无线传感器/执行器网络能耗均衡实时路由协议研究

摘要

无线传感器/执行器网络是近年来发展起来的一种新型、无基础设施、自组织的无线网络。它衍生于无线传感器网络，由众多的传感器和执行器组成，通过无线自组网方式，完成分布式感测任务和执行任务。在无线传感器/执行器网络中，网络的能量和实时性问题是影响网络性能的关键因素，决定了无线传感器/执行器网络的性能。　　本文研究了无线传感器/执行器网络的组成架构及相关技术，分析了无线传感器/执行器网络中能量和实时性对网络性能的影响，并提出了基于节点分区的能耗均衡路由协议(ERPNP)和基于节点间数据传输成功率的实时分簇路由协议(RCRPSR)。ERPNP协议在保证网络连通性的基础上，使传感器节点的发射功率尽可能的小同时下一跳节点距离执行器节点越来越近，即选择较多节点较小发射功率的传输路径，避免选择较少节点较大发射功率的传输路径，均衡节点能耗，提高网络寿命。RCRPSR协议通过节点一次成簇、节点二次成簇、执行器节点到sink节点路由选择，选择数据传输成功率较高的路径传输数据，降低传输失败的概率，减少数据传输时延，提高网络实时性。　　通过NS2仿真工具进行验证，相比传统协议，基于节点分区的能耗均衡路由协议(ERPNP)能够使网络生存时间延长3到4倍。而在网络中数据传输成功率下降时，相比传统协议，采用基于节点间数据传输成功率的实时分簇路由协议(RCRPSR)传输时延降低2到5倍。通过这些协议对网络能耗的均衡和实时性的提升，使无线传感器/执行器网络的总体性能进一步加强。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究意义

1．3 课题研究现状

1．4 课题来源以及论文各部分内容安排

1．4．1 课题来源

1．4．2 论文各部分内容安排

第二章 无线传感器／执行器网络

2．1 WSAN概念及发展

2．2 WSAN组成架构

2．2．1 典型WSAN架构

2．2．2 WSAN网络模型

2．3 WSAN与WSN的联系与区别

2．4 影响WSAN性能的关键因素

2．4．1 能量对WSAN性能的影响

2．4．2 实时性对WSAN性能的影响

2．5 本章小结

第三章 WSAN协议及其仿真工具

3．1 WSAN中的MAC层协议

3．2 WSAN中的路由协议

3．2．1 路由协议概述

3．2．2 WSAN中典型路由协议框架

3．2．3 WSAN中路由协议框架分类比较

3．3 WSAN中的节点覆盖控制

3．4 仿真软件

3．4．1 仿真软件介绍

3．4．2 使用NS2进行仿真的基本过程

3．5 本章小结

第四章 基于节点分区的能耗均衡路由协议

4．1 引言

4．2 节点发射功率

4．3 基于节点分区的能耗均衡路由协议(ERPNP)

4．3．1 协议步骤

4．3．2 簇内传感器节点分区

4．3．3 传感器节点到执行器节点路由选择

4．3．4 执行器节点到sink节点路由选择

4．3．5 簇内传感器节点数量与分区数

4．4 仿真实验分析

4．5 本章小结

第五章 基于节点间数据传输成功率的实时分簇路由协议

5．1 引言

5．2 基于节点间数据传输成功率的实时分簇路由协议(RCRPSR)

5．2．1 RCRPSR分簇路由协议拓扑结构

5．2．2 初始化及相关参数

5．2．3 节点一次成簇及簇头选择

5．2．4 节点二次成簇及传输路径选择

5．2．5 执行器节点到sink节点数据传输路径

5．3 仿真实验分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的科研工作