基于虚拟坐标的无线传感器网络路由协议研究

发布时间：2017-03-22 20:01

  本文关键词：基于虚拟坐标的无线传感器网络路由协议研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无线通信、传感器技术和微机电系统等技术的进步,针对无线传感器网络的研究和应用得到了不断的发展。无线传感器网络是一种自组织、低功耗、分布式的无线多跳通信网络。网络中的传感器节点通常采用电池供电,能量受限。而且由于应用环境复杂,很多外部因素均会对网络造成影响,从而导致拓扑结构复杂多变。无线传感器网络以数据为中心,保证数据顺利传输并提高传输过程中能量的有效性和传输的可靠性是无线传感器网络研究的重要内容之一。无线传感器网络路由协议是无线传感器网络的核心组成部分,是数据在网络内得以顺利传输的关键。用户不仅关心数据本身所包含的信息,信息的获得位置也至关重要。利用节点的地理位置信息,并以其他节点的位置信息为路径选择的依据,可以简化路由设计,提高路由效率,因此,研究设计基于位置信息的路由协议具有重要的意义。本论文对路由空洞的形成和避免进行了总结分析,在此基础上,对利用虚拟位置信息的路由协议解决空洞问题的方法进行了研究,并提出了一系列有效旁路路由空洞的路由协议。本文的主要内容和创新如下：(1)介绍了无线传感器网络的结构和特点,无线传感器网络路由协议的特点和路由协议的分类；重点分析了基于虚拟坐标的无线传感器网络路由协议的研究方法、研究现状和研究意义。(2)从如何避免出现路由空洞的角度出发,分析了基于位置信息的路由协议中存在的路由空洞问题。在对路由空洞基本问题进行分析的基础上,提出了判别网络内部是否存在空洞的方法,判别方法分别以网络规模和边缘节点规模为出发点,可以为实际应用中的节点部署提供参考,使部署后的网络不会出现路由空洞问题。在此基础上,分析了无路由空洞的网络边缘结构特征,提出了将该结构和虚拟坐标相结合克服路由空洞影响的方法。(3)对基于位置的无线传感器网络路由协议和路由空洞问题进行了分析。针对路由空洞问题,先后出现了空洞隔离法、洪泛法和边缘转发等能够使数据包顺利绕过空洞到达目的节点的算法。但能量消耗、控制开销和路径优化问题仍有待改进。而且由于空洞隔离法等算法并不能保证网络内所有节点的数据传输,这就破坏了网络数据的完整性。同时,利用边缘转发等机制的地理位置算法,路径往往得不到优化,而且边缘转发控制包开销较高,不利于网络节能。针对在处理路由空洞时具有较高的控制包开销以及传输时延的问题,提出了一种基于虚拟坐标映射有效旁路路由空洞的无线路由协议BVR-VCM。该协议的基本思想是通过将空洞边缘节点映射成位于能够覆盖整个空洞的一个虚拟同心圆上的虚拟节点,从而使无规则的空洞边缘节点转换成有规则的圆形边缘网络结构,映射后的有规则边缘结构有利于降低平均路由路径长度,从而降低传输延迟；由于虚拟坐标不受目的节点位置的影响,利用建立的虚拟坐标进行中继节点选取,可以防止贪婪模式路由失败,达到有效旁路路由空洞的目的,进而可以降低控制包开销。理论分析和仿真结果均表明,提出的路由协议在数据包传输成功率、控制包开销和能量消耗方面有显著的优势。(4)在BVR-VCM的基础上,通过使用不同的空洞周边区域划分方法和映射算法,提出了两种基于虚拟坐标的路由协议BVR-VRC和R-GVI。BVR-VRC路由协议通过不同的空洞周边区域的划分方法,使路由路径的选择过程得到简化,降低了协议的复杂度。R-GVI路由协议则通过改变虚拟映射算法,使映射后的得到的边缘虚拟坐标更能反映实际路由空洞的边缘结构。仿真结果表明,网络工作时间越长,发送单位数据包的平均能量消耗越小。(5)在构建边缘虚拟坐标的基础上,建立了围绕路由空洞的多级虚拟坐标系统。根据不同的性能目标,提出了两种基于虚拟坐标的路由协议BMVC-E-n和BMVC-P-n。利用多级虚拟坐标,可以使数据包更早的获知周边路由空洞的信息。BMVC-E-n路由协议以均衡能量为目标,在选择中继节点时优先考虑各级虚拟节点的能量消耗,利用数据包分流措施达到空洞周边节点能量均衡的目的；BMVC-P-n以最短路径为目标,通过使用临时目的节点使数据包提前向内层虚拟映射圆的边缘传输,达到传输路径和传输延迟的最优化。
