基于BLE的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究

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1、１０１８３分類(lèi)號(hào)：ＴＮ９２單位代碼：２０２２００８密級(jí)：公開(kāi)研究生學(xué)號(hào)：１５５吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)術(shù)學(xué)位（）基于ＢＬＥ的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＲｏｕｔｉｎＡｌｏｒｉｔｈｍｆｏｒｇｇ－ｏｒｋｓＢＬＥｂａｓｅｄＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗ作者姓名：宦佳良專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)研究方向：短距離無(wú)線通信技術(shù)指導(dǎo)教師：錢(qián)志鴻教授培養(yǎng)單位：通信工程學(xué)院２０１８年１０月基于ＢＬＥ的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＲｏｕｔ

2、ｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒ－ｂａｓｅｄＷＢＬＥｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ作者姓名：宦佳良專業(yè)名稱：通信與信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：錢(qián)志鴻教授學(xué)位類(lèi)別：工學(xué)碩士答辯日期：以Ｗ年４月Ｇ日未經(jīng)本論文作者的書(shū)面授權(quán)，依法收存和保管本論文書(shū)面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改Ｖ發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明，本人

3、鄭重聲明：所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研宄工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)＇學(xué)位論文作者簽名：１性１１日期＜：判？年月４日摘要基于BLE的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究隨著物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域的研究也迎來(lái)新的浪潮，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能家居、樓宇自動(dòng)化、智能交通和智慧醫(yī)療等方面的應(yīng)用持續(xù)深入，未來(lái)產(chǎn)

4、業(yè)空間巨大。BLE技術(shù)作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多種短距離無(wú)線通信技術(shù)之一，以其超低的功耗和廣泛的部署成為最具市場(chǎng)潛力的技術(shù)。然而B(niǎo)LE技術(shù)最初被設(shè)計(jì)為基于主從連接模式，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，藍(lán)牙核心規(guī)范不提供大面積組網(wǎng)的功能，這限制了它的傳輸覆蓋范圍，嚴(yán)重阻礙了BLE技術(shù)的擴(kuò)展。具有大量設(shè)備的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用離不開(kāi)設(shè)備之間的互聯(lián)和消息傳遞，因此研究BLE技術(shù)的組網(wǎng)和多跳路由通信將彌補(bǔ)這方面的短板，使其在實(shí)際應(yīng)用中更具有競(jìng)爭(zhēng)力。本課題主要研究基于BLE的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和路由算法，利用BLE技術(shù)的特性，針對(duì)藍(lán)牙核心規(guī)范沒(méi)有提供BLE

5、組網(wǎng)和路由相關(guān)技術(shù)的問(wèn)題，本文著重對(duì)基于BLE的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法進(jìn)行研究，并提出適用于BLE網(wǎng)絡(luò)的路由算法，實(shí)現(xiàn)了多跳數(shù)據(jù)傳輸，并且提高BLE無(wú)線路由傳輸相關(guān)性能，主要研究?jī)?nèi)容如下所示。（1）基于BLE的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議相關(guān)基礎(chǔ)理論研究。本文主要對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)特點(diǎn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析。同時(shí)在此基礎(chǔ)上結(jié)合無(wú)線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，對(duì)BLE的架構(gòu)、BLE在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的價(jià)值進(jìn)行探討。最后對(duì)基于BLE的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如DSDV、AODV等協(xié)議進(jìn)行比較分析，確定相關(guān)協(xié)議評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為下一步理論研究最

6、好鋪墊工作。（2）基于QoS增強(qiáng)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼的工作原理是，源節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)隨機(jī)線性編碼對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)段內(nèi)的k個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，并攜帶上編碼向量將其廣播出去，最終到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。目的節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)段中包含的k個(gè)線性無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)包，將根據(jù)數(shù)據(jù)段所攜帶的編碼向量對(duì)它們進(jìn)行解碼，還原數(shù)據(jù)，再把ACK消息沿最短路徑返回到源節(jié)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼方式未考慮編碼篩選的問(wèn)題，這樣會(huì)造成重傳編碼過(guò)多，浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)的資源，從而影響整個(gè)無(wú)線網(wǎng)I絡(luò)的吞吐量和時(shí)延。因此，在此網(wǎng)絡(luò)編碼的基礎(chǔ)上，提出的基于QoS增強(qiáng)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)編碼策略能夠有效解決上

7、述問(wèn)題，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸吞吐量等性能指標(biāo)。（3）提出一種基于BLE的網(wǎng)絡(luò)編碼感知路由協(xié)議。BLE網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)論樹(shù)狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)都存在網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率擁塞等相關(guān)缺陷，而本文主要使用通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編碼提升吞吐量的理論推導(dǎo)模型，X形網(wǎng)絡(luò)模型不僅可以很好的描述多跳網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還可以模擬網(wǎng)絡(luò)瓶頸及擁塞問(wèn)題。因此本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)編碼原理和BLE傳輸特點(diǎn)選擇X形網(wǎng)絡(luò)模型。本文在AODV多跳路由協(xié)議基礎(chǔ)上，同時(shí)采用基于QoS增強(qiáng)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)編碼策略和X形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停岢隽艘环N基于BLE的網(wǎng)絡(luò)編碼感知路由協(xié)議(BLE-QOS-CAODV)。該協(xié)議動(dòng)態(tài)的選取編

8、碼方案，在滿足QoS的約束條件的基礎(chǔ)上，有效地減少了重傳包的數(shù)量。（4）BLE-QOS-CAODV仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和性能分析。系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分重點(diǎn)對(duì)BLE-QOS-CAODV仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，在OPNET仿真平臺(tái)選擇4*7X形和8*7X形節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋱?chǎng)景