低功耗自组网路由协议的设计与实现

发布时间：2017-07-31 09:07

  本文关键词：低功耗自组网路由协议的设计与实现

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【摘要】：无线自组织网络组网灵活、无基站支持、支持节点移动,能够快速为军事和民事应用搭建网络平台。在一些应用环境中,自组织网络节点采用电池供电,为了确保网络节点长时间处于工作状态,如何有效降低节点的整体功耗是影响网络性能的关键问题。SOPC(System-on-a-Programmable-Chip)不仅运行速度快,占用资源少,而且体积小、整体功耗低,非常适合于功耗敏感的自组网设备。因此,本文设计的自组网平台采用Xilinx的Spartan6芯片。同时,所设计的节点平台不加载操作系统,因此不需要加载片外RAM,可降低额外的功耗。路由协议方面,DSR按需路由协议的路由控制开销最小,但是DSR路由协议会洪泛路由请求包到所有节点,论文针对DSR的洪泛机制进行优化,提出了改进协议DSR-SNF(Selected Node Forwarding)。DSR-SNF协议算法使用RREQ(路由请求包)和RREP(路由回复包)来获取任一节点的两跳范围内节点信息,RREP包中会携带发送节点的邻节点表。经过两次洪泛路由控制包,网络中每个节点会知道自己两跳范围内节点信息。使用已知信息生成一个转发节点集合(SNF集合),该集合由发送节点的一跳节点组成,发送节点通过SNF集合可以到达所有的两跳节点,集合中一跳节点的个数小于或者等于发送节点的一跳节点总个数。只有集合中的节点才会转发路由请求包,这样做显著减少了网络中广播的控制分组的数量,降低了网络的开销,进而降低了功耗。另外,在广播数据时采用SNF集合,数据可以经过最少的转发次数覆盖整个网络,减少了数据包转发时消耗的功率,进一步降低了整个系统的功耗。最后,本文使用一个模拟网络环境仿真软件,模拟了几种不同网络规模的场景。然后,将DSR-SNF路由协议与传统DSR路由协议对比,验证DSR-SNF协议算法在路由控制开销方面性能要优于DSR路由协议,得出的结论是它消耗的功率更少,更适合本文设计的自组织网络节点平台。
【关键词】：片上系统 软件系统 按需路由协议 路由控制开销
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN915.04;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 无线自组网介绍14-16
• 1.2 本文背景和目的16-17
• 1.3 论文主要研究内容安排17-18
• 第二章 自组织网络节点系统整体框架设计18-44
• 2.1 无线自组网路由协议介绍18-26
• 2.1.1 路由协议分类18-24
• 2.1.2 路由协议的性能参数24-25
• 2.1.3 路由协议比较25
• 2.1.4 低功耗路由协议研究现状25-26
• 2.2 系统硬件平台简述26-28
• 2.2.1 系统平台及Microblaze软核介绍26-28
• 2.3 系统硬件框架设计介绍28-29
• 2.4 系统软件框架的设计29-42
• 2.4.1 软件系统开发流程介绍29-30
• 2.4.2 程序功能需求30-31
• 2.4.3 程序工作流程31-32
• 2.4.4 软件部分各个模块的设计与实现32-42
• 2.5 本章小结42-44
• 第三章 DSR-SNF路由协议的设计与实现44-56
• 3.1 基于DSR改进的DSR-SNF路由协议44-49
• 3.1.1 路由算法描述44-46
• 3.1.2 数据结构表设计46-48
• 3.1.3 路由协议控制分组设计48-49
• 3.2 路由建立过程49-53
• 3.2.1 路由请求包的产生50-51
• 3.2.2 路由请求包的处理51-52
• 3.2.3 路由回复包的处理52-53
• 3.3 路由维护过程53-55
• 3.3.1 路由错误包的产生53-54
• 3.3.2 路由错误包的处理54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 DSR-SNF路由协议的验证56-66
• 4.1 验证软件介绍56-58
• 4.2 测试方法和场景设置58-59
• 4.3 性能验证59-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 作者简介74-75

【参考文献】

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本文编号：598372