基于地理位置的无线传感器网络路由协议研究

发布时间：2017-07-04 02:02

  本文关键词：基于地理位置的无线传感器网络路由协议研究

  更多相关文章： RTS/CTS握手 转发区域划分 CTS冲突 自适应转发区域选择 负载均衡

【摘要】：无线传感器网络(WSN)是由大量低成本、低功耗、处理能力低和能源受限的微型传感器节点组成的无线多跳自组织网络,各节点相互协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内被感知对象的信息,最终将这些信息发送到汇聚节点(Sink)。传感器的性能以及网络规模要求WSN路由协议不能过于复杂,并且需要具备良好的可扩展性。基于地理位置路由协议因其简单性与可扩展性而成为WSN中一种广受欢迎的路由协议。然而基于地理位置路由协议也不免有其缺点:时延高、冲突大。在本文中,以降低时延和减少冲突为切入点,我们分别提出了两个基于地理位置路由协议,一个是混合式Beaconless基于地理位置路由协议(HBGR),另一个是基于扇形/基于球顶锥体的转发区域划分与自适应转发区域选择路由协议(FADS)。由于不同应用对端到端时延的要求不同,我们将WSN的数据报文分为普通数据和时延敏感数据。HBGR的目标是降低时延敏感数据的端到端时延,同时确保对普通数据的影响尽可能小。HBGR主要从以下几个方面来实现它的目标:1)HBGR通过混合式RTS/CTS(Request-To-Send/Clear-To-Send)握手机制为不同类型的数据提供不同的传输服务,确保了时延敏感数据在获取信道后可以持续占有信道,实现快速转发。2)HBGR在信道争用时为普通数据和时延敏感数据分配不同的争用窗口,保证了时延敏感数据可以优先获取信道。3)HBGR还提出一种基于距离的转发区域划分方案来优化转发者(下一跳节点)选择,确保越靠近Sink的候选转发者有更高的概率被选为转发者。仿真结果表明,在不同的网络拥塞度下,无论是静止场景还是移动场景,与GF、OGF和AODV相比,HBGR在报文可达率、端到端时延以及能量消耗方面的表现都可圈可点。为了减少冲突,我们选择了从CTS冲突入手,分析了CTS冲突存在的原因,并将其定义分类为:同时隙冲突和异时隙冲突。FADS的目标旨在避免异时隙冲突,减少同时隙冲突,并实现网络流量的动态负载均衡。FADS主要从以下几个方面来实现它的目标:1)FADS根据2D平面和3D空间中转发区域的特点,分别提出了基于扇形的转发区域划分和基于球顶锥体的转发区域划分。保证划分后的子区域中任意两个节点都可以互相侦听到对方,从而避免了异时隙冲突。2)FADS在选择转发者时,仅在发送者的某个转发子区域(目标子区域)中查找,减少了实际参与竞争的候选转发者的数目,从而降低了同时隙冲突的概率。3)FADS的自适应转发区域选择会根据各个子区域的数据转发情况,动态调整各子区域被选为目标子区域的概率,实现网络流量的动态负载均衡。仿真结果表明,无论是在2D场景还是在3D场景中,相比GF、IGF和OGF这几个相关协议,FADS在报文可达率、端到端时延以及能源消耗这几方面的性能表现都非常优秀,尤其是在节点密度高、网络拥塞的情况下表现得十分突出。
【关键词】：RTS/CTS握手 转发区域划分 CTS冲突 自适应转发区域选择 负载均衡
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题的背景及意义9
• 1.2 无线传感器网络路由协议概述9-11
• 1.2.1 路由协议分类9-10
• 1.2.2 基于地理位置路由协议10-11
• 1.3 论文的主要研究内容11-12
• 1.4 论文结构的组织与安排12-15
• 2 混合式Beaconless基于地理位置路由协议15-35
• 2.1 引言15
• 2.2 相关工作15-17
• 2.2.1 RTS/CTS握手机制15-16
• 2.2.2 退避时间和转发区域划分16-17
• 2.3 HBGR协议描述17-23
• 2.3.1 混合式RTS/CTS握手机制17-18
• 2.3.2 混合式RTS/CTS握手机制的端到端时延分析18-20
• 2.3.3 信道争用20
• 2.3.4 获取信道的概率分析20-22
• 2.3.5 基于距离的转发区域划分22-23
• 2.4 仿真实验结果与分析23-33
• 2.4.1 性能指标23-24
• 2.4.2 仿真实验参数与场景24-25
• 2.4.3 静止场景下的性能25-28
• 2.4.4 移动场景下的性能28-30
• 2.4.5 报文组成比例的影响30-32
• 2.4.6 基于距离的转发区域划分的效果32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 3 基于扇形/基于球顶锥体的转发区域划分与自适应转发区域选择路由协议35-67
• 3.1 引言35
• 3.2 问题定义与分析35-41
• 3.2.1 CTS冲突35-37
• 3.2.2 CTS冲突概率分析37-40
• 3.2.3 CTS冲突相关解决方法40-41
• 3.3 FADS协议描述41-52
• 3.3.1 2D平面中基于扇形的转发区域划分41-43
• 3.3.2 2D平面中的坐标系转换43-45
• 3.3.3 3D空间中基于球顶锥体的转发区域划分45-48
• 3.3.4 3D空间中的坐标系建立与转换48-50
• 3.3.5 自适应转发区域选择50-52
• 3.3.6 伪路由空洞应对方案52
• 3.4 仿真实验结果与分析52-66
• 3.4.1 性能指标53
• 3.4.2 仿真实验参数与场景53-55
• 3.4.3 2D平面下的性能55-59
• 3.4.4 3D空间下的性能59-63
• 3.4.5 基于球顶椎体转发区域划分以及伪路由空洞应对方案的效果63-66
• 3.5 本章小结66-67
• 4 总结与展望67-69
• 4.1 总结67-68
• 4.2 展望68-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-75
• 附录75
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录75
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目及得奖情况75

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本文编号：515919