水下无线传感器网络路由协议设计及应用

发布时间：2017-04-13 15:06

  本文关键词：水下无线传感器网络路由协议设计及应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海洋占地面积超过地球表面积的70%,它不仅拥有丰富的营养资源,也正在交通运输、自然资源、国防等领域发挥着至关重要的作用。水下节点的移动性以及水声信道低带宽、高延迟和低链路质量等特征使得现有的陆地协议无法适用于水下无线传感器网络。对水下传感器网络的拓扑结构和现有的路由协议进行了研究,通过分析国内外的最新论文,分类比较了各种路由协议的优缺点。基于低功耗有损网络路由协议RPL的设计思路,又综合考虑水下的复杂环境,提出了一个用于水下传感器网络的路由算法RPU。通过修改RPL协议的源码,在Contiki操作系统上实现了RPU路由算法,并在网络仿真工具Cooja上模拟了RPU路由算法的本地修复机制,可以成功修复水下环境断开的链路。提出了一个游泳池数据采集的原型系统,给出了原型系统的总体架构设计和四个核心功能模块的详细设计。数据采集模块周期性地采集游泳池的实时数据；数据传输模块将采集的实时数据转发到数据存储模块；数据存储模块存储数据到mysql数据库并响应数据展示模块的查询请求；数据展示模块以图表的形式向用户展示游泳池的实时数据。对原型系统的功能和性能进行了测试,测试结果表明水下节点在无法找不到下一跳的情况下可以使用RPU路由算法成功修复断开的链路,并且RPU路由算法较RPL协议有更短的网络延迟和更小的丢包率,可以有效解决水下传感器网络节点的移动性和水下链路质量低的问题。
【关键词】：水下传感器网络 路由协议 RPL 采集系统
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 水下无线传感器网络10
• 1.2.2 水下无线传感器网络路由协议10-11
• 1.3 本文组织结构11-13
• 第二章 相关技术研究13-24
• 2.1 水下传感器网络的拓扑结构13-16
• 2.1.1 静态二维传感器网络13-14
• 2.1.2 静态三维传感器网络14-15
• 2.1.3 移动AUV传感器网络15-16
• 2.2 水下无线传感器网络路由协议16-23
• 2.2.1 水下无线传感器网络路由协议分类17-18
• 2.2.2 基于地理位置的路由18-20
• 2.2.3 平面路由协议20-22
• 2.2.4 层次路由协议22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 基于RPL协议的RPU路由算法设计24-36
• 3.1 RPL路由协议24-27
• 3.1.1 RPL设计目标24-25
• 3.1.2 RPL协议术语25-26
• 3.1.3 RPL组网过程26-27
• 3.2 基于RPL的水下路由算法RPU27-35
• 3.2.1 节点部署28
• 3.2.2 寻址方案28-30
• 3.2.3 广播的数据包格式30
• 3.2.4 计算和分配HopIDs30-32
• 3.2.5 转发的数据包格式32
• 3.2.6 转发数据包过程32-33
• 3.2.7 本地修复33-34
• 3.2.8 路由更新和维护34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 基于Contiki的RPU路由算法仿真36-47
• 4.1 Contiki操作系统概述36-37
• 4.1.1 Contiki主要特性36
• 4.1.2 Contiki中RPL协议的实现36-37
• 4.2 RPU在Contiki的实现37-42
• 4.2.1 HopIDs的实现38-39
• 4.2.2 数据包三次转发的实现39-40
• 4.2.3 RPU本地修复的实现40-42
• 4.3 仿真实验42-46
• 4.3.1 仿真环境搭建42-43
• 4.3.2 本地修复机制的仿真43-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 基于RPU路由算法的游泳池数据采集系统47-59
• 5.1 原型系统设计方案47-48
• 5.1.1 设计目的47
• 5.1.2 系统架构47-48
• 5.2 采集模块设计和实现48-50
• 5.2.1 传感器节点硬件设计48-49
• 5.2.2 传感器节点软件设计49-50
• 5.3 传输模块设计和实现50-53
• 5.3.1 传输协议设计51-52
• 5.3.2 路由节点设计52-53
• 5.4 存储模块设计和实现53-56
• 5.4.1 Java EE分层模型53-54
• 5.4.2 Hibernate的ORM54-55
• 5.4.3 Spring的依赖注入55-56
• 5.5 展示模块设计和实现56-58
• 5.5.1 PC网页端56-57
• 5.5.2 移动端设计57-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第六章 系统测试59-72
• 6.1 系统环境59-60
• 6.2 系统测试60-71
• 6.2.1 测试环境搭建60-62
• 6.2.2 系统功能测试62-67
• 6.2.3 RPU本地修复测试67-68
• 6.2.4 性能测试分析68-71
• 6.3 本章小结71-72
• 第七章 总结与展望72-74
• 7.1 总结72
• 7.2 展望72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77

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