基于跨層機(jī)制之無線傳儀網(wǎng)路由協(xié)議概述

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1、基于跨層機(jī)制之無線傳儀網(wǎng)路由協(xié)議概述第一章緒論1.1課題背景無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分兩種，一種所有節(jié)點(diǎn)都是靜止的，另一種中部分節(jié)點(diǎn)是移動(dòng)的。在帶有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的obileMan模型，使得各個(gè)子層之間交換數(shù)據(jù)變得簡(jiǎn)單易用，文獻(xiàn)[6]采用了就QoS的調(diào)度和功率自適應(yīng)機(jī)制，通過MAC層控制物理層節(jié)點(diǎn)的能耗，提出了一種聯(lián)合物理層、MAC層和應(yīng)用層的設(shè)計(jì)。第二章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述2.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通過自組織方式形成網(wǎng)絡(luò)，并在后期通過多跳的方式把數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶的網(wǎng)絡(luò)。體系結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含普通傳

2、感節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)等。還可能會(huì)涉及到衛(wèi)星或inter網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)的部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，普通節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的參數(shù)，并合理的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過多跳方式將信息傳送到sink節(jié)點(diǎn)。傳感節(jié)點(diǎn)由于電池通常都不能更換，傳感節(jié)點(diǎn)能量一般都受限，因此節(jié)點(diǎn)的生命周期都有限，并且節(jié)點(diǎn)還要與其它節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作，共同完成對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的覆蓋和數(shù)據(jù)融合與傳送[4]。sink節(jié)點(diǎn)與普通的傳感器節(jié)點(diǎn)不同，sink節(jié)點(diǎn)的計(jì)算通信存儲(chǔ)能力不受限制。sink節(jié)點(diǎn)的任務(wù)分為以下幾類：sink節(jié)點(diǎn)向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中和所有的節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令以及控制參數(shù)

3、，同時(shí)sink節(jié)點(diǎn)還負(fù)責(zé)與inter或衛(wèi)星之間的信息交換。傳感單元包含傳感器和數(shù)模轉(zhuǎn)換兩個(gè)模塊，它的主要職責(zé)是控制傳感器節(jié)點(diǎn)。對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此外還負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的初始化配置。處理單元的主要職責(zé)是對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，其中包含重要的模塊數(shù)據(jù)聚合，即對(duì)冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，減小數(shù)據(jù)量的大小，為后期節(jié)省能量做出重要貢獻(xiàn)。無線通信模塊不僅僅要完成節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的控制信息傳遞，還要完成數(shù)據(jù)的傳遞。它負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送以及數(shù)據(jù)的接收。能量供給單元主要職責(zé)是給節(jié)點(diǎn)供給能量。節(jié)點(diǎn)在正常工作的狀態(tài)都需要使用電

4、能。2.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國(guó)際上已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，其涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層起到了舉足輕重的重要地位。從它們的主要功能來看，數(shù)據(jù)鏈路層需要根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)的工作模式控制鏈路層的通信過程，網(wǎng)絡(luò)層決定著發(fā)送端到接收端的路徑，尤其是決定著下一跳節(jié)點(diǎn)的選擇。所以，鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS的參數(shù)要求影響很大。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大多都是針對(duì)特定應(yīng)用的，因此對(duì)于協(xié)議的設(shè)計(jì)需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境和要求進(jìn)行。時(shí)間同步技術(shù)保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)間的一致性。分布式

5、網(wǎng)絡(luò)要求各節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作完成指定工作，而時(shí)間同步是完成這些工作的前提條件。無線傳感器作為一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，也需要做到時(shí)間同步。目前已有多種時(shí)間同步機(jī)制，如RBS、TINY/MINI-SYNC和TPSN等。依靠節(jié)點(diǎn)自身的位置信息，可以方便多層協(xié)議的優(yōu)化。但是定位需要消耗傳感器節(jié)點(diǎn)的能量，所以要求定位算法要盡可能的在滿足網(wǎng)絡(luò)其它性能得到保證的情況下，降低能量的消耗，且盡可能獲得較精確的地理位置信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)置合適的定位算法。.第三章路由協(xié)議及跨層機(jī)制的研究..........103.1分簇路由協(xié)議的研究..

6、......103.2跨層機(jī)制的研究........123.3本章小結(jié)........17第四章協(xié)議改進(jìn)........184.1系統(tǒng)模型........184.2改進(jìn)算法........224.2.1簇的建立........224.2.2信道質(zhì)量參與路由決策........274.2.3功率控制........294.3本章小結(jié)........32第五章協(xié)議仿真與分析........335.1NS2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件介紹........335.2改進(jìn)協(xié)議仿真........355.3仿真結(jié)果分析........365.4本章小結(jié)

7、........40第五章協(xié)議仿真與分析5.1NS2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件介紹網(wǎng)絡(luò)仿真的目的在于對(duì)改進(jìn)的協(xié)議算法進(jìn)行仿真評(píng)估,通過在仿真平臺(tái)模擬協(xié)議的運(yùn)行環(huán)境，使用特定的方法和工具對(duì)仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果文件進(jìn)行分析，觀察和研究協(xié)議的性能參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。目前在無線傳感網(wǎng)的仿真工具主要有NS2、OP、GloMoSim、OM++、TOSSIM等。這些仿真平臺(tái)有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，本文使用NS2仿真平臺(tái)對(duì)改進(jìn)的協(xié)議進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，下面將主要介紹NS2網(wǎng)絡(luò)仿真工具。NS仿真軟件主要用于對(duì)離散事件的仿真模擬，由美國(guó)DARPA所支持的項(xiàng)目VINT進(jìn)行開發(fā)，為

8、開源仿真軟件，包含有在無線或有線網(wǎng)絡(luò)中多種協(xié)議的模擬，如TCP、路由協(xié)議、多播等。目前已被網(wǎng)絡(luò)研究者廣泛使用。本文中基于NS2對(duì)原始的LEACH協(xié)議以及改進(jìn)的DLP協(xié)議進(jìn)行了仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。.總結(jié)本文介紹了WSN的背景和意義及研究現(xiàn)狀，體系結(jié)構(gòu)，以及它的關(guān)鍵技術(shù)及影響范圍。對(duì)無線傳