一种基于地理位置信息的高能效的WSN路由协议的研究

论文摘要

无线传感器网络由大量部署在感知区域进行信息采集的传感器节点组成。无线传感器网络的一个关键问题就是传感器节点的能源有限并且在一些应用中是不可恢复的。所以降低能量消耗对路由协议的设计来说是一个很重要的问题,因为它直接影响到了网络的生命周期。论文研究的主要内容是如何降低无线传感器网络的能量消耗,延长网络的生命周期,同时保持路由协议的功能要求。设计高效的路由协议可以较大的降低能量消耗。论文对现有的几种无线传感器网络路由协议进行分析,包括先验式路由协议,反应式路由协议以及地理位置路由协议等。基于地理位置信息的路由协议具有实现简单、能量利用高效以及快速可靠的优点,成为当前路由协议研究的重点。GEAR协议以及GPSR协议是地理位置信息路由协议的典型代表,但是其性能还有待进一步改善。为此,本文提出了一种地理位置信息、节点自身能量以及节点状态三者相结合的路由协议——基于地理位置信息的高能效的路由协议（GEER:Geographical and Energy-efficient Routing）。GEER协议中每个节点都维护一个邻居节点表。当节点要选择转发节点时,则根据一定的概率P来选择表中的节点,权值越大,节点被选中的概率就越大。并且,GEER协议采取提前绕开空洞的方式来避免遭遇路由空洞。协议有效的利用了地理位置信息的作用来实现路由而无需付出额外的代价。与GEAR协议相比,GEER具有较低的实现复杂度,较少的能量损耗,较长的网络生命周期。论文采用NS2仿真工具对路由协议GEER进行仿真,仿真过程采用的场景为50个节点分布在100m*100m的区域、100个节点分布在100m*100m的区域以及150个节点分布在200m*200m的区域；仿真实验有效地证明了GEER协议比GEAR协议具有较少的能量消耗,较长的网络生命周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 研究内容和论文结构
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络结构
• 2.1.1 传感器节点结构
• 2.1.2 传感器网络结构
• 2.1.3 传感器网络协议栈
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络性能评价
• 2.4 本章小结
• 第3章 无线传感器网络路由协议分析
• 3.1 无线传感器网络路由协议的分类
• 3.2 无线传感器网络中现有路由协议分析
• 3.2.1 平面路由协议
• 3.2.2 分层路由协议
• 3.2.3 以数据为中心的路由协议
• 3.2.4 基于地理位置信息的路由协议
• 3.2.5 现有路由协议的比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 GEER协议设计
• 4.1 GEER协议概述
• 4.1.1 GEER的假设条件
• 4.1.2 GEER协议无线通信模型
• 4.1.3 协议设计的基本目标
• 4.2 GEER协议路由有效性原理
• 4.2.1 路由协议的网络模型
• 4.2.2 GEER路由算法原理
• 4.2.3 GEER协议数据包设计方案
• 4.3 GEER协议工作过程
• 4.3.1 网络初始化
• 4.3.2 数据发送阶段
• 4.3.3 节点状态转换
• 4.3.4 邻居节点表的更新
• 4.4 数据发送阶段相关问题分析
• 4.4.1 路由空洞的处理策略
• 4.4.2 数据报文重传策略
• 4.5 GEER协议性能分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 GEER协议仿真与性能分析
• 5.1 NS2仿真软件简介
• 5.2 仿真环境配置
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 评价协议性能的依据
• 5.3.2 实验结果对比分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 论文主要工作
• 6.2 下一步研究目标
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文