【关键词】：无线传感器网络 地理位置路由协议 路由空洞 虚拟坐标映射
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 无线传感器网络概述13-16
• 1.3 无线传感器网络路由协议概述16-19
• 1.3.1 无线传感器网络路由协议的特点16-18
• 1.3.2 无线传感器网络路由协议的分类18-19
• 1.4 基于虚拟坐标的无线传感器网络路由协议的研究现状19-21
• 1.4.1 基于地理位置信息的虚拟坐标路由协议19-20
• 1.4.2 基于参考节点的虚拟坐标路由协议20-21
• 1.5 本文结构安排21-22
• 第2章 基于位置信息的无线传感器网络路由协议概述22-29
• 2.1 基于位置信息的路由协议的优势22-23
• 2.2 地理位置路由的空洞问题23-24
• 2.3 解决路由空洞问题的基本方法24-29
• 第3章 路由空洞的基本问题研究29-37
• 3.1 路由空洞的形成分析29-34
• 3.1.1 路由空洞与网络规模29-31
• 3.1.2 路由空洞与边缘节点规模31-34
• 3.2 无路由空洞的网络边缘结构特征34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 基于虚拟坐标解决地理位置路由中的路由空洞问题研究37-63
• 4.1 基于虚拟坐标旁路路由空洞的路由协议设计37-44
• 4.1.1 空洞探测方法37-40
• 4.1.2 虚拟坐标映射算法40-41
• 4.1.3 空洞区域划分方法41-42
• 4.1.4 基于虚拟坐标旁路路由空洞的路由设计方案42-44
• 4.2 基于虚拟坐标旁路路由空洞的路由协议分析44-46
• 4.2.1 虚拟坐标与实际坐标的衔接处理44
• 4.2.2 路径分析44-46
• 4.2.3 控制开销分析46
• 4.3 仿真46-56
• 4.3.1 路由空洞大小对路由协议的影响47-52
• 4.3.2 多重空洞对路由协议的影响52-54
• 4.3.3 随机分布网络中路由协议的性能54-56
• 4.4 区域划分和映射算法对路由性能的影响56-62
• 4.4.1 BVR-VRC路由协议56-58
• 4.4.2 R-GVI路由协议58-59
• 4.4.3 仿真59-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 基于多级虚拟坐标的地理位置路由中的路由空洞问题研究63-70
• 5.1 基于多级虚拟坐标旁路路由空洞的路由协议设计63-66
• 5.1.1 路径优先的路由协议64-65
• 5.1.2 能量均衡优先的路由协议65-66
• 5.2 仿真66-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-71
• 6.1 本文工作总结70
• 6.2 下一步研究计划70-71
• 参考文献71-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间取得的成果目录82-84
• 附件84-98
• 学位论文评阅及答辩情况表98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 钟永信;黄建国;韩晶;;基于空间唤醒的水声传感器网络节能路由协议[J];电子与信息学报;2011年06期

2 洪锋;张玉亮;杨博真;郭瑛;郭忠文;;水下传感器网络时间同步技术综述[J];电子学报;2013年05期

3 唐勇;周明天;张欣;;无线传感器网络路由协议研究进展[J];软件学报;2006年03期

4 张晓玲;梁炜;于海斌;封锡盛;;无线传感器网络传输调度方法综述[J];通信学报;2012年05期

5 谭述森;;北斗卫星导航系统的发展与思考[J];宇航学报;2008年02期

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本文编号：262079