作为一种前沿的信息获取及处理技术，无线传感器网络研究引起了国内外研究者的重视，许多科研机构和高校都投入巨大人力和资源进行相关技术的研究。
　　与传统的Ad hoc网络不同，无线传感器网络具有诸多不一样的特性，需要根据自身特点采用合适的无线路由协议。由于网络节点信号传输范围有限，数据传输主要依靠节点间的中继转发进行，这种通信方式具有较强的灵活性，但路由中任何一条链路断裂都将引起路由不可用。为了实现高可靠性的无线传感器网络系统，必须提高链路的稳定性。
　　本文深入研究了无线传感器网络结构、路由协议等相关核心技术，结合多路径路由协议特点和节点距离预测机制，在传统的多路径路由协议AOMDV基础上提出距离能量预测的多路径路由协议DEP-AOMDV，主要开展了以下几个方面的工作：
　　(1)深入研究了无线传感器网络系统结构、网络路由协议、系统性能指标，重点在于多路径路由协议的研究，详细分析和讨论了路由协议发展前景、协议关键性能指标、多路径路由理论基础和多路径路由协议分类。
　　(2)重点研究了无线传感器网络节点间距离预测算法，详细介绍了距离感知预测算法对无线传感器网络协议性能的影响，并结合基于信号能量的节点间距离预测模型对多路径路由协议AOMDV进行改进提出DEP-AOMDV协议。
　　(3)针对AOMDV协议在路由建立过程中对路径中节点剩余能量的忽略，DEP-AOMDV协议改进了路由请求包RREQ结构，加入节点剩余能量参考机制，使得RREQ包传递过程中记录当前路径中节点最小剩余能量值，目的节点在收到RREQ包后可以根据阀值决定是否发送路由回复包RREP，建立该条路由。
　　(4)针对AOMDV协议未考虑节点间相对移动对链路稳定度的影响，DEP-AOMDV协议改进了路由错误包RERR结构，改变传统发现链路错误时广播错误信息的机制，将错误包目的地址由广播地址改为源节点地址。同时增添错误包RERR标示pre_value，区别为值为0的链路断裂错误包和值为1的链路将要断裂错误包。
　　(5)研究了错误包RERR发送机制，提出错误包预测域判断公式，综合考量节点剩余能量和节点间距离，均衡了距离和能量对系统发出错误包RERR的影响。
　　(6)在NS-2仿真环境下对DEP-AOMDV、AOMDV和AODV协议进行仿真实验，对结果进行评价和分析。实验证明，改进后的DEP-AOMDV协议在平均分组投递率、数据传输时延等方面均有明显提高，适用于无线传感器网络，基本达到了设计目标。
　　目前无线传感器网络多路径路由协议关注于网络编码和多路径路由算法的研究，缺少节点间距离能量预测机制。本文以多路径路由协议AOMDV为基础，提出的DEP-AOMDV协议结合了距离能量预测机制的优点，为今后无线传感器网络多路径路由协议的进一步研究提供了一点实用参考价值。

目录

文摘

英文文摘

详细摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究现状

1.3 课题主要研究工作

第二章 无线传感器网络综述

2.1 引言

2.2 什么是无线传感器网络

2.3 无线传感器网络系统组成

2.3.1 无线传感器网络结构概述

2.3.2 无线传感器网络的协议栈

2.3.3 与传统Ad hoc网络的不同

2.3.4 无线传感器网络的特点

2.4 无线传感器网络技术研究

2.4.1 无线传感器网络的关键技术

2.4.2 无线传感器网络的性能指标

2.4.3 无线传感器网络的应用前景

2.5 本章小结

第三章 无线传感器网络的路由协议研究

3.1 无线传感器网络路由协议特点与研究重点

3.2 无线传感器网络路由协议设计目标

3.3 无线传感器网络路由协议主要类型

3.3.1 无线传感器网络平面路由协议

3.3.2 无线传感器网络层次路由协议

3.4 本章小结

第四章 无线传感器网络多路径路由协议研究

4.1 多路径路由协议的发展前景

4.2 多路径路由协议研究背景

4.2.1 多路径路由协议理论基础研究

4.2.2 多路径路由组成

4.3 多路径路由协议主要研究工作

4.3.1 多路径路由协议概念

4.3.2 多路径路由协议主要类型

4.4 本章小结

第五章 基于AOMDV的距离能量感知的多路径路由协议研究

5.1 无线传感器网络距离感知研究意义

5.2 无线传感器网络节点距离预测算法研究

5.2.1 基于GPS精确预测模型

5.2.2 基于Euclidean算法的预测模型

5.2.3 基于信号能量预测模型

5.3 基于AOMDV的距离能量感知多路径路由协议

5.3.1 DEP-AOMDV协议实现的网络和通信模型

5.3.2 DEP-AOMDV协议报文改进设计

5.3.3 DEP-AOMDV协议RERR包预测域判断公式

5.3.4 DEP-AOMDV协议细节及代码描述

5.4 仿真环境及算法仿真分析

5.4.1 仿真工具介绍

5.4.2 仿真场景设置

5.4.3 仿真结果及分析

5.5 本章小结

第六章 总结及展望

致 谢

参考文献

附录