无线传感器网络节点操作系统和路由节能问题的研究

摘要

无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络，通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点，可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域)和一些临时场合(如发生自然灾害时，固定通信网络被破坏)等，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知，采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。它具有不需要固定网络支持，具有快速展开，抗毁性强等特点。 本文阐述了依托国家发改委“IPv6无线传感器网络节点”项目，自主设计和实现的基于CC2420的无线传感器网络节点操作系统TaraxOS。由于节点能量的有限性，因此基于能量的路由协议研究也是一大研究热点。针对分簇组网路由协议，分析了簇建立过程和稳定运行阶段的特点，找出了一些存在的问题，并给出了相应的解决方案，对于簇建立后稳定运行过程，提出了最优簇首轮换周期；对簇头相互转发数据时的能耗不均匀问题，运用NeLMUK-DP算法来寻找基于能耗均衡的最优路由，最后依据NS-2仿真实验验证了基于最优簇头轮换周期的OUR-LEACH协议和簇头之间的能耗均匀路由。最后对目前研究的成果进行了总结，并指出了研究工作中的一些缺点和不足之处，以及进一步改进与后续工作的方向。

目录

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第一章绪论

1.1 无线传感器网络的概念简介

1.2 无线传感器网络的兴起历史与特点

1.3 无线传感器的应用与前景

1.4 无线传感器网络的研究现状及进展

1.5 本文研究的主要内容与章节安排

第二章无线传感器网络研究热点概述

2.1 无线传感器网络节点操作系统概述

2.2 无线传感器网络路由协议

2.2.1无线传感器网络路由协议概述

2.2.2无线传感器网络路由协议分类

2.3 无线传感器网络的能耗研究

2.3.1节点能量消耗源

2.3.2节点各层的能量优化策略

2.3.3主要的节能策略举例

2.4 本章小结

第三章无线传感器网络节点操作系统TaraxOS

3.1 节点操作系统TaraxOS的设计

3.1.1 TaraxOS的任务调度

3.1.2 TaraxOS的内存管理

3.1.3 TaraxOS的中断管理

3.2 系统工作流程

3.2.1系统的运行流程

3.2.2节点自组织入网

3.2.3数据处理

3.3 系统运行性能和功耗分析

3.3.1节点数据处理

3.3.2节点功耗

3.4 本章小结

第四章分簇组网路由协议的改进研究

4.1 LEACH协议改进

4.1.1 LEACH协议算法描述

4.1.2 LEACH协议的探讨改进

4.2 能量均衡消耗路由的研究

4.2.1背景介绍

4.2.2问题描述

4.2.3网络模型概述

4.2.4理论研究分析

4.3 本章小结

第五章实验及结果分析

5.1 仿真最优簇首轮换周期

5.1.1仿真环境的建立

5.1.2结果分析

5.2 验证能量均衡消耗路由

5.2.1实验场景建立

5.2.2结果分析

5.3 本章小结

第六章总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果