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无线传感器网络中基于数据融合的可靠传输协议研究

作　者: 于大洲
导　师: 赵增华
学　校: 天津大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 可靠传输协议 路由 数据融合 速率分配
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


无线传感器网络具有低速率、低功耗、低成本等特点,在火山监测、森林防火和可燃气体监测等领域有着重要应用,是目前的一个研究热点。在这些应用中面临的主要问题是在有限速率条件下保证可靠数据传输。然而目前的相关研究工作中对数据短小这一特点考虑不多,造成传输速率偏大时,网络性能不佳。针对上述特点,本文提出了一种基于数据融合的可靠传输协议,主要包括三个模块:路由模块、数据融合模块和速率分配模块。其中,路由模块以预期传输次数为标准,建立了源节点到根节点的路径,并根据网络变化来维护、更新路由,重新定义了数据包序号含义达到支持融合功能的目的;数据融合模块把多个小数据包融合成一个数据包发送,减小了包头开销与网络中需要发送的数据包数目,达到提高网络容量与可靠性的效果;速率分配模块利用预期传输次数、干扰节点数目、子节点数目3个参数计算合适的发送速率,达到避免拥塞的目标。本文在室内搭建了9个节点的实验床,在其上实现了所提的可靠传输协议,并做了大量的性能评价。实验结果表明,本文使用融合算法可以使网络中数据包的传输次数减少30%以上。采用速率预分配机制,可以保证所有节点达到80%以上的投递率,一半节点可以达到99%以上的投递率,所有节点在单位时间内都可以接收到满足需求的数据包数目。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 无线传感器网络的发展与简介  8
  1.2 选题动机  8-9
  1.3 论文工作  9
  1.4 论文结构  9-10
  1.5 相关术语  10-11
第二章 路由与可靠性算法  11-19
  2.1 路由算法  11-13
    2.1.1 低能耗分簇路由LEACH  11-12
    2.1.2 多跳链路质量路由MultihopLQI  12
    2.1.3 收集树路由CTP  12-13
  2.2 可靠性算法  13-18
    2.2.1 可靠性研究现状  13-14
    2.2.2 基于事件的可靠性算法  14-15
    2.2.3 端到端速率控制可靠性算法  15-16
    2.2.4 基于拥塞避免的分布式可靠性算法  16-18
    2.2.5 可靠性算法思考  18
  2.3 本章小结  18-19
第三章 基于数据融合的可靠传输协议  19-36
  3.1 路由模块  19-26
    3.1.1 路由包与数据包格式设计  19-21
    3.1.2 单跳ETX 估测  21-24
    3.1.3 可变间隔路由包设计  24-25
    3.1.4 路由初始化  25
    3.1.5 路由发现  25-26
  3.2 数据融合模块  26-30
    3.2.1 数据融合方法选择  26-27
    3.2.2 数据融合算法设计  27-29
    3.2.3 融合算法对性能影响分析  29-30
  3.3 速率分配模块  30-34
    3.3.1 数据融合场景下的接收者能力模型  30-32
    3.3.2 速率分配  32-33
    3.3.3 拥塞判断  33
    3.3.4 拥塞扩散与处理  33-34
    3.3.5 重传控制  34
  3.4 多优先级队列  34-35
    3.4.1 普通数据队列设计  34
    3.4.2 高优先级队列设计  34-35
    3.4.3 不同优先级队列协调  35
  3.5 本章小结  35-36
第四章 实验床实现  36-47
  4.1 路由JCTP 实现  36-40
    4.1.1 ETX 估测  36-37
    4.1.2 路由协议实现  37-40
  4.2 数据融合模块实现  40-43
    4.2.1 融合队列  40-43
    4.2.2 融合算法实现  43
  4.3 速率分配模块  43-45
    4.3.1 接收者能力计算与速率分配  43-44
    4.3.2 拥塞判断  44
    4.3.3 拥塞扩散与处理  44-45
  4.4 调节功率搭建树状拓扑  45-46
    4.4.1 功率调节影响  45
    4.4.2 树状拓扑搭建  45-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章 性能评价  47-58
  5.1 实验床基本配置  47-48
  5.2 路由模块性能测试  48-53
    5.2.1 路由包与数据包同队列发送场景  48-51
    5.2.2 路由包独立队列发送场景  51-53
  5.3 进行数据融合、速率分配时可靠性分析  53-57
    5.3.1 数据融合模式  53-55
    5.3.2 同时启动数据融合与速率分配模块  55-57
  5.4 本章小结  57-58
第六章 总结与展望  58-60
  6.1 结论  58
  6.2 存在问题  58-59
  6.3 研究展望  59-60
参考文献  60-62
发表论文和科研情况说明  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信网 > 一般性问题 > 通信规程、通信协议
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