Mesh网络路由器算法在WSN分布式采集中的优化

发布时间：2017-08-01 22:19

  本文关键词：Mesh网络路由器算法在WSN分布式采集中的优化

  更多相关文章： 无线传感器网络 Mesh拓扑 ZigBee 路由协议

【摘要】：获取青藏铁路沿线冻土区域路基的地温,一直是相关工作人员的基础工作,但长期以来主要采用传统的人工观测方式,这种观测方式容易受恶劣环境的影响,数据的准确性差,实时性无法得到保证。本文背景项目是青藏铁路北麓河路堑段星云测控WSN分布式地温监测系统,系统采用基于WSN技术的节点将其分布在长约2公里、宽约1公里且起伏不平无法通视的25个点位37个测孔的冻土进行监测,利用自组网技术和高精度多路数据采集技术,汇集到基于Android的分中心(网关)。由于前期节点采用原ZigBee路由协议,其记忆的失效节点判决机制经常将暂时无法连接的节点判决为永久失效节点而加以排除,而受行车遮挡和天气等因素影响,节点暂时无法入网的情况无法避免,从而导致在经过一段时间的运行后,能够入网节点的数量越来越少。本文根据系统的实际应用情况对发现的路由问题给出了相应的解决方案。首先介绍了WSN分布式采集系统的总体设计框架,并对系统的各个组成部分及工作过程进行了简要的描述。针对WSN采集系统所采用的ZigBee协议只支持终端节点的休眠机制而路由节点需要始终保持在工作的模式,无法满足系统长期监测的低功耗要求以及节点入网率不高、路由信息不完善的现状,本文重点研究了ZigBee路由算法、WSN网络的休眠唤醒机制等,设计实现了一种分层唤醒、逐层入网的网络唤醒和路由建立机制,采用定时芯片和定时器中断的方法对链路节点的工作模式进行切换,实现了路由节点的休眠与定时唤醒的软硬件设计,解决了路由节点不能休眠的问题,降低了网络的耗能。针对传感器节点入网不全和路由维护的问题,采用了基于关联表的路由优化方法,解决了路由不稳定造成的数据采集不完整的问题。针对网络节点的关联情况不直观的缺陷,采用了基于邻居表的方法对网络的路由信息和节点关系进行获取,使网络节点的管理和路由的分析更加方便。本文围绕着ZigBee协议的路由算法展开了深入的理论研究并经过了实践的检验,提高了网络的稳定性降低了功耗,具有一定的现实意义和应用价值。经改进后的路由算法在青藏铁路北麓河路堑试验段的一年运行表明,与以前的路由算法相比节点入网率提高5倍以上。
【关键词】：无线传感器网络 Mesh拓扑 ZigBee 路由协议
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 选题背景与研究意义9-14
• 1.1.1 选题背景9-11
• 1.1.2 课题研究意义11-12
• 1.1.3 ZigBee相关应用12-14
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势14-17
• 1.2.1 国内研究现状14-15
• 1.2.2 国外研究现状15-16
• 1.2.3 WSN发展趋势16-17
• 1.3 论文主要内容与结构17-19
• 1.3.1 论文主要内容17-18
• 1.3.2 论文结构安排18-19
• 2 WSN监测系统中的路由问题19-35
• 2.1 WSN监测系统介绍19-23
• 2.1.1 WSN系统总体框架20-21
• 2.1.2 Mesh拓扑选择依据21-23
• 2.2 WSN路由节点硬件设计23-28
• 2.2.1 节点电源电路设计24
• 2.2.2 AD与模拟开关等单元的供电设计24-25
• 2.2.3 通道切换电路设计25-26
• 2.2.4 AD转换电路26-28
• 2.3 路由规划方案28-31
• 2.3.1 现场环境介绍28
• 2.3.2 路由规划原则与设计28-31
• 2.4 问题的提出与分析31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 Zstack路由算法分析与优化35-53
• 3.1 路由地址分配机制35-36
• 3.2 路由深度测试36-37
• 3.3 Zstack中的AODV路由算法37-42
• 3.3.1 算法基本原理37-40
• 3.3.2 路由控制分组40-41
• 3.3.3 AODV算法评价41-42
• 3.4 AODVjr算法42-43
• 3.5 路由休眠算法设计43-49
• 3.5.1 协调器休眠与定时唤醒实现44-46
• 3.5.2 路由节点的休眠实现46-49
• 3.6 路由维护优化方案49-52
• 3.6.1 基于删除过期关联表的路由维护方案49-51
• 3.6.2 孤儿节点重新路由方案51-52
• 3.7 本章小结52-53
• 4 路由及拓扑信息获取的应用层协议实现53-64
• 4.1 基础路由信息获取53-54
• 4.2 路由信息分析54-59
• 4.3 邻居信息的上报59-60
• 4.4 路由信息上报程序设计60-63
• 4.5 本章小结63-64
• 5 试验数据分析64-70
• 5.1 路由休眠试验数据分析64-65
• 5.2 路由维护试验数据分析65-67
• 5.3 邻居路由信息获取验证67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 6 结论70-73
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-76
• 硕士学位期间发表的论文76-77
• 致谢77-79

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本文编号：606471