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用于土遗址保护的无线传感器网络路由协议研究与实现

作　者: 黄琛
导　师: 房鼎益
学　校: 西北大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 路由 分层技术 位置信息 土遗址保护
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 95次
引　用: 1次
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内容摘要


无线传感器网络(WSN)的路由协议是WSN领域中当前热门研究方向之一。虽然目前国内外提出了不少无线传感器网络路由算法,但是大部分的研究工作都是基于仿真平台对协议进行评估,将算法实现并部署网络在实际应用中的研究工作尚不多见。因此,如何设计和实现实用性强的无线传感器网络路由协议是具有现实意义的工作。本文以土遗址保护为应用背景,从不同方面提出了两种算法:CRARP(Cluster-based RoutingAlgorithm in Relic Protection)算法和LRARP(Location-based Routing Algorithm in RelicProtection)算法,并对这两种算法进行了仿真和实现。本文首先简要介绍了无线传感器网络的相关知识背景,包括传感器网络的体系结构、TIinyOS操作系统特性、nesC语言的语法以及MICAz节点的硬件特性,为后面算法的具体实现打下了基础。然后对现有的路由协议进行了分析与总结,提出了适合于土遗址保护的传感器网络路由协议需求,并按照该需求设计了基于分层技术的CRARP路由算法和基于位置信息的LRARP路由算法。CRARP算法在非均匀分簇的思想的基础上,让距汇聚点较近的节点直接与汇聚点通信,进一步减小了靠近汇聚点的簇规模,从而减轻了簇首负载,避免了不必要的能量消耗。LRARP路由算法的基本思想是节点将比自己距离汇聚点更近的邻居节点作为候选下一跳节点,每次以概率从候选下一跳节点中选择某一节点为下一跳节点,其中剩余能量越大,距离汇聚点越近的候选下一跳节点被选为下一跳的概率越大。此后,本文对LEACH算法、CRARP算法、LRARP算法进行了仿真实验,仿真实验表明CRPARP算法适合于监测范围较大,部署的网络规模较大的土遗址保护应用,而LRARP是轻量级算法,在监测范围较小,网络规模较小的土遗址保护应用能取得优异性能。最后本文利用Crossbow公司开发的MICAz节点在TinyOS2.0操作系统的基础上实现了这两种算法并在土遗址保护实验室部署了相应的网络,从实测数据证实了仿真实验的理论正确性以及算法的实用有效性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 课题的研究背景  10
  1.2 研究的目的和意义  10-11
  1.3 无线传感器网络在土遗址保护中的应用  11-12
  1.4 本文的工作  12
  1.5 论文组织  12-14
第二章 无线传感器网络概述  14-23
  2.1 无线传感器网络概述  14
  2.2 无线传感器网络的体系结构  14-16
    2.2.1 无线传感器网络的网络结构  14-15
    2.2.2 无线传感器网络的节点结构  15
    2.2.3 无线传感器网络的协议栈  15-16
  2.3 TinyOS操作系统简介  16-20
    2.3.1 nesC语言简介  18
    2.3.2 接口、组件以及连接  18-20
  2.4 仿真工具与实验设备简介  20-22
    2.4.1 NS2简介  20
    2.4.2 MICAz节点简介  20-21
    2.4.3 汇聚点MIB600简介  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章 用于土遗址保护的无线传感器网络路由技术  23-35
  3.1 现有的无线传感器网络路由协议概述  23-24
  3.2 现有的无线传感器网络路由协议的分类  24-32
    3.2.1 平面路由协议  24-26
    3.2.2 层次路由协议  26-29
    3.2.3 基于位置信息的路由协议  29-32
  3.3 土遗址保护中存在的问题  32-33
  3.4 针对土遗址保护的传感器网络路由协议设计要求  33
  3.5 本章小结  33-35
第四章 基于分层技术的CRARP路由算法  35-47
  4.1 CRARP路由算法设计  35-38
    4.1.1 CRARP路由算法的网络通信模型  35
    4.1.2 CRARP路由算法的思想  35-38
    4.1.3 CRARP路由算法分析  38
  4.2 CRARP路由算法仿真  38-40
  4.3 CRARP路由算法的实现  40-44
    4.3.1 时间同步的解决方案  40
    4.3.2 CRARP算法数据结构的设计  40-43
    4.3.3 CRARP算法的组件设计  43-44
  4.4 CRARP算法在土遗址保护中的应用  44-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章 基于位置信息的LRARP路由算法  47-57
  5.1 LRARP路由算法的设计  47-50
    5.1.1 LRARP路由算法的网络模型  47
    5.1.2 LRARP路由算法的思想  47-49
    5.1.3 LRARP路由算法分析  49-50
  5.2 LRARP路由算法仿真  50-52
  5.3 LRARP路由算法的实现  52-54
    5.3.1 支撑技术的解决方案  52
    5.3.2 LRARP算法的数据结构  52-53
    5.3.3 LRARP算法的组件设计  53-54
  5.4 LRARP算法在土遗址保护中的应用  54-55
  5.5 本章小结  55-57
第六章 总结与展望  57-59
  6.1 总结  57
  6.2 展望  57-59
参考文献  59-62
攻读硕士学位期间取得的科研成果  62-63
致谢  63

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中图分类: > 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
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