自集能传感网中路由环路避免机制研究

发布时间：2017-04-12 05:07

  本文关键词：自集能传感网中路由环路避免机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)指的是分布在监测区域内的大量传感器节点通过自组织方式构成的多跳网络。CTP(Collection Tree Protocol,汇聚树协议)是无线传感器网络中应用最为广泛,被研究最多的汇聚协议。自集能传感网(Energy-Harvesting Wireless Sensor Networks, EH-WSNs)是通过汲取环境中的能量来给节点供电以延长传感网网络寿命的一种很好的办法。本文针对CTP在自集能传感网中的应用,对CTP协议表现进行全面分析,发现了CTP路由协议在多跳网络的末端易形成环路,并且难以破除,在自集能网络中情况更为严重。通过对实验数据进行可视化分析,发现远离根节点的区域容易形成难以解除的环路,即死环。CTP自有的环路避免机制是当发现网络中出现环路依然转发该数据包,并立即广播一个普通的路由消息,期望发出该数据包的节点可以收到并更新路由信息,然后更换父节点。本文通过在真实TelosB节点平台和TOSSIM仿真平台进行系列实验,通过对大量实验数据进行可视化分析,找出CTP路由环路的成因。CTP的路由消息广播方式采用Trickle算法,根据网络稳定性动态调节广播周期,在稳定网络中周期呈倍延长,在动态变化网络中也可以快速缩短至最小周期。然而该方法却没有考虑到网络的区域性特征,即距离根节点的近的区域的节点找路过程可以快速收敛,距离根节点较远的节点收敛速度慢,拓扑变化快,很难稳定。这就造成了一个网络中的“两极分化”,即稳定网络中路由消息包周期渐渐增长至最大值,而拓扑不断变化的网络中路由消息包周期一直在最小周期附近浮动。这种路由消息广播周期的区域差异很容易产生路由消息区域性不一致,从而形成死环。本文进行系列对比实验,在固定周期的网络中发生环路的频数少于应用了Trickle算法的网络,证明Trickle算法确实存在缺陷,是产生环路的原因之一。本文根据自集能传感网的区域性和动态性特点,设计了新的路由消息包广播策略,改进了CTP路由协议,改进后的CTP路由协议称为LFCTP (Loop FreeCTP)。经过系列对比实验验证,新的路由消息报广播策略显著的降低了环路次数,提高了网络性能。
【关键词】：无线传感器网络 自集能 路由环路 数据收集
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 引言7-12
• 1.1 无线传感器网络概述7-9
• 1.2 国内外研究发展与现状9-12
• 1.2.1 有关自集能网络路由的研究9-10
• 1.2.2 CTP协议改进相关工作10-11
• 1.2.3 环路避免机制的研究11-12
• 2 CTP路由协议解析12-17
• 2.1 CTP体系结构分析12
• 2.3 LinkEstimatorP工作原理12-15
• 2.4 CtpRoutingEngineP工作原理15
• 2.5 CtpForwardingEngineP工作原理15-17
• 3 CTP路由协议性能评测17-27
• 3.1 实验平台搭建17-19
• 3.1.1 自集能节点平台搭建17-18
• 3.1.2 节点部署与实验配置18-19
• 3.2 CTP性能评测指标19-20
• 3.3 CTP性能评测实验结果分析20-27
• 3.3.1 CTP性能总体分析20-21
• 3.3.2 父节点更新21-23
• 3.3.3 路由环路23-25
• 3.3.4 多跳模式对路由环路和父节点更新的影响25-27
• 4 CTP路由环路问题探究27-32
• 4.1 CTP环路形成及危害27-28
• 4.1.1 环路的形成与解除27
• 4.1.2 环路的危害27-28
• 4.2 CTP环路成因实验结果分析28-32
• 5 TOSSIM仿真实验32-39
• 5.1 TOSSIM仿真简介32
• 5.2 Trickle算法的对比实验32-33
• 5.2.1 节点部署与网络配置32-33
• 5.2.2 比对指标33
• 5.3 实验结果分析33-39
• 6 LFCTP协议设计与评估39-45
• 6.1 LFCTP协议设计39
• 6.1.1 减少环路发生39
• 6.1.2 提高环路解除效率39
• 6.2 LFCTP性能评测39-45
• 7 结论与展望45-46
• 7.1 结论45
• 7.2 展望45-46
• 参考文献46-49
• 个人简介49-50
• 导师简介50-51
• 获得成果目录清单51-52
• 致谢52

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