基于协商机制的无线传感器网络路由算法研究

摘要

伴随着技术和文化的进步，人们访问信息的方式越来越便捷和多样化。为了满足人们对信息的不断需求，网络作为访问和传输信息的主要媒介在不断发展着。大量新的无线通信技术已经涌现出来。无线传感器网络作为下一代网络的研究重点已经得到人们的关注。无线传感器网络是大量具有感知、计算和无线通信能力的节点组成。在任何时间和任何地点感知物理世界，返回需要的数据是无线传感器网络的最大特色。
　　无线传感器网络中传感器节点的能量、存储和计算能力都十分的有限，网络拓扑变化较快，传统的无线路由协议不适合无线传感器网络。如何设计一个能耗低、适应动态的网络拓扑、提高网络的可靠性和稳定性的路由协议已经成为了目前研究热点。
　　Flooding协议是无线传感器网络中最为经典的路由协议。SPIN协议是为了克服Flooding协议在分组传输过程中资源使用的盲目、重叠、内爆问题而提出的，通过协商的方式来传输数据，相对Flooding协议SPIN协议的数据分发效率得到了提高。采用SPIN协议的无线传感器网络，当传感节点把采集到的数据发送给Sink节点时，由于没有方向性，大量数据被转发到Sink节点相反的方向，浪费了能量和延长了数据传输时延。本文针对SPIN协议存在的不足，对单Sink节点和多Sink节点分别进行了探讨，提出了相应的改进协议。首先引入最小跳数发现阶段来确定节点到达Sink节点的最小跳数。在协商阶段以转发节点的当前能量和最小跳数为参数，控制数据传播方向，选择一条到达Sink节点实时性能较优的路径。
　　最后，利用NS2进行仿真实验，在相同的仿真环境下，基于单Sink节点和基于多Sink节点的改进SPIN协议可以减少传输过程中数据包的数量，从而降低网络能耗，延长网络生命周期。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

表格清单

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 论文的主要研究工作

1.4 论文章节安排

第二章 无线传感器网络及其路由协议

2.1 无线传感器网络的概述

2.1.1 无线传感器网络的体系结构

2.2.2 无线传感器网络的特点

2.2.3 无线传感器网络的关键技术

2.2.4 无线传感器网络的应用

2.2 无线传感器网络路由协议概述

2.2.1 无线传感器网络路由协议的特点

2.2.2 无线传感器网络路由协议设计的要求

2.2.3 无线传感器网络路由协议的发展趋势

2.2.4 无线传感器网络路由协议的分类

2.3 几种典型路由协议的介绍

2.3.1 以数据为中心的平面路由

2.3.2 基于查询的路由

2.3.3 网络分层路由

2.4 路由协议之间的比较

2.5 本章小结

第三章 SPIN协议的分析与改进

3.1 SPIN协议概述

3.1.1 元数据

3.1.2 SPIN协议的消息

3.2 SPIN协议族

3.2.1 SPIN-1：三次握手协议

3.2.2 SPIN-2：低能量阈值SPIN-1协议

3.3 SPIN协议存在的缺陷

3.4 SPIN协议的改进

3.4.1 改进协议的提出

3.4.2 基于单Sink节点的SPIN路由协议的改进方法

3.4.3 基于多Sink节点的SPIN路由协议的改进方法

3.5 本章小结

第四章 实验仿真与性能分析

4.1 网络模拟软件NS2

4.2 性能指标

4.3 基于单Sink节点网络仿真

4.3.1 仿真模型假设以及参数设置

4.3.2 结果与分析

4.4 基于多Sink节点网络仿真

4.4.1 仿真模型假设以及参数设置

4.4.2 结果与分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 未来工作展望

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