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无线传感器网络树状拓扑能量算法及实现

作者：王亮 Publish: 2007-10-25 Hits:-

【中文题名】

无线传感器网络树状拓扑能量算法及实现

【英文题名】

Research on Tree Routing Topology and Energy Schemes in Wireless Sensor Networks

【学科专业】

光学工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-10-25

【中关键词】

无线传感器网络,能效策略,路由协议,能量平衡,TinyOS,

【英关键词】

Wireless Sensor Network,Energy scheme,Routing protocol,Energy balance,TinyOS,

【分类导航】

工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化元件、部件>发送器（变换器）、传感器>传感器的应用

【论文摘要】

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是继因特网之后,对人们生产生活产生重大影响的IT热点技术。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。无线传感器网络是一种新兴而先进的网络系统,可以广泛用于国防、工业、环境、医疗等多个领域。无线传感器网络中的节点能量十分缺乏,硬件资源非常匮乏,通信与计算能力有限,传感器网络节点的电池更换通常很难完成。如何使用有限的能量来最大限度的延长网络的生存时间,是无线传感器网络目前需要解决的关键课题。高效节能的路由协议则是实现这个目标的有效手段之一。本论文得到了重庆市自然科学基金(No.2005BB2198)的资助,主要内容是围绕无线传感器路由协议,能量策略以及协议的实现来进行的。论文的主要工作如下: ①分析比较了现有无线传感器网络的路由协议;根据传感器网络具体的应用要求,总结了目前路由协议中路由度量的标准,分析了其各自不同的特点,指出了无线传感器网络路由协议采用能量度量的重要性和必要性。 ②从网络协议栈的角度出发,分析了无线传感器网络的节能策略...

【论文题纲】

摘要	3-5
ABSTRACT	5-10
1 绪论	10-20
1.1 研究背景和必要性	10-11
1.2 无线传感器网络概述	11-16
1.2.1 无线传感器网络结构	11-12
1.2.2 传感器网络特征	12-15
1.2.3 传感器网络协议栈	15-16
1.3 国内外研究现状	16-17
1.3.1 国外现状	16-17
1.3.2 国内现状	17
1.4 研究目的和研究内容	17-20
1.4.1 研究目的	17-18
1.4.2 研究内容	18-20
2 无线传感器网络路由协议及路由度量	20-32
2.1 传感器网络路由协议概述	20-21
2.2 现有无线传感器网络路由协议	21-28
2.2.1 洪泛路由(Flooding Routing)	21-22
2.2.2 基于协商的路由协议SPIN (Sensor Protocol for Information via Negotiation)	22-23
2.2.3 定向扩散（Directed Diffusion）路由	23-24
2.2.4 基于簇的路由LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarch)	24-25
2.2.5 TEEN(Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network protocol)路由	25-26
2.2.6 PEGASIS(Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems)路由	26
2.2.7 Speed 协议	26-27
2.2.8 路由协议分析	27-28
2.3 路由度量算法	28-31
2.3.1 跳数度量	28
2.3.2 最少传输次数度量	28-29
2.3.3 按照地理位置度量	29
2.3.4 能量度量	29-31
2.3.5 其它度量标准	31
2.4 小结	31-32
3 无线传感器网络能量策略分析	32-42
3.1 引言	32
3.2 无线传感器网络节能策略分析	32-34
3.3 数据融合	34
3.4 传感器网络能量平衡策略	34-40
3.4.1 能量空洞（Energy Hole Problem）	35
3.4.2 改变基站的位置和增加基站的数量	35-37
3.4.3 数据融合策略(Data aggregation)	37-38
3.4.4 采用网内分簇的策略	38-39
3.4.5 非均匀分布策略	39
3.4.6 功率控制和能量控制	39-40
3.5 小结	40-42
4 一种具有能量策略的分布式树型路由协议	42-68
4.1 设计思路	42-43
4.1.1 表驱动路由与按需路由	42-43
4.1.2 应用方式	43
4.2 路由度量算法	43-44
4.3 链路质量评估	44-48
4.3.1 传感器网络链路特性分析	45-46
4.3.2 链路质量评估分析	46
4.3.3 滑动平均链路评估器	46-48
4.4 能量策略描述	48-51
4.4.1 能量感知	48-49
4.4.2 应用无关数据融合	49-51
4.4.3 中继节点	51
4.5 邻居表管理	51-55
4.5.1 邻居表管理的难点	51-52
4.5.2 邻居表管理机制	52-53
4.5.3 实时邻居节点选择策略	53-55
4.6 节能型路由算法	55-58
4.6.1 路由建立	55-56
4.6.2 路由维护	56
4.6.3 路由算法框架	56-58
4.7 几个细节问题	58-59
4.7.1 计算到无穷	58
4.7.2 回路抑制	58
4.7.3 冗余数据包的剔除	58-59
4.7.4 不对称链路	59
4.8 数据链路层协议	59-61
4.9 仿真与性能评估	61-65
4.9.1 Tossim 仿真器	61
4.9.2 网络模型与评价标准	61-62
4.9.3 仿真实验结果	62-64
4.9.4 仿真结果分析	64-65
4.10 小结	65-68
5 路由协议在TINYOS 操作系统中的实现	68-88
5.1 引言	68
5.2 无线传感器网络硬件平台	68-69
5.3 TINYOS 嵌入式操作系统	69-74
5.3.1 传感器网络操作系统设计要素	69-70
5.3.2 TinyOS 组件结构	70-71
5.3.3 TinyOS 调度机制	71-72
5.3.4 主动消息模型	72-73
5.3.5 nesC 编程语言	73-74
5.4 MICAZ 节点环境监测的实现	74-86
5.4.1 路由协议在TinyOS 中的实现	74-77
5.4.2 TinyOS 消息格式	77-81
5.4.3 nesC 程序的编译	81-82
5.4.4 数据采集的实现	82-86
5.5 小节	86-88
6 总结与展望	88-90
6.1 总结	88-89
6.2 展望	89-90
致谢	90-92
参考文献	92-96
附录	96

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.386064



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