容迟移动传感器网络协议的研究

摘要

容迟移动传感器网络是一种特殊的无线通信网络，因其节点数量巨大、成本低廉，可以快速部署，且不依赖于任何固定设施，能够准确和全面地在多种场合下采集信息，从而改变人与自然的交互方式，被认为是21世纪最重要的技术之一。 因为几乎所有节点都由电池供电，通常无法补充能源，同时由于网络不能稳定地连接，使得节点需要携带大量的数据报文，而且所有节点的存储能力都比较有限，所以节能和数据报文的有效性是容迟移动传感器网络设计中最重要的目标。而且从降低网络成本、节约资源和环境保护的角度来看，节能和数据报文有效性问题也具有重大的意义。 本文在充分调研的基础上，从MAC(MediumAccessControl)协议和路由协议两方面，对容迟移动传感器网络的协议进行了研究。主要工作的内容包括以下两个方面： 1.提出了一种减少能量消耗的MAC协议ESMAC(Energy-savedMediumAccessProtocol)： 首先，我们在节点的MAC层的帧结构中加入表示节点内存剩余容量的模式判断位，接着通过邻近节点间的寻访报文，确定是发送节点还是接收节点，这样就避免了节点之间相互竞争的信道所带来的能量消耗。同时，通过寻访报文和应答报文，其它无关节点得知自己不用参与本次传输后，就自动切换进入休眠状态，这样使得节点减少了由于空闲侦听所带来的能量消耗。实际实验表明，与现有的MAC协议相比，ESMAC协议能够有效地避免冲突，降低能耗，从而延长网络的生命期。 2.提出了一种基于预测的路由协议BPR(Based-onPredictRoutingProtoc-ol)： 首先，根据传感器节点之间以往移动的规律性，建立起网络通信模型，接着，根据通信模型预测节点之间的相遇时间。当节点相遇时，它们互相交换概要向量，根据概要向量交换没有(或更新)的拓扑信息，以至每个节点都具有相同的拓扑状态。然后，我们假设两个节点之间建立的链路路由成本为无穷大，根据节点的历史值估计其他链路的路由成本，然后检查发送缓存的消息，决定是否将消息通过可用的连接转发出去，这样就保证了每一次路由决定都是根据最新的拓扑信息生成的。通过仿真实验表明，基于预测的路由协议具有较高的消息成功到达率和较小的端到端延时，同时路由开销也很小。

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英文文摘

论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1容迟移动传感器网络概述

1.1.1容迟移动传感器网络简介

1.1.2容迟移动传感器网络的主要应用前景

1.1.3容迟移动传感器网络节点的硬件结构

1.1.4容迟移动传感器网络的软件结构

1.1.5容迟移动传感器网络的特性

1.2论文的研究内容和贡献

1.2.1主要内容

1.2.2本文的组织

第2章容迟移动传感器网络传输机制及协议的研究背景

2.1容迟移动传感器网络的传输机制

2.2容迟移动传感器节点结构和能耗分析

2.3 MAC层协议的研究背景

2.4网络层协议的研究背景

2.4.1直接传递算法

2.4.2泛洪路由算法

2.4.3 RED(Replication-based efficient data delivery)协议

2.4.4 FAD(Fault Tolerent-based adaptive data delivery)协议

2.5本章小结

第3章 容迟移动传感器网络的节能MAC协议

3.1前言

3.2 MAC协议研究现状

3.3基于节点剩余存储的协议设计

3.3.1基于节点剩余存储的分级设置

3.3.2基于节点剩余存储的通信机制

3.4性能分析

3.5试验结果分析

3.5.1实验平台搭建

3.5.2发送节点能耗实验

3.5.3接收节点能耗实验

3.5.4竞争实验

3.5.5延迟实验

3.6本章小结

第4章容迟移动传感器网络路由协议

4.1前言

4.2路由协议研究现状

4.3基于预测的路由协议

4.3.1连接模型

4.3.2数学描述

4.3.3基于预测的路由协议(BPR)

4.3.4模拟仿真

4.4本章小结

第5章总结

5.1本文的研究内容和成果

5.2进一步的工作

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